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JP5687179B2 - Chemical heat storage reactor - Google Patents

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Description

本発明は、化学蓄熱用反応器に関する。   The present invention relates to a chemical heat storage reactor.

特許文献1には、はずみ車(フライホイール)で蓄電池のピーク出力を減らし、且つ蓄電池を通さずにブレーキ時の回生エネルギーを回収するはずみ車助力形電気駆動装置が開示されている(特許文献1を参照)。   Patent Document 1 discloses a flywheel-assisted electric drive device that reduces the peak output of a storage battery with a flywheel and collects regenerative energy during braking without passing through the storage battery (see Patent Document 1). ).

特許文献2には、ヒータによる加熱により脱水反応を生じることで蓄熱すると共に水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応部と、反応部に気密状態で連通された蒸発・凝縮器と、を備える化学蓄熱システムが開示されている(特許文献2を参照)。   Patent Document 2 discloses a reaction part in which a chemical heat storage material that stores heat by generating a dehydration reaction by heating with a heater and releases heat by generating a hydration reaction, and an evaporation / A chemical heat storage system including a condenser is disclosed (see Patent Document 2).

ここで、水和反応時におけるヒータと化学蓄熱材との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータと化学蓄熱材との間の熱伝達促進機能と、を向上させて、より効率的に蓄熱することが求められている。   Here, the heat conduction blocking performance between the heater and the chemical heat storage material during the hydration reaction and the heat transfer promotion function between the heater and the chemical heat storage material during the dehydration reaction are improved, thereby improving efficiency. It is required to store heat.

US4423794US4423794 特開2009―257686号公報JP 2009-257686A

本発明は、上記事実を考慮し、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝達促進機能と、を向上させることができる化学蓄熱用反応器を提供することが課題である。   In consideration of the above facts, the present invention has a heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction, and a heat transfer promotion function between the heater layer and the heat storage layer during the dehydration reaction. The challenge is to provide a chemical heat storage reactor that can be improved.

が目的である。       Is the purpose.

請求項1の化学蓄熱用反応器は、壁厚方向に間隔をあけて設けられた伝熱隔壁と、前記伝熱隔壁の壁厚方向外側に設けられ、加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し、水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が充填された蓄熱層と、前記伝熱隔壁間に設けられ、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、前記伝熱隔壁よりも線膨張係数が大きく、水和反応時は前記伝熱隔壁間よりも厚みが薄く、脱水反応時には熱膨張することで前記伝熱隔壁に接触して前記伝熱隔壁を介して前記蓄熱層を加熱するヒータ層と、を備える。   The chemical heat storage reactor according to claim 1 is provided with heat transfer partition walls provided at intervals in the wall thickness direction and outside the heat transfer partition wall direction in the wall thickness direction, and stores heat by generating a dehydration reaction by heating. A heat storage layer filled with a chemical heat storage material that dissipates heat by generating a hydration reaction, and is provided between the heat transfer partition walls, converts electrical energy into heat energy, and has a larger coefficient of linear expansion than the heat transfer partition walls. A heater layer that is thinner than between the heat transfer partitions during the hydration reaction and that heat-expands during the dehydration reaction to contact the heat transfer partition and heat the heat storage layer via the heat transfer partition; Is provided.

請求項1の化学蓄熱用反応器では、水和反応時においては伝熱隔壁間よりもヒータ層の厚みが薄いので、ヒータ層と伝熱隔壁との間に隙間が形成される。よって、ヒータ層と伝熱隔壁との間に空気層が形成され、この空気層が伝熱遮断機能を発揮する。つまり、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能が向上する。したがって、蓄熱層からヒータ層への伝熱が抑制され、これによりヒータ層の熱容量による顕熱ロスが低減される。   In the chemical heat storage reactor according to the first aspect, since the heater layer is thinner than between the heat transfer partition walls during the hydration reaction, a gap is formed between the heater layer and the heat transfer partition wall. Therefore, an air layer is formed between the heater layer and the heat transfer partition, and this air layer exhibits a heat transfer blocking function. That is, the heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction is improved. Therefore, heat transfer from the heat storage layer to the heater layer is suppressed, thereby reducing sensible heat loss due to the heat capacity of the heater layer.

一方、脱水反応時においてはヒータ層が熱膨張することで伝熱隔壁に面接触してヒータ層の熱が蓄熱層に伝熱される。また、反応初期の脱水速度が速い領域においては、化学蓄熱層の熱膨張によって蓄熱層から圧力を受ける。よって、伝熱隔壁はヒータ層の面接触と蓄熱層の圧力との相互作用によって、伝熱隔壁とヒータ層との接触面の圧力分布が均一化すると共に、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。したがって、脱水速度が速い領域における伝熱律速が改善する。   On the other hand, during the dehydration reaction, the heater layer is thermally expanded, so that the heater layer is in surface contact and the heat of the heater layer is transferred to the heat storage layer. Further, in the region where the dehydration rate at the initial stage of the reaction is high, pressure is received from the heat storage layer due to the thermal expansion of the chemical heat storage layer. Therefore, in the heat transfer partition, due to the interaction between the surface contact of the heater layer and the pressure of the heat storage layer, the pressure distribution on the contact surface between the heat transfer partition and the heater layer is made uniform, and the contact heat resistance is reduced and the heat transfer is reduced. The promotion function is improved. Therefore, the heat transfer rate control in the region where the dehydration rate is high is improved.

このように、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝達促進機能と、の両方が向上する。   As described above, both the heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction and the heat transfer promotion function between the heater layer and the heat storage layer during the dehydration reaction are improved.

請求項2の化学蓄熱用反応器は、前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、脱水反応時には前記蓄熱層で発生した水蒸気が流入し、水和反応時には前記蓄熱層に水蒸気を供給する蒸気拡散層と、前記蒸気拡散層に設けられ、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体と、を備える。   The chemical heat storage reactor according to claim 2 is provided between the heat storage layer and the heat transfer partition. Water vapor generated in the heat storage layer flows during a dehydration reaction, and water vapor is supplied to the heat storage layer during a hydration reaction. A vapor diffusion layer to be supplied; and a structure that is provided in the vapor diffusion layer and transfers heat from the heat transfer partition to the heat storage layer and is elastically deformable.

請求項2の化学蓄熱用反応器では、蓄熱層と伝熱隔壁との間の蒸気拡散層に設けられた構造体が、水和反応時の蓄熱層の水和膨張に伴い弾性変形することで、伝熱隔壁が凸状に変形して接触面の圧力分布が不均一化することが防止される。つまり、ヒータ層と伝熱隔壁との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。   In the chemical heat storage reactor according to claim 2, the structure provided in the vapor diffusion layer between the heat storage layer and the heat transfer partition wall is elastically deformed with the hydration expansion of the heat storage layer during the hydration reaction. The heat transfer partition wall is prevented from being deformed into a convex shape and the pressure distribution on the contact surface is prevented from becoming non-uniform. That is, the pressure distribution on the contact surface between the heater layer and the heat transfer partition is made uniform. Therefore, the contact thermal resistance is reduced and the heat transfer promoting function is improved.

また、伝熱隔壁が凸状に変形して接触面の圧力分布が不均一化することによるヒータ層への曲げ応力の発生や接触面の圧力分布の不均一化によるヒータ層の過昇温部の発生が抑制され、その結果、ヒータ層の耐久性能が向上する。   In addition, the heat transfer partition is deformed into a convex shape and the pressure distribution on the contact surface becomes non-uniform so that bending stress is generated on the heater layer and the pressure distribution on the contact surface becomes non-uniform. As a result, the durability performance of the heater layer is improved.

また、脱水反応時において、伝熱隔壁を介して伝熱されたヒータ層の熱を、蒸気拡散層に設けられた構造体が蓄熱層に伝熱する。   Further, during the dehydration reaction, the structure provided in the vapor diffusion layer transfers the heat of the heater layer transferred through the heat transfer partition to the heat storage layer.

請求項3の化学蓄熱用反応器は、前記蓄熱層に接触するように配置され、前記蓄熱層との間で熱交換可能な被加熱媒体が充填された媒体流路層を備える。   The chemical heat storage reactor according to a third aspect includes a medium flow path layer that is disposed so as to be in contact with the heat storage layer and is filled with a heated medium that can exchange heat with the heat storage layer.

請求項3の化学蓄熱用反応器では、水和反応時においては、媒体流路層に充填された被加熱媒体と蓄熱層との間で熱交換され、蓄熱層の化学蓄熱材の速い反応速度が維持される。また、熱交換され温度が上昇した被加熱媒体を別途設けた流路に流すことで暖気対象を加熱・昇温させることが可能である。つまり、蓄熱層の熱の輸送が可能となる。   In the chemical heat storage reactor according to claim 3, during the hydration reaction, heat is exchanged between the medium to be heated and the heat storage layer filled in the medium flow path layer, and the chemical heat storage material in the heat storage layer has a high reaction rate. Is maintained. In addition, it is possible to heat and raise the temperature of the object to be warmed by flowing a heated medium whose temperature has been increased through heat exchange through a separately provided flow path. That is, the heat storage layer can be transported.

一方、脱水反応時においては、蓄熱完了後(脱水完了後)に、被加熱媒体を低温媒体とすることで、蓄熱層やヒータ層等の顕熱を熱交換によって回収し、熱利用先に熱を輸送することが可能である。   On the other hand, at the time of dehydration reaction, after heat storage is completed (after dehydration is completed), the sensible heat of the heat storage layer, heater layer, etc. is recovered by heat exchange by using the medium to be heated as a low-temperature medium, and the heat utilization destination is heated. It is possible to transport.

請求項4の化学蓄熱用反応器は、前記媒体流路層は、前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、前記媒体流路層には、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体が設けられている。   The chemical heat storage reactor according to claim 4, wherein the medium flow path layer is provided between the heat storage layer and the heat transfer partition, and the medium flow path layer is formed from the heat transfer partition to the heat storage layer. A structure capable of transferring heat and elastically deforming is provided.

請求項4の化学蓄熱用反応器では、蓄熱層と伝熱隔壁との間の媒体流路層に設けられた構造体が、水和反応時の蓄熱層の水和膨張に伴い弾性変形することで、伝熱隔壁が凸状に変形による接触面の圧力分布が不均一化することが防止される。つまり、ヒータ層と伝熱隔壁との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。   In the chemical heat storage reactor according to claim 4, the structure provided in the medium flow path layer between the heat storage layer and the heat transfer partition is elastically deformed with the hydration expansion of the heat storage layer during the hydration reaction. Thus, it is possible to prevent the pressure distribution on the contact surface from becoming uneven due to the heat transfer partition being convexly deformed. That is, the pressure distribution on the contact surface between the heater layer and the heat transfer partition is made uniform. Therefore, the contact thermal resistance is reduced and the heat transfer promoting function is improved.

また、伝熱隔壁が凸状に変形による接触面の圧力分布が不均一化することによるヒータ層への曲げ応力の発生や接触面の圧力分布の不均一化によるヒータ層の過昇温部の発生が抑制され、その結果、ヒータ層の耐久性能が向上する。   In addition, the pressure distribution on the contact surface is uneven due to the heat transfer partition being deformed into a convex shape, and bending stress is generated on the heater layer and the pressure distribution on the heater layer is uneven due to the uneven pressure distribution on the contact surface. Occurrence is suppressed, and as a result, the durability performance of the heater layer is improved.

また、脱水反応時において、伝熱隔壁を介して伝熱されたヒータ層の熱を、媒体流路層に設けられた構造体が蓄熱層に伝熱する。   Further, during the dehydration reaction, the structure provided in the medium flow path layer transfers the heat of the heater layer transferred through the heat transfer partition to the heat storage layer.

請求項5の化学蓄熱用反応器は、前記ヒータ層を貫通する貫通孔と、前記貫通孔に挿入され、前記伝熱隔壁を支持する補強部材と、を備える。   The chemical heat storage reactor according to claim 5 includes a through hole penetrating the heater layer, and a reinforcing member inserted into the through hole and supporting the heat transfer partition.

請求項5の化学蓄熱用反応器では、脱水反応時の蓄熱層の熱膨張に対してヒータ層と共に伝熱隔壁を補強部材が支持するので、ヒータ層にかかる応力が低減する。これによりヒータ層と伝熱隔壁との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。また、ヒータ層にかかる応力が低減するので、ヒータ層の耐久性能が向上する。   In the chemical heat storage reactor according to the fifth aspect, since the reinforcing member supports the heat transfer partition together with the heater layer against the thermal expansion of the heat storage layer during the dehydration reaction, the stress applied to the heater layer is reduced. Thereby, the pressure distribution on the contact surface between the heater layer and the heat transfer partition is made uniform. Therefore, the contact thermal resistance is reduced and the heat transfer promoting function is improved. Further, since the stress applied to the heater layer is reduced, the durability performance of the heater layer is improved.

また、水和反応時における蓄熱層の水和膨張に伴う伝熱隔壁の膨張や変形が抑えられ、この結果、伝熱隔壁とヒータ層との部分的な接触が防止され、空気層が確実に形成される。よって、空気層による伝熱遮断機能(断熱機能)が効果的に発揮される。つまり、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能が向上する。したがって、蓄熱層からヒータ層への伝熱が抑制され、これによりヒータ層の熱容量による顕熱ロスが低減される。   In addition, expansion and deformation of the heat transfer partition due to the hydration expansion of the heat storage layer during the hydration reaction is suppressed, and as a result, partial contact between the heat transfer partition and the heater layer is prevented, and the air layer is reliably It is formed. Therefore, the heat transfer blocking function (heat insulation function) by the air layer is effectively exhibited. That is, the heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction is improved. Therefore, heat transfer from the heat storage layer to the heater layer is suppressed, thereby reducing sensible heat loss due to the heat capacity of the heater layer.

請求項6の化学蓄熱用反応器は、前記補強部材は、前記ヒータ層よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となる材料及び形状とされている。   In the chemical heat storage reactor according to claim 6, the reinforcing member is made of a material and a shape that have a lower heat conduction member and a lower heat capacity than the heater layer.

請求項6の化学蓄熱装置では、補強部材は、ヒータ層よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となる材料及び形状とされているので、水和反応時における蓄熱層から補強部材への伝熱及びヒータ層への伝熱が抑制され、その結果、顕熱ロスが軽減される。   In the chemical heat storage device according to claim 6, since the reinforcing member is made of a material and a shape having a low heat conduction member and a low heat heat capacity than the heater layer, heat transfer from the heat storage layer to the reinforcing member during the hydration reaction and Heat transfer to the heater layer is suppressed, and as a result, sensible heat loss is reduced.

請求項7の化学蓄熱用反応器は、前記伝熱隔壁における前記ヒータ層側の壁面には、離型性を高める離型手段が設けられている。   In the chemical heat storage reactor according to a seventh aspect of the present invention, mold release means for improving mold release properties is provided on the wall surface of the heat transfer partition on the heater layer side.

請求項7の化学蓄熱用反応器では、脱水反応時に伝熱隔壁に面接触したヒータ層が伝熱隔壁から離型する際に、離型手段によって離型性が促進されるので、ヒータ層が伝熱隔壁に接触したままとなって、空気層が形成されなくなることが防止又は抑制される。よって、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能がより確実に発揮される   In the chemical heat storage reactor according to claim 7, when the heater layer in surface contact with the heat transfer partition during the dehydration reaction is released from the heat transfer partition, the release property is promoted by the release means. It is prevented or suppressed that the air layer is not formed while remaining in contact with the heat transfer partition. Therefore, the heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction is more reliably exhibited.

請求項1に記載の化学蓄熱用反応器によれば、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能と、脱水反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝達促進機能と、の両方を向上させることができる。   According to the chemical heat storage reactor according to claim 1, the heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction and the heat transfer between the heater layer and the heat storage layer during the dehydration reaction. Both the promotion function can be improved.

請求項2に記載の化学蓄熱用反応器によれば、接触熱抵抗が低減するので、熱伝達促進機能を更に向上させることができる。   According to the chemical heat storage reactor of the second aspect, the contact thermal resistance is reduced, so that the heat transfer promoting function can be further improved.

請求項3に記載の化学蓄熱用反応器によれば、水和反応時において、蓄熱層の化学蓄熱材の速い反応速度を維持することができる。   According to the chemical heat storage reactor of the third aspect, the high reaction rate of the chemical heat storage material of the heat storage layer can be maintained during the hydration reaction.

請求項4に記載の化学蓄熱用反応器によれば、接触熱抵抗が低減するので、熱伝達促進機能を更に向上させることができる。   According to the chemical heat storage reactor of the fourth aspect, since the contact thermal resistance is reduced, the heat transfer promoting function can be further improved.

請求項5に記載の化学蓄熱用反応器によれば、補強部材を有しない構成と比較し、熱伝達促進機能と熱伝導遮断性能とを更に向上させることができる。   According to the chemical heat storage reactor of the fifth aspect, the heat transfer promoting function and the heat conduction blocking performance can be further improved as compared with the configuration having no reinforcing member.

請求項6に記載の化学蓄熱用反応器によれば、水和反応時における蓄熱層から補強部材への伝熱及びヒータ層への伝熱を抑制することができる。   According to the chemical heat storage reactor of the sixth aspect, heat transfer from the heat storage layer to the reinforcing member and heat transfer to the heater layer during the hydration reaction can be suppressed.

請求項7に記載の化学蓄熱用反応器によれば、離型手段を有しない厚生と比較し、水和反応時におけるヒータ層と蓄熱層との間の熱伝導遮断性能をより確実に発揮させることができる。   According to the chemical heat storage reactor according to claim 7, the heat conduction blocking performance between the heater layer and the heat storage layer during the hydration reaction can be more reliably exhibited as compared with the welfare that does not have a mold release means. be able to.

化学蓄熱システムの概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。It is a system configuration figure showing typically the outline whole composition of a chemical heat storage system. (A)は第一実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す断面図であり、(B)は(A)の要部を拡大した拡大断面図である。(A) is sectional drawing which shows the reactor for chemical heat storage of 1st embodiment typically, (B) is the expanded sectional view which expanded the principal part of (A). (A)は化学蓄熱用反応器のヒータ層を模式的に示す断面図であり、(B)は(A)をB方向に見た側面図である。(A) is sectional drawing which shows typically the heater layer of the reactor for chemical thermal storage, (B) is the side view which looked at (A) in the B direction. 化学蓄熱用反応器の蓄熱層を模式的に示し、(A)は脱水反応時の図であり、(B)は水和反応時の図である。The thermal storage layer of the chemical thermal storage reactor is schematically shown, in which (A) is a diagram during a dehydration reaction, and (B) is a diagram during a hydration reaction. 第一実施形態の化学蓄熱用反応器の脱水反応の様子を(A)〜(C)へと順番に説明する図2に対応した説明図である。It is explanatory drawing corresponding to FIG. 2 which demonstrates the state of the dehydration reaction of the chemical thermal storage reactor of 1st embodiment to (A)-(C) in order. 化学蓄熱用反応器の脱水反応時における、(1)はヒータ層の伝熱隔壁への面接触率の変化を示し、(2)は蓄熱層の温度変化を示し、(3)は蓄熱層)の熱膨張力の変化を示し、(4)は脱水速度の変化を示すグラフである。(1) shows the change in the surface contact ratio of the heater layer to the heat transfer partition, (2) shows the temperature change of the heat storage layer, and (3) shows the heat storage layer) during the dehydration reaction of the chemical heat storage reactor. (4) is a graph which shows the change of dehydration speed. 第二実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the reactor for chemical heat storage of 2nd embodiment. (A)及び(B)は第二実施形態の化学蓄熱用反応器の蓄熱層の熱膨張に伴う構造体の弾性変形を示す模式図であり、(C)は比較例の蓄熱層の熱膨張による伝熱隔壁の変形を示す模式図である。(A) And (B) is a schematic diagram which shows the elastic deformation of the structure accompanying the thermal expansion of the thermal storage layer of the reactor for chemical thermal storage of 2nd embodiment, (C) is the thermal expansion of the thermal storage layer of a comparative example. It is a schematic diagram which shows a deformation | transformation of the heat-transfer partition by. 第三実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す(A)は水和反応時の断面図であり、(B)脱水反応時の断面図である。(A) which shows typically the chemical thermal storage reactor of 3rd embodiment is sectional drawing at the time of a hydration reaction, (B) It is sectional drawing at the time of a dehydration reaction. 第三実施形態の化学蓄熱用反応器の蓄熱層の熱膨張に伴う構造体の弾性変形を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the elastic deformation of the structure accompanying the thermal expansion of the thermal storage layer of the reactor for chemical thermal storage of 3rd embodiment. 第四実施形態の化学蓄熱用反応器のヒータ層を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the heater layer of the reactor for chemical heat storage of 4th embodiment. 第四実施形態の化学蓄熱用反応器を模式的に示す(A)は水和反応時の断面図であり、(B)脱水反応時の断面図である。(A) which shows typically the chemical thermal storage reactor of 4th embodiment is sectional drawing at the time of a hydration reaction, (B) It is sectional drawing at the time of a dehydration reaction.

<化学蓄熱システム>
まず、本発明の実施形態に係る化学蓄熱用反応器を用いた化学蓄熱システム10について、図1を用いて説明する。
<Chemical heat storage system>
First, a chemical heat storage system 10 using a chemical heat storage reactor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1には、化学蓄熱システム10の概略全体構成が模式的なシステム構成図にて示されている。この図に示される如く、化学蓄熱システム10は、第一実施形態の化学蓄熱用反応器100を備えている。化学蓄熱用反応器100は、後述するように化学蓄熱材112(図2参照)が脱水に伴って蓄熱(吸熱)し、水和(水酸化カルシウムへの復元)に伴って放熱(発熱)する構成とされている。   In FIG. 1, a schematic overall configuration of the chemical heat storage system 10 is shown in a schematic system configuration diagram. As shown in this figure, the chemical heat storage system 10 includes the chemical heat storage reactor 100 of the first embodiment. In the chemical heat storage reactor 100, as will be described later, the chemical heat storage material 112 (see FIG. 2) stores heat (absorbs heat) with dehydration, and dissipates heat (generates heat) with hydration (restoration to calcium hydroxide). It is configured.

化学蓄熱システム10は、化学蓄熱用反応器100から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、水蒸気が凝縮された水(液相の水、以下同じ)を貯留する貯留部、及び貯留した水を蒸発させて化学蓄熱用反応器100に供給する水蒸気を生成する蒸発部としての各機能を兼ね備える蒸発・凝縮器14を備えている。蒸発・凝縮器14の容器16は、内部に水蒸気凝縮用の冷媒流路や蒸発用の熱媒流路等が設けられて構成されている。   The chemical heat storage system 10 includes a condensing unit that condenses water vapor introduced from the chemical heat storage reactor 100, a storage unit that stores water condensed with water vapor (liquid phase water, the same applies hereinafter), and evaporates the stored water. And an evaporator / condenser 14 having each function as an evaporation section that generates steam to be supplied to the chemical heat storage reactor 100. The container 16 of the evaporator / condenser 14 is configured with a refrigerant flow path for water vapor condensation, a heat medium flow path for evaporation, and the like.

この蒸発・凝縮器14の容器16は、水蒸気循環系を構成する水蒸気循環路20を介して化学蓄熱用反応器100に連通されている。水蒸気循環路20には、連通と非連通とを切り替えるための開閉弁22が設けられている。   The container 16 of the evaporator / condenser 14 is communicated with the chemical heat storage reactor 100 via a water vapor circulation path 20 constituting a water vapor circulation system. The water vapor circulation path 20 is provided with an on-off valve 22 for switching between communication and non-communication.

<第一実施形態>
つぎに、本発明の実施形態に係る第一実施形態の化学蓄熱用反応器について、図1〜図6を用いて説明する。
<First embodiment>
Next, the chemical heat storage reactor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2に示すように、化学蓄熱用反応器100は、反応容器102の中にヒータ層150と蓄熱層110と蒸気拡散層120とが、層状に設けられた構成とされている。なお、各図の矢印Sが後述する伝熱隔壁104の壁厚方向(層方向)Sを示している。   As shown in FIG. 2, the chemical heat storage reactor 100 is configured such that a heater layer 150, a heat storage layer 110, and a vapor diffusion layer 120 are provided in a reaction container 102 in a layered manner. In addition, the arrow S of each figure has shown the wall thickness direction (layer direction) S of the heat-transfer partition 104 mentioned later.

ヒータ層150は反応容器102における壁厚方向Sの中央部に設けられ、蓄熱層110はヒータ層150の壁厚方向Sの両外側に設けられている。そして、蒸気拡散層120が蓄熱層110の壁厚方向Sの両外側及び反応容器102の側壁102Aとの間に設けられている。   The heater layer 150 is provided at the center of the reaction vessel 102 in the wall thickness direction S, and the heat storage layer 110 is provided on both outer sides of the heater layer 150 in the wall thickness direction S. A vapor diffusion layer 120 is provided between both outer sides in the wall thickness direction S of the heat storage layer 110 and the side wall 102 </ b> A of the reaction vessel 102.

反応容器102は、ステンレス等の金属材料で構成されている。また、反応容器102に内部には、壁厚方向Sに対向して配置された伝熱隔壁104が設けられている。これら伝熱隔壁104の間の空間(スリット)106の中にヒータ層150が設けられている。別の言い方をすると、伝熱隔壁104がヒータ層150と蓄熱層110との間を仕切っている。   The reaction vessel 102 is made of a metal material such as stainless steel. In addition, a heat transfer partition wall 104 is provided inside the reaction vessel 102 so as to face the wall thickness direction S. A heater layer 150 is provided in a space (slit) 106 between the heat transfer partition walls 104. In other words, the heat transfer partition 104 partitions the heater layer 150 and the heat storage layer 110.

蓄熱層110は、粒子状の化学蓄熱材112が充填されている(図4も参照)。化学蓄熱材112は、アルカリ土類金属の水酸化物の1つである水酸化カルシウム(Ca(OH))が採用されている。したがって、蓄熱層110では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。 The heat storage layer 110 is filled with a particulate chemical heat storage material 112 (see also FIG. 4). The chemical heat storage material 112 employs calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), which is one of alkaline earth metal hydroxides. Therefore, in the heat storage layer 110, it is set as the structure which can reversibly repeat heat storage and heat dissipation by the reaction shown below.

Ca(OH) ⇔ CaO + H
この式に蓄熱量、発熱量Qを併せて示すと、
Ca(OH) + Q → CaO + HO(脱水反応、図4(A)→(B))
CaO + HO → Ca(OH) + Q(水和反応、図4(B)→(A))
となる。
Ca (OH) 2 Ca CaO + H 2 O
When the heat storage amount and the heat generation amount Q are shown together in this equation,
Ca (OH) 2 + Q → CaO + H 2 O ( dehydration, FIG 4 (A) → (B) )
CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + Q (hydration reaction, FIG. 4 (B) → (A))
It becomes.

なお、この化学蓄熱材(Ca(OH))112の1kg当たりの蓄熱容量は、略1.86[MJ/kg−Ca(OH)]とされている。 The heat storage capacity per kg of the chemical heat storage material (Ca (OH) 2 ) 112 is approximately 1.86 [MJ / kg-Ca (OH) 2 ].

蒸気拡散層120は、水蒸気流路として機能する。具体的には、水和反応時に化学蓄熱材112に、前述した水蒸気循環路20を介して蒸発・凝縮器14(図1参照)から送られた水蒸気を供給するための流路として機能する。一方、脱水反応時には、化学蓄熱材112から分離・生成された水蒸気が水蒸気循環路20を介して蒸発・凝縮器14に送る水蒸気の流路として機能する。また、蒸気拡散層120には、金属製の波型の構造体(フィン)122が設けられ、これによって、水蒸気の流路が確保されている。また、構造体122の波型の凹凸方向は壁厚方向Sとされているので、構造体122は壁厚方向Sに弾性変形する。   The vapor diffusion layer 120 functions as a water vapor channel. Specifically, it functions as a flow path for supplying water vapor sent from the evaporator / condenser 14 (see FIG. 1) to the chemical heat storage material 112 via the water vapor circulation path 20 described above during the hydration reaction. On the other hand, during the dehydration reaction, the water vapor separated and generated from the chemical heat storage material 112 functions as a water vapor flow path that sends the vapor to the condenser 14 via the water vapor circulation path 20. Further, the vapor diffusion layer 120 is provided with a metal corrugated structure (fin) 122, thereby ensuring a water vapor flow path. Further, since the corrugated uneven direction of the structure 122 is the wall thickness direction S, the structure 122 is elastically deformed in the wall thickness direction S.

図3に示すように、ヒータ層150は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する発熱部152と、発熱部152の壁厚方向Sの両外側に設けられた絶縁部154と、が層状となった構成とされている。発熱部152はニクロム線等のヒータ線で構成され、絶縁部154はマイカ材で構成されている。そして、発熱部152は、電源158(図1参照)から供給される電気が流れることによって発熱する。   As shown in FIG. 3, the heater layer 150 is layered with a heat generating portion 152 that converts electrical energy into heat energy and an insulating portion 154 provided on both outer sides in the wall thickness direction S of the heat generating portion 152. It is configured. The heat generating part 152 is made of a heater wire such as a nichrome wire, and the insulating part 154 is made of a mica material. The heat generating unit 152 generates heat when electricity supplied from the power source 158 (see FIG. 1) flows.

ヒータ層150を構成する絶縁部154の線膨張係数K1は、伝熱隔壁104の線膨張係数K2よりも大きくなるように、材料が選定されている(K1>K2)。なお、本実施形態では、ヒータ層150の絶縁部154を構成するマイカ材の線膨張係数K1は「52×10−6[1/K]」であり、伝熱隔壁104を構成するステンレス材の線膨張係数K2は、「17.3×20−6[1/K]」である。 The material is selected so that the linear expansion coefficient K1 of the insulating portion 154 constituting the heater layer 150 is larger than the linear expansion coefficient K2 of the heat transfer partition 104 (K1> K2). In the present embodiment, the linear expansion coefficient K1 of the mica material constituting the insulating portion 154 of the heater layer 150 is “52 × 10 −6 [1 / K]”, and the stainless steel material constituting the heat transfer partition 104 is made of The linear expansion coefficient K2 is “17.3 × 20 −6 [1 / K]”.

また、図2(B)に示すように、非加熱時(予め定められた温度C1度以下)におけるヒータ層150の壁厚方向Sの厚みT1は、伝熱隔壁104間の間隔、つまり空間(スリット)106の壁厚方向Sの幅L1よりも小さい。つまり、伝熱隔壁104とヒータ層150との間に空気層108が形成された状態となる。   Further, as shown in FIG. 2B, the thickness T1 in the wall thickness direction S of the heater layer 150 at the time of non-heating (predetermined temperature C1 degrees or less) is an interval between heat transfer partition walls 104, that is, a space ( The width L1 of the slit) 106 in the wall thickness direction S is smaller. That is, the air layer 108 is formed between the heat transfer partition 104 and the heater layer 150.

しかし、ヒータ層150が加熱されると、ヒータ層150及び伝熱隔壁104共に熱膨張するが、ヒータ層150の線膨張係数K1が、伝熱隔壁104の線膨張係数K2のよりも大きくなるように材料が選定されているので、ヒータ層150の方がより大きく膨張し、その結果、加熱時(予め定められた温度C2以上)ではヒータ層150が伝熱隔壁104に当接した状態が維持される(図5(B)を参照)。   However, when the heater layer 150 is heated, both the heater layer 150 and the heat transfer partition 104 are thermally expanded, but the linear expansion coefficient K1 of the heater layer 150 is larger than the linear expansion coefficient K2 of the heat transfer partition 104. As a result, the heater layer 150 expands more greatly, and as a result, the state in which the heater layer 150 is in contact with the heat transfer partition 104 is maintained during heating (at a predetermined temperature C2 or higher). (See FIG. 5B).

また、伝熱隔壁104のヒータ層150側の壁面104Aには、ヒータ層150が離型する離型性を高めたメッキ加工が施されている。つまり、壁面104Aにはメッキ層105が形成されている。   In addition, the wall surface 104A on the heater layer 150 side of the heat transfer partition 104 is subjected to plating processing that improves the releasability of releasing the heater layer 150. That is, the plating layer 105 is formed on the wall surface 104A.

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
[Action and effect]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

図1〜図4に示すように、化学蓄熱システム10では、化学蓄熱用反応器100の蓄熱層110の化学蓄熱材112に蓄熱する際には、開閉弁22を開放した状態で、ヒータ層150の発熱部152に電源158から電気を流して加熱すると、熱によって化学蓄熱材112が脱水反応を生じ、これにより化学蓄熱材112(蓄熱層110)に蓄熱される。この際、化学蓄熱材112から脱水された水蒸気は、蒸気拡散層120及び水蒸気循環路20を介して蒸発・凝縮器14に導入される。蒸発・凝縮器14では、冷媒流路を流通する冷媒によって水蒸気が冷却され、凝縮された水が貯留される。   As shown in FIGS. 1 to 4, in the chemical heat storage system 10, when storing heat in the chemical heat storage material 112 of the heat storage layer 110 of the chemical heat storage reactor 100, the heater layer 150 is opened with the on-off valve 22 opened. When heat is supplied from the power source 158 to the heat generating part 152, the chemical heat storage material 112 undergoes a dehydration reaction due to heat, and heat is stored in the chemical heat storage material 112 (heat storage layer 110). At this time, the water vapor dehydrated from the chemical heat storage material 112 is introduced into the evaporator / condenser 14 via the vapor diffusion layer 120 and the water vapor circulation path 20. In the evaporator / condenser 14, the water vapor is cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path, and the condensed water is stored.

一方、化学蓄熱用反応器100に蓄熱された熱を放熱する際には、化学蓄熱システム10は、開閉弁22を開放した状態で、蒸発・凝縮器14から水蒸気循環路20を介して化学蓄熱用反応器100の蓄熱層110の化学蓄熱材112に供給する。これにより、化学蓄熱材112に水和反応が生じ放熱する。そして、放熱された熱を利用する。   On the other hand, when dissipating the heat stored in the chemical heat storage reactor 100, the chemical heat storage system 10 opens the on-off valve 22 and opens the on-off valve 22 from the evaporator / condenser 14 via the water vapor circulation path 20. Is supplied to the chemical heat storage material 112 of the heat storage layer 110 of the reactor 100 for use. Thereby, a hydration reaction occurs in the chemical heat storage material 112 to dissipate heat. Then, the radiated heat is used.

このように、化学蓄熱用反応器100では、蓄熱層110に充填された化学蓄熱材112が、水和反応と脱水反応とによって、可逆的に発熱及び吸熱を行うように構成されている。   Thus, in the chemical heat storage reactor 100, the chemical heat storage material 112 filled in the heat storage layer 110 is configured to reversibly generate heat and absorb heat by a hydration reaction and a dehydration reaction.

つぎに、水和反応及び脱水反応のそれぞれにおけるヒータ層150について詳しく説明する。   Next, the heater layer 150 in each of the hydration reaction and the dehydration reaction will be described in detail.

まず、水和反応時(図4(B)→図4(A)の反応時)について説明する。   First, the time of hydration reaction (FIG. 4B → the reaction of FIG. 4A) will be described.

図5(A)に示すように、ヒータ層150は、非加熱状態であるので、伝熱隔壁104とヒータ層150との間に隙間がある非接触状態となる。つまり、伝熱隔壁104とヒータ層150との間に空気層108が形成された状態となる。   As shown in FIG. 5A, since the heater layer 150 is in a non-heated state, it is in a non-contact state with a gap between the heat transfer partition 104 and the heater layer 150. That is, the air layer 108 is formed between the heat transfer partition 104 and the heater layer 150.

一方、蓄熱層110においては、図4(A)に示すように、水和反応によって粒状の化学蓄熱材112が膨張するが、伝熱隔壁104によって膨張が抑えられる(図5(A)の矢印F1を参照)。よって、図5(A)に示す空気層108が確保される。そして、空気層108が熱伝導遮断効果(断熱効果)を発揮するので、水和反応によって、蓄熱層110の化学蓄熱材112が放熱した熱のヒータ層150への伝熱が抑制される。   On the other hand, in the heat storage layer 110, as shown in FIG. 4A, the granular chemical heat storage material 112 expands by the hydration reaction, but the expansion is suppressed by the heat transfer partition 104 (the arrow in FIG. 5A). See F1). Therefore, the air layer 108 shown in FIG. And since the air layer 108 exhibits a heat conduction blocking effect (heat insulation effect), heat transfer to the heater layer 150 by heat radiated by the chemical heat storage material 112 of the heat storage layer 110 is suppressed by the hydration reaction.

したがって、ヒータ層150の熱容量による顕熱ロスが低減されるので、蓄熱層110の化学蓄熱材112から放熱された熱の熱利用効率が向上する。つまり、水和反応によって蓄熱層110の化学蓄熱材112から発生した熱を有効に利用することができる。   Therefore, since the sensible heat loss due to the heat capacity of the heater layer 150 is reduced, the heat utilization efficiency of the heat radiated from the chemical heat storage material 112 of the heat storage layer 110 is improved. That is, the heat generated from the chemical heat storage material 112 of the heat storage layer 110 by the hydration reaction can be effectively used.

つぎに、脱水反応時(図4(A)→図4(B)の反応時)について説明する。   Next, the dehydration reaction (FIG. 4 (A) → FIG. 4 (B)) will be described.

まず、図6グラフについて説明する。
図6のグラフの(1)はヒータ層150の伝熱隔壁104への面接圧(面触率)の変化を示している。(2)は蓄熱層110(化学蓄熱材112)の温度変化を示している。(3)は、蓄熱層(化学蓄熱材112)の熱膨張力の変化を示している。(4)は脱水速度の変化を示している。なお、横軸は時間軸であり、縦軸は各グラフに応じた軸である。
First, the graph of FIG. 6 will be described.
(1) in the graph of FIG. 6 shows a change in the contact pressure (surface contact ratio) of the heater layer 150 to the heat transfer partition 104. (2) shows the temperature change of the heat storage layer 110 (chemical heat storage material 112). (3) shows the change in the thermal expansion force of the heat storage layer (chemical heat storage material 112). (4) shows the change in the dehydration rate. The horizontal axis is a time axis, and the vertical axis is an axis corresponding to each graph.

また、図6の(A)はヒータ層150が熱膨張して伝熱隔壁104への当接すまでの間を示している。また、D線は、ヒータ層150と伝熱隔壁104との接触面の圧力分布が一定となる時点を示している。また、図5の(A)〜(C)と図6の(A)〜(C)とが対応している。なお、このグラフは各変化を説明するために模式的に示したものであり、正確に測定されたグラフではない。   FIG. 6A shows a period from when the heater layer 150 is thermally expanded until it contacts the heat transfer partition 104. A line D indicates a point in time at which the pressure distribution on the contact surface between the heater layer 150 and the heat transfer partition 104 becomes constant. Further, (A) to (C) in FIG. 5 correspond to (A) to (C) in FIG. 6. In addition, this graph is schematically shown for explaining each change, and is not a graph measured accurately.

図6と図5(A)及び図5(B)に示すように、ヒータ層150が発熱すると、空気層108によって熱伝導が遮断されているので(断熱されているので)、ヒータ層150は熱を奪われないで、伝熱隔壁104に当接するまでは高速膨張する。   As shown in FIGS. 6, 5 (A) and 5 (B), when the heater layer 150 generates heat, heat conduction is blocked by the air layer 108 (since it is insulated), the heater layer 150 Without being deprived of heat, it expands at high speed until it contacts the heat transfer partition 104.

図6及び図5(B)に示すように、当接後はヒータ層150及び伝熱隔壁104が共に熱膨張するが、ヒータ層150の線膨張係数K1は、伝熱隔壁104の線膨張係数K2よりも大きくなるように材料が選定されている。よって、ヒータ層150の方がより大きく膨張し、加熱時(予め定められた温度C2以上)ではヒータ層150が伝熱隔壁104に当接した状態が維持されると共に、ヒータ層150の熱膨張によって均一に面接接触する(接触面の圧力分布が均一化する)。そして、ヒータ層150から伝熱隔壁104を介して蓄熱層150に伝熱され、蓄熱層110(化学蓄熱材112)が加熱される。   As shown in FIGS. 6 and 5B, both the heater layer 150 and the heat transfer partition 104 thermally expand after contact, but the linear expansion coefficient K1 of the heater layer 150 is the linear expansion coefficient of the heat transfer partition 104. The material is selected so as to be larger than K2. Therefore, the heater layer 150 expands more greatly, and when heated (predetermined temperature C2 or higher), the heater layer 150 is maintained in contact with the heat transfer partition 104 and the heater layer 150 is thermally expanded. Makes contact contact evenly (the pressure distribution on the contact surface becomes uniform). Then, heat is transferred from the heater layer 150 to the heat storage layer 150 through the heat transfer partition 104, and the heat storage layer 110 (chemical heat storage material 112) is heated.

ここで、脱水反応初期は、化学蓄熱材112が膨張状態であるので(図4(A)を参照)、伝熱隔壁104に大きな応力(矢印F2)が発生する。よって、伝熱隔壁104は、両側から圧力を受けるので、接触抵抗熱が低減される。よって、反応初期の速い脱水速度が要求される領域(図6の領域K)において、伝熱律速が向上する(改善される)。   Here, since the chemical heat storage material 112 is in an expanded state at the beginning of the dehydration reaction (see FIG. 4A), a large stress (arrow F2) is generated in the heat transfer partition 104. Therefore, since the heat transfer partition 104 receives pressure from both sides, the contact resistance heat is reduced. Therefore, the heat transfer rate control is improved (improved) in a region where a fast dehydration rate is required at the beginning of the reaction (region K in FIG. 6).

つまり、伝熱隔壁104はヒータ層150の面接触と蓄熱層150からの圧力(化学蓄熱材112の膨張圧力)との相互作用によって、伝熱隔壁104とヒータ層150とが接触面の圧力分布が均一化すると共に、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。したがって、脱水速度が速い領域における伝熱律速が向上する。   That is, the heat transfer partition 104 has a pressure distribution on the contact surface between the heat transfer partition 104 and the heater layer 150 due to the interaction between the surface contact of the heater layer 150 and the pressure from the heat storage layer 150 (expansion pressure of the chemical heat storage material 112). Becomes uniform, the contact thermal resistance is reduced, and the heat transfer promoting function is improved. Therefore, the heat transfer rate control in the region where the dehydration rate is high is improved.

図6及び図5(C)に示すように、更に、脱水反応が進むと化学蓄熱材112が収縮するので(図4(B)を参照)、伝熱隔壁104の応力(矢印F3)が下がる。しかし、脱水速度はゆっくりでよいので、好適とされる。   As shown in FIGS. 6 and 5C, when the dehydration reaction further proceeds, the chemical heat storage material 112 contracts (see FIG. 4B), so that the stress (arrow F3) of the heat transfer partition 104 decreases. . However, since the dehydration rate may be slow, it is preferable.

また、ヒータ層150が伝熱隔壁104に均一に面接触するので、ヒータ層150の温度分布が均一化される。よってヒータ層150に過昇温部が発生することによるヒータ層150の劣化が防止される。   Further, since the heater layer 150 is in surface contact with the heat transfer partition 104 uniformly, the temperature distribution of the heater layer 150 is made uniform. Therefore, deterioration of the heater layer 150 due to the occurrence of an excessive temperature rise portion in the heater layer 150 is prevented.

ここで、脱水反応で伝熱隔壁104に面接触した状態のヒータ層150は、脱水反応が終了すると収縮する。このとき、仮にヒータ層150が伝熱隔壁104から離間しないと空気層108(図2、図5(A)参照)が形成されないことになる。よって、本実施形態では、伝熱隔壁104のヒータ層150側の壁面104Aには、ヒータ層150の離型性を高めたメッキ層105(図5(B))が形成されている。したがって、ヒータ層150が伝熱隔壁104から確実に離間し、空気層108が確実に形成される。よって、空気層108による熱伝導遮断効果(断熱効果)が確実に発揮されて顕熱ロスが軽減される。   Here, the heater layer 150 in surface contact with the heat transfer partition 104 by the dehydration reaction contracts when the dehydration reaction is completed. At this time, if the heater layer 150 is not separated from the heat transfer partition 104, the air layer 108 (see FIGS. 2 and 5A) is not formed. Therefore, in the present embodiment, the plating layer 105 (FIG. 5B) that improves the releasability of the heater layer 150 is formed on the wall surface 104 </ b> A on the heater layer 150 side of the heat transfer partition 104. Therefore, the heater layer 150 is reliably separated from the heat transfer partition 104, and the air layer 108 is reliably formed. Therefore, the heat conduction blocking effect (heat insulating effect) by the air layer 108 is reliably exhibited, and the sensible heat loss is reduced.

<第二実施形態>
つぎに、本発明の実施形態に係る第一実施形態の化学蓄熱用反応器について、図7を用いて説明する。なお、第一実施形態と個同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<Second embodiment>
Next, the chemical heat storage reactor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as 1st embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

化学蓄熱用反応器200は、反応容器102の中に、ヒータ層150と蓄熱層110と蒸気拡散層120とが、層状に設けられた構成とされている。そして、蒸気拡散層120が伝熱隔壁104と蓄熱層150との間に配置されている。蒸気拡散層120には、金属製の波型の構造体(フィン)122が設けられ、これによって、水蒸気の流路が確保されている。また、構造体122の波型の凹凸方向は壁厚方向Sとされているので、構造体122は壁厚方向Sに弾性変形する。   The chemical heat storage reactor 200 includes a reaction vessel 102 in which a heater layer 150, a heat storage layer 110, and a vapor diffusion layer 120 are provided in layers. The vapor diffusion layer 120 is disposed between the heat transfer partition 104 and the heat storage layer 150. The vapor diffusion layer 120 is provided with a metal corrugated structure (fin) 122, thereby ensuring a water vapor flow path. Further, since the corrugated uneven direction of the structure 122 is the wall thickness direction S, the structure 122 is elastically deformed in the wall thickness direction S.

なお、蒸気拡散層120の配置位置以外の構成は、第一実施形態と同様の構成である。   The configuration other than the arrangement position of the vapor diffusion layer 120 is the same as that of the first embodiment.

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
[Action and effect]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

脱水反応時において、ヒータ層150から伝熱隔壁104に伝熱された熱は、蒸気拡散層120の金属製の波型の構造体(フィン)122を介して蓄熱層150に伝熱される。   During the dehydration reaction, the heat transferred from the heater layer 150 to the heat transfer partition 104 is transferred to the heat storage layer 150 through the metal corrugated structure (fin) 122 of the vapor diffusion layer 120.

図8(A)及び図8(B)に示すように、蓄熱層110と伝熱隔壁104との間の蒸気拡散層120に設けられた構造体122が、脱水反応時の蓄熱層110の熱膨張に対して壁厚方向Sに弾性変形することで、ヒータ層150と伝熱隔壁104との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。   As shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B), the structure 122 provided in the vapor diffusion layer 120 between the heat storage layer 110 and the heat transfer partition wall 104 is the heat of the heat storage layer 110 during the dehydration reaction. By elastically deforming in the wall thickness direction S with respect to expansion, the pressure distribution on the contact surface between the heater layer 150 and the heat transfer partition 104 is made uniform. Therefore, the contact thermal resistance is reduced and the heat transfer promoting function is improved.

ここで、図8(C)に示す比較例のように、蓄熱層110の膨張力が大きい場合、伝熱隔壁104は両端が固定されているので中央部が膨らみ凸状に変形する。よって、膨張したヒータ層150と接触面の圧力分布に不均一が生じることがある。このように接触面の圧力分布が不均一となると、伝熱効率が低下する怖れがある。また、ヒータ層150に曲げ応力が発生したり接触面の圧力分布に応じて過昇温部が発生したりする等によって、ヒータ層150の耐久性が低下する怖れがある。   Here, as in the comparative example shown in FIG. 8C, when the expansion force of the heat storage layer 110 is large, since both ends of the heat transfer partition 104 are fixed, the central portion expands and deforms into a convex shape. Therefore, the pressure distribution between the expanded heater layer 150 and the contact surface may be uneven. When the pressure distribution on the contact surface becomes non-uniform in this way, there is a fear that the heat transfer efficiency is lowered. In addition, there is a fear that the durability of the heater layer 150 may be lowered due to a bending stress generated in the heater layer 150 or an excessive temperature rising portion generated according to the pressure distribution on the contact surface.

しかし、本実施形態では、上述したように蒸気拡散層120が伝熱隔壁104と蓄熱層110との間に配置されているので、蒸気拡散層120を構成する構造体122が弾性変形することで、伝熱隔壁104の凸状変形を抑制し、伝熱隔壁104とヒータ層150とが均一に面接触する。よって、上述した比較例で説明した接触面の圧力分布に不均一が生じることよる伝熱効率の低下やヒータ層150の耐久性の低下が防止される。   However, in this embodiment, since the vapor diffusion layer 120 is disposed between the heat transfer partition 104 and the heat storage layer 110 as described above, the structure 122 constituting the vapor diffusion layer 120 is elastically deformed. The convex deformation of the heat transfer partition 104 is suppressed, and the heat transfer partition 104 and the heater layer 150 are in surface contact uniformly. Therefore, a decrease in heat transfer efficiency and a decrease in durability of the heater layer 150 due to non-uniformity in the pressure distribution on the contact surface described in the comparative example described above are prevented.

<第三実施形態>
つぎに、本発明の実施形態に係る第三実施形態の化学蓄熱用反応器について、図9と図10を用いて説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<Third embodiment>
Next, a chemical heat storage reactor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 1st embodiment and 2nd embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

化学蓄熱用反応器300は、反応容器103の中にヒータ層150と蓄熱層110と蒸気拡散層120と媒体流路層320とが、層状に設けられた構成とされている。   The chemical heat storage reactor 300 has a configuration in which a heater layer 150, a heat storage layer 110, a vapor diffusion layer 120, and a medium flow path layer 320 are provided in a reaction container 103 in a layered manner.

反応容器103は、伝熱隔壁104の壁厚方向の両外側にそれぞれ対向して伝熱隔壁107が設けられている。これら伝熱隔壁104と伝熱隔壁107との間の空間(スリット)109が形成され、この中に金属製の波型の構造体(フィン)322が設けられている。また、構造体322の波型の凹凸方向は壁厚方向Sとされているので、構造体322は壁厚方向Sに弾性変形する。   The reaction vessel 103 is provided with heat transfer partition walls 107 opposite to both outer sides of the heat transfer partition wall 104 in the wall thickness direction. A space (slit) 109 between the heat transfer partition 104 and the heat transfer partition 107 is formed, and a metal corrugated structure (fin) 322 is provided therein. Further, since the corrugated uneven direction of the structure 322 is the wall thickness direction S, the structure 322 is elastically deformed in the wall thickness direction S.

媒体流路層320は、蓄熱層150との間で熱交換可能な被加熱媒体324が充填されている。被加熱媒体324としては水等の液体や空気等の気体など、蓄熱層150との間で熱交換可能な流体とされている。また、図示されてない外部流路等を介して、被加熱媒体324が媒体流路層320に流入・流出するように構成されている。   The medium flow path layer 320 is filled with a heated medium 324 that can exchange heat with the heat storage layer 150. The heated medium 324 is a fluid that can exchange heat with the heat storage layer 150, such as a liquid such as water or a gas such as air. Further, the heated medium 324 is configured to flow into and out of the medium flow path layer 320 via an external flow path or the like not shown.

媒体流路層320の有無以外の構成は、第一実施形態と同様の構成である。   The configuration other than the presence or absence of the medium flow path layer 320 is the same as that of the first embodiment.

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
[Action and effect]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

水和反応時においては、蓄熱層110から伝熱隔壁107を介して媒体流路層320に流通する被加熱媒体324と熱交換させることで、蓄熱層110の温度制御を行い、速い反応速度を維持するこができる。また、被加熱媒体324を外部の暖気対象物に輸送されることで、暖気対象物を加熱・昇温することができる。つまり、蓄熱層110が放熱した熱を輸送することができる。   During the hydration reaction, the temperature of the heat storage layer 110 is controlled by exchanging heat with the heated medium 324 flowing from the heat storage layer 110 through the heat transfer partition wall 107 to the medium flow path layer 320, and a fast reaction rate is achieved. Can be maintained. Further, by transporting the heated medium 324 to an external warm air target, the warm air target can be heated and heated. That is, the heat radiated by the heat storage layer 110 can be transported.

また、脱水反応が完了後に、媒体流路層320に被加熱媒体324を流入させ、蓄熱層110、ヒータ層150、及び蒸気拡散層120の顕熱を熱交換によって回収することで、外部の暖気対象物に熱を輸送することも可能である。   In addition, after the dehydration reaction is completed, the heated medium 324 is caused to flow into the medium flow path layer 320, and the sensible heat of the heat storage layer 110, the heater layer 150, and the vapor diffusion layer 120 is recovered by heat exchange, so that the external warm air It is also possible to transport heat to the object.

なお、脱水反応時においては、ヒータ層150から伝熱隔壁104に伝熱された熱は、媒体流路層320の構造体322を介して伝熱隔壁107に伝達され、伝熱隔壁107から蓄熱層150に伝熱される。   During the dehydration reaction, the heat transferred from the heater layer 150 to the heat transfer partition 104 is transferred to the heat transfer partition 107 via the structure 322 of the medium flow path layer 320, and the heat transfer partition 107 stores heat. Heat is transferred to the layer 150.

また、図10に示すように、脱水反応時の蓄熱層110の熱膨張によって、両端が固定された伝熱隔壁107は中央部が膨らみ凸状に変形する場合がある。しかし、伝熱隔壁107と伝熱隔壁104との間の媒体流路層320に設けられた構造体322が、壁厚方向Sに弾性変形することで、ヒータ層150と伝熱隔壁104との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。   Further, as shown in FIG. 10, the heat transfer partition wall 107 having both ends fixed may swell and deform into a convex shape due to thermal expansion of the heat storage layer 110 during the dehydration reaction. However, the structural body 322 provided in the medium flow path layer 320 between the heat transfer partition wall 107 and the heat transfer partition wall 104 is elastically deformed in the wall thickness direction S, so that the heater layer 150 and the heat transfer partition wall 104 The pressure distribution on the contact surface becomes uniform. Therefore, the contact thermal resistance is reduced and the heat transfer promoting function is improved.

<第四実施形態>
つぎに、本発明の実施形態に係る第四実施形態の化学蓄熱用反応器について、図11と図12とを用いて説明する。なお、第一実施形態〜第三実施形態との同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a chemical heat storage reactor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as 1st embodiment-3rd embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図12に示すように、化学蓄熱用反応器400は、反応容器102の中にヒータ層450と蓄熱層110と蒸気拡散層120とが、層状に設けられた構成とされている。   As shown in FIG. 12, a chemical heat storage reactor 400 is configured such that a heater layer 450, a heat storage layer 110, and a vapor diffusion layer 120 are provided in a reaction container 102 in a layered manner.

図11に示すように、ヒータ層450には、壁厚方向Sに貫通する複数の円形の貫通孔452が形成されている。言い換えると、複数の貫通孔452が形成された打ち抜き状とされている。そして、各貫通孔452に、それぞれ補強部材460が挿入されている。   As shown in FIG. 11, the heater layer 450 is formed with a plurality of circular through holes 452 penetrating in the wall thickness direction S. In other words, it is a punched shape in which a plurality of through holes 452 are formed. Reinforcing members 460 are inserted into the respective through holes 452.

補強部材460は、セラミック製とされ中空の円筒形とされている。このように、補強部材460は、ヒータ層450よりも、低熱伝導且つ低熱容量(中空部分を含む熱容量)の材質及び形状とされている。   The reinforcing member 460 is made of ceramic and has a hollow cylindrical shape. As described above, the reinforcing member 460 is made of a material and a shape having lower thermal conductivity and lower heat capacity (heat capacity including the hollow portion) than the heater layer 450.

図12(A)に示すように、補強部材460の壁厚方向(軸方向)Sの長さは、非加熱時(予め定められた温度C1度以下)におけるヒータ層450の壁厚方向Sの厚みよりも長くなるように設定されている。そして、対向する伝熱隔壁104間を壁厚方向Sに支持するように設定されている。   As shown in FIG. 12A, the length of the reinforcing member 460 in the wall thickness direction (axial direction) S is the length in the wall thickness direction S of the heater layer 450 when not heated (predetermined temperature C1 degrees or less). It is set to be longer than the thickness. And it sets so that between the heat transfer partition 104 which opposes may be supported in the wall thickness direction S. FIG.

また、図12(B)に示すように、脱水反応時において、ヒータ層450が加熱され熱膨張すると、ヒータ層450が伝熱隔壁104に当接するように設定されている。   Further, as shown in FIG. 12B, the heater layer 450 is set to come into contact with the heat transfer partition 104 when the heater layer 450 is heated and thermally expanded during the dehydration reaction.

ヒータ層450以外の構成は、第一実施形態と同様の構成である。   The configuration other than the heater layer 450 is the same as that of the first embodiment.

[作用及び効果]
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
[Action and effect]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

図12(B)に示すように、脱水反応時の蓄熱層110の熱膨張に対してヒータ層150と共に伝熱隔壁104を補強部材460が支持するので、ヒータ層150にかかる応力が低減する。これによりヒータ層150と伝熱隔壁104との接触面の圧力分布が均一化する。よって、接触熱抵抗が低減し、熱伝達促進機能が向上する。   As shown in FIG. 12B, since the reinforcing member 460 supports the heat transfer partition wall 104 together with the heater layer 150 against the thermal expansion of the heat storage layer 110 during the dehydration reaction, the stress applied to the heater layer 150 is reduced. As a result, the pressure distribution on the contact surface between the heater layer 150 and the heat transfer partition 104 is made uniform. Therefore, the contact thermal resistance is reduced and the heat transfer promoting function is improved.

また、伝熱隔壁104が凸状に変形して接触面の圧力分布が不均一化することによるヒータ層150への曲げ応力の発生や接触面の圧力分布の不均一化によるヒータ層150の過昇温部の発生が抑制され、その結果、ヒータ層150の耐久性能が向上する。   Further, the heat transfer partition 104 is deformed into a convex shape and the contact surface pressure distribution becomes non-uniform, so that bending stress is generated on the heater layer 150 and the contact surface pressure distribution becomes non-uniform. Generation | occurrence | production of a temperature rising part is suppressed, As a result, the durability performance of the heater layer 150 improves.

水和反応時における蓄熱層150の熱膨張に伴う伝熱隔壁104の膨張や変形を、補強部材460が伝熱隔壁104を支えることで抑制又は防止され、この結果、伝熱隔壁104とヒータ層150との部分的な接触が防止され、空気層108が確実に確保される。よって、空気層108による伝熱遮断機能(断熱機能)が効果的に発揮される。つまり、水和反応時におけるヒータ層150と蓄熱層110との間の熱伝導遮断性能が向上する。したがって、蓄熱層110からヒータ層150への伝熱が抑制され、顕熱ロスが低減される。   Expansion and deformation of the heat transfer partition 104 due to thermal expansion of the heat storage layer 150 during the hydration reaction are suppressed or prevented by the reinforcement member 460 supporting the heat transfer partition 104. As a result, the heat transfer partition 104 and the heater layer are suppressed. Partial contact with 150 is prevented, and the air layer 108 is ensured. Therefore, the heat transfer blocking function (heat insulating function) by the air layer 108 is effectively exhibited. That is, the heat conduction blocking performance between the heater layer 150 and the heat storage layer 110 during the hydration reaction is improved. Therefore, heat transfer from the heat storage layer 110 to the heater layer 150 is suppressed, and sensible heat loss is reduced.

また、補強部材460は、セラミック製とされ且つ中空の円筒形とされることで、ヒータ層150よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となっている。よって、水和反応時における蓄熱層150から補強部材460への伝熱及びヒータ層150への伝熱が抑制され、その結果、顕熱ロスが軽減される。   In addition, the reinforcing member 460 is made of ceramic and has a hollow cylindrical shape, so that it has a lower heat conductive member and a lower heat capacity than the heater layer 150. Therefore, heat transfer from the heat storage layer 150 to the reinforcing member 460 and heat transfer to the heater layer 150 during the hydration reaction are suppressed, and as a result, sensible heat loss is reduced.

なお、本実施形態では、補強部材460は、セラミック製とされ且つ中空の円筒形とされることで、ヒータ層150よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量(中空部分を含む熱容量)となっている。しかし、セラミック製及び中空の円筒形以外の材料及び形状であってもよい。   In the present embodiment, the reinforcing member 460 is made of ceramic and has a hollow cylindrical shape, so that it has a lower thermal conductivity member and a lower thermal heat capacity (heat capacity including a hollow portion) than the heater layer 150. . However, materials and shapes other than ceramics and hollow cylinders may be used.

<その他>
尚、本発明は、上記実施形態に限定されない。
<Others>
In addition, this invention is not limited to the said embodiment.

例えば、上記実施形態では、蒸気拡散層120及び媒体流路層320に設けられた構造体122、322は、金属製の波型形状であったがこれに限定されない。蒸気や被加熱媒体324(空気や水等の流体)が流通可能とされると共に壁厚方向Sに弾性変形する材質や形状であればよい。例えば、板形状の金属材料からなる弾性変形可能な多孔質体であってもよい。   For example, in the above embodiment, the structures 122 and 322 provided in the vapor diffusion layer 120 and the medium flow path layer 320 have a metal corrugated shape, but are not limited thereto. Any material or shape may be used as long as it is capable of circulating steam or a medium to be heated 324 (fluid such as air or water) and elastically deforms in the wall thickness direction S. For example, an elastically deformable porous body made of a plate-shaped metal material may be used.

また、例えば、第三実施形態の媒体流路層320は、ヒータ層150と蓄熱層110との間に設けられていたが、これに限定されない。他の場所に設けられていてもよい。   Further, for example, the medium flow path layer 320 of the third embodiment is provided between the heater layer 150 and the heat storage layer 110, but is not limited thereto. It may be provided in another place.

また、上記複数の実施形態は、適宜、組み合わされて実施可能である。例えば、第三実施形態の媒体流路層320を、第一実施形態の化学蓄熱用反応器、第二実施形態の化学蓄熱用反応器、及び第四実施形態の化学蓄熱用反応器に設けてもよい。   Further, the plurality of embodiments described above can be implemented in combination as appropriate. For example, the medium flow path layer 320 of the third embodiment is provided in the chemical heat storage reactor of the first embodiment, the chemical heat storage reactor of the second embodiment, and the chemical heat storage reactor of the fourth embodiment. Also good.

或いは、第四実施形態のヒータ層450を、第一実施形態の化学蓄熱用反応器、第二実施形態の化学蓄熱用反応器、及び第三実施形態の化学蓄熱用反応器に用いてもよい。   Alternatively, the heater layer 450 of the fourth embodiment may be used for the chemical heat storage reactor of the first embodiment, the chemical heat storage reactor of the second embodiment, and the chemical heat storage reactor of the third embodiment. .

また、第一実施形態の伝熱隔壁104の壁面104Aに形成した離型性能を高めたメッキ層105を、第二実施形態〜第三実施形態の化学蓄熱用反応器に用いてもよい。更に、メッキ加工(メッキ層105)以外の方法で離型性能を高めてもよい。例えば、壁面104Aに研磨加工を施して離型性能を高めてもよい。   Moreover, you may use the plating layer 105 which improved the mold release performance formed in the wall surface 104A of the heat-transfer partition 104 of 1st embodiment for the chemical heat storage reactor of 2nd embodiment-3rd embodiment. Furthermore, the mold release performance may be improved by a method other than plating (plating layer 105). For example, the mold release performance may be improved by polishing the wall surface 104A.

更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。   Furthermore, it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect in the range which does not deviate from the summary of this invention.

10 化学蓄熱システム
100 化学蓄熱用反応器
104 伝熱隔壁
105 メッキ層(離型手段)
110 蓄熱層
112 化学蓄熱材
120 蒸気拡散層
122 構造体
150 ヒータ層
200 化学蓄熱用反応器
300 化学蓄熱用反応器
320 媒体流路層
322 構造体
324 被加熱媒体
400 化学蓄熱用反応器
452 貫通孔
460 補強部材
S 壁厚方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Chemical thermal storage system 100 Chemical thermal storage reactor 104 Heat transfer partition 105 Plating layer (mold release means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 Heat storage layer 112 Chemical heat storage material 120 Vapor diffusion layer 122 Structure 150 Heater layer 200 Chemical heat storage reactor 300 Chemical heat storage reactor 320 Medium flow path layer 322 Structure 324 Heated medium 400 Chemical heat storage reactor 452 Through-hole 460 Reinforcing member
S Wall thickness direction

Claims (7)

壁厚方向に間隔をあけて設けられた伝熱隔壁と、
前記伝熱隔壁の壁厚方向外側に設けられ、加熱により脱水反応を生じることで蓄熱し、水和反応を生じることで放熱する化学蓄熱材が充填された蓄熱層と、
前記伝熱隔壁間に設けられ、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、前記伝熱隔壁よりも線膨張係数が大きく、水和反応時は前記伝熱隔壁間よりも厚みが薄く、脱水反応時には熱膨張することで前記伝熱隔壁に接触して前記伝熱隔壁を介して前記蓄熱層を加熱するヒータ層と、
備える化学蓄熱用反応器。
A heat transfer partition provided at intervals in the wall thickness direction;
A heat storage layer provided outside the heat transfer partition wall in the wall thickness direction, which stores heat by generating a dehydration reaction by heating, and is filled with a chemical heat storage material that dissipates heat by generating a hydration reaction;
Provided between the heat transfer partition walls, converts electrical energy into heat energy, has a larger coefficient of linear expansion than the heat transfer partition walls, is thinner than between the heat transfer partition walls during the hydration reaction, and heats during the dehydration reaction. A heater layer that contacts the heat transfer partition by expanding and heats the heat storage layer via the heat transfer partition;
Equipped with a chemical heat storage reactor.
前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、脱水反応時には前記蓄熱層で発生した水蒸気が流入し、水和反応時には前記蓄熱層に水蒸気を供給する蒸気拡散層と、
前記蒸気拡散層に設けられ、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体と、
を備える請求項1に記載の化学蓄熱用反応器。
A vapor diffusion layer provided between the heat storage layer and the heat transfer partition, in which water vapor generated in the heat storage layer flows during a dehydration reaction, and for supplying water vapor to the heat storage layer during a hydration reaction;
A structure that is provided in the vapor diffusion layer and transfers heat from the heat transfer partition to the heat storage layer and is elastically deformable;
The chemical heat storage reactor according to claim 1, comprising:
前記蓄熱層に接触するように配置され、前記蓄熱層との間で熱交換可能な被加熱媒体が充填された媒体流路層を備える、
請求項1又は請求項2に記載の化学蓄熱用反応器。
A medium flow path layer disposed so as to be in contact with the heat storage layer and filled with a heated medium capable of exchanging heat with the heat storage layer;
The chemical heat storage reactor according to claim 1 or 2.
前記媒体流路層は、前記蓄熱層と前記伝熱隔壁との間に設けられ、
前記媒体流路層には、前記伝熱隔壁から前記蓄熱層に伝熱すると共に弾性変形可能な構造体が設けられている、
請求項3に記載の化学蓄熱用反応器。
The medium flow path layer is provided between the heat storage layer and the heat transfer partition wall,
The medium flow path layer is provided with a structure capable of elastically deforming while transferring heat from the heat transfer partition to the heat storage layer.
The chemical heat storage reactor according to claim 3.
前記ヒータ層を貫通する貫通孔と、
前記貫通孔に挿入され、前記伝熱隔壁を支持する補強部材と、
を備える請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の化学蓄熱用反応器。
A through hole penetrating the heater layer;
A reinforcing member inserted into the through hole and supporting the heat transfer partition;
A chemical heat storage reactor according to any one of claims 1 to 4, comprising:
前記補強部材は、前記ヒータ層よりも、低熱伝導部材且つ低熱熱容量となる材料及び形状とされている、
請求項5に記載の化学蓄熱用反応器。
The reinforcing member is made of a material and a shape that have a low thermal conductivity member and a low thermal heat capacity than the heater layer.
The chemical heat storage reactor according to claim 5.
前記伝熱隔壁における前記ヒータ層側の壁面には、離型性を高める離型手段が設けられている請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の化学蓄熱用反応器。   The chemical heat storage reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein a release means for improving a release property is provided on a wall surface of the heat transfer partition on the heater layer side.
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