熱輸送装置
【課題】熱輸送性に優れ、簡易な構成の熱輸送装置を提供する。
【解決手段】熱輸送装置１００は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器２０及び反応器１２０を含む２つ以上の反応器と、前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管１０と、を備え、前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
【解決手段】熱輸送装置１００は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器２０及び反応器１２０を含む２つ以上の反応器と、前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管１０と、を備え、前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出削減が強く求められており、省エネルギー化や排熱利用を進める必要がある。そのためには高効率な蓄熱技術の開発が必要であり、有望な候補として単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が大きく長期間の蓄熱が可能な化学蓄熱技術が挙げられる。
【０００３】
化学蓄熱技術の一つとして、金属塩へのアンモニアの固定化（アンミン錯体生成反応／配位反応）が挙げられる。例えば、アルカリ土類金属や遷移金属の塩化物がアンモニアを吸蔵・放出し、その際に発熱・吸熱することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
また、加熱源の供給により内部に装入された金属塩化物のアンミン錯体から放出されるアンモニアガス圧力を保持する固相反応器と、該固相反応器に接続されアンモニアガスを冷却水の供給により凝縮する凝縮器を備えたケミカル蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
更に、ＣａＣｌ２・８ＮＨ３やＳｒＣｌ２・８ＮＨ３に対し、８〜２０ｗｔ％のアルミニウム粉末やカーボンファイバーを混入後、成形して得られるアンモニア貯蔵体が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Bull.Chem.Soc.Jpn.77(2004)123
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０９３８８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０２５９４８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のケミカル蓄熱装置は、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を備えているため、気／液の相変化を制御する機構が必要となり、装置が複雑化する傾向がある。
また、特許文献１及び特許文献２には、２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送に関する開示はない。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、簡易な構成で、熱輸送性に優れた熱輸送装置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】
【０００８】
請求項１に記載の発明に係る熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、を備え、前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
【０００９】
請求項１に記載の熱輸送装置では、２つ以上の反応器間で、蒸気圧が高いアンモニア蒸気の輸送に伴い熱を輸送するので、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失が抑制され、その結果、熱輸送性が向上する。即ち、請求項１に記載の熱輸送装置によれば、一方の反応器に与えられた熱を他方の反応器に効率よく輸送できる。
【００１０】
また、請求項１に記載の熱輸送装置では、前記蓄熱材が収納された２つ以上の反応器間でアンモニア及び熱の輸送を行うので、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を用いる場合と比較して気／液の相変化を制御する機構が必須ではなく、装置の構成を、２つ以上の反応器をアンモニア配管でつないだ簡易な構成とすることができる。
【００１１】
このように、請求項１に記載の熱輸送装置によれば、簡易な構成で熱輸送性を向上できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１に記載の熱輸送装置において、前記アンモニア配管に弁が設けられ、該弁の開閉によりアンモニア圧の差を調節する。これにより、アンモニア圧の差をより効果的に保持できるので、熱輸送性をより向上させることができる。即ち、弁を閉じることによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、弁を開けることによりアンモニアを輸送し、蓄熱した熱を効率よく利用することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１又は請求項２に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、更に、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路を有する。これにより、熱媒体と蓄熱材との間で効率よく熱交換を行うことができるので、反応室内壁と蓄熱材との接触面（伝熱面）における接触熱抵抗が改善される。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、前記蓄熱材が収納された２つ以上の反応室と、少なくとも前記反応室間に配置され、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、を含む。これにより、熱媒体と蓄熱材との間で効率よく熱交換を行うことができるので、反応室内壁と蓄熱材との接触面（伝熱面）における接触熱抵抗が改善される。
ここで、２つ以上の反応器は、２つ以上の反応室と２つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。
【００１５】
請求項５に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうち１つの反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し、死容積が１％以下である。これにより、熱輸送装置内を流通するアンモニアの量をより多く確保することができるので、熱輸送性をより向上させることができる。特に、初期作動時における、アンモニア及び熱の輸送の遅れをより効果的に抑制できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体における熱輸送の制御性をより向上させることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器と、を含む。
即ち、請求項８に記載の発明に係る熱輸送装置では、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量の差を利用して、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記化学蓄熱材が金属塩化物である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項９に記載の熱輸送装置において、前記金属塩化物が、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記物理吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体における熱輸送の制御性をより向上させることができる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記アンモニア配管に、更に、圧力調整手段が設けられている。これにより、アンモニア圧の差をより効果的に生じさせることができるので、熱輸送性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡易な構成で、熱輸送性に優れた熱輸送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る熱輸送装置を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図４】アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）の飽和蒸気圧曲線である。
【図５】各金属塩化物について、蓄熱温度（℃）と蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）との関係を示したグラフである。
【図６】本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係の一例を示すグラフである。
【図７】本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の別の実施形態に係る熱輸送装置を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る熱輸送装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る熱輸送装置１００を模式的に示した図である。
図１に示すように、熱輸送装置１００は、第１の熱交換型反応器２０と、第２の熱交換型反応器１２０と、第１の熱交換型反応器２０と第２の熱交換型反応器１２０とを接続するアンモニア配管１０と、を備えて構成されている。
但し、本発明における２つ以上の反応器は、図１に示す第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の形態に限定されることはなく、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器であれば特に制限なく使用できる。
【００２７】
図２は、図１における第１の熱交換型反応器２０を模式的に示した図である。
図２に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、筐体２２と、筐体２２に設けられた複数の熱媒体流路２６と、筐体２２に設けられた複数の反応室２４と、各反応室２４内に収納され、蓄熱材を含む積層体３０と、を有して構成されている。
筐体２２内では、反応室２４と熱媒体流路２６とが交互に配置され、かつ、２つの熱媒体流路２６が最も外側となるように配置されている。反応室２４と熱媒体流路２６とは隔壁を隔てて互いに分離されている。これらの構成により、外部から供給される熱媒体Ｍ１と反応室２４内の蓄熱材成形体との間で熱交換を行えるようになっている。この実施形態では、反応室２４、熱媒体流路２６は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。この実施形態では、第１の熱交換型反応器２０は、反応室２４の開口方向（アンモニアの流れ方向）と熱媒体流路２６の開口方向（熱媒体の流れ方向）とが側面視で直交する、直行流型の熱交換型反応器として構成されている。
【００２８】
本発明における反応器は、第１の熱交換型反応器２０の例のように、前記蓄熱材が収納された反応室を２つ以上有し、前記熱媒体流路が少なくとも前記反応室間に配置された構成であることが好ましく、２つ以上の反応室と２つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。
第１の熱交換型反応器２０における反応室２４や熱媒体流路２６の個数には特に限定はなく、第１の熱交換型反応器２０に対し入出力する熱量や、蓄熱材成形体の伝熱面の面積（反応室内壁との接触面積）を考慮して適宜設定できる。
また、筐体２２の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の熱伝導性の高く、アンモニア耐食性のある材質が好適である。
【００２９】
図２に示すように、積層体３０は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する２枚の蓄熱材成形体（蓄熱材成形体３２Ａ及び蓄熱材成形体３２Ｂ；以下、これらをまとめて「蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ」ともいう）と、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに挟持された支持体３４と、から構成されている。図２では、積層体３０の構成を見やすくするために、蓄熱材成形体３２Ａと、支持体３４と、蓄熱材成形体３２Ｂと、を分離して図示している。
但し、本発明における積層体の構成としては、このような蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の３層構成を少なくとも有する構成であればよく、３層構成以外にも、例えば、蓄熱材成形体と支持体とが交互に配置され、かつ、最外層が蓄熱材成形体であるその他の構成（例えば、蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の５層構成、等）であってもよい。
【００３０】
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ、吸熱反応によりアンモニアが脱離するときに蓄熱し、発熱反応によってアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材を含む。
なお、本発明において反応器に収納される蓄熱材としては、蓄熱材成形体（例えば、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ）に限定されるものではなく粉末の蓄熱材を用いることもできるが、反応器における熱交換の効率をより向上させる観点からは、蓄熱材成形体であることが好ましい。
本発明における蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材、及び物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材の少なくとも一方を含むことが好ましい。
本発明における蓄熱材の好ましい形態の詳細については後述する。
【００３１】
支持体３４としては、支持体３４の面に沿った方向（例えば、図２中の白抜き矢印の方向）にアンモニアガスを流通させることができる支持体を用いることが好ましい。これにより、２枚の蓄熱材成形体間にアンモニア蒸気の流路を確保することができるので、アンモニア配管１０から供給されたアンモニアガス（ＮＨ３）を、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂの広い範囲に供給できる。更に、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂの広い範囲に吸着したアンモニアを支持体３４を介してアンモニア配管１０に向けて放出することができる。
このような支持体３４として、具体的には、波型プレート又は多孔体プレートを用いることが好ましい。
支持体３４として多孔体プレートを用いた場合には、多孔体プレート内をアンモニアが通過する。
支持体３４として波型プレートを用いた場合には、波型プレートとの蓄熱材成形体との間に生じる隙間をアンモニアガスが通過する。
図３は、特に、支持体として波型プレート３６を用いた場合における第１の熱交換型反応器２０及び第１の熱交換型反応器２０内に収納される積層体４０を概念的に示した図である。支持体である波型プレート３６以外の構成は図２と同様である。
支持体として波型プレート３６を用いた場合は、積層体４０における波型プレート３６と蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの間に生じる隙間をアンモニアが通過する（図３中の白抜き矢印の方向）。
【００３２】
また、図１に示すように、熱輸送装置１００において、第１の熱交換型反応器２０とアンモニア配管１０とは、第１の熱交換型反応器２０中の複数の反応室２４とアンモニア配管１０とを気密状態で連通するヘッダ部材２８（例えば、マニホールド等）を介して接続されている。これにより、複数の反応室２４とアンモニア配管１０との間で気密状態でアンモニアを流通できるようになっている。
なお、図１では、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の構成を見やすくするために、前記ヘッダ部材２８、下記ヘッダ部材２９Ａ、下記ヘッダ部材２９Ｂ、下記ヘッダ部材１２８、下記ヘッダ部材１２９Ａ、下記ヘッダ部材１２９Ｂ、下記熱媒体配管２７Ａ、下記熱媒体配管２７Ｂ、下記熱媒体配管１２７Ａ、及び下記熱媒体配管１２７Ｂを、二点鎖線で表している（後述の図８も同様である）。
【００３３】
また、図１に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、ヘッダ部材２９Ａ（例えば、マニホールド等）を介して熱媒体配管２７Ａに接続されるとともに、ヘッダ部材２９Ｂ（例えば、マニホールド等）を介して熱媒体配管２７Ｂに接続されている。第１の熱交換型反応器２０内の複数の熱媒体流路２６は、該ヘッダ部材２９Ａにより気密状態で熱媒体配管２７Ａに連通されるとともに、該ヘッダ部材２９Ｂにより気密状態で熱媒体配管２７Ｂに連通されている。これにより、熱媒体配管２７Ａ及び熱媒体配管２７Ｂを通じ、第１の熱交換型反応器２０内の熱媒体流路２６と熱輸送装置１００の外部（以下、単に「外部」や「系外」ともいう）との間で熱媒体Ｍ１を流通できるようになっている。
熱媒体Ｍ１としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
【００３４】
図１に示すように、アンモニア配管１０にはバルブＶ１（弁）が設けられており、バルブＶ１の開閉によりアンモニア圧の差を調節できるようになっている。これにより、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧と第２の熱交換型反応器１２０側のアンモニア圧との差をより効果的に保持できる。即ち、バルブＶ１を閉じた状態を維持することによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、その後バルブＶ１を開くことにより一方の熱交換型反応器側から他方の熱交換型反応器側にアンモニアを輸送できる。このようにして、一方の熱交換型反応器側に蓄熱された熱を、他方の熱交換型反応器側で効率よく利用することができる。
【００３５】
図１に示すように、熱輸送装置１００において、第２の熱交換型反応器１２０も第１の熱交換型反応器２０と同様に、筐体１２２に、複数の反応室１２４と、各反応室１２４内に収納された積層体１３０と、複数の熱媒体流路１２６と、が設けられた熱交換型反応器となっている。積層体１３０の構成及び第２の熱交換型反応器１２０内の構成については、それぞれ、積層体３０の構成及び第１の熱交換型反応器２０内の構成と同様である。また、第２の熱交換型反応器１２０に接続する、ヘッダ部材１２８、１２９Ａ、及び１２９Ｂ、並びに、熱媒体配管１２７Ａ及び１２７Ｂの構成については、それぞれ、第１の熱交換型反応器２０に接続する、ヘッダ部材２８、２９Ａ、及び２９Ｂ、並びに、熱媒体配管２７Ａ及び２７Ｂの構成と同様である。第２の熱交換型反応器１２０内に供給される熱媒体Ｍ２としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
また、図示しないが、熱輸送装置１００の外部において、熱媒体Ｍ１の流通経路と熱媒体Ｍ２の流通経路とは、互いに独立している。
【００３６】
また、熱輸送装置１００には、装置内にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段（不図示）や、装置内を排気するための排気手段（不図示）、装置内のアンモニア圧を測定するための圧力測定手段（不図示）等が接続されていてもよい。
【００３７】
次に、熱輸送装置１００によって行われる熱輸送の例について説明する。
【００３８】
（放熱）
まず、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱を第２の熱交換型反応器１２０に輸送し、輸送された熱を第２の熱交換型反応器１２０から外部に放熱する熱利用の一例について説明する。この一例では、第１の熱交換型反応器２０を熱入力側の反応器とし、第２の熱交換型反応器１２０を熱出力側の反応器としている。
【００３９】
この一例では、まず初期状態として、熱輸送装置１００内（以下、「系内」ともいう）のアンモニアを第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材にアンモニアが固定化された状態にし、その後バルブＶ１を閉じる。熱輸送装置１００を初期状態とする具体的な方法の例は、後述する「再生」の方法と同様である。
第１の熱交換型反応器２０には、所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）に維持された熱媒体Ｍ１を流通させることにより、熱を供給する。上記所定の温度の熱媒体Ｍ１の流通は、放熱及び再生を通じて維持しておくことが好ましい。
第２の熱交換型反応器１２０には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体Ｍ２を流通させる。
この状態では、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器１２０側のアンモニア圧よりも高くなっている。バルブＶ１を閉じた状態を維持することで、第１の熱交換型反応器２０側と第２の熱交換型反応器１２０側とのアンモニア圧の差を長時間保持することができる。
【００４０】
次に、バルブＶ１を開くと、アンモニア圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的にアンモニア圧が低い第２の熱交換型反応器１２０に向けてアンモニアの輸送が行われる。このとき、第１の熱交換型反応器２０では、吸熱反応によって第１の熱交換型反応器２０中の蓄熱材からアンモニアが脱離する。この吸熱反応の維持は、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより（即ち、第１の熱交換型反応器２０への熱の供給を維持することにより）行われる。
【００４１】
上記アンモニアの輸送により第２の熱交換型反応器１２０に到達したアンモニアは、第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４内の蓄熱材に、発熱反応により固定化される。この発熱反応により熱媒体Ｍ２が加熱され、加熱された熱媒体Ｍ２が外部の加熱対象に向けて放熱される。
【００４２】
以上のようにして、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０へのアンモニアの輸送に伴い、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱が、第２の熱交換型反応器１２０側に輸送され、第２の熱交換型反応器１２０から放熱される。
【００４３】
（再生）
上記の放熱が継続されて第１の熱交換型反応器２０内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂにアンモニアを固定化させることにより、熱輸送装置１００を初期状態に再生させる。
再生の具体的な方法の例としては、バルブＶ１を開いた状態で、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持したまま、第２の熱交換型反応器１２０における熱媒体流路１２６に高温（例えば、６０℃〜１００℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる方法が好適である。
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器１２０側から第１の熱交換型反応器２０側にアンモニアが輸送される。
第１の熱交換型反応器２０に到達したアンモニアは、第１の熱交換型反応器２０における反応室２４内の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに発熱反応により固定化される。
この発熱反応の維持は、例えば、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより行われる。
【００４４】
熱輸送装置１００では、上記の放熱及び再生を繰り返し行うことができる。
なお、上記放熱及び再生では、反応器への熱の供給を熱媒体の流通により行う例を示したが、反応器への熱の供給は、不図示の温度調節機構によって行ってもよい。
【００４５】
以上の実施形態の例で説明したように、本発明の熱輸送装置は、２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。
図４は、アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）の飽和蒸気圧曲線である。
図４に示すように、アンモニアは、水と比較して比較的低温においても高い飽和蒸気圧を示す。例えば、−３０℃〜０℃の範囲においても大気圧レベル以上のアンモニア蒸気圧を確保できる。
このため、本発明の熱輸送装置によれば比較的低温（例えば、−３０℃〜＋３０℃）の条件下においても、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失を抑えることができるので、熱輸送性に優れる。例えば、本実施形態の熱輸送装置によれば、長い距離（例えば１０００ｍｍ〜５０００ｍｍ、更には２０００ｍｍ〜５０００ｍｍ）の熱輸送を行うことができる。
【００４６】
また、本発明の熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器間で、アンモニアを流通させることにより熱を輸送する装置である。
このため、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を必須の構成要素として備えたケミカル蓄熱装置（例えば、特開平６−１０９３８８号公報に記載のケミカル蓄熱装置）と比較して、以下の利点を有する。
即ち、本発明の熱輸送装置では、凝縮器を必須の構成要素とせず、気／液の相変化を制御する機構も必須ではないため、装置の構成を、２つ以上の反応器をアンモニア配管でつないだ簡易な構成とすることができる。
また、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を必須の構成要素として備えたケミカル蓄熱装置では、凝縮器におけるアンモニアガスの圧力及び冷却温度の条件を、蒸気圧が高いアンモニアガスを凝縮（液化）させるのに十分な条件に調整する必要があり、動作条件が制約され易い（動作条件の選択の幅が狭くなり易い）。
これに対し、本発明の熱輸送装置では、凝縮器を必須の構成要素とせず、２つ以上の反応器をアンモニア配管でつないだ構成であるため、動作条件が制約されにくい。
【００４７】
（蓄熱材）
次に、本発明における反応器に収納される蓄熱材の好ましい範囲について説明する。
前記蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材、及び物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材の少なくとも一方を含むことが好ましい。
前記化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、反応器における蓄熱密度をより高くすることができるので、熱輸送装置全体としての蓄熱密度をより高くすることができる。従って、本発明における２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器であることが好ましい。また、化学蓄熱材は物理吸着材と比較して種類による蓄熱温度の差が大きいことから（後述の図５参照）、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器を用いることで、化学蓄熱材の種類の選定により熱輸送装置の作動温度や作動アンモニア圧等の動作条件の選択の幅を広げることができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を広い範囲から選定できる。
一方、前記物理吸着材を含む蓄熱材を用いることで、反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体としての熱輸送の制御性がより向上する。従って、本発明における２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器であることも好ましい。
【００４８】
次に、本発明における２つ以上の反応器（例えば、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０を含む２つ以上の反応器）の組み合わせの好ましい例について説明する。
本発明において、２つ以上の反応器の具体的な組み合わせとしては、（１）化学蓄熱材を含む反応器と化学蓄熱材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「（１）の組み合わせ」ともいう）、（２）物理吸着材を含む反応器と物理吸着材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「（２）の組み合わせ」ともいう）、又は（３）物理吸着材を含む反応器と化学蓄熱材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「（３）の組み合わせ」ともいう）が好ましく、上記（１）の組み合わせ又は上記（３）の組み合わせがより好ましい。
特に、上記（１）の組み合わせ又は上記（３）の組み合わせでは、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が相対的に大きい蓄熱材を含む反応器と、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が相対的に小さい蓄熱材を含む反応器と、を組み合わせることがより容易となる。このため、蓄熱材の組み合わせの選択により、反応器間での反応熱量の差により、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００４９】
上記の組み合わせの中でも、上記（３）の組み合わせが特に好ましい。
上記（３）の組み合わせによれば、熱交換装置全体としては、化学蓄熱材を含む反応器によってより高い蓄熱密度が得られるとともに、物理吸着材を含む反応器によってアンモニアの固定化及び脱離の制御をより容易とすることができる。
更に、上記（３）の組み合わせでは、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、反応器間での反応熱量の差を利用して、物理吸着材を含む反応器側に小さい熱量の熱を供給する場合においても、化学蓄熱材を含む反応器側でより大きな熱量を放熱することができる。
例えば、アンモニア１ｍｏｌの固定化及び脱離に要する熱量は、化学蓄熱材（例えば、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２、等）では４０ｋＪ／ｍｏｌ〜６０ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、物理吸着材（例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物、等）では、２０ｋＪ／ｍｏｌ〜３０ｋＪ／ｍｏｌである。
【００５０】
例えば、前述の「放熱」の例において、第１の熱交換型反応器２０に収納される蓄熱材として物理吸着材を含む蓄熱材を用い、かつ、第２の熱交換型反応器１２０に収納される蓄熱材として化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、第２の熱交換型反応器１２０において、第１の熱交換型反応器２０に流通させる熱媒体Ｍ１の温度よりも３０℃程度高い温度の熱を放熱できる。
【００５１】
−化学蓄熱材−
次に、前記化学蓄熱材の好ましい形態について更に詳細に説明する。
前記化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高くする観点からは、金属塩化物が好ましく、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、又は遷移金属の塩化物がより好ましく、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、又はＮｉＣｌ２が特に好ましい。
前記金属塩化物は、一種単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。
【００５２】
図５は、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２の各金属塩化物について、蓄熱温度（℃）と蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）との関係を表した図である。
蓄熱温度（℃）は、各金属塩化物について、アンモニアを脱離できる温度の一例を示している。蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）は、各金属塩化物１ｋｇ当たりがアンモニアの脱離により蓄熱できる熱量（ｋＪ）を示している。
【００５３】
図５に示すように、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、及びＮｉＣｌ２は、約８００ｋＪ／ｋｇ〜１４００ｋＪ／ｋｇという高い蓄熱密度を示す。また、蓄熱温度は金属塩化物の種類によって異なり、約３０℃〜２２０℃の範囲である。
本実施形態においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、金属塩化物の種類を適宜選定することができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を選定できる幅が広がる。
例えば、熱輸送装置の作動温度を低くする場合には、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２を選択することができ、熱輸送装置の作動温度を高くする場合には、ＮｉＣｌ２を選択することができる。
【００５４】
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該化学蓄熱材は蓄熱材中に、一種含まれていてもよいし二種以上含まれていてもよい。
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は前記化学蓄熱材以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、アルミナ、シリカ等のバインダー成分、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
但し、本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合において、蓄熱密度をより向上させる観点からは、蓄熱材中における前記化学蓄熱材の含有量は、６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。
【００５５】
また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【００５６】
−物理吸着材−
次に、前記物理吸着材の好ましい形態について更に詳しく説明する。
前記物理吸着材としては、多孔体を用いることができる。
前記多孔体としては、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、１０ｎｍ以下の細孔を持つ多孔体が好ましい。
前記細孔のサイズの下限としては、製造適性等の観点から、０．５ｎｍが好ましい。
前記多孔体としては、同様の観点より、平均１次粒子径５０μｍ以下の１次粒子が凝集して得られた１次粒子凝集体である多孔体が好ましい。
前記平均１次粒子径の下限としては、製造適性等の観点から、１μｍが好ましい。
【００５７】
前記多孔体の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
前記活性炭としては、ＢＥＴ法による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは１８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物（架橋粘土鉱物）であってもよい。前記粘土鉱物としてはセピオライト等が挙げられる。
【００５８】
本発明における蓄熱材が物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を含む場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を一種単独で含んでいてもよいし二種以上を含んでいてもよい。
本発明においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、物理吸着材（好ましくは前記多孔体）の種類を適宜選定することができる。
物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、前記物理吸着材は活性炭を少なくとも含むことが好ましい。
【００５９】
本発明における蓄熱材が物理吸着材を含む場合において、前記蓄熱材中における物理吸着材の含有量は、アンモニアの固定化及び脱離の反応性をより高く維持する観点より、８０体積％以上であることが好ましく、９０体積％以上であることがより好ましい。
【００６０】
また、本発明における物理吸着材を含む蓄熱材を成形体（蓄熱材成形体）として用いる場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材に加えてバインダーを含むことが好ましい。前記蓄熱材がバインダーを含むことにより、前記蓄熱材成形体の形状がより効果的に維持されるので、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【００６１】
前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも１種であることが好ましい。
前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、等が挙げられる。
【００６２】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、該蓄熱材中におけるバインダーの含有量は、前記蓄熱材成形体の形状をより効果的に維持する観点より、５体積％以上であることが好ましく、１０体積％以上であることがより好ましい。
【００６３】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、必要に応じ、前記物理吸着材及び前記バインダー以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
【００６４】
また、物理吸着材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、物理吸着材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【００６５】
（反応室の好ましい形態）
次に、前記熱交換型反応器における反応室（例えば、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４、及び、前記第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４）の好ましい形態について、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４を例として説明する。
前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４は、内壁が前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの接触部分を有していることが好ましい。より好ましくは、反応室２４の内壁と、前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂにおける一方の主面と、が接触している形態（即ち、蓄熱材成形体が、反応室の内壁と、支持体表面と、によって挟持されている形態）である。
即ち、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂが、それぞれ、反応室２４の内壁及び支持体３４の表面との接触を保った状態となっていることが好ましい。
反応室２４の内壁が前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの接触部分を有する構成によれば、反応室２４の内壁を通じ、第１の熱交換型反応器と蓄熱材成形体との間での熱交換をより効果的に行うことができる。また、一般に、蓄熱材成形体を繰り返し使用すると、アンモニアの固定化及び脱離により蓄熱材成形体が体積膨張収縮を繰り返し、蓄熱材成形体に割れ（クラックを含む）や微粉化が生じる場合があるが、上記構成によれば、この繰り返し使用時における蓄熱材成形体の割れ（クラックを含む）や微粉化をより効果的に抑制できる。
前記第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４の好ましい形態についても、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４と同様である。
【００６６】
次に、本実施形態における反応室内に、２枚の蓄熱材成形体を含む積層体を収納する方法の一例について説明する。
収納方法として、例えば、下記工程１〜工程３を含む方法が好適である。
（工程１）まず、アンモニアが固定化されていない蓄熱材成形体を２枚準備する。
具体的には、粉末状の蓄熱材を、加圧成形等により成形して蓄熱材成形体とする。
蓄熱材成形体の体積は、反応室の内壁及び支持体の表面によって確定される空間（蓄熱材成形体が充填されるべき空間）の体積よりも小さく、かつ、後述する工程３においてアンモニアを固定化させて体積膨張させたときに、蓄熱材成形体と反応室の内壁とが接する程度の体積に調整する。
（工程２）次に、工程１で準備した２枚の蓄熱材成形体によって支持体を挟んだ構成の積層体を準備し、該積層体を反応室に収納する。
（工程３）次に、反応室に収納された２枚の蓄熱材成形体に対してアンモニアを固定化させる。
以上の方法によれば、２枚の蓄熱材成形体がアンモニアの固定化により体積膨張する現象を利用して、２枚の蓄熱材成形体の表面を、反応室の内壁及び支持体の表面に効果的に接触させることができる。
ここで、一旦、蓄熱材成形体の表面と反応室の内壁とが接触すれば、その後、蓄熱材成形体からアンモニアが脱離する場合においても体積収縮は抑制される。この場合、前記接触が保たれたまま、蓄熱材成形体の内部からアンモニアが脱離する。
【００６７】
（熱輸送装置の好ましい形態）
次に、本発明の効果をより効果的に奏する観点からみた、本発明の熱輸送装置の好ましい形態について説明する。
【００６８】
本発明の熱輸送装置では、熱輸送性の向上や初期作動時におけるアンモニアの輸送遅れ低減などの観点より、２つ以上の反応器のうち１つの反応器が貯蔵できるアンモニアの最大量に対し、熱輸送装置の死容積を極力小さくすることが好ましい。
ここで、熱輸送装置の死容積とは、熱輸送装置内においてアンモニアが流通できる範囲の実効的な容積を表す。
本発明の熱輸送装置では、死容積の大部分はアンモニア配管の容積であるため、アンモニア配管における圧力損失（例えば、後述の図６）を許容できる範囲でアンモニア配管の容積を極力小さくし、熱輸送装置の死容積を極力小さくすることが望ましい。
【００６９】
具体的には、本発明の熱輸送装置では、前記２つ以上の反応器のうち１つの反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し、死容積が１％以下であることが好ましい。
死容積が上記範囲であると、熱輸送装置内を流通するアンモニアの量をより多く確保できるので、アンモニアの輸送性及び熱の輸送性がより向上する。更に、死容積を上記の範囲とすることで、初期作動時における、アンモニアの輸送及び熱の輸送の遅れをより効果的に抑制できる。
ここで、「１つの反応器が貯蔵できるアンモニアの最大量」とは、２つ以上の反応器のうちアンモニアを固定化できる量が最も多い反応器が固定化できるアンモニアの最大量を表す。また、「１つの反応器が貯蔵できるアンモニアの最大量」は、熱輸送装置に貯蔵されるアンモニアの全量と等しい量とすることが好適である。
例えば、本発明の熱輸送装置の一例として、２つ以上の反応器のうちアンモニアを固定化できる量が最も多い反応器において、当該反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積が当該反応器に収納されている蓄熱材の体積に対し１００倍であり、かつ、当該反応器に当該最大量のアンモニアが貯蔵されている例では、熱輸送装置の死容積を当該最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し１％以下とすることにより、２つ以上の反応器を直結させた場合の熱輸送能力に対して９０％以上の熱輸送能力を得ることが可能である。
【００７０】
また、本発明の熱輸送装置の死容積には特に限定はなく、例えば１０ｍＬ〜１０Ｌとすることができる。該死容積は、１００ｍＬ〜１０Ｌが好ましく、５００ｍＬ〜１０Ｌがより好ましく、１Ｌ〜１０Ｌが特に好ましい。
【００７１】
また、本発明におけるアンモニア配管の長さには特に限定はなく、例えば１０ｍｍ〜５０００ｍｍとすることができる。
本発明の熱輸送装置では蒸気圧が高いアンモニアの輸送に伴い熱を輸送するので、アンモニア配管の長さを、１０００ｍｍ〜５０００ｍｍ、更には２０００ｍｍ〜５０００ｍｍとすることもできる。
アンモニア配管の好ましい内径については後述する。
【００７２】
また、本発明の熱輸送装置の作動温度としては、−３０℃〜２５０℃とすることができる。
本発明の熱輸送装置内のアンモニア圧（作動アンモニア圧）は、例えば、０．１ａｔｍ〜１０ａｔｍとすることができる。
【００７３】
本発明におけるアンモニア配管の内径は、１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、７ｍｍ〜１００ｍｍであることが更に好ましく、１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが特に好ましい。アンモニア配管の内径が１ｍｍ以上（より好ましくは１０ｍｍ以上）であると、系内におけるアンモニアの圧力損失をより抑制でき、熱出力をより向上させることができる。
アンモニア配管の内径が１００ｍｍ以下であると、装置の大型化をより抑制できる。
装置の大型化をより抑制する観点からは、アンモニア配管の内径の上限を５０ｍｍとすることがより好ましく、アンモニア配管の内径の上限を３０ｍｍとすることが特に好ましい。
【００７４】
図６は、本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係の一例を示すグラフである。
図６において、アンモニア配管の内径（ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係は、アンモニア配管の条件を以下の条件としたときの試算例である。反応器に収納される蓄熱材の種類や量にもよるが、以下の条件によれば、例えば５ｋＷの熱出力を得ることができる。
〜アンモニア配管の条件〜
・アンモニア配管の長さ：３０００ｍｍ
・アンモニア配管内の温度：０℃
・アンモニア配管内のアンモニア流量：２５０Ｌ／ｍｉｎ
・アンモニア配管の材質： ＳＵＳ３０４
【００７５】
図６において、アンモニア配管の内径（単位：ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係は、まず下記式（Ａ）に基づいてアンモニア配管の内径（単位：ｍ）と圧力損失ΔＰ’（単位：ｋｇｆ／ｍ２）との関係を求め、次に、単位の換算を行うことによって求めた。
ΔＰ’＝λ×（Ｌ／Ｄ）×（ρＵ２／２） … 式（Ａ）
【００７６】
式（Ａ）において、ΔＰ’は圧力損失〔単位：ｋｇｆ／ｍ２〕、λは管摩擦係数、Ｌは輸送距離（アンモニア配管の長さ）〔単位：ｍ〕、Ｄはアンモニア配管の内径〔単位：ｍ〕、ρはアンモニア蒸気密度〔単位：ｋｇ／ｍ３〕、Ｕはアンモニア蒸気の流速〔単位：ｍ／ｓ〕である。ここでは、ブラジウス式によりλ＝０．００６５とした。
【００７７】
図６に示すように、上記の条件下では、アンモニア配管の内径が５ｍｍ以上（さらには１０ｍｍ以上）であるときに、圧力損失を特に低減させることができる。
【００７８】
図７は、本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係の一例を示すグラフである。
図７において、「φ３」、「φ５」、「φ７」、及び「φ１０」は、それぞれ、内径３ｍｍ、内径５ｍｍ、内径７ｍｍ、及び内径１０ｍｍを表す。「φ３」、「φ５」、「φ７」、及び「φ１０」の条件では、アンモニア配管の長さを３０００ｍｍとした。
図７において、「直結」は、２つの反応器を直結させたことを意味する。
【００７９】
図７において、アンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係は、熱輸送装置の条件を以下の条件としたときの試算例である。
熱輸送装置の構成は、前記熱輸送装置１００の構成とした。
アンモニア配管１０の材質はＳＵＳ３０４とした。アンモニア配管１０の内径及び長さは前述のとおりとした。
【００８０】
熱入力側（外部から熱が供給される側）の反応器は、前記第１の熱交換型反応器２０と同様の構成を有し、活性炭を含む蓄熱材を備えた反応器とした。
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂのサイズは、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み３ｍｍとした。
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、活性炭（平均一次粒子径５μｍ、ＢＥＴ法による比表面積２０００ｍ２／ｇ）を含む蓄熱材成形体とした。
支持体３４としては、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み０．５ｍｍのステンレス多孔体シートを用いた。
熱媒体流路２４の幅は１ｍｍとした。
第１の熱交換型反応器２０における反応室２４の数は３０室とし、熱媒体流路２４の数は３１とした。
第１の熱交換型反応器２０及びヘッダ部材２８の死容積は１Ｌとした。
【００８１】
一方、熱出力側（外部へ熱を放出する側）の反応器は、前記第２の熱交換型反応器１２０と同様の構成を有し、ＣａＣｌ２を含む蓄熱材を備えた反応器とした。この反応器におけるＣａＣｌ２の総量は、１ｋｇとした。熱出力側（外部へ熱を放出する側）の反応器は、ＣａＣｌ２を含む蓄熱材成形体を用いたこと以外は、熱入力側の反応器と同様の構成とした。
第２の熱交換型反応器１２０及びヘッダ部材１２８の死容積は１Ｌとした。
【００８２】
以上の条件の熱輸送装置１００における、アンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係を、試算した。
具体的には、第１の熱交換型反応器２０に対して０℃の熱媒体Ｍ１を流通させることにより、活性炭を含む第１の熱交換型反応器２０からアンモニアを脱離させ、ＣａＣｌ２を含む第２の熱交換型反応器１２０側にアンモニアを輸送し、第２の熱交換型反応器１２０においてアンモニアの固定化反応を起こさせ、熱媒体Ｍ２の温度を上昇させる操作を想定した。
このときの熱媒体Ｍ２の温度上昇速度（単位時間当たりの温度上昇量）から、熱出力（Ｗ）を求めた。熱出力（Ｗ）の最大値をピーク出力（Ｗ）とした。
【００８３】
図７に示すように、アンモニア配管の内径を大きくするに従い、ピーク出力が向上する。例えば、アンモニア配管の内径が５ｍｍ以上である場合にピーク出力が顕著に増大する。特に、アンモニア配管の内径が１０ｍｍである場合には、直結の場合とほぼ同程度のピーク出力が得られることがわかった。
【００８４】
以上、本発明の実施形態に係る熱輸送装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の熱輸送装置は、前記アンモニア配管に、更に、圧力調節機構が設けられていてもよい。
図８は、本発明の別の実施形態に係る熱輸送装置２００を模式的に示した図である。
図８に示すように、熱輸送装置２００では、アンモニア配管１０に、圧力調整手段２２０が設けられている。
熱輸送装置２００のその他の構成については前述の熱輸送装置１００と同様である。
圧力調整手段２２０としては、外力により熱輸送装置２００内におけるアンモニア圧の差を更に大きくする機能を有する手段を用いることができ、具体的には、圧送ポンプや圧縮機（コンプレッサー等）等、公知の手段を用いることができる。
熱輸送装置２００では、バルブＶ１に加え、補助的に圧力調整手段２２０が設けられており、この圧力調整手段２２０を作動させることにより、アンモニアの輸送（即ち、熱の輸送）をより効果的に行うことができる。
なお、図８に示す熱輸送装置２００では、圧力調整手段２２０がバルブＶ１に対し第１の熱交換型反応器２０側に設けられているが、本発明における熱輸送装置が圧力調整手段を備える場合、圧力調整手段はアンモニア配管の少なくとも１箇所に設けられていれば特に制限はない。例えば、圧力調整手段２２０はバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に設けられていてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、２つの反応器のみ（第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０）をアンモニア配管１０で接続した構成となっているが、熱輸送装置１００は、その他の反応器を備えていてもよい。即ち、第１の熱交換型反応器２０には、更に、第２の熱交換型反応器１２０以外のその他の反応器の少なくとも１つがアンモニア配管によって接続されていてもよい。この際、第１の熱交換型反応器２０と２つ以上の反応器とが、分岐を有する１つのアンモニア配管によって接続されていてもよいし、第１の熱交換型反応器２０と２つ以上の反応器とが、分岐を有しない２つ以上のアンモニア配管によってそれぞれ独立に接続されていてもよい。また、第１の熱交換型反応器２０と３つ以上の反応器とが、分岐を有するアンモニア配管１つ以上と、分岐を有しないアンモニア配管１つ以上と、によって接続されていてもよい。
その他の反応器としては、例えば、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０と同様に、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器を用いることができる。
【００８６】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、各熱交換型反応器とアンモニア配管とがヘッダ部材を介して接続されているが、各熱交換型反応器とアンモニア配管とがヘッダ部材を介さずに気密状態で直接接続されていてもよい。また、ヘッダ部材と一体化された熱交換型反応器を用い、この熱交換型反応器とアンモニア配管とを気密状態で接続してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、アンモニア配管１０にバルブＶ１（弁）が設けられているが、このバルブＶ１は省略されていてもよい。バルブＶ１が省略されている場合でも、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の少なくとも一方に熱を供給して第１の熱交換型反応器２０側と第２の熱交換型反応器１２０側とでアンモニア圧の差を生じさせることができ、このアンモニア圧の差によりアンモニア及び熱の輸送を行うことができる。
【００８８】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、各熱交換型反応器が熱媒体流路を備えているが、熱交換型反応器としては、熱媒体流路に代えて（または熱媒体流路に加えて）、ヒーター等の温度調節手段を備えた反応器を用いてもよい。この温度調節手段により反応器全体に熱を供給でき、該反応器においてアンモニアの固定化及び脱離の反応を行うことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０ アンモニア配管
２０ 第１の熱交換型反応器
１２０ 第２の熱交換型反応器
２４、１２４ 反応室
２６、１２６ 熱媒体流路
３０、４０、１３０ 積層体
３２Ａ、３２Ｂ 蓄熱材成形体
３４ 支持体
３６ 波型プレート
１００、２００ 熱輸送装置
Ｖ１ バルブ
２２０ 圧力調整手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出削減が強く求められており、省エネルギー化や排熱利用を進める必要がある。そのためには高効率な蓄熱技術の開発が必要であり、有望な候補として単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が大きく長期間の蓄熱が可能な化学蓄熱技術が挙げられる。
【０００３】
化学蓄熱技術の一つとして、金属塩へのアンモニアの固定化（アンミン錯体生成反応／配位反応）が挙げられる。例えば、アルカリ土類金属や遷移金属の塩化物がアンモニアを吸蔵・放出し、その際に発熱・吸熱することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
また、加熱源の供給により内部に装入された金属塩化物のアンミン錯体から放出されるアンモニアガス圧力を保持する固相反応器と、該固相反応器に接続されアンモニアガスを冷却水の供給により凝縮する凝縮器を備えたケミカル蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
更に、ＣａＣｌ２・８ＮＨ３やＳｒＣｌ２・８ＮＨ３に対し、８〜２０ｗｔ％のアルミニウム粉末やカーボンファイバーを混入後、成形して得られるアンモニア貯蔵体が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Bull.Chem.Soc.Jpn.77(2004)123
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０９３８８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０２５９４８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のケミカル蓄熱装置は、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を備えているため、気／液の相変化を制御する機構が必要となり、装置が複雑化する傾向がある。
また、特許文献１及び特許文献２には、２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送に関する開示はない。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、簡易な構成で、熱輸送性に優れた熱輸送装置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】
【０００８】
請求項１に記載の発明に係る熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、を備え、前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する。
【０００９】
請求項１に記載の熱輸送装置では、２つ以上の反応器間で、蒸気圧が高いアンモニア蒸気の輸送に伴い熱を輸送するので、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失が抑制され、その結果、熱輸送性が向上する。即ち、請求項１に記載の熱輸送装置によれば、一方の反応器に与えられた熱を他方の反応器に効率よく輸送できる。
【００１０】
また、請求項１に記載の熱輸送装置では、前記蓄熱材が収納された２つ以上の反応器間でアンモニア及び熱の輸送を行うので、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を用いる場合と比較して気／液の相変化を制御する機構が必須ではなく、装置の構成を、２つ以上の反応器をアンモニア配管でつないだ簡易な構成とすることができる。
【００１１】
このように、請求項１に記載の熱輸送装置によれば、簡易な構成で熱輸送性を向上できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１に記載の熱輸送装置において、前記アンモニア配管に弁が設けられ、該弁の開閉によりアンモニア圧の差を調節する。これにより、アンモニア圧の差をより効果的に保持できるので、熱輸送性をより向上させることができる。即ち、弁を閉じることによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、弁を開けることによりアンモニアを輸送し、蓄熱した熱を効率よく利用することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１又は請求項２に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、更に、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路を有する。これにより、熱媒体と蓄熱材との間で効率よく熱交換を行うことができるので、反応室内壁と蓄熱材との接触面（伝熱面）における接触熱抵抗が改善される。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、前記蓄熱材が収納された２つ以上の反応室と、少なくとも前記反応室間に配置され、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、を含む。これにより、熱媒体と蓄熱材との間で効率よく熱交換を行うことができるので、反応室内壁と蓄熱材との接触面（伝熱面）における接触熱抵抗が改善される。
ここで、２つ以上の反応器は、２つ以上の反応室と２つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。
【００１５】
請求項５に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうち１つの反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し、死容積が１％以下である。これにより、熱輸送装置内を流通するアンモニアの量をより多く確保することができるので、熱輸送性をより向上させることができる。特に、初期作動時における、アンモニア及び熱の輸送の遅れをより効果的に抑制できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である。これにより、物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体における熱輸送の制御性をより向上させることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記２つ以上の反応器は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器と、を含む。
即ち、請求項８に記載の発明に係る熱輸送装置では、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量の差を利用して、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記化学蓄熱材が金属塩化物である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項９に記載の熱輸送装置において、前記金属塩化物が、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器における蓄熱密度をより向上させることができるので、熱輸送装置全体における蓄熱密度をより向上させることができる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記物理吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である。これにより、物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体における熱輸送の制御性をより向上させることができる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明に係る熱輸送装置は、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の熱輸送装置において、前記アンモニア配管に、更に、圧力調整手段が設けられている。これにより、アンモニア圧の差をより効果的に生じさせることができるので、熱輸送性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡易な構成で、熱輸送性に優れた熱輸送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る熱輸送装置を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る反応器を模式的に示した図である。
【図４】アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）の飽和蒸気圧曲線である。
【図５】各金属塩化物について、蓄熱温度（℃）と蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）との関係を示したグラフである。
【図６】本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係の一例を示すグラフである。
【図７】本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の別の実施形態に係る熱輸送装置を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る熱輸送装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る熱輸送装置１００を模式的に示した図である。
図１に示すように、熱輸送装置１００は、第１の熱交換型反応器２０と、第２の熱交換型反応器１２０と、第１の熱交換型反応器２０と第２の熱交換型反応器１２０とを接続するアンモニア配管１０と、を備えて構成されている。
但し、本発明における２つ以上の反応器は、図１に示す第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の形態に限定されることはなく、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器であれば特に制限なく使用できる。
【００２７】
図２は、図１における第１の熱交換型反応器２０を模式的に示した図である。
図２に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、筐体２２と、筐体２２に設けられた複数の熱媒体流路２６と、筐体２２に設けられた複数の反応室２４と、各反応室２４内に収納され、蓄熱材を含む積層体３０と、を有して構成されている。
筐体２２内では、反応室２４と熱媒体流路２６とが交互に配置され、かつ、２つの熱媒体流路２６が最も外側となるように配置されている。反応室２４と熱媒体流路２６とは隔壁を隔てて互いに分離されている。これらの構成により、外部から供給される熱媒体Ｍ１と反応室２４内の蓄熱材成形体との間で熱交換を行えるようになっている。この実施形態では、反応室２４、熱媒体流路２６は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。この実施形態では、第１の熱交換型反応器２０は、反応室２４の開口方向（アンモニアの流れ方向）と熱媒体流路２６の開口方向（熱媒体の流れ方向）とが側面視で直交する、直行流型の熱交換型反応器として構成されている。
【００２８】
本発明における反応器は、第１の熱交換型反応器２０の例のように、前記蓄熱材が収納された反応室を２つ以上有し、前記熱媒体流路が少なくとも前記反応室間に配置された構成であることが好ましく、２つ以上の反応室と２つ以上の熱媒体流路とを有し、反応室と熱媒体流路とが交互に配置された構成であることがより好ましい。
第１の熱交換型反応器２０における反応室２４や熱媒体流路２６の個数には特に限定はなく、第１の熱交換型反応器２０に対し入出力する熱量や、蓄熱材成形体の伝熱面の面積（反応室内壁との接触面積）を考慮して適宜設定できる。
また、筐体２２の材質としては、金属（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等）等の熱伝導性の高く、アンモニア耐食性のある材質が好適である。
【００２９】
図２に示すように、積層体３０は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する２枚の蓄熱材成形体（蓄熱材成形体３２Ａ及び蓄熱材成形体３２Ｂ；以下、これらをまとめて「蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ」ともいう）と、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに挟持された支持体３４と、から構成されている。図２では、積層体３０の構成を見やすくするために、蓄熱材成形体３２Ａと、支持体３４と、蓄熱材成形体３２Ｂと、を分離して図示している。
但し、本発明における積層体の構成としては、このような蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の３層構成を少なくとも有する構成であればよく、３層構成以外にも、例えば、蓄熱材成形体と支持体とが交互に配置され、かつ、最外層が蓄熱材成形体であるその他の構成（例えば、蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体／支持体／蓄熱材成形体の５層構成、等）であってもよい。
【００３０】
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ、吸熱反応によりアンモニアが脱離するときに蓄熱し、発熱反応によってアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材を含む。
なお、本発明において反応器に収納される蓄熱材としては、蓄熱材成形体（例えば、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ）に限定されるものではなく粉末の蓄熱材を用いることもできるが、反応器における熱交換の効率をより向上させる観点からは、蓄熱材成形体であることが好ましい。
本発明における蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材、及び物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材の少なくとも一方を含むことが好ましい。
本発明における蓄熱材の好ましい形態の詳細については後述する。
【００３１】
支持体３４としては、支持体３４の面に沿った方向（例えば、図２中の白抜き矢印の方向）にアンモニアガスを流通させることができる支持体を用いることが好ましい。これにより、２枚の蓄熱材成形体間にアンモニア蒸気の流路を確保することができるので、アンモニア配管１０から供給されたアンモニアガス（ＮＨ３）を、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂの広い範囲に供給できる。更に、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂの広い範囲に吸着したアンモニアを支持体３４を介してアンモニア配管１０に向けて放出することができる。
このような支持体３４として、具体的には、波型プレート又は多孔体プレートを用いることが好ましい。
支持体３４として多孔体プレートを用いた場合には、多孔体プレート内をアンモニアが通過する。
支持体３４として波型プレートを用いた場合には、波型プレートとの蓄熱材成形体との間に生じる隙間をアンモニアガスが通過する。
図３は、特に、支持体として波型プレート３６を用いた場合における第１の熱交換型反応器２０及び第１の熱交換型反応器２０内に収納される積層体４０を概念的に示した図である。支持体である波型プレート３６以外の構成は図２と同様である。
支持体として波型プレート３６を用いた場合は、積層体４０における波型プレート３６と蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの間に生じる隙間をアンモニアが通過する（図３中の白抜き矢印の方向）。
【００３２】
また、図１に示すように、熱輸送装置１００において、第１の熱交換型反応器２０とアンモニア配管１０とは、第１の熱交換型反応器２０中の複数の反応室２４とアンモニア配管１０とを気密状態で連通するヘッダ部材２８（例えば、マニホールド等）を介して接続されている。これにより、複数の反応室２４とアンモニア配管１０との間で気密状態でアンモニアを流通できるようになっている。
なお、図１では、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の構成を見やすくするために、前記ヘッダ部材２８、下記ヘッダ部材２９Ａ、下記ヘッダ部材２９Ｂ、下記ヘッダ部材１２８、下記ヘッダ部材１２９Ａ、下記ヘッダ部材１２９Ｂ、下記熱媒体配管２７Ａ、下記熱媒体配管２７Ｂ、下記熱媒体配管１２７Ａ、及び下記熱媒体配管１２７Ｂを、二点鎖線で表している（後述の図８も同様である）。
【００３３】
また、図１に示すように、第１の熱交換型反応器２０は、ヘッダ部材２９Ａ（例えば、マニホールド等）を介して熱媒体配管２７Ａに接続されるとともに、ヘッダ部材２９Ｂ（例えば、マニホールド等）を介して熱媒体配管２７Ｂに接続されている。第１の熱交換型反応器２０内の複数の熱媒体流路２６は、該ヘッダ部材２９Ａにより気密状態で熱媒体配管２７Ａに連通されるとともに、該ヘッダ部材２９Ｂにより気密状態で熱媒体配管２７Ｂに連通されている。これにより、熱媒体配管２７Ａ及び熱媒体配管２７Ｂを通じ、第１の熱交換型反応器２０内の熱媒体流路２６と熱輸送装置１００の外部（以下、単に「外部」や「系外」ともいう）との間で熱媒体Ｍ１を流通できるようになっている。
熱媒体Ｍ１としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
【００３４】
図１に示すように、アンモニア配管１０にはバルブＶ１（弁）が設けられており、バルブＶ１の開閉によりアンモニア圧の差を調節できるようになっている。これにより、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧と第２の熱交換型反応器１２０側のアンモニア圧との差をより効果的に保持できる。即ち、バルブＶ１を閉じた状態を維持することによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、その後バルブＶ１を開くことにより一方の熱交換型反応器側から他方の熱交換型反応器側にアンモニアを輸送できる。このようにして、一方の熱交換型反応器側に蓄熱された熱を、他方の熱交換型反応器側で効率よく利用することができる。
【００３５】
図１に示すように、熱輸送装置１００において、第２の熱交換型反応器１２０も第１の熱交換型反応器２０と同様に、筐体１２２に、複数の反応室１２４と、各反応室１２４内に収納された積層体１３０と、複数の熱媒体流路１２６と、が設けられた熱交換型反応器となっている。積層体１３０の構成及び第２の熱交換型反応器１２０内の構成については、それぞれ、積層体３０の構成及び第１の熱交換型反応器２０内の構成と同様である。また、第２の熱交換型反応器１２０に接続する、ヘッダ部材１２８、１２９Ａ、及び１２９Ｂ、並びに、熱媒体配管１２７Ａ及び１２７Ｂの構成については、それぞれ、第１の熱交換型反応器２０に接続する、ヘッダ部材２８、２９Ａ、及び２９Ｂ、並びに、熱媒体配管２７Ａ及び２７Ｂの構成と同様である。第２の熱交換型反応器１２０内に供給される熱媒体Ｍ２としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
また、図示しないが、熱輸送装置１００の外部において、熱媒体Ｍ１の流通経路と熱媒体Ｍ２の流通経路とは、互いに独立している。
【００３６】
また、熱輸送装置１００には、装置内にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段（不図示）や、装置内を排気するための排気手段（不図示）、装置内のアンモニア圧を測定するための圧力測定手段（不図示）等が接続されていてもよい。
【００３７】
次に、熱輸送装置１００によって行われる熱輸送の例について説明する。
【００３８】
（放熱）
まず、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱を第２の熱交換型反応器１２０に輸送し、輸送された熱を第２の熱交換型反応器１２０から外部に放熱する熱利用の一例について説明する。この一例では、第１の熱交換型反応器２０を熱入力側の反応器とし、第２の熱交換型反応器１２０を熱出力側の反応器としている。
【００３９】
この一例では、まず初期状態として、熱輸送装置１００内（以下、「系内」ともいう）のアンモニアを第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材にアンモニアが固定化された状態にし、その後バルブＶ１を閉じる。熱輸送装置１００を初期状態とする具体的な方法の例は、後述する「再生」の方法と同様である。
第１の熱交換型反応器２０には、所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）に維持された熱媒体Ｍ１を流通させることにより、熱を供給する。上記所定の温度の熱媒体Ｍ１の流通は、放熱及び再生を通じて維持しておくことが好ましい。
第２の熱交換型反応器１２０には、外部の熱利用対象に向けて熱を放出するための熱媒体Ｍ２を流通させる。
この状態では、第１の熱交換型反応器２０側のアンモニア圧が第２の熱交換型反応器１２０側のアンモニア圧よりも高くなっている。バルブＶ１を閉じた状態を維持することで、第１の熱交換型反応器２０側と第２の熱交換型反応器１２０側とのアンモニア圧の差を長時間保持することができる。
【００４０】
次に、バルブＶ１を開くと、アンモニア圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的にアンモニア圧が低い第２の熱交換型反応器１２０に向けてアンモニアの輸送が行われる。このとき、第１の熱交換型反応器２０では、吸熱反応によって第１の熱交換型反応器２０中の蓄熱材からアンモニアが脱離する。この吸熱反応の維持は、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより（即ち、第１の熱交換型反応器２０への熱の供給を維持することにより）行われる。
【００４１】
上記アンモニアの輸送により第２の熱交換型反応器１２０に到達したアンモニアは、第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４内の蓄熱材に、発熱反応により固定化される。この発熱反応により熱媒体Ｍ２が加熱され、加熱された熱媒体Ｍ２が外部の加熱対象に向けて放熱される。
【００４２】
以上のようにして、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０へのアンモニアの輸送に伴い、第１の熱交換型反応器２０に供給された熱が、第２の熱交換型反応器１２０側に輸送され、第２の熱交換型反応器１２０から放熱される。
【００４３】
（再生）
上記の放熱が継続されて第１の熱交換型反応器２０内のアンモニアが減少した場合には、系内のアンモニアを再び第１の熱交換型反応器２０側に集め、第１の熱交換型反応器２０における蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂにアンモニアを固定化させることにより、熱輸送装置１００を初期状態に再生させる。
再生の具体的な方法の例としては、バルブＶ１を開いた状態で、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持したまま、第２の熱交換型反応器１２０における熱媒体流路１２６に高温（例えば、６０℃〜１００℃）に維持された熱媒体Ｍ２を流通させる方法が好適である。
これにより、吸熱反応によって第２の熱交換型反応器１２０からアンモニアが脱離するとともに、第２の熱交換型反応器１２０側から第１の熱交換型反応器２０側にアンモニアが輸送される。
第１の熱交換型反応器２０に到達したアンモニアは、第１の熱交換型反応器２０における反応室２４内の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに発熱反応により固定化される。
この発熱反応の維持は、例えば、第１の熱交換型反応器２０への上記所定の温度（例えば−３０℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより行われる。
【００４４】
熱輸送装置１００では、上記の放熱及び再生を繰り返し行うことができる。
なお、上記放熱及び再生では、反応器への熱の供給を熱媒体の流通により行う例を示したが、反応器への熱の供給は、不図示の温度調節機構によって行ってもよい。
【００４５】
以上の実施形態の例で説明したように、本発明の熱輸送装置は、２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する装置である。
図４は、アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）の飽和蒸気圧曲線である。
図４に示すように、アンモニアは、水と比較して比較的低温においても高い飽和蒸気圧を示す。例えば、−３０℃〜０℃の範囲においても大気圧レベル以上のアンモニア蒸気圧を確保できる。
このため、本発明の熱輸送装置によれば比較的低温（例えば、−３０℃〜＋３０℃）の条件下においても、アンモニア蒸気の配管内流動に伴う圧力損失を抑えることができるので、熱輸送性に優れる。例えば、本実施形態の熱輸送装置によれば、長い距離（例えば１０００ｍｍ〜５０００ｍｍ、更には２０００ｍｍ〜５０００ｍｍ）の熱輸送を行うことができる。
【００４６】
また、本発明の熱輸送装置は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器間で、アンモニアを流通させることにより熱を輸送する装置である。
このため、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を必須の構成要素として備えたケミカル蓄熱装置（例えば、特開平６−１０９３８８号公報に記載のケミカル蓄熱装置）と比較して、以下の利点を有する。
即ち、本発明の熱輸送装置では、凝縮器を必須の構成要素とせず、気／液の相変化を制御する機構も必須ではないため、装置の構成を、２つ以上の反応器をアンモニア配管でつないだ簡易な構成とすることができる。
また、アンモニアガスを凝縮する凝縮器を必須の構成要素として備えたケミカル蓄熱装置では、凝縮器におけるアンモニアガスの圧力及び冷却温度の条件を、蒸気圧が高いアンモニアガスを凝縮（液化）させるのに十分な条件に調整する必要があり、動作条件が制約され易い（動作条件の選択の幅が狭くなり易い）。
これに対し、本発明の熱輸送装置では、凝縮器を必須の構成要素とせず、２つ以上の反応器をアンモニア配管でつないだ構成であるため、動作条件が制約されにくい。
【００４７】
（蓄熱材）
次に、本発明における反応器に収納される蓄熱材の好ましい範囲について説明する。
前記蓄熱材は、配位反応によりアンモニアを固定化する化学蓄熱材、及び物理吸着によりアンモニアを固定化する物理吸着材の少なくとも一方を含むことが好ましい。
前記化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、反応器における蓄熱密度をより高くすることができるので、熱輸送装置全体としての蓄熱密度をより高くすることができる。従って、本発明における２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器であることが好ましい。また、化学蓄熱材は物理吸着材と比較して種類による蓄熱温度の差が大きいことから（後述の図５参照）、化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器を用いることで、化学蓄熱材の種類の選定により熱輸送装置の作動温度や作動アンモニア圧等の動作条件の選択の幅を広げることができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を広い範囲から選定できる。
一方、前記物理吸着材を含む蓄熱材を用いることで、反応器において、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量をより小さくすることができるので、熱輸送装置全体としての熱輸送の制御性がより向上する。従って、本発明における２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器であることも好ましい。
【００４８】
次に、本発明における２つ以上の反応器（例えば、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０を含む２つ以上の反応器）の組み合わせの好ましい例について説明する。
本発明において、２つ以上の反応器の具体的な組み合わせとしては、（１）化学蓄熱材を含む反応器と化学蓄熱材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「（１）の組み合わせ」ともいう）、（２）物理吸着材を含む反応器と物理吸着材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「（２）の組み合わせ」ともいう）、又は（３）物理吸着材を含む反応器と化学蓄熱材を含む反応器とを少なくとも有する組み合わせ（以下、「（３）の組み合わせ」ともいう）が好ましく、上記（１）の組み合わせ又は上記（３）の組み合わせがより好ましい。
特に、上記（１）の組み合わせ又は上記（３）の組み合わせでは、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が相対的に大きい蓄熱材を含む反応器と、アンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が相対的に小さい蓄熱材を含む反応器と、を組み合わせることがより容易となる。このため、蓄熱材の組み合わせの選択により、反応器間での反応熱量の差により、小さな熱入力で大きな熱出力を得ることができる。
【００４９】
上記の組み合わせの中でも、上記（３）の組み合わせが特に好ましい。
上記（３）の組み合わせによれば、熱交換装置全体としては、化学蓄熱材を含む反応器によってより高い蓄熱密度が得られるとともに、物理吸着材を含む反応器によってアンモニアの固定化及び脱離の制御をより容易とすることができる。
更に、上記（３）の組み合わせでは、物理吸着材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が大きい性質を有する化学蓄熱材と、化学蓄熱材と比較してアンモニアの固定化及び脱離に要する熱量が小さい性質を有する物理吸着材と、を用いる。このため、反応器間での反応熱量の差を利用して、物理吸着材を含む反応器側に小さい熱量の熱を供給する場合においても、化学蓄熱材を含む反応器側でより大きな熱量を放熱することができる。
例えば、アンモニア１ｍｏｌの固定化及び脱離に要する熱量は、化学蓄熱材（例えば、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２、等）では４０ｋＪ／ｍｏｌ〜６０ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、物理吸着材（例えば、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物、等）では、２０ｋＪ／ｍｏｌ〜３０ｋＪ／ｍｏｌである。
【００５０】
例えば、前述の「放熱」の例において、第１の熱交換型反応器２０に収納される蓄熱材として物理吸着材を含む蓄熱材を用い、かつ、第２の熱交換型反応器１２０に収納される蓄熱材として化学蓄熱材を含む蓄熱材を用いることで、第２の熱交換型反応器１２０において、第１の熱交換型反応器２０に流通させる熱媒体Ｍ１の温度よりも３０℃程度高い温度の熱を放熱できる。
【００５１】
−化学蓄熱材−
次に、前記化学蓄熱材の好ましい形態について更に詳細に説明する。
前記化学蓄熱材としては、反応器における蓄熱密度をより高くする観点からは、金属塩化物が好ましく、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、又は遷移金属の塩化物がより好ましく、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、又はＮｉＣｌ２が特に好ましい。
前記金属塩化物は、一種単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。
【００５２】
図５は、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、ＮｉＣｌ２の各金属塩化物について、蓄熱温度（℃）と蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）との関係を表した図である。
蓄熱温度（℃）は、各金属塩化物について、アンモニアを脱離できる温度の一例を示している。蓄熱密度（ｋＪ／ｋｇ）は、各金属塩化物１ｋｇ当たりがアンモニアの脱離により蓄熱できる熱量（ｋＪ）を示している。
【００５３】
図５に示すように、ＬｉＣｌ、ＭｇＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２、ＢａＣｌ２、ＭｎＣｌ２、ＣｏＣｌ２、及びＮｉＣｌ２は、約８００ｋＪ／ｋｇ〜１４００ｋＪ／ｋｇという高い蓄熱密度を示す。また、蓄熱温度は金属塩化物の種類によって異なり、約３０℃〜２２０℃の範囲である。
本実施形態においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、金属塩化物の種類を適宜選定することができる。従って、熱利用の対象に合わせ、作動アンモニア圧や作動温度を選定できる幅が広がる。
例えば、熱輸送装置の作動温度を低くする場合には、ＢａＣｌ２、ＣａＣｌ２、ＳｒＣｌ２を選択することができ、熱輸送装置の作動温度を高くする場合には、ＮｉＣｌ２を選択することができる。
【００５４】
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該化学蓄熱材は蓄熱材中に、一種含まれていてもよいし二種以上含まれていてもよい。
本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は前記化学蓄熱材以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、アルミナ、シリカ等のバインダー成分、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
但し、本発明における蓄熱材が前記化学蓄熱材を含む場合において、蓄熱密度をより向上させる観点からは、蓄熱材中における前記化学蓄熱材の含有量は、６０質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましい。
【００５５】
また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、化学蓄熱材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【００５６】
−物理吸着材−
次に、前記物理吸着材の好ましい形態について更に詳しく説明する。
前記物理吸着材としては、多孔体を用いることができる。
前記多孔体としては、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、１０ｎｍ以下の細孔を持つ多孔体が好ましい。
前記細孔のサイズの下限としては、製造適性等の観点から、０．５ｎｍが好ましい。
前記多孔体としては、同様の観点より、平均１次粒子径５０μｍ以下の１次粒子が凝集して得られた１次粒子凝集体である多孔体が好ましい。
前記平均１次粒子径の下限としては、製造適性等の観点から、１μｍが好ましい。
【００５７】
前記多孔体の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
前記活性炭としては、ＢＥＴ法による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは１８００ｍ２／ｇ以上２５００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物（架橋粘土鉱物）であってもよい。前記粘土鉱物としてはセピオライト等が挙げられる。
【００５８】
本発明における蓄熱材が物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を含む場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材（好ましくは前記多孔体）を一種単独で含んでいてもよいし二種以上を含んでいてもよい。
本発明においては、作動アンモニア圧や作動温度に合わせて、物理吸着材（好ましくは前記多孔体）の種類を適宜選定することができる。
物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点からは、前記物理吸着材は活性炭を少なくとも含むことが好ましい。
【００５９】
本発明における蓄熱材が物理吸着材を含む場合において、前記蓄熱材中における物理吸着材の含有量は、アンモニアの固定化及び脱離の反応性をより高く維持する観点より、８０体積％以上であることが好ましく、９０体積％以上であることがより好ましい。
【００６０】
また、本発明における物理吸着材を含む蓄熱材を成形体（蓄熱材成形体）として用いる場合、該蓄熱材は、前記物理吸着材に加えてバインダーを含むことが好ましい。前記蓄熱材がバインダーを含むことにより、前記蓄熱材成形体の形状がより効果的に維持されるので、物理吸着によるアンモニアの固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【００６１】
前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも１種であることが好ましい。
前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、等が挙げられる。
【００６２】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、該蓄熱材中におけるバインダーの含有量は、前記蓄熱材成形体の形状をより効果的に維持する観点より、５体積％以上であることが好ましく、１０体積％以上であることがより好ましい。
【００６３】
本発明における蓄熱材が物理吸着材及びバインダーを含む場合、必要に応じ、前記物理吸着材及び前記バインダー以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、カーボンファイバー等の熱伝導補助材、等が挙げられる。
【００６４】
また、物理吸着材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体に成形する場合、その成形方法については特に限定はなく、例えば、物理吸着材（及び必要に応じバインダー等のその他の成分）を含む蓄熱材（又は該蓄熱材を含むスラリー）を、加圧成形、押し出し成形、等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、２０ＭＰａ〜１００ＭＰａが挙げられ、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａが好ましい。
【００６５】
（反応室の好ましい形態）
次に、前記熱交換型反応器における反応室（例えば、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４、及び、前記第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４）の好ましい形態について、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４を例として説明する。
前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４は、内壁が前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの接触部分を有していることが好ましい。より好ましくは、反応室２４の内壁と、前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂにおける一方の主面と、が接触している形態（即ち、蓄熱材成形体が、反応室の内壁と、支持体表面と、によって挟持されている形態）である。
即ち、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂが、それぞれ、反応室２４の内壁及び支持体３４の表面との接触を保った状態となっていることが好ましい。
反応室２４の内壁が前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの接触部分を有する構成によれば、反応室２４の内壁を通じ、第１の熱交換型反応器と蓄熱材成形体との間での熱交換をより効果的に行うことができる。また、一般に、蓄熱材成形体を繰り返し使用すると、アンモニアの固定化及び脱離により蓄熱材成形体が体積膨張収縮を繰り返し、蓄熱材成形体に割れ（クラックを含む）や微粉化が生じる場合があるが、上記構成によれば、この繰り返し使用時における蓄熱材成形体の割れ（クラックを含む）や微粉化をより効果的に抑制できる。
前記第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４の好ましい形態についても、前記第１の熱交換型反応器２０における反応室２４と同様である。
【００６６】
次に、本実施形態における反応室内に、２枚の蓄熱材成形体を含む積層体を収納する方法の一例について説明する。
収納方法として、例えば、下記工程１〜工程３を含む方法が好適である。
（工程１）まず、アンモニアが固定化されていない蓄熱材成形体を２枚準備する。
具体的には、粉末状の蓄熱材を、加圧成形等により成形して蓄熱材成形体とする。
蓄熱材成形体の体積は、反応室の内壁及び支持体の表面によって確定される空間（蓄熱材成形体が充填されるべき空間）の体積よりも小さく、かつ、後述する工程３においてアンモニアを固定化させて体積膨張させたときに、蓄熱材成形体と反応室の内壁とが接する程度の体積に調整する。
（工程２）次に、工程１で準備した２枚の蓄熱材成形体によって支持体を挟んだ構成の積層体を準備し、該積層体を反応室に収納する。
（工程３）次に、反応室に収納された２枚の蓄熱材成形体に対してアンモニアを固定化させる。
以上の方法によれば、２枚の蓄熱材成形体がアンモニアの固定化により体積膨張する現象を利用して、２枚の蓄熱材成形体の表面を、反応室の内壁及び支持体の表面に効果的に接触させることができる。
ここで、一旦、蓄熱材成形体の表面と反応室の内壁とが接触すれば、その後、蓄熱材成形体からアンモニアが脱離する場合においても体積収縮は抑制される。この場合、前記接触が保たれたまま、蓄熱材成形体の内部からアンモニアが脱離する。
【００６７】
（熱輸送装置の好ましい形態）
次に、本発明の効果をより効果的に奏する観点からみた、本発明の熱輸送装置の好ましい形態について説明する。
【００６８】
本発明の熱輸送装置では、熱輸送性の向上や初期作動時におけるアンモニアの輸送遅れ低減などの観点より、２つ以上の反応器のうち１つの反応器が貯蔵できるアンモニアの最大量に対し、熱輸送装置の死容積を極力小さくすることが好ましい。
ここで、熱輸送装置の死容積とは、熱輸送装置内においてアンモニアが流通できる範囲の実効的な容積を表す。
本発明の熱輸送装置では、死容積の大部分はアンモニア配管の容積であるため、アンモニア配管における圧力損失（例えば、後述の図６）を許容できる範囲でアンモニア配管の容積を極力小さくし、熱輸送装置の死容積を極力小さくすることが望ましい。
【００６９】
具体的には、本発明の熱輸送装置では、前記２つ以上の反応器のうち１つの反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し、死容積が１％以下であることが好ましい。
死容積が上記範囲であると、熱輸送装置内を流通するアンモニアの量をより多く確保できるので、アンモニアの輸送性及び熱の輸送性がより向上する。更に、死容積を上記の範囲とすることで、初期作動時における、アンモニアの輸送及び熱の輸送の遅れをより効果的に抑制できる。
ここで、「１つの反応器が貯蔵できるアンモニアの最大量」とは、２つ以上の反応器のうちアンモニアを固定化できる量が最も多い反応器が固定化できるアンモニアの最大量を表す。また、「１つの反応器が貯蔵できるアンモニアの最大量」は、熱輸送装置に貯蔵されるアンモニアの全量と等しい量とすることが好適である。
例えば、本発明の熱輸送装置の一例として、２つ以上の反応器のうちアンモニアを固定化できる量が最も多い反応器において、当該反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積が当該反応器に収納されている蓄熱材の体積に対し１００倍であり、かつ、当該反応器に当該最大量のアンモニアが貯蔵されている例では、熱輸送装置の死容積を当該最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し１％以下とすることにより、２つ以上の反応器を直結させた場合の熱輸送能力に対して９０％以上の熱輸送能力を得ることが可能である。
【００７０】
また、本発明の熱輸送装置の死容積には特に限定はなく、例えば１０ｍＬ〜１０Ｌとすることができる。該死容積は、１００ｍＬ〜１０Ｌが好ましく、５００ｍＬ〜１０Ｌがより好ましく、１Ｌ〜１０Ｌが特に好ましい。
【００７１】
また、本発明におけるアンモニア配管の長さには特に限定はなく、例えば１０ｍｍ〜５０００ｍｍとすることができる。
本発明の熱輸送装置では蒸気圧が高いアンモニアの輸送に伴い熱を輸送するので、アンモニア配管の長さを、１０００ｍｍ〜５０００ｍｍ、更には２０００ｍｍ〜５０００ｍｍとすることもできる。
アンモニア配管の好ましい内径については後述する。
【００７２】
また、本発明の熱輸送装置の作動温度としては、−３０℃〜２５０℃とすることができる。
本発明の熱輸送装置内のアンモニア圧（作動アンモニア圧）は、例えば、０．１ａｔｍ〜１０ａｔｍとすることができる。
【００７３】
本発明におけるアンモニア配管の内径は、１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、７ｍｍ〜１００ｍｍであることが更に好ましく、１０ｍｍ〜１００ｍｍであることが特に好ましい。アンモニア配管の内径が１ｍｍ以上（より好ましくは１０ｍｍ以上）であると、系内におけるアンモニアの圧力損失をより抑制でき、熱出力をより向上させることができる。
アンモニア配管の内径が１００ｍｍ以下であると、装置の大型化をより抑制できる。
装置の大型化をより抑制する観点からは、アンモニア配管の内径の上限を５０ｍｍとすることがより好ましく、アンモニア配管の内径の上限を３０ｍｍとすることが特に好ましい。
【００７４】
図６は、本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係の一例を示すグラフである。
図６において、アンモニア配管の内径（ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係は、アンモニア配管の条件を以下の条件としたときの試算例である。反応器に収納される蓄熱材の種類や量にもよるが、以下の条件によれば、例えば５ｋＷの熱出力を得ることができる。
〜アンモニア配管の条件〜
・アンモニア配管の長さ：３０００ｍｍ
・アンモニア配管内の温度：０℃
・アンモニア配管内のアンモニア流量：２５０Ｌ／ｍｉｎ
・アンモニア配管の材質： ＳＵＳ３０４
【００７５】
図６において、アンモニア配管の内径（単位：ｍｍ）と圧力損失ΔＰ（単位：ｋＰａ）との関係は、まず下記式（Ａ）に基づいてアンモニア配管の内径（単位：ｍ）と圧力損失ΔＰ’（単位：ｋｇｆ／ｍ２）との関係を求め、次に、単位の換算を行うことによって求めた。
ΔＰ’＝λ×（Ｌ／Ｄ）×（ρＵ２／２） … 式（Ａ）
【００７６】
式（Ａ）において、ΔＰ’は圧力損失〔単位：ｋｇｆ／ｍ２〕、λは管摩擦係数、Ｌは輸送距離（アンモニア配管の長さ）〔単位：ｍ〕、Ｄはアンモニア配管の内径〔単位：ｍ〕、ρはアンモニア蒸気密度〔単位：ｋｇ／ｍ３〕、Ｕはアンモニア蒸気の流速〔単位：ｍ／ｓ〕である。ここでは、ブラジウス式によりλ＝０．００６５とした。
【００７７】
図６に示すように、上記の条件下では、アンモニア配管の内径が５ｍｍ以上（さらには１０ｍｍ以上）であるときに、圧力損失を特に低減させることができる。
【００７８】
図７は、本実施形態におけるアンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係の一例を示すグラフである。
図７において、「φ３」、「φ５」、「φ７」、及び「φ１０」は、それぞれ、内径３ｍｍ、内径５ｍｍ、内径７ｍｍ、及び内径１０ｍｍを表す。「φ３」、「φ５」、「φ７」、及び「φ１０」の条件では、アンモニア配管の長さを３０００ｍｍとした。
図７において、「直結」は、２つの反応器を直結させたことを意味する。
【００７９】
図７において、アンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係は、熱輸送装置の条件を以下の条件としたときの試算例である。
熱輸送装置の構成は、前記熱輸送装置１００の構成とした。
アンモニア配管１０の材質はＳＵＳ３０４とした。アンモニア配管１０の内径及び長さは前述のとおりとした。
【００８０】
熱入力側（外部から熱が供給される側）の反応器は、前記第１の熱交換型反応器２０と同様の構成を有し、活性炭を含む蓄熱材を備えた反応器とした。
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂのサイズは、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み３ｍｍとした。
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、活性炭（平均一次粒子径５μｍ、ＢＥＴ法による比表面積２０００ｍ２／ｇ）を含む蓄熱材成形体とした。
支持体３４としては、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚み０．５ｍｍのステンレス多孔体シートを用いた。
熱媒体流路２４の幅は１ｍｍとした。
第１の熱交換型反応器２０における反応室２４の数は３０室とし、熱媒体流路２４の数は３１とした。
第１の熱交換型反応器２０及びヘッダ部材２８の死容積は１Ｌとした。
【００８１】
一方、熱出力側（外部へ熱を放出する側）の反応器は、前記第２の熱交換型反応器１２０と同様の構成を有し、ＣａＣｌ２を含む蓄熱材を備えた反応器とした。この反応器におけるＣａＣｌ２の総量は、１ｋｇとした。熱出力側（外部へ熱を放出する側）の反応器は、ＣａＣｌ２を含む蓄熱材成形体を用いたこと以外は、熱入力側の反応器と同様の構成とした。
第２の熱交換型反応器１２０及びヘッダ部材１２８の死容積は１Ｌとした。
【００８２】
以上の条件の熱輸送装置１００における、アンモニア配管の内径（ｍｍ）とピーク出力（単位：Ｗ）との関係を、試算した。
具体的には、第１の熱交換型反応器２０に対して０℃の熱媒体Ｍ１を流通させることにより、活性炭を含む第１の熱交換型反応器２０からアンモニアを脱離させ、ＣａＣｌ２を含む第２の熱交換型反応器１２０側にアンモニアを輸送し、第２の熱交換型反応器１２０においてアンモニアの固定化反応を起こさせ、熱媒体Ｍ２の温度を上昇させる操作を想定した。
このときの熱媒体Ｍ２の温度上昇速度（単位時間当たりの温度上昇量）から、熱出力（Ｗ）を求めた。熱出力（Ｗ）の最大値をピーク出力（Ｗ）とした。
【００８３】
図７に示すように、アンモニア配管の内径を大きくするに従い、ピーク出力が向上する。例えば、アンモニア配管の内径が５ｍｍ以上である場合にピーク出力が顕著に増大する。特に、アンモニア配管の内径が１０ｍｍである場合には、直結の場合とほぼ同程度のピーク出力が得られることがわかった。
【００８４】
以上、本発明の実施形態に係る熱輸送装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の熱輸送装置は、前記アンモニア配管に、更に、圧力調節機構が設けられていてもよい。
図８は、本発明の別の実施形態に係る熱輸送装置２００を模式的に示した図である。
図８に示すように、熱輸送装置２００では、アンモニア配管１０に、圧力調整手段２２０が設けられている。
熱輸送装置２００のその他の構成については前述の熱輸送装置１００と同様である。
圧力調整手段２２０としては、外力により熱輸送装置２００内におけるアンモニア圧の差を更に大きくする機能を有する手段を用いることができ、具体的には、圧送ポンプや圧縮機（コンプレッサー等）等、公知の手段を用いることができる。
熱輸送装置２００では、バルブＶ１に加え、補助的に圧力調整手段２２０が設けられており、この圧力調整手段２２０を作動させることにより、アンモニアの輸送（即ち、熱の輸送）をより効果的に行うことができる。
なお、図８に示す熱輸送装置２００では、圧力調整手段２２０がバルブＶ１に対し第１の熱交換型反応器２０側に設けられているが、本発明における熱輸送装置が圧力調整手段を備える場合、圧力調整手段はアンモニア配管の少なくとも１箇所に設けられていれば特に制限はない。例えば、圧力調整手段２２０はバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に設けられていてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、２つの反応器のみ（第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０）をアンモニア配管１０で接続した構成となっているが、熱輸送装置１００は、その他の反応器を備えていてもよい。即ち、第１の熱交換型反応器２０には、更に、第２の熱交換型反応器１２０以外のその他の反応器の少なくとも１つがアンモニア配管によって接続されていてもよい。この際、第１の熱交換型反応器２０と２つ以上の反応器とが、分岐を有する１つのアンモニア配管によって接続されていてもよいし、第１の熱交換型反応器２０と２つ以上の反応器とが、分岐を有しない２つ以上のアンモニア配管によってそれぞれ独立に接続されていてもよい。また、第１の熱交換型反応器２０と３つ以上の反応器とが、分岐を有するアンモニア配管１つ以上と、分岐を有しないアンモニア配管１つ以上と、によって接続されていてもよい。
その他の反応器としては、例えば、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０と同様に、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された反応器を用いることができる。
【００８６】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、各熱交換型反応器とアンモニア配管とがヘッダ部材を介して接続されているが、各熱交換型反応器とアンモニア配管とがヘッダ部材を介さずに気密状態で直接接続されていてもよい。また、ヘッダ部材と一体化された熱交換型反応器を用い、この熱交換型反応器とアンモニア配管とを気密状態で接続してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、アンモニア配管１０にバルブＶ１（弁）が設けられているが、このバルブＶ１は省略されていてもよい。バルブＶ１が省略されている場合でも、第１の熱交換型反応器２０及び第２の熱交換型反応器１２０の少なくとも一方に熱を供給して第１の熱交換型反応器２０側と第２の熱交換型反応器１２０側とでアンモニア圧の差を生じさせることができ、このアンモニア圧の差によりアンモニア及び熱の輸送を行うことができる。
【００８８】
また、上記実施形態に係る熱輸送装置１００では、各熱交換型反応器が熱媒体流路を備えているが、熱交換型反応器としては、熱媒体流路に代えて（または熱媒体流路に加えて）、ヒーター等の温度調節手段を備えた反応器を用いてもよい。この温度調節手段により反応器全体に熱を供給でき、該反応器においてアンモニアの固定化及び脱離の反応を行うことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０ アンモニア配管
２０ 第１の熱交換型反応器
１２０ 第２の熱交換型反応器
２４、１２４ 反応室
２６、１２６ 熱媒体流路
３０、４０、１３０ 積層体
３２Ａ、３２Ｂ 蓄熱材成形体
３４ 支持体
３６ 波型プレート
１００、２００ 熱輸送装置
Ｖ１ バルブ
２２０ 圧力調整手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、
前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、
を備え、
前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
【請求項２】
前記アンモニア配管に弁が設けられ、該弁の開閉によりアンモニア圧の差を調節する請求項１に記載の熱輸送装置。
【請求項３】
前記２つ以上の反応器は、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路を有する請求項１又は請求項２に記載の熱輸送装置。
【請求項４】
前記２つ以上の反応器は、前記蓄熱材が収納された２つ以上の反応室と、少なくとも前記反応室間に配置され、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、を含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項５】
前記２つ以上の反応器のうち１つの反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し、死容積が１％以下である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項６】
前記２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項７】
前記２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項８】
前記２つ以上の反応器は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器と、を含む請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項９】
前記化学蓄熱材が金属塩化物である請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１０】
前記金属塩化物が、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項９に記載の熱輸送装置。
【請求項１１】
前記物理吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１２】
前記アンモニア配管が、更に圧力調整手段を有する請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１】
アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが固定化されるときに放熱する蓄熱材が収納された２つ以上の反応器と、
前記２つ以上の反応器を接続し前記２つ以上の反応器間でアンモニアを流通させるアンモニア配管と、
を備え、
前記２つ以上の反応器間に生じたアンモニア圧の差を利用してアンモニアを一方から他方に輸送することにより熱を輸送する熱輸送装置。
【請求項２】
前記アンモニア配管に弁が設けられ、該弁の開閉によりアンモニア圧の差を調節する請求項１に記載の熱輸送装置。
【請求項３】
前記２つ以上の反応器は、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路を有する請求項１又は請求項２に記載の熱輸送装置。
【請求項４】
前記２つ以上の反応器は、前記蓄熱材が収納された２つ以上の反応室と、少なくとも前記反応室間に配置され、前記蓄熱材との間で熱交換する熱媒体が流通する熱媒体流路と、を含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項５】
前記２つ以上の反応器のうち１つの反応器が固定化できる最大量のアンモニアの２５℃１気圧における体積に対し、死容積が１％以下である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項６】
前記２つ以上の反応器のうち少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項７】
前記２つ以上の反応器のうちの少なくとも１つは、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項８】
前記２つ以上の反応器は、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが配位反応により固定化されるときに放熱する化学蓄熱材を含む蓄熱材が収納された反応器と、アンモニアが脱離するときに蓄熱しアンモニアが物理吸着により固定化されるときに放熱する物理吸着材を含む蓄熱材が収納された反応器と、を含む請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項９】
前記化学蓄熱材が金属塩化物である請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１０】
前記金属塩化物が、アルカリ金属の塩化物、アルカリ土類金属の塩化物、及び遷移金属の塩化物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項９に記載の熱輸送装置。
【請求項１１】
前記物理吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも１種である請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【請求項１２】
前記アンモニア配管が、更に圧力調整手段を有する請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の熱輸送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７２９００（Ｐ２０１２−１７２９００Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３５１２０（Ｐ２０１１−３５１２０）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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