反応器
【課題】水蒸気を生成する性能を向上させる。
【解決手段】反応器１０は、水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する化学蓄熱材３０と、この化学蓄熱材３０を内蔵する熱交換器４０と、を備えている。熱交換器４０は、化学蓄熱材３０が収容された蓄熱材収容空間４２と、蓄熱材収容空間４２と連通する複数の吐出口５０、外部水供給部と接続される主管５２、及び、主管５２と複数の吐出口５０とを連通する支管５４を有して構成された水流路４４と、化学蓄熱材３０を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路４６と、を有している。
【解決手段】反応器１０は、水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する化学蓄熱材３０と、この化学蓄熱材３０を内蔵する熱交換器４０と、を備えている。熱交換器４０は、化学蓄熱材３０が収容された蓄熱材収容空間４２と、蓄熱材収容空間４２と連通する複数の吐出口５０、外部水供給部と接続される主管５２、及び、主管５２と複数の吐出口５０とを連通する支管５４を有して構成された水流路４４と、化学蓄熱材３０を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路４６と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多孔質管と、この多孔質管の内部に充填された複数の酸化カルシウム成型体と、この複数の酸化カルシウム成型体の間にそれぞれ積層された耐熱性多孔質部材とを備えた反応器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８０５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この反応器は、一つ若しくは複数の水供給管が反応器の外壁部に単に接続された構成であり、反応器の内部に供給された水は、反応器内に配置された耐熱性多孔質部材によって形成された空間を通じて反応器の内部まで浸透する、という作動が想定されている。
【０００５】
しかしながら、このような構成では、耐熱性多孔質部材の多孔空間を流通する水が反応器の内部へ流入すると同時に酸化カルシウム成型体とも接触するため、供給口付近においては即座に水和反応が生じ、反応熱に伴って供給された水の一部が水蒸気へ気化する。この気化した水蒸気は水の内部への浸透を阻害し、酸化カルシウム成型体全体へ均一な水供給を実現することは困難となる。すなわち、耐熱性多孔質部材を用いる従来技術では、水蒸気を生成する性能が低い。
【０００６】
本発明は、上記課題である水の均一供給を実現し、水蒸気を生成する性能を向上させることができる反応器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】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の反応器は、水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する化学蓄熱材と、前記化学蓄熱材を内蔵する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、前記化学蓄熱材が収容された蓄熱材収容空間と、前記蓄熱材収容空間と連通する複数の吐出口、外部水供給部と接続される主管、及び、前記主管と前記複数の吐出口とを連通する支管を有して構成された水流路と、前記化学蓄熱材を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路と、を有している。
【０００８】
この反応器によれば、水流路を熱交換器の内部に設け、複数の吐出口から化学蓄熱材全体に水を供給するため、化学蓄熱材全体が水と均一に反応できる。また、このような構成とすることで、より多くの吐出口を容易に設けることができるため、水の浸透距離を減らすことができ、水和反応熱によって生じる水蒸気が化学蓄熱材内部への水の浸透を妨げる流路閉塞作用を大幅に抑制させることができる。これにより、化学蓄熱材全体を均一に反応させることができるため、反応速度が向上し、結果的に得られた反応熱によって水蒸気を生成する性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の反応器は、請求項１に記載の反応器において、前記支管が、複数の分岐部を有する樹形形状とされているものである。
【００１０】
この反応器によれば、支管は、複数の分岐部を有する樹形形状とされているので、動圧を利用して水を分配することができる。これにより、複数の吐出口から同時に水を吐出させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の反応器は、請求項１又は請求項２に記載の反応器において、前記複数の吐出口が、千鳥状に配列されているものである。
【００１２】
この反応器によれば、複数の吐出口は、千鳥状に配列されているので、最少口数で化学蓄熱材全体により均一に水を供給することができる。
【００１３】
請求項４に記載の反応器は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の反応器において、前記蓄熱材収容空間が、鉛直方向に沿って延びると共に、鉛直方向上側の端部に前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を外部に放出する放出口を有し、前記支管に供給される水の流れの方向と、前記水蒸気が放出される方向が一致されているものである。
【００１４】
この反応器によれば、支管に供給される水の流れの方向と、蓄熱材収容空間から外部に放出される水蒸気の放出方向とが一致されている。これにより、水蒸気の生成温度分布による水の供給の阻害を抑制することができる。
【００１５】
請求項５に記載の反応器は、請求項４に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記複数の吐出口が、前記水流路形成壁部における前記放出口側の非形成領域よりも鉛直方向下側に形成されているものである。
【００１６】
反応器では、鉛直方向下側において熱生成、水蒸気生成を、鉛直方向上側において熱生成、水蒸気をスーパヒートすることが理想となる。
【００１７】
従って、この反応器のように、複数の吐出口が、水流路形成壁部における放出口側の非形成領域よりも鉛直方向下側に形成されていると、放出口の周辺部への水の供給による温度低下を抑制し、鉛直方向下側において生成した水蒸気による水和反応による熱を水蒸気へ効果的に回収するスーパヒートが可能となる。
【００１８】
請求項６に記載の反応器は、請求項５に記載の反応器において、前記非形成領域における前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間に伝熱部が設けられているものである。
【００１９】
この反応器によれば、非形成領域には、水流路が形成された水流路形成壁部と化学蓄熱材との間に伝熱部が設けられているので、発熱状態にある化学蓄熱材と水流路との対流熱交換を促進し、より効果的に高温の水蒸気を生成することができる。
【００２０】
請求項７に記載の反応器は、請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の反応器において、前記複数の吐出口の各々の鉛直方向下側に、前記蓄熱材収容空間内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部が設けられているものである。
【００２１】
吐出口付近では、吐出口より供給された水と上流側で生成された水蒸気が干渉することで供給水の分散を阻害する傾向を示す。本来、供給水は分散配置され、吐出された供給水を吐出口間を補完するように均一に分散供給する（濡れ広がる）ことが必要となる。一方で、上流側で生成された水蒸気は流量、速度を増加して系内を流動する。
【００２２】
従って、この反応器のように、複数の吐出口の各々の鉛直方向下側に、蓄熱材収容空間内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部が設けられていると、上流からの水蒸気流れの干渉を抑制し、吐出口からの効果的な水の分散供給が可能となる。
【００２３】
請求項８に記載の反応器は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記複数の吐出口以外の部分に、前記蓄熱材収容空間と連通し、前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路が形成されているものである。
【００２４】
この反応器によれば、水流路形成壁部には、化学蓄熱材で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路が形成されているので、水蒸気の流路の断面積を拡大し、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。また、水が供給されて発熱した化学蓄熱材に、さらに水蒸気を供給することができ、より高温の水蒸気を生成することができる。
【００２５】
また、この水蒸気流路は、複数の吐出口以外の部分に形成されているので、生成された水蒸気が吐出口に流入して、吐出口から化学蓄熱材への水の供給が妨げられることを抑制することができる。
【００２６】
請求項９に記載の反応器は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の反応器において、前記支管が、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部を有しているものである。
【００２７】
この反応器によれば、支管は、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部を有しているので、この増圧部により、支管を流れる水の圧力を段階的に制御することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の反応器は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の反応器にいおいて、前記複数の吐出口の各々が、円形部と、前記円形部の外周に放射状に形成された複数の長孔とを有しているものである。
【００２９】
この反応器によれば、複数の吐出口の各々は、円形部の外周に放射状に形成された複数の長孔を有しているので、この複数の長孔を有する分、この複数の吐出口が開口する壁面の濡れ面積を拡大することができる。
【００３０】
請求項１１に記載の反応器は、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間に、断熱部が設けられているものである。
【００３１】
この反応器によれば、水流路が形成された水流路形成壁部と化学蓄熱材との間には、断熱部が設けられているので、化学蓄熱材の熱が水流路に伝達されて、水流路内に水蒸気が生じることを抑制することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の反応器は、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記熱媒流路と前記蓄熱材収容空間との間の隔壁部と、前記水流路が形成された水流路形成壁部とを有し、前記化学蓄熱材が、前記隔壁部と前記水流路形成壁部とによって拘束されているものである。
【００３３】
この反応器によれば、化学蓄熱材は、熱媒流路と蓄熱材収容空間との間の隔壁部と、水蒸気流路形成壁部とによって拘束されているので、水和反応又は脱水反応に伴う体積変化で化学蓄熱材が崩壊することを抑制することができる。
【００３４】
請求項１３に記載の反応器は、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の反応器において、前記支管が、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部を有しているものである。
【００３５】
この反応器によれば、支管は、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部を有しているので、この圧力調整部によって支管の内部圧力を調整することで、支管の各部を流れる水の量を均一にすることができる。
【００３６】
請求項１４に記載の反応器は、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面に、前記複数の吐出口を繋ぐと共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているものである。
【００３７】
この反応器によれば、水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口を繋ぐと共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているので、この細溝の毛管力により化学蓄熱材の全体に水を供給することができる。
【００３８】
請求項１５に記載の反応器は、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面に、前記複数の吐出口の各々から鉛直方向上側に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているものである。
【００３９】
この反応器によれば、水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から鉛直方向上側に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているので、この細溝の毛管力により化学蓄熱材の全体に水を供給することができると共に、細溝から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【００４０】
請求項１６に記載の反応器は、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面に、前記複数の吐出口の各々から水平方向に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているものである。
【００４１】
この反応器によれば、水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から水平方向に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているので、水流路形成壁部における蓄熱材収容空間側の壁面における保水性を確保することができると共に、細溝から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上詳述したように、本発明によれば、水蒸気を生成する性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る反応器を用いた水蒸気生成システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示される反応器の斜視図である。
【図３】図１に示される反応器の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図４に示される水流路形成壁部をＣ−Ｃ方向から見た矢視図である。
【図７】図１に示される反応器の変形例を示す分解斜視図である。
【図８】図１に示される水流路の変形例を示す断面図である。
【図９】図１に示される水流路の他の変形例を示す断面図である。
【図１０】図６に示される吐出口の変形例を示す図である。
【図１１】図１に示される反応器の他の変形例を示す断面図である。
【図１２】図６に示される水流路形成壁部の変形例を示す図である。
【図１３】図１２に示される水流路形成壁部に沿う水蒸気の流れを示す図である。
【図１４】図１３に示される吐出口周辺部の変形例を示す図である。
【図１５】図６に示される水流路形成壁部の変形例を示す図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１７】図５に示される水流路の変形例を示す図である。
【図１８】図１に示される反応器の他の変形例を示す斜視図である。
【図１９】図１８の要部拡大図である。
【図２０】図１に示される反応器の他の変形例を示す斜視図である。
【図２１】図２０の要部拡大図である。
【図２２】図２０に示される反応器の他の変形例を示す要部拡大図である。
【図２３】図６に示される水流路形成壁部の他の変形例を示す図である。
【図２４】図２３の要部拡大図である。
【図２５】図２３の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００４５】
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る反応器１０は、水蒸気生成システムＳに適用されている。この水蒸気生成システムＳは、反応器１０に加え、水タンク１２と、液送ポンプ１４及びバルブ１６が設けられた水供給管１８と、水蒸気排出管２０とを備えている。
【００４６】
水タンク１２には、水２２が貯留されている。反応器１０は、水供給管１８によって水タンク１２と密閉状態で接続されている。この反応器１０は、水タンク１２から水が供給されると、水蒸気を生成し、水蒸気排出管２０を通じて図示しない水蒸気利用装置に水蒸気を供給するものである。この反応器１０は、具体的には、次の構成とされている。
【００４７】
すなわち、反応器１０は、図２〜図５に示されるように、化学蓄熱材３０と、この化学蓄熱材３０を内蔵する熱交換器４０とを備えている。化学蓄熱材３０は、水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する。この化学蓄熱材３０としては、例えば、プレート状に成型されたもの、又は、粒子状のものが用いられる。
【００４８】
本実施形態では、化学蓄熱材３０として、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ）が用いられている。従って、反応器１０では、以下の如く、水和反応及び脱水反応が可逆的に繰り返し得るようになっている。
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）２
【００４９】
なお、この式に蓄熱量及び発熱量Ｑを併せて示すと、以下のようになる。
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
【００５０】
熱交換器４０は、化学蓄熱材３０が収容された蓄熱材収容空間４２と、上述の水供給管１８（図１参照）と蓄熱材収容空間４２とを連通する水流路４４と、化学蓄熱材３０を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路４６と、を有している、
【００５１】
蓄熱材収容空間４２は、鉛直方向に沿って延びると共に、鉛直方向上側の端部に化学蓄熱材３０で生成された水蒸気を外部に放出する放出口４８を有している。この放出口４８は、上述の水蒸気排出管２０（図１参照）と接続されている。
【００５２】
水流路４４は、蓄熱材収容空間４２と連通する複数の吐出口５０、外部水供給部の一例である水供給管１８と接続される主管５２、及び、主管５２と複数の吐出口５０を連通する支管５４を有して構成されている。
【００５３】
支管５４は、図６に示されるように、複数の分岐部を有する樹形形状とされている。また、複数の吐出口５０は、鉛直方向（Ｚ方向）に配列されており、本実施形態では、一例として、千鳥状に配列されている。
【００５４】
また、熱交換器４０は、水流路４４が形成された水流路形成壁部５６を有しており、上述の複数の吐出口５０は、この水流路形成壁部５６における鉛直方向上側（上述の放出口４８側）の非形成領域５８よりも鉛直方向下側に形成されている。
【００５５】
また、図４に示されるように、熱媒流路４６には、フィン６０が設けられている。この熱媒流路４６と蓄熱材収容空間４２との間には、隔壁部６２が形成されている。
【００５６】
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５７】
この反応器１０によれば、水流路４４を熱交換器４０の内部に設け、複数の吐出口５０から化学蓄熱材３０全体に水を供給するため、化学蓄熱材３０全体が水と均一に反応できる。また、このような構成とすることで、より多くの吐出口５０を容易に設けることができるため、水の浸透距離を減らすことができ、水和反応熱によって生じる水蒸気が化学蓄熱材３０内部への水の浸透を妨げる流路閉塞作用を大幅に抑制させることができる。これにより、化学蓄熱材３０全体を均一に反応させることができるため、反応速度が向上し、結果的に得られた反応熱によって水蒸気を生成する性能を向上させることができる。
【００５８】
また、支管５４は、複数の分岐部を有する樹形形状とされているので、動圧を利用して水を分配することができる。これにより、複数の吐出口５０から同時に水を吐出させることができる。
【００５９】
さらに、複数の吐出口５０は、千鳥状に配列されているので、最少口数で化学蓄熱材３０全体により均一に水を供給することができる。
【００６０】
また、支管５４に供給される水の流れの方向と、蓄熱材収容空間４２から外部に放出される水蒸気の放出方向とが一致されている。これにより、水蒸気の生成温度分布による水の供給の阻害を抑制することができる。
【００６１】
ところで、反応器では、鉛直方向下側において熱生成、水蒸気生成を、鉛直方向上側において熱生成、水蒸気をスーパヒートすることが理想となる。
【００６２】
従って、この反応器１０のように、複数の吐出口５０が、水流路形成壁部５６における鉛直方向上側（上述の放出口４８側）の非形成領域５８よりも鉛直方向下側に形成されていると、放出口４８の周辺部への水の供給による温度低下を抑制し、鉛直方向下側において生成した水蒸気による水和反応による熱を水蒸気へ効果的に回収するスーパヒートが可能となる。
【００６３】
次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。
【００６４】
図７に示されるように、水流路形成壁部５６には、複数の吐出口５０以外の部分に、蓄熱材収容空間４２と連通し、化学蓄熱材３０で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路７０が複数形成されていても良い。なお、この変形例では、一例として、複数の水蒸気流路７０は、鉛直方向（Ｚ方向）に延びると共に、水平方向に並んで形成されている。
【００６５】
このように構成されていると、水蒸気の流路の断面積を拡大し、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。また、水が供給されて発熱した化学蓄熱材３０に、さらに水蒸気を供給することができ、より高温の水蒸気を生成することができる。
【００６６】
また、この水蒸気流路７０は、複数の吐出口５０以外の部分に形成されているので、生成された水蒸気が吐出口５０に流入して、吐出口５０から化学蓄熱材３０への水の供給が妨げられることを抑制することができる。
【００６７】
なお、複数の吐出口５０、及び、水蒸気流路７０における蓄熱材収容空間４２側の開口を塞ぐように、水流路形成壁部５６と化学蓄熱材３０との間に多孔体７２が設けられていても良い。ここでは、多孔体７２の一例として、ステンレス製のメッシュが用いられている。このようにすると、化学蓄熱材３０の反応により飛散した飛散物が複数の吐出口５０又は水蒸気流路７０に詰まることを抑制することができる。
【００６８】
また、図８、図９に示されるように、支管５４は、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部７４を有していても良い。
【００６９】
このように構成されていると、この増圧部７４により、支管５４を流れる水の圧力を段階的に制御することができる。
【００７０】
また、図１０に示されるように、複数の吐出口５０の各々は、円形部５０Ａと、円形部５０Ａの外周に放射状に形成された複数の長孔５０Ｂとを有していても良い。
【００７１】
このように構成されていると、この複数の長孔５０Ｂを有する分、この複数の吐出口５０が開口する壁面の濡れ面積を拡大することができる。
【００７２】
また、図１１に示されるように、水流路形成壁部５６と化学蓄熱材３０との間には、断熱部７６が設けられていても良い。
【００７３】
このように構成されていると、化学蓄熱材３０の熱が水流路４４（支管５４）に伝達されて、水流路４４内に水蒸気が生じることを抑制することができる。
【００７４】
また、図１１に示されるように、水流路形成壁部５６には、突起状の拘束部７７が形成され、化学蓄熱材３０は、熱媒流路４６と蓄熱材収容空間４２との間の隔壁部６２と、拘束部７７（水流路形成壁部５６）とによって拘束されていても良い。
【００７５】
このように構成されていると、水和反応又は脱水反応に伴う体積変化で化学蓄熱材３０が崩壊することを抑制することができる。
【００７６】
また、図１１に示されるように、非形成領域５８には、水流路形成壁部５６と化学蓄熱材３０との間に伝熱部７８が設けられていても良い。なお、この伝熱部７８としては、例えば、フィンや多孔体を用いることができる。
【００７７】
このように構成されていると、発熱状態にある化学蓄熱材３０と水流路４４との対流熱交換を促進し、より効果的に高温の水蒸気を生成することができる。
【００７８】
また、図１２に示されるように、放出口４８には、鉛直方向上側に向かうに従って縮径する絞り部８０が形成されていても良い。
【００７９】
このように構成されていると、内部断面積を拡大し内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる（図１３参照）。また、上流部での水蒸気空間を縮小することで液水貯留による温度低下を抑制することができる。
【００８０】
また、図１４に示されるように、複数の吐出口５０の各々の鉛直方向下側には、蓄熱材収容空間４２内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部８２が設けられていても良い。なお、この変形例では、一例として、遮蔽部８２は、鉛直方向下側に凸を成す円弧状に形成されている。
【００８１】
吐出口５０付近では、吐出口５０より供給された水と上流側で生成された水蒸気が干渉することで供給水の分散を阻害する傾向を示す。本来、供給水は分散配置され、吐出された供給水を吐出口５０間を補完するように均一に分散供給する（濡れ広がる）ことが必要となる。一方で、上流側で生成された水蒸気は流量、速度を増加して系内を流動する。
【００８２】
従って、この変形例のように、複数の吐出口５０の各々の鉛直方向下側に、蓄熱材収容空間４２内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部８２が設けられていると、上流からの水蒸気流れの干渉を抑制し、吐出口５０からの効果的な水の分散供給が可能となる。
【００８３】
また、図１５，図１６に示されるように、蓄熱材収容空間４２は、水流路形成壁部５６における水流路４４が形成された以外の部分に肉盗み部８４が形成されることで、鉛直方向上側（放出口４８側）に向かうに従って断面積が拡大されていても良い。なお、図１５では、理解のようにために、ドットが付された領域によって肉盗み部８４が示されている。
【００８４】
この反応器１０では、水蒸気の流れ方向に対し生成水蒸気量の増加、温度上昇による流速の増加が発生する。従って、この変形例のように、蓄熱材収容空間４２が、放出口４８に向かうに従って断面積が拡大されていると、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。
【００８５】
また、水流路形成壁部５６における水流路４４が形成された以外の部分に肉盗み部８４が形成されることで、蓄熱材収容空間４２が放出口４８に向かうに従って断面積が拡大されていると、水流路４４の断面積を確保しつつ、蓄熱材収容空間４２の断面積を拡大し、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。
【００８６】
また、図１７に示されるように、支管５４は、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部８６を有していても良い。
【００８７】
このように構成されていると、この圧力調整部８６によって支管５４の内部圧力を調整することで、支管５４の各部を流れる水の量を均一にすることができる。
【００８８】
また、図１８、図１９に示されるように、水流路形成壁部５６における蓄熱材収容空間４２側の壁面には、複数の吐出口５０を繋ぐと共に複数の吐出口５０の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝８８（マイクログルーブ）が形成されていても良い。
【００８９】
このように構成されていると、この細溝８８の毛管力により化学蓄熱材３０（図４等参照）の全体に水を供給することができる。
【００９０】
また、図２０、図２１に示されるように、この複数の細溝８８は、複数の吐出口５０の各々から鉛直方向上側に延びていても良い。
【００９１】
このように構成されていると、この細溝８８の毛管力により化学蓄熱材３０の全体に水を供給することができると共に、細溝８８から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【００９２】
さらに、図２２に示されるように、この複数の細溝８８は、複数の吐出口５０の各々から水平方向（Ｘ方向）に延びていても良い。
【００９３】
このように構成されていると、水流路形成壁部５６における蓄熱材収容空間４２側の壁面における保水性を確保することができると共に、細溝８８から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【００９４】
また、図２３〜図２５に示されるように、複数の吐出口５０を有する支管５４は、次のように形成されていても良い。すなわち、この変形例では、板状（直方体）の蓄熱材収容空間４２の３面（ＸＹ，ＸＺ，ＹＺ）のうち、最も面積が大きい面（ここではＹＺ面)上に複数の吐出口５０が設けられている。これにより、複数の吐出口５０を多数設けることができ、化学蓄熱材３０（図４等参照）全体に均一に水を供給することができる。また、蓄熱材収容空間４２が板状に薄く構成されることで化学蓄熱材３０の奥にまで容易に水を供給できる。
【００９５】
また、この変形例では、複数の吐出口５０に水を均一に供給するために、支管５４は、複数の流路に分岐されており、全体として、樹形形状とされている。また、支管５４の各分岐部の形状は、輸送される水の動圧を利用して水をよどみなく分配するために、できる限り鋭角とされることが好ましい。このように、複数の吐出口５０が支管５４の各所に設けられていると、支管５４の流路圧損が複数の噴出口の圧損に比べ十分小さく設定される。これにより、複数の吐出口５０全体から均一に水を化学蓄熱材３０に供給できる。
【００９６】
なお、上記複数の変形例のうち、組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。
【００９７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 反応器
１２ 水タンク
３０ 化学蓄熱材
４０ 熱交換器
４２ 蓄熱材収容空間
４４ 水流路
４６ 熱媒流路
４８ 放出口
５０Ａ 円形部
５０Ｂ 長孔
５０ 吐出口
５２ 主管
５４ 支管
５６ 水流路形成壁部
５８ 非形成領域
６２ 隔壁部
７０ 水蒸気流路
７４ 増圧部
７６ 断熱部
７８ 伝熱部
８０ 絞り部
８２ 遮蔽部
８４ 肉盗み部
８６ 圧力調整部
８８ 細溝
Ｓ 水蒸気生成システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多孔質管と、この多孔質管の内部に充填された複数の酸化カルシウム成型体と、この複数の酸化カルシウム成型体の間にそれぞれ積層された耐熱性多孔質部材とを備えた反応器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８０５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この反応器は、一つ若しくは複数の水供給管が反応器の外壁部に単に接続された構成であり、反応器の内部に供給された水は、反応器内に配置された耐熱性多孔質部材によって形成された空間を通じて反応器の内部まで浸透する、という作動が想定されている。
【０００５】
しかしながら、このような構成では、耐熱性多孔質部材の多孔空間を流通する水が反応器の内部へ流入すると同時に酸化カルシウム成型体とも接触するため、供給口付近においては即座に水和反応が生じ、反応熱に伴って供給された水の一部が水蒸気へ気化する。この気化した水蒸気は水の内部への浸透を阻害し、酸化カルシウム成型体全体へ均一な水供給を実現することは困難となる。すなわち、耐熱性多孔質部材を用いる従来技術では、水蒸気を生成する性能が低い。
【０００６】
本発明は、上記課題である水の均一供給を実現し、水蒸気を生成する性能を向上させることができる反応器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】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の反応器は、水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する化学蓄熱材と、前記化学蓄熱材を内蔵する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、前記化学蓄熱材が収容された蓄熱材収容空間と、前記蓄熱材収容空間と連通する複数の吐出口、外部水供給部と接続される主管、及び、前記主管と前記複数の吐出口とを連通する支管を有して構成された水流路と、前記化学蓄熱材を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路と、を有している。
【０００８】
この反応器によれば、水流路を熱交換器の内部に設け、複数の吐出口から化学蓄熱材全体に水を供給するため、化学蓄熱材全体が水と均一に反応できる。また、このような構成とすることで、より多くの吐出口を容易に設けることができるため、水の浸透距離を減らすことができ、水和反応熱によって生じる水蒸気が化学蓄熱材内部への水の浸透を妨げる流路閉塞作用を大幅に抑制させることができる。これにより、化学蓄熱材全体を均一に反応させることができるため、反応速度が向上し、結果的に得られた反応熱によって水蒸気を生成する性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の反応器は、請求項１に記載の反応器において、前記支管が、複数の分岐部を有する樹形形状とされているものである。
【００１０】
この反応器によれば、支管は、複数の分岐部を有する樹形形状とされているので、動圧を利用して水を分配することができる。これにより、複数の吐出口から同時に水を吐出させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の反応器は、請求項１又は請求項２に記載の反応器において、前記複数の吐出口が、千鳥状に配列されているものである。
【００１２】
この反応器によれば、複数の吐出口は、千鳥状に配列されているので、最少口数で化学蓄熱材全体により均一に水を供給することができる。
【００１３】
請求項４に記載の反応器は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の反応器において、前記蓄熱材収容空間が、鉛直方向に沿って延びると共に、鉛直方向上側の端部に前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を外部に放出する放出口を有し、前記支管に供給される水の流れの方向と、前記水蒸気が放出される方向が一致されているものである。
【００１４】
この反応器によれば、支管に供給される水の流れの方向と、蓄熱材収容空間から外部に放出される水蒸気の放出方向とが一致されている。これにより、水蒸気の生成温度分布による水の供給の阻害を抑制することができる。
【００１５】
請求項５に記載の反応器は、請求項４に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記複数の吐出口が、前記水流路形成壁部における前記放出口側の非形成領域よりも鉛直方向下側に形成されているものである。
【００１６】
反応器では、鉛直方向下側において熱生成、水蒸気生成を、鉛直方向上側において熱生成、水蒸気をスーパヒートすることが理想となる。
【００１７】
従って、この反応器のように、複数の吐出口が、水流路形成壁部における放出口側の非形成領域よりも鉛直方向下側に形成されていると、放出口の周辺部への水の供給による温度低下を抑制し、鉛直方向下側において生成した水蒸気による水和反応による熱を水蒸気へ効果的に回収するスーパヒートが可能となる。
【００１８】
請求項６に記載の反応器は、請求項５に記載の反応器において、前記非形成領域における前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間に伝熱部が設けられているものである。
【００１９】
この反応器によれば、非形成領域には、水流路が形成された水流路形成壁部と化学蓄熱材との間に伝熱部が設けられているので、発熱状態にある化学蓄熱材と水流路との対流熱交換を促進し、より効果的に高温の水蒸気を生成することができる。
【００２０】
請求項７に記載の反応器は、請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の反応器において、前記複数の吐出口の各々の鉛直方向下側に、前記蓄熱材収容空間内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部が設けられているものである。
【００２１】
吐出口付近では、吐出口より供給された水と上流側で生成された水蒸気が干渉することで供給水の分散を阻害する傾向を示す。本来、供給水は分散配置され、吐出された供給水を吐出口間を補完するように均一に分散供給する（濡れ広がる）ことが必要となる。一方で、上流側で生成された水蒸気は流量、速度を増加して系内を流動する。
【００２２】
従って、この反応器のように、複数の吐出口の各々の鉛直方向下側に、蓄熱材収容空間内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部が設けられていると、上流からの水蒸気流れの干渉を抑制し、吐出口からの効果的な水の分散供給が可能となる。
【００２３】
請求項８に記載の反応器は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記複数の吐出口以外の部分に、前記蓄熱材収容空間と連通し、前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路が形成されているものである。
【００２４】
この反応器によれば、水流路形成壁部には、化学蓄熱材で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路が形成されているので、水蒸気の流路の断面積を拡大し、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。また、水が供給されて発熱した化学蓄熱材に、さらに水蒸気を供給することができ、より高温の水蒸気を生成することができる。
【００２５】
また、この水蒸気流路は、複数の吐出口以外の部分に形成されているので、生成された水蒸気が吐出口に流入して、吐出口から化学蓄熱材への水の供給が妨げられることを抑制することができる。
【００２６】
請求項９に記載の反応器は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の反応器において、前記支管が、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部を有しているものである。
【００２７】
この反応器によれば、支管は、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部を有しているので、この増圧部により、支管を流れる水の圧力を段階的に制御することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の反応器は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の反応器にいおいて、前記複数の吐出口の各々が、円形部と、前記円形部の外周に放射状に形成された複数の長孔とを有しているものである。
【００２９】
この反応器によれば、複数の吐出口の各々は、円形部の外周に放射状に形成された複数の長孔を有しているので、この複数の長孔を有する分、この複数の吐出口が開口する壁面の濡れ面積を拡大することができる。
【００３０】
請求項１１に記載の反応器は、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間に、断熱部が設けられているものである。
【００３１】
この反応器によれば、水流路が形成された水流路形成壁部と化学蓄熱材との間には、断熱部が設けられているので、化学蓄熱材の熱が水流路に伝達されて、水流路内に水蒸気が生じることを抑制することができる。
【００３２】
請求項１２に記載の反応器は、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記熱媒流路と前記蓄熱材収容空間との間の隔壁部と、前記水流路が形成された水流路形成壁部とを有し、前記化学蓄熱材が、前記隔壁部と前記水流路形成壁部とによって拘束されているものである。
【００３３】
この反応器によれば、化学蓄熱材は、熱媒流路と蓄熱材収容空間との間の隔壁部と、水蒸気流路形成壁部とによって拘束されているので、水和反応又は脱水反応に伴う体積変化で化学蓄熱材が崩壊することを抑制することができる。
【００３４】
請求項１３に記載の反応器は、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の反応器において、前記支管が、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部を有しているものである。
【００３５】
この反応器によれば、支管は、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部を有しているので、この圧力調整部によって支管の内部圧力を調整することで、支管の各部を流れる水の量を均一にすることができる。
【００３６】
請求項１４に記載の反応器は、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面に、前記複数の吐出口を繋ぐと共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているものである。
【００３７】
この反応器によれば、水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口を繋ぐと共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているので、この細溝の毛管力により化学蓄熱材の全体に水を供給することができる。
【００３８】
請求項１５に記載の反応器は、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面に、前記複数の吐出口の各々から鉛直方向上側に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているものである。
【００３９】
この反応器によれば、水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から鉛直方向上側に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているので、この細溝の毛管力により化学蓄熱材の全体に水を供給することができると共に、細溝から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【００４０】
請求項１６に記載の反応器は、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の反応器において、前記熱交換器が、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面に、前記複数の吐出口の各々から水平方向に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているものである。
【００４１】
この反応器によれば、水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から水平方向に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されているので、水流路形成壁部における蓄熱材収容空間側の壁面における保水性を確保することができると共に、細溝から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００４２】
以上詳述したように、本発明によれば、水蒸気を生成する性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る反応器を用いた水蒸気生成システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示される反応器の斜視図である。
【図３】図１に示される反応器の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図４に示される水流路形成壁部をＣ−Ｃ方向から見た矢視図である。
【図７】図１に示される反応器の変形例を示す分解斜視図である。
【図８】図１に示される水流路の変形例を示す断面図である。
【図９】図１に示される水流路の他の変形例を示す断面図である。
【図１０】図６に示される吐出口の変形例を示す図である。
【図１１】図１に示される反応器の他の変形例を示す断面図である。
【図１２】図６に示される水流路形成壁部の変形例を示す図である。
【図１３】図１２に示される水流路形成壁部に沿う水蒸気の流れを示す図である。
【図１４】図１３に示される吐出口周辺部の変形例を示す図である。
【図１５】図６に示される水流路形成壁部の変形例を示す図である。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１７】図５に示される水流路の変形例を示す図である。
【図１８】図１に示される反応器の他の変形例を示す斜視図である。
【図１９】図１８の要部拡大図である。
【図２０】図１に示される反応器の他の変形例を示す斜視図である。
【図２１】図２０の要部拡大図である。
【図２２】図２０に示される反応器の他の変形例を示す要部拡大図である。
【図２３】図６に示される水流路形成壁部の他の変形例を示す図である。
【図２４】図２３の要部拡大図である。
【図２５】図２３の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００４５】
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る反応器１０は、水蒸気生成システムＳに適用されている。この水蒸気生成システムＳは、反応器１０に加え、水タンク１２と、液送ポンプ１４及びバルブ１６が設けられた水供給管１８と、水蒸気排出管２０とを備えている。
【００４６】
水タンク１２には、水２２が貯留されている。反応器１０は、水供給管１８によって水タンク１２と密閉状態で接続されている。この反応器１０は、水タンク１２から水が供給されると、水蒸気を生成し、水蒸気排出管２０を通じて図示しない水蒸気利用装置に水蒸気を供給するものである。この反応器１０は、具体的には、次の構成とされている。
【００４７】
すなわち、反応器１０は、図２〜図５に示されるように、化学蓄熱材３０と、この化学蓄熱材３０を内蔵する熱交換器４０とを備えている。化学蓄熱材３０は、水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する。この化学蓄熱材３０としては、例えば、プレート状に成型されたもの、又は、粒子状のものが用いられる。
【００４８】
本実施形態では、化学蓄熱材３０として、アルカリ土類金属の水酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ）が用いられている。従って、反応器１０では、以下の如く、水和反応及び脱水反応が可逆的に繰り返し得るようになっている。
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）２
【００４９】
なお、この式に蓄熱量及び発熱量Ｑを併せて示すと、以下のようになる。
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ
【００５０】
熱交換器４０は、化学蓄熱材３０が収容された蓄熱材収容空間４２と、上述の水供給管１８（図１参照）と蓄熱材収容空間４２とを連通する水流路４４と、化学蓄熱材３０を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路４６と、を有している、
【００５１】
蓄熱材収容空間４２は、鉛直方向に沿って延びると共に、鉛直方向上側の端部に化学蓄熱材３０で生成された水蒸気を外部に放出する放出口４８を有している。この放出口４８は、上述の水蒸気排出管２０（図１参照）と接続されている。
【００５２】
水流路４４は、蓄熱材収容空間４２と連通する複数の吐出口５０、外部水供給部の一例である水供給管１８と接続される主管５２、及び、主管５２と複数の吐出口５０を連通する支管５４を有して構成されている。
【００５３】
支管５４は、図６に示されるように、複数の分岐部を有する樹形形状とされている。また、複数の吐出口５０は、鉛直方向（Ｚ方向）に配列されており、本実施形態では、一例として、千鳥状に配列されている。
【００５４】
また、熱交換器４０は、水流路４４が形成された水流路形成壁部５６を有しており、上述の複数の吐出口５０は、この水流路形成壁部５６における鉛直方向上側（上述の放出口４８側）の非形成領域５８よりも鉛直方向下側に形成されている。
【００５５】
また、図４に示されるように、熱媒流路４６には、フィン６０が設けられている。この熱媒流路４６と蓄熱材収容空間４２との間には、隔壁部６２が形成されている。
【００５６】
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００５７】
この反応器１０によれば、水流路４４を熱交換器４０の内部に設け、複数の吐出口５０から化学蓄熱材３０全体に水を供給するため、化学蓄熱材３０全体が水と均一に反応できる。また、このような構成とすることで、より多くの吐出口５０を容易に設けることができるため、水の浸透距離を減らすことができ、水和反応熱によって生じる水蒸気が化学蓄熱材３０内部への水の浸透を妨げる流路閉塞作用を大幅に抑制させることができる。これにより、化学蓄熱材３０全体を均一に反応させることができるため、反応速度が向上し、結果的に得られた反応熱によって水蒸気を生成する性能を向上させることができる。
【００５８】
また、支管５４は、複数の分岐部を有する樹形形状とされているので、動圧を利用して水を分配することができる。これにより、複数の吐出口５０から同時に水を吐出させることができる。
【００５９】
さらに、複数の吐出口５０は、千鳥状に配列されているので、最少口数で化学蓄熱材３０全体により均一に水を供給することができる。
【００６０】
また、支管５４に供給される水の流れの方向と、蓄熱材収容空間４２から外部に放出される水蒸気の放出方向とが一致されている。これにより、水蒸気の生成温度分布による水の供給の阻害を抑制することができる。
【００６１】
ところで、反応器では、鉛直方向下側において熱生成、水蒸気生成を、鉛直方向上側において熱生成、水蒸気をスーパヒートすることが理想となる。
【００６２】
従って、この反応器１０のように、複数の吐出口５０が、水流路形成壁部５６における鉛直方向上側（上述の放出口４８側）の非形成領域５８よりも鉛直方向下側に形成されていると、放出口４８の周辺部への水の供給による温度低下を抑制し、鉛直方向下側において生成した水蒸気による水和反応による熱を水蒸気へ効果的に回収するスーパヒートが可能となる。
【００６３】
次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。
【００６４】
図７に示されるように、水流路形成壁部５６には、複数の吐出口５０以外の部分に、蓄熱材収容空間４２と連通し、化学蓄熱材３０で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路７０が複数形成されていても良い。なお、この変形例では、一例として、複数の水蒸気流路７０は、鉛直方向（Ｚ方向）に延びると共に、水平方向に並んで形成されている。
【００６５】
このように構成されていると、水蒸気の流路の断面積を拡大し、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。また、水が供給されて発熱した化学蓄熱材３０に、さらに水蒸気を供給することができ、より高温の水蒸気を生成することができる。
【００６６】
また、この水蒸気流路７０は、複数の吐出口５０以外の部分に形成されているので、生成された水蒸気が吐出口５０に流入して、吐出口５０から化学蓄熱材３０への水の供給が妨げられることを抑制することができる。
【００６７】
なお、複数の吐出口５０、及び、水蒸気流路７０における蓄熱材収容空間４２側の開口を塞ぐように、水流路形成壁部５６と化学蓄熱材３０との間に多孔体７２が設けられていても良い。ここでは、多孔体７２の一例として、ステンレス製のメッシュが用いられている。このようにすると、化学蓄熱材３０の反応により飛散した飛散物が複数の吐出口５０又は水蒸気流路７０に詰まることを抑制することができる。
【００６８】
また、図８、図９に示されるように、支管５４は、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部７４を有していても良い。
【００６９】
このように構成されていると、この増圧部７４により、支管５４を流れる水の圧力を段階的に制御することができる。
【００７０】
また、図１０に示されるように、複数の吐出口５０の各々は、円形部５０Ａと、円形部５０Ａの外周に放射状に形成された複数の長孔５０Ｂとを有していても良い。
【００７１】
このように構成されていると、この複数の長孔５０Ｂを有する分、この複数の吐出口５０が開口する壁面の濡れ面積を拡大することができる。
【００７２】
また、図１１に示されるように、水流路形成壁部５６と化学蓄熱材３０との間には、断熱部７６が設けられていても良い。
【００７３】
このように構成されていると、化学蓄熱材３０の熱が水流路４４（支管５４）に伝達されて、水流路４４内に水蒸気が生じることを抑制することができる。
【００７４】
また、図１１に示されるように、水流路形成壁部５６には、突起状の拘束部７７が形成され、化学蓄熱材３０は、熱媒流路４６と蓄熱材収容空間４２との間の隔壁部６２と、拘束部７７（水流路形成壁部５６）とによって拘束されていても良い。
【００７５】
このように構成されていると、水和反応又は脱水反応に伴う体積変化で化学蓄熱材３０が崩壊することを抑制することができる。
【００７６】
また、図１１に示されるように、非形成領域５８には、水流路形成壁部５６と化学蓄熱材３０との間に伝熱部７８が設けられていても良い。なお、この伝熱部７８としては、例えば、フィンや多孔体を用いることができる。
【００７７】
このように構成されていると、発熱状態にある化学蓄熱材３０と水流路４４との対流熱交換を促進し、より効果的に高温の水蒸気を生成することができる。
【００７８】
また、図１２に示されるように、放出口４８には、鉛直方向上側に向かうに従って縮径する絞り部８０が形成されていても良い。
【００７９】
このように構成されていると、内部断面積を拡大し内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる（図１３参照）。また、上流部での水蒸気空間を縮小することで液水貯留による温度低下を抑制することができる。
【００８０】
また、図１４に示されるように、複数の吐出口５０の各々の鉛直方向下側には、蓄熱材収容空間４２内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部８２が設けられていても良い。なお、この変形例では、一例として、遮蔽部８２は、鉛直方向下側に凸を成す円弧状に形成されている。
【００８１】
吐出口５０付近では、吐出口５０より供給された水と上流側で生成された水蒸気が干渉することで供給水の分散を阻害する傾向を示す。本来、供給水は分散配置され、吐出された供給水を吐出口５０間を補完するように均一に分散供給する（濡れ広がる）ことが必要となる。一方で、上流側で生成された水蒸気は流量、速度を増加して系内を流動する。
【００８２】
従って、この変形例のように、複数の吐出口５０の各々の鉛直方向下側に、蓄熱材収容空間４２内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部８２が設けられていると、上流からの水蒸気流れの干渉を抑制し、吐出口５０からの効果的な水の分散供給が可能となる。
【００８３】
また、図１５，図１６に示されるように、蓄熱材収容空間４２は、水流路形成壁部５６における水流路４４が形成された以外の部分に肉盗み部８４が形成されることで、鉛直方向上側（放出口４８側）に向かうに従って断面積が拡大されていても良い。なお、図１５では、理解のようにために、ドットが付された領域によって肉盗み部８４が示されている。
【００８４】
この反応器１０では、水蒸気の流れ方向に対し生成水蒸気量の増加、温度上昇による流速の増加が発生する。従って、この変形例のように、蓄熱材収容空間４２が、放出口４８に向かうに従って断面積が拡大されていると、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。
【００８５】
また、水流路形成壁部５６における水流路４４が形成された以外の部分に肉盗み部８４が形成されることで、蓄熱材収容空間４２が放出口４８に向かうに従って断面積が拡大されていると、水流路４４の断面積を確保しつつ、蓄熱材収容空間４２の断面積を拡大し、内部水蒸気の流動に伴う圧力損失を低減することで水蒸気の排出をスムーズに行うことができる。
【００８６】
また、図１７に示されるように、支管５４は、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部８６を有していても良い。
【００８７】
このように構成されていると、この圧力調整部８６によって支管５４の内部圧力を調整することで、支管５４の各部を流れる水の量を均一にすることができる。
【００８８】
また、図１８、図１９に示されるように、水流路形成壁部５６における蓄熱材収容空間４２側の壁面には、複数の吐出口５０を繋ぐと共に複数の吐出口５０の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝８８（マイクログルーブ）が形成されていても良い。
【００８９】
このように構成されていると、この細溝８８の毛管力により化学蓄熱材３０（図４等参照）の全体に水を供給することができる。
【００９０】
また、図２０、図２１に示されるように、この複数の細溝８８は、複数の吐出口５０の各々から鉛直方向上側に延びていても良い。
【００９１】
このように構成されていると、この細溝８８の毛管力により化学蓄熱材３０の全体に水を供給することができると共に、細溝８８から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【００９２】
さらに、図２２に示されるように、この複数の細溝８８は、複数の吐出口５０の各々から水平方向（Ｘ方向）に延びていても良い。
【００９３】
このように構成されていると、水流路形成壁部５６における蓄熱材収容空間４２側の壁面における保水性を確保することができると共に、細溝８８から水が鉛直方向下側に流れることを抑制することができる。
【００９４】
また、図２３〜図２５に示されるように、複数の吐出口５０を有する支管５４は、次のように形成されていても良い。すなわち、この変形例では、板状（直方体）の蓄熱材収容空間４２の３面（ＸＹ，ＸＺ，ＹＺ）のうち、最も面積が大きい面（ここではＹＺ面)上に複数の吐出口５０が設けられている。これにより、複数の吐出口５０を多数設けることができ、化学蓄熱材３０（図４等参照）全体に均一に水を供給することができる。また、蓄熱材収容空間４２が板状に薄く構成されることで化学蓄熱材３０の奥にまで容易に水を供給できる。
【００９５】
また、この変形例では、複数の吐出口５０に水を均一に供給するために、支管５４は、複数の流路に分岐されており、全体として、樹形形状とされている。また、支管５４の各分岐部の形状は、輸送される水の動圧を利用して水をよどみなく分配するために、できる限り鋭角とされることが好ましい。このように、複数の吐出口５０が支管５４の各所に設けられていると、支管５４の流路圧損が複数の噴出口の圧損に比べ十分小さく設定される。これにより、複数の吐出口５０全体から均一に水を化学蓄熱材３０に供給できる。
【００９６】
なお、上記複数の変形例のうち、組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。
【００９７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 反応器
１２ 水タンク
３０ 化学蓄熱材
４０ 熱交換器
４２ 蓄熱材収容空間
４４ 水流路
４６ 熱媒流路
４８ 放出口
５０Ａ 円形部
５０Ｂ 長孔
５０ 吐出口
５２ 主管
５４ 支管
５６ 水流路形成壁部
５８ 非形成領域
６２ 隔壁部
７０ 水蒸気流路
７４ 増圧部
７６ 断熱部
７８ 伝熱部
８０ 絞り部
８２ 遮蔽部
８４ 肉盗み部
８６ 圧力調整部
８８ 細溝
Ｓ 水蒸気生成システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する化学蓄熱材と、
前記化学蓄熱材を内蔵する熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器は、
前記化学蓄熱材が収容された蓄熱材収容空間と、
前記蓄熱材収容空間と連通する複数の吐出口、外部水供給部と接続される主管、及び、前記主管と前記複数の吐出口とを連通する支管を有して構成された水流路と、
前記化学蓄熱材を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路と、
を有している反応器。
【請求項２】
前記支管は、複数の分岐部を有する樹形形状とされている、
請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記複数の吐出口は、千鳥状に配列されている、
請求項１又は請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記蓄熱材収容空間は、鉛直方向に沿って延びると共に、鉛直方向上側の端部に前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を外部に放出する放出口を有し、
前記支管に供給される水の流れの方向と、前記水蒸気が放出される方向が一致されている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項５】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記複数の吐出口は、前記水流路形成壁部における前記放出口側の非形成領域よりも鉛直方向下側に形成されている、
請求項４に記載の反応器。
【請求項６】
前記非形成領域には、前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間に伝熱部が設けられている、
請求項５に記載の反応器。
【請求項７】
前記複数の吐出口の各々の鉛直方向下側には、前記蓄熱材収容空間内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部が設けられている、
請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項８】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部には、前記複数の吐出口以外の部分に、前記蓄熱材収容空間と連通し、前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路が形成されている、
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項９】
前記支管は、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部を有している、
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１０】
前記複数の吐出口の各々は、円形部と、前記円形部の外周に放射状に形成された複数の長孔とを有している、
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１１】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間には、断熱部が設けられている、
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１２】
前記熱交換器は、前記熱媒流路と前記蓄熱材収容空間との間の隔壁部と、前記水流路が形成された水流路形成壁部とを有し、
前記化学蓄熱材は、前記隔壁部と前記水流路形成壁部とによって拘束されている、
請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１３】
前記支管は、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部を有している、
請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１４】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口を繋ぐと共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されている、
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１５】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から鉛直方向上側に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されている、
請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１６】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から水平方向に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されている、
請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１】
水と反応した際に生じる反応熱によって水蒸気を生成し、加熱されることによって水と分離されて蓄熱する化学蓄熱材と、
前記化学蓄熱材を内蔵する熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器は、
前記化学蓄熱材が収容された蓄熱材収容空間と、
前記蓄熱材収容空間と連通する複数の吐出口、外部水供給部と接続される主管、及び、前記主管と前記複数の吐出口とを連通する支管を有して構成された水流路と、
前記化学蓄熱材を加熱する熱媒を流通させるための熱媒流路と、
を有している反応器。
【請求項２】
前記支管は、複数の分岐部を有する樹形形状とされている、
請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記複数の吐出口は、千鳥状に配列されている、
請求項１又は請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記蓄熱材収容空間は、鉛直方向に沿って延びると共に、鉛直方向上側の端部に前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を外部に放出する放出口を有し、
前記支管に供給される水の流れの方向と、前記水蒸気が放出される方向が一致されている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項５】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記複数の吐出口は、前記水流路形成壁部における前記放出口側の非形成領域よりも鉛直方向下側に形成されている、
請求項４に記載の反応器。
【請求項６】
前記非形成領域には、前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間に伝熱部が設けられている、
請求項５に記載の反応器。
【請求項７】
前記複数の吐出口の各々の鉛直方向下側には、前記蓄熱材収容空間内を鉛直方向上側に向かって流れる水蒸気を遮蔽する遮蔽部が設けられている、
請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項８】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部には、前記複数の吐出口以外の部分に、前記蓄熱材収容空間と連通し、前記化学蓄熱材で生成された水蒸気を流通させるための水蒸気流路が形成されている、
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項９】
前記支管は、流れの方向に向かうに従って流れの方向と直交する断面積が段階的に縮小する増圧部を有している、
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１０】
前記複数の吐出口の各々は、円形部と、前記円形部の外周に放射状に形成された複数の長孔とを有している、
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１１】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部と前記化学蓄熱材との間には、断熱部が設けられている、
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１２】
前記熱交換器は、前記熱媒流路と前記蓄熱材収容空間との間の隔壁部と、前記水流路が形成された水流路形成壁部とを有し、
前記化学蓄熱材は、前記隔壁部と前記水流路形成壁部とによって拘束されている、
請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１３】
前記支管は、キャピラリ又はオリフィスからなる圧力調整部を有している、
請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１４】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口を繋ぐと共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されている、
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１５】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から鉛直方向上側に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されている、
請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項１６】
前記熱交換器は、前記水流路が形成された水流路形成壁部を有し、
前記水流路形成壁部における前記蓄熱材収容空間側の壁面には、前記複数の吐出口の各々から水平方向に延びると共に前記複数の吐出口の各々の直径寸法よりも小さい幅寸法を有する複数の細溝が形成されている、
請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の反応器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−２１５３３１（Ｐ２０１２−２１５３３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０２１７（Ｐ２０１１−８０２１７）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
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