蓄熱装置
【課題】作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる蓄熱装置を提供する。
【解決手段】蓄熱装置１００は、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気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を有する第１の反応器２０、及び、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学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を有する第２の反応器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水蒸気を流通させる水蒸気配管１０と、を備え、前記２つ以上の反応器間における水蒸気圧の差を利用して、一方の反応器から脱離した水蒸気を他方の反応器に固定化させる。
【解決手段】蓄熱装置１００は、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気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を有する第１の反応器２０、及び、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学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を有する第２の反応器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水蒸気を流通させる水蒸気配管１０と、を備え、前記２つ以上の反応器間における水蒸気圧の差を利用して、一方の反応器から脱離した水蒸気を他方の反応器に固定化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱装置に関する。
【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】
化学蓄熱技術の例として、粒径０．３〜４ｍｍの結晶性の石灰石に対して所定の熱処理を施すことによって生成された多数の気孔を有する生石灰を主体とした化学蓄熱材料が知られており、更に、この化学蓄熱材料を充填した容器と、蒸発凝縮器と、を配管でつないだ構成の蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、内部の空間に対して１０〜６０容量％の割合で粉体化学蓄熱材が収容される蓄熱カプセル、該蓄熱カプセルを少なくとも１以上充填した反応器または反応塔と熱供給装置とを連結した蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。
また、反応材を封入した容器、冷媒を蒸発させる蒸発器、前記冷媒を凝縮させる凝縮器およびそれらを連結するバルブ付きの連結管からなり、前記蒸発器内に複数の蒸発皿を設置したことを特徴とする化学蓄熱型冷凍装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２２５６８６号公報
【特許文献２】特公平６−８０３９５号公報
【特許文献３】特公平６−８０３９４号公報
【特許文献４】特開平７−３３２７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、化学蓄熱材料を含む反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置では、蒸発凝縮器の作動温度の制約が大きいことから、装置全体としての作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が狭い傾向がある。
【０００６】
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、作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる蓄熱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】
【０００７】
請求項１に記載の発明に係る蓄熱装置は、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気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を有する第１の反応器、及び、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学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を有する第２の反応器を含む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水蒸気を流通させる水蒸気配管と、を備え、前記２つ以上の反応器間における水蒸気圧の差を利用して、一方の反応器から脱離した水蒸気を他方の反応器に固定化させる。
【０００８】
請求項１に記載の蓄熱装置では、第１の反応器に熱が供給されると、第１の反応器内で吸熱反応によって水蒸気が物理吸着材から脱離する。これにより第１の反応器側の水蒸気圧が第２の反応器側の水蒸気圧よりも高い状態となり、第１の反応器側に熱が蓄熱される。次に、第１の反応器内から脱離した水蒸気が水蒸気配管を通って第２の反応器に輸送されるとともに、第２の反応器に輸送された水蒸気が第２の反応器内で発熱反応によって化学蓄熱材に固定化される。この発熱反応により第２の反応器から熱が放出される。
ここで、第１の反応器における物理吸着材は、第２の反応器における化学蓄熱材と比較して、水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が小さい。即ち、第２の反応器における化学蓄熱材に水蒸気が固定化される際の発熱量（絶対値）は、第１の反応器における物理吸着材から水蒸気が脱離する際の吸熱量（絶対値）よりも大きい。
このため、第１の反応器に熱を供給し、第１の反応器から脱離した水蒸気を第２の反応器に固定化させることにより、第２の反応器から、第１の反応器に供給された熱の温度よりも高い温度の熱を放熱できる。
【０００９】
このように、請求項１に記載の蓄熱装置によれば、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱することができる。即ち、請求項１に記載の蓄熱装置によれば、化学蓄熱材を有する反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置と比較して、供給温度を下げることができる。
また、請求項１に記載の蓄熱装置は、物理吸着材を有する反応器と化学蓄熱材を有する反応器とを含んだ組み合わせであるため、化学蓄熱材を有する反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置と比較して、作動温度（特に供給温度）の選択の幅が広い。
【００１０】
請求項２に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１に記載の蓄熱装置において、前記水蒸気配管に弁が設けられ、該弁の開閉により前記水蒸気圧の差を調整する。これにより、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置において、前記水蒸気配管が、更に、前記水蒸気圧の差を調整する圧力調整手段、及び、容積を調整する容積調整手段の少なくとも一方を有する。これにより、水蒸気圧の差をより効果的に調整できるので、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記２つ以上の反応器は、更に、水蒸気の凝縮及び水の気化（以下、「気／液の相変化」ともいう）を行う第３の反応器を含む。これにより、気／液の相変化を利用して、蓄熱装置内における水蒸気の流通量をより効果的に調整することができる。また、蓄熱装置内の水蒸気を水として分離して保存することができる。
水蒸気の凝縮及び水の気化（気／液の相変化）を行う第３の反応器としては、温度調整手段により気／液の相変化を行う反応器や、圧力調整手段により気／液の相変化を行う反応器が挙げられる。
【００１３】
請求項５に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記第１の反応器及び前記第２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、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記第１の反応器及び前記第２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の熱交換の効率をより向上させることができるので、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、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
ここで、前記第１の反応器及び前記第２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７に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、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水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対し、死容積が１０％以下である。これにより、蓄熱装置内における水蒸気圧をより高く維持することができるので、水蒸気の固定化及び脱離をより効率よく行うことができる。特に、初期作動時における、水蒸気の輸送遅れに伴う反応遅れをより効果的に抑制できる。
【００１６】
請求項８に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、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、第１の反応器において水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量をより小さくすることができるので、第１の反応器及び蓄熱装置全体の制御性及び応答性がより向上する。
【００１７】
請求項９に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記化学蓄熱材が無機水酸化物である。これにより、水蒸気の固定化反応及び水蒸気の脱離反応における材料安定性がより向上する。また、環境負荷の小さい無機水酸化物を用いるため、製造、使用、リサイクルを含めた安全性の確保がより容易になる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記化学蓄熱材がアルカリ土類金属の水酸化物である。これにより、水蒸気の固定化反応及び水蒸気の脱離反応における材料安定性がより向上する。また、環境負荷の小さいアルカリ土類金属の水酸化物を用いるため、製造、使用、リサイクルを含めた安全性の確保がより容易になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる蓄熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る蓄熱装置を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における第１の熱交換型反応器を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における第１の熱交換型反応器の変形例を模式的に示した図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る第２の熱交換型反応器を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る蓄熱装置を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係る蓄熱装置を模式的に示した図である。
【図７】本発明の第四の実施形態に係る蓄熱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】
【００２１】
以下、本発明の各実施形態に係る蓄熱装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る蓄熱装置１００を模式的に示した図である。
図１に示すように、蓄熱装置１００は、第１の熱交換型反応器２０（第１の反応器）と、第２の熱交換型反応器１２０（第２の反応器）と、第１の熱交換型反応器２０と第２の熱交換型反応器１２０とを接続する水蒸気配管１０と、を備えて構成されている。
【００２３】
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、物理吸着材（例えば、活性炭やメソポーラスシリカ等の多孔体）を含む２枚の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂによって支持体３４を挟んだ構造の積層体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（水蒸気の流れ方向）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。
【００２４】
本発明における第１の反応器は、第１の熱交換型反応器２０の例のように、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）等の熱伝導性の高い材質が好適である。
【００２５】
図２に示すように、積層体３０は、水蒸気が脱離するときに蓄熱（吸熱）し水蒸気が物理吸着によって固定化されるときに放熱（発熱）する物理吸着材（例えば、活性炭やメソポーラスシリカ等の多孔体）を含む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。
但し、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。
【００２６】
また、本実施形態の蓄熱装置では、第１の反応器における反応室に蓄熱材成形体と支持体との積層体が収納されることには限定されず、該反応室に蓄熱材成形体が単体として収納されていてもよい。
該反応室に蓄熱材成形体が単体として収納される場合、水蒸気の流路が設けられた蓄熱材成形体を用いることなどにより、反応室内に、水蒸気配管との間で水蒸気を流通できる流路が確保されていることが好ましい。
また、本発明において第１の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。
【００２７】
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ、物理吸着材（例えば、活性炭やメソポーラスシリカ等の多孔体）を含む。
前記物理吸着材は、水蒸気が脱離するときに蓄熱（吸熱）し水蒸気が物理吸着により固定化されるときに放熱（発熱）するものである。前記物理吸着材としては、水蒸気の脱離（吸熱反応）及び水蒸気の固定化（発熱反応）が可逆的に行われるものを用いることが好ましい。
また、前記物理吸着材は、後述する化学蓄熱材と比較して、水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が小さいという性質を有する。即ち、詳細は後述するが、水蒸気が脱離するときの吸熱量（絶対値）及び水蒸気が固定化されるときの発熱量（絶対値）が、化学蓄熱材と比較して小さい。
更に、前記物理吸着材は、水蒸気の吸放出速度（固定化及び脱離の速度）が速いという性質を有する。
以上により、物理吸着材を含む第１の反応器を備えた本発明の蓄熱装置は、熱の供給に対する応答性が高く、水蒸気の固定化及び脱離の制御性に優れる。
更に、本発明の蓄熱装置は、化学蓄熱材を有する反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置に対し、蒸発凝縮器に代えて物理吸着材を含む第１の反応器を用いているので、蒸発凝縮器における不凍化処理を不要とできるなど、装置の構成が簡易である。
本発明における物理吸着材としては、活性炭やメソポーラスシリカに限らず、多孔体全般を用いることができる。
物理吸着材の好ましい形態については後述する。
【００２８】
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）に水蒸気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水蒸気の流路を確保できるので、水蒸気配管１０から供給された水蒸気（Ｈ２Ｏ）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水蒸気を支持体３４を介して水蒸気配管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水蒸気が通過する。
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水蒸気が通過する。
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水蒸気が通過する（図３中の白抜き矢印の方向）。
【００２９】
また、図１に示すように、蓄熱装置１００において、第１の熱交換型反応器２０と水蒸気配管１０とは、第１の熱交換型反応器２０中の複数の反応室２４と水蒸気配管１０とを気密状態で接続するヘッダ部材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と水蒸気配管１０との間で気密状態で水蒸気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５〜図７も同様である）。
【００３０】
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と蓄熱装置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。
ここで、熱媒体Ｍ１は、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの間で熱交換する媒体である。
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。
【００３１】
図１に示すように、水蒸気配管１０にはバルブＶ１（弁）が設けられており、バルブＶ１の開閉により水蒸気圧の差を調整できるようになっている。例えば、バルブＶ１を閉じた状態を維持することにより、第１の第１の熱交換型反応器２０側の水蒸気圧と第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気圧との差をより効果的に生じさせることができる。更に、バルブＶ１を閉じた状態を維持した後にバルブＶ１を開くことにより、水蒸気の輸送をより効果的に（より速やかに）行うことができる。更に、バルブＶ１を閉じておくことで、熱交換型反応器における長時間の蓄熱が可能となる。
【００３２】
図４は、図１における第２の熱交換型反応器１２０を模式的に示した図である。
図４に示すように、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。
第２の熱交換型反応器１２０における積層体１３０の構成は、第１の熱交換型反応器２０における積層体３０の構成において、物理吸着材を含む蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに代えて、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学反応によって固定化されるときに放熱する化学蓄熱材（例えば、Ｃａ（ＯＨ）２）を含む蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂを用いること以外は第１の熱交換型反応器２０における積層体３０の構成と同じである。
【００３３】
前記化学蓄熱材は、水蒸気が脱離するときに蓄熱（吸熱）し水蒸気が化学反応により固定化されるときに放熱（発熱）するものである。
前記化学吸着材としては、水蒸気の脱離（吸熱反応）及び水蒸気の固定化（発熱反応）が可逆的に行われるものを用いることが好ましい。
例えば、化学吸着材の一例である、無機水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）では、下記式（１）に示すように、水蒸気の脱離反応（脱水反応）及び水蒸気の固定化反応（水和反応）が可逆的に行われる。
Ｃａ（ＯＨ）２ ⇔ ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ … 式（１）
この式（１）に吸熱量Ｑ及び発熱量Ｑを併せて示すと、水蒸気の脱離反応（吸熱反応）を示す下記式（２）、及び、水蒸気の固定化反応（発熱反応）を示す下記式（３）となる。
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ … 式（２）
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ … 式（３）
【００３４】
また、前記化学蓄熱材は、水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が前記物理吸着材よりも大きいものの、蓄熱密度（単位質量当たりの蓄熱量）が前記物理吸着材よりも高いという性質を有している。
例えば、化学蓄熱材の例であるＣａ（ＯＨ）２の蓄熱密度は略１．８６ＭＪ／ｋｇ（ＣａＯベース）であり、物理吸着材の例である活性炭やメソポーラスシリカの蓄熱密度は０．６ＭＪ／ｋｇ〜０．８ＭＪ／ｋｇ程度である。
本発明における化学蓄熱材としては、Ｃａ（ＯＨ）２に限らず、無機水酸化物全般を用いることができる。
化学蓄熱材の好ましい形態については後述する。
【００３５】
第２の熱交換型反応器１２０のその他の構成や変形例については、第１の熱交換型反応器２０の構成及び変形例と同様である。
また、図１において、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１２７Ａ及び１２７Ｂの構成と同様である。
ここで、熱媒体配管１２７Ａ及び１２７Ｂには、蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂとの間で熱交換する熱媒体Ｍ２が流通する。
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、蓄熱装置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、図示しないが、蓄熱装置１００には、装置内に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段や、装置内を排気するための排気手段、装置内の水蒸気圧を測定するための圧力測定手段等のその他の手段が接続されていてもよい。
【００３７】
次に、蓄熱装置１００によって行われる放熱及び再生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、蓄熱装置１００内（以下、「系内」ともいう）の水蒸気を第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における物理吸着材を含む蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに水蒸気が固定化された状態とし、その後バルブＶ１を閉じる。蓄熱装置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５℃〜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。供給された熱が第１の熱交換型反応器２０に蓄熱される。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側の水蒸気圧が第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気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側との水蒸気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、水蒸気圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的に水蒸気圧が低い第２の熱交換型反応器１２０に向けて水蒸気の輸送が行われる。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中の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂから水蒸気が脱離する。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５℃〜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。
ここで、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、化学蓄熱材と比較して水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が小さい物理吸着材を含んでいる。このため、第１の熱交換型反応器２０に供給する熱の温度が比較的低い場合においても、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂから水蒸気が容易に脱離する。
【００４１】
上記水蒸気の輸送により第２の熱交換型反応器１２０に到達した水蒸気は、第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４内の蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂ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（例えば、１００℃〜３８０℃に）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】
ここで、蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂは、物理吸着材と比較して水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が大きい化学蓄熱材を含んでいる。即ち、化学蓄熱材に水蒸気が固定化される際の発熱量（絶対値）は、物理吸着材から水蒸気が脱離する際の吸熱量（絶対値）よりも大きい。
このため、第１の熱交換型反応器２０に対する熱の供給により物理吸着材を含む蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂから脱離した水蒸気を、化学蓄熱材を含む蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂに固定化させることにより、第２の熱交換型反応器１２０から、熱交換型反応器２０に供給された熱の温度よりも高い温度の熱を放熱できる。
例えば、物理吸着材としてメソポーラスシリカを用い、化学蓄熱材としてＣａ（ＯＨ）２を用いた一例では、第１の熱交換型反応器２０に５℃〜１０℃の熱を供給することにより、第２の熱交換型反応器１２０から１００℃〜３８０℃の熱を放熱できる。
【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内の水蒸気が減少した場合には、系内の水蒸気を再び第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に水蒸気を固定化させることにより、蓄熱装置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５℃〜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、１００℃〜３８０℃）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内の蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂから水蒸気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側に水蒸気が輸送される。
第１の熱交換型反応器２０に到達した水蒸気は、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５℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより行われる。
【００４４】
蓄熱装置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】
また、本発明の蓄熱装置に貯蔵される水蒸気の量には特に限定はないが、１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量と、蓄熱装置における死容積と、が以下の関係を有することが好ましい。
即ち、本発明の蓄熱装置では、２つ以上の反応器のうち１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量に対し、蓄熱装置の死容積を極力小さくすることが好ましい。
ここで、蓄熱装置の死容積とは、蓄熱装置内において水蒸気が流通できる範囲の実効的な容積を表す。
本発明の蓄熱装置では、死容積の大部分は水蒸気配管の容積であるため、水蒸気配管における圧力損失を許容できる範囲で水蒸気配管の容積を極力小さくし、蓄熱装置の死容積を極力小さくすることが望ましい。
【００４６】
具体的には、本発明の蓄熱装置では、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対する蓄熱装置の死容積が、１０％以下であることが好ましく、５％以下がより好ましく、１％以下であることが特に好ましい。
これにより、蓄熱装置内の水蒸気圧をより高く維持することができるので、蓄熱装置による放熱又は再生の効率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、水蒸気の輸送遅れに伴う反応遅れをより効果的に抑制できる。
また、「１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量」とは、２つ以上の反応器のうち水蒸気を固定化できる量が最も多い反応器が固定化できる水蒸気の最大量を表す。また、「１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量」は、蓄熱装置に貯蔵される水蒸気の全量と等しい量とすることが好適である。
【００４７】
ここで、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積と、蓄熱装置の死容積と、の関係についての算出例を示す。
例えば、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける水蒸気の体積を１Ｌとし、蓄熱装置の死容積を該水蒸気の体積の１０％である０．１Ｌとし、一方の反応器からの水蒸気の放出速度を１Ｌ／１００ｓｅｃ（＝０．０１Ｌ／ｓｅｃ）とした場合、初期作動時において、一方の反応器から他方の反応器へ水蒸気が到達するのに１０ｓｅｃ（＝０．１／０．０１）の遅れが発生する。ここで、蓄熱装置の死容積を前記水蒸気の体積の１％である０．０１Ｌとした場合には、初期作動時における前記遅れは１ｓｅｃ（＝０．０１／０．０１）となる。
上記観点から、本発明の蓄熱装置では、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対する蓄熱装置の死容積が、１０％以下であることが好ましく、５％以下がより好ましく、１％以下であることが特に好ましい。
【００４８】
また、本発明の蓄熱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。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。
【００４９】
（物理吸着材）
次に、本発明における第１の反応器（例えば前記第１の熱交換型反応器２０）に含まれる物理吸着材の好ましい形態について説明する。
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、物理吸着による水蒸気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、１．５ｎｍが好ましく、４．０ｎｍがより好ましい。
前記多孔体としては、物理吸着による水蒸気の固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点より、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、１．０μｍが好ましい。
【００５０】
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４０００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、１０００ｍ２／ｇ以上２０００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
前記メソポーラスシリカとしては、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上１５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、７００ｍ２／ｇ以上１３００ｍ２／ｇ以下）であるメソポーラスシリカが好ましい。
前記ゼオライトとしては、ＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ２／ｇ以上３００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、１００ｍ２／ｇ以上２００ｍ２／ｇ以下）であるゼオライトが好ましい。
前記シリカゲルとしては、ＢＥＴ法による比表面積が１００ｍ２／ｇ以上１５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、３００ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下）であるシリカゲルが好ましい。
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、スメクタイト系粘土（サポナイト、モンホリロナイト、ヘクトライト、等）、４−珪素雲母、雲母、バーミキュライト等が挙げられる。中でも、セピオライトが好ましい。
【００５１】
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。
本発明の蓄熱装置においては、作動温度等の作動条件に合わせて、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。
従って、本発明の蓄熱装置は、化学蓄熱材を含む反応器と蒸発凝縮器とを組み合わせた従来の蓄熱装置と比較して、作動温度の選択の幅が広い。
水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量をより低減させる観点からは、本発明における蓄熱材は、活性炭又はメソポーラスシリカを少なくとも含むことがより好ましい。
【００５２】
第１の反応器における蓄熱材中の物理吸着材の含有量は、水蒸気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、第１の反応器における蓄熱材全量に対し、３０質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましい。
【００５３】
また、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、水蒸気の固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【００５４】
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、メチルセルロース等が挙げられる。中でも、ポリビニルアルコールが好ましい。
【００５５】
第１の反応器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、５質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。
【００５６】
また、第１の反応器における蓄熱材は、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、熱伝導補助材としてのカーボンやカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等が挙げられる。
【００５７】
また、物理吸着材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体（例えば、前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ）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。
【００５８】
（化学蓄熱材）
次に、本発明における第２の反応器（例えば、前記第２の熱交換型反応器１２０）に含まれる化学蓄熱材の好ましい形態について説明する。
前記化学蓄熱材としては、水蒸気の固定化反応及び水蒸気の脱離反応における材料安定性をより向上させる観点からは、無機水酸化物が好ましく、アルカリ土類金属の水酸化物であることがより好ましい。
アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２が挙げられる。この中でもＣａ（ＯＨ）２が特に好ましい。
Ｃａ（ＯＨ）２はＭｇ（ＯＨ）２と比較して可逆性が高い（ほぼ１００％の水和、脱水反応率を有する）ため、化学蓄熱材としてＣａ（ＯＨ）２を用いることで、本発明の効果をより長期間に渡り維持できる。
【００５９】
第２の反応器における蓄熱材が化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は、前記化学蓄熱材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、作動温度等の作動条件に合わせて、化学蓄熱材の種類を適宜選定することができる。
【００６０】
第２の反応器における蓄熱材が化学蓄熱材を含む場合において、前記蓄熱材中における化学蓄熱材の含有量は、蓄熱密度をより高く維持する観点より、５０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
【００６１】
また、第２の反応器における化学蓄熱材を含む蓄熱材を、成形体（蓄熱材成形体）として用いる場合、該蓄熱材は、前記化学蓄熱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、化学蓄熱材による水蒸気の固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【００６２】
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、メチルセルロース等が挙げられる。中でも、ポリビニルアルコールが好ましい。
【００６３】
第２の反応器における蓄熱材が化学蓄熱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、５質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。
【００６４】
また、第２の反応器における蓄熱材は、必要に応じ、前記化学蓄熱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、熱伝導補助材としてのカーボンやカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が挙げられる。
【００６５】
また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体（例えば、前記蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂ）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。
【００６６】
（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、水蒸気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。
【００６７】
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、水蒸気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）の容積よりも小さく、かつ、後述する工程３において水蒸気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水蒸気を固定化させる。
以上の方法によれば、２枚の蓄熱材成形体が水蒸気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、蓄熱材成形体から水蒸気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水蒸気が脱離する。
【００６８】
本実施形態における反応室内に、単体の蓄熱材成形体を収納する場合も、上記と同様にして行うことができる。
即ち、下記工程ａ〜工程ｃを含む方法が好適である。
（工程ａ）まず、水蒸気が固定化されていない蓄熱材成形体を準備する。
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）の容積よりも小さく、かつ、水蒸気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ｂ）次に、工程ａで準備した蓄熱材成形体を反応室に収納する。
（工程ｃ）次に、反応室に収納された蓄熱材成形体に対して水蒸気を固定化させる。
【００６９】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第一の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については、上記第一の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００７０】
［第二の実施形態］
図５は、本発明の第二の実施形態に係る蓄熱装置２００を模式的に示した図である。
図５に示すように、蓄熱装置２００は、水蒸気配管１０に圧力調整手段２２０が設けられている点で第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と異なる。
蓄熱装置２００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。放熱及び再生の基本的な動作も、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。
【００７１】
圧力調整手段２２０は、外力により蓄熱装置２００内における水蒸気圧の差を調整する手段である。圧力調整手段２２０の具体例としては、圧縮機（コンプレッサー）、圧送ポンプ等公知の手段が挙げられる。
【００７２】
蓄熱装置２００では、圧力調整手段２２０を作動させることにより、２つの反応器間における水蒸気圧の差をより効果的に調整できる。
例えば、第１の熱交換型反応器２０に熱を供給することにより第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０に水蒸気を輸送する場合、圧力調整手段２２０を作動させて第１の熱交換型反応器２０側の水蒸気圧を上げることができる。これにより、上記の水蒸気の輸送速度をより速くすることができるので、第２の熱交換型反応器１２０における水蒸気の固定化の反応速度をより速くすることができる。その結果、第２の熱交換型反応器１２０からより高い温度の熱を放熱できる。
また、圧力調整手段２２０を作動させて第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気圧を上げることもでき、これにより上記の反応速度を遅くすることもできる。
【００７３】
第２の熱交換型反応器１２０から第１の熱交換型反応器２０に水蒸気を輸送する場合においても、上記と同様の原理により、２つの反応器間における水蒸気圧の差を調整できる。
【００７４】
なお、図５に示す蓄熱装置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、本発明における蓄熱装置が圧力調整手段を備える場合、圧力調整手段は水蒸気配管の少なくとも１箇所に設けられていれば特に制限はない。
例えば、図５に示す蓄熱装置２００に対する変形例としては、圧力調整手段２２０がバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に設けられた例が挙げられる。
【００７５】
［第三の実施形態］
図６は、本発明の第三の実施形態に係る蓄熱装置３００を模式的に示した図である。
図６に示すように、蓄熱装置３００は、水蒸気配管１０に、バルブＶ２を備えた配管３１０を介して容積調整手段３２０（シリンダー３２１及びピストン３２２）が接続されている点で第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と異なる。
蓄熱装置３００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。放熱及び再生の基本的な動作も、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。
【００７６】
容積調整手段３２０は、シリンダー３２１と、該シリンダー３２１の内部に該シリンダー３２１の軸方法（矢印Ｐの方向）に移動可能に設けられたピストン３２２と、を備えており、自動又は手動でピストン３２２を矢印Ｐの方向に移動させてシリンダー３２１内の容積を増大又は減少できるようになっている。これにより、水蒸気配管の容積、ひいては蓄熱装置全体の容積を調整することができる。
容積調整手段３２０による容積の調整により、２つの反応器間における水蒸気圧の差をより効果的に調整でき、水蒸気の輸送をより効果的に行うことができる。
【００７７】
図６に示す蓄熱装置３００では、容積調整手段３２０がバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に設けられているが、本発明における蓄熱装置が圧力調整手段を備える場合、圧力調整手段は水蒸気配管の少なくとも１箇所に設けられていれば特に制限はない。例えば、容積調整手段はバルブＶ１に対し第１の熱交換型反応器２０側に接続されていてもよい。
また、バルブＶ１に対して第１の熱交換型反応器２０側に第１の容積調整手段がバルブを介して接続され、かつ、第２の熱交換型反応器１２０側に第２の容積調整手段がバルブを介して接続されていてもよい。
【００７８】
本発明の蓄熱装置１００が上述の容積調整手段を備えることにより、第１の熱交換型反応器２０側から第２の熱交換型反応器１２０側に水蒸気を輸送するときには、第１の熱交換型反応器２０側の容積を小さくして水蒸気を効率よく圧送できる。同様に、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側に水蒸気を輸送するときには、第２の熱交換型反応器１２０側の容積を小さくして水蒸気を効率よく圧送できる。
【００７９】
［第四の実施形態］
図７は、本発明の第四の実施形態に係る蓄熱装置４００を模式的に示した図である。
図７に示すように、蓄熱装置４００は、水蒸気配管１０に、バルブＶ３を備えた配管４１０を介して第３の反応器４２０が接続されている点で第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と異なる。第３の反応器４２０は、水蒸気の液化（凝縮）及び水４２２の気化（蒸発）を行う反応器（即ち、蒸発凝縮器）である。
蓄熱装置４００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。放熱及び再生の基本的な動作も、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。
【００８０】
第３の反応器４２０における液化及び気化（気／液の相変化）は、温度調整手段（不図示）による加熱及び冷却、並びに、圧力調整手段（不図示）による加圧及び減圧、の少なくとも一方によって行うことができる。
【００８１】
第３の反応器４２０により、気／液の相変化を利用して、蓄熱装置４００内における水蒸気の流通量をより効果的に調整することができる。
例えば、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０に水蒸気を輸送する場合、第３の反応器４２０内の水４２２を気化させるとともにバルブＶ３を開くことで、蓄熱装置４００内における水蒸気の流通量を増加させることができる。その結果、第２の熱交換型反応器１２０における水蒸気の固定化の反応速度をより速くすることができ、ひいては第２の熱交換型反応器１２０からより高い温度の熱を放熱できる。
また、第３の反応器４２０により系内の水蒸気を凝縮（液化）させることにより第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気の流通量を下げることもでき、これにより上記の反応速度を抑制することもできる。
【００８２】
また、第３の反応器４２０により、蓄熱装置４００内の水蒸気を、水として分離して保存することができる。これにより、蓄熱装置４００による蓄熱及び放熱の性能がより安定的に維持される。
【００８３】
なお、図７に示す蓄熱装置４００では、第３の反応器４２０がバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に接続されているが、本発明における蓄熱装置が水蒸気の液化及び水の気化を行う第３の反応器を備える場合、該第３の反応器は水蒸気配管の少なくとも１箇所に接続されていれば特に制限はない。
例えば、図７に示す蓄熱装置４００に対する変形例としては、第３の反応器４２０がバルブＶ１に対し第１の熱交換型反応器２０側に接続された例が挙げられる。また、第３の反応器４２０が、バルブＶ１に対して第１の熱交換型反応器２０側及び第２の熱交換型反応器１２０側の両方に、それぞれバルブを介して接続された例が挙げられる。
【００８４】
以上、本発明の各実施形態に係る蓄熱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。
本発明における蓄熱装置は、上述した以外のその他の反応器を少なくとも１つ有していてもよい。
その他の反応器としては、第１の熱交換型反応器２０又は第２の熱交換型反応器１２０と同様の、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が固定化されるときに放熱する蓄熱材を含む反応器や、第３の反応器４２０と同様の、水蒸気の液化及び水の気化を行う反応器が挙げられる。
【００８５】
また、上記各実施形態に係る蓄熱装置では、各熱交換型反応器と水蒸気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水蒸気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水蒸気配管とを気密状態で接続してもよい。
【００８６】
また、上記各実施形態に係る蓄熱装置では、水蒸気配管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は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側とで水蒸気圧の差を生じさせることができ、この水蒸気圧の差により、反応器における水蒸気の固定化及び脱離を行うことができる。
【００８７】
また、上記各実施形態に係る蓄熱装置では、第１の熱交換型反応器２０が熱媒体流路を備えているが、第１の熱交換型反応器２０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整手段を備えた反応器を用いてもよい。これにより、温度調整手段により反応器全体に熱を供給することにより、蓄熱材成形体において水蒸気の固定化及び脱離の反応を行うことができる。
【００８８】
以上で説明したように、本発明の蓄熱装置は、作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる。
このため、例えば、要素の暖機、空調、熱の輸送等の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０、３１０、４１０ 水蒸気配管
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、１３２Ａ、１３２Ｂ 蓄熱材成形体
３４ 支持体
３６ 波型プレート
１００、２００、３００、４００ 蓄熱装置
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ バルブ
２２０ 圧力調整手段
３２０ 容積調整手段
４２０ 第３の反応器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱装置に関する。
【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】
化学蓄熱技術の例として、粒径０．３〜４ｍｍの結晶性の石灰石に対して所定の熱処理を施すことによって生成された多数の気孔を有する生石灰を主体とした化学蓄熱材料が知られており、更に、この化学蓄熱材料を充填した容器と、蒸発凝縮器と、を配管でつないだ構成の蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、内部の空間に対して１０〜６０容量％の割合で粉体化学蓄熱材が収容される蓄熱カプセル、該蓄熱カプセルを少なくとも１以上充填した反応器または反応塔と熱供給装置とを連結した蓄熱装置が知られている（例えば、特許文献２及び３参照）。
また、反応材を封入した容器、冷媒を蒸発させる蒸発器、前記冷媒を凝縮させる凝縮器およびそれらを連結するバルブ付きの連結管からなり、前記蒸発器内に複数の蒸発皿を設置したことを特徴とする化学蓄熱型冷凍装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２２５６８６号公報
【特許文献２】特公平６−８０３９５号公報
【特許文献３】特公平６−８０３９４号公報
【特許文献４】特開平７−３３２７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、化学蓄熱材料を含む反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置では、蒸発凝縮器の作動温度の制約が大きいことから、装置全体としての作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が狭い傾向がある。
【０００６】
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、作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる蓄熱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】
【０００７】
請求項１に記載の発明に係る蓄熱装置は、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気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を有する第１の反応器、及び、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学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を有する第２の反応器を含む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水蒸気を流通させる水蒸気配管と、を備え、前記２つ以上の反応器間における水蒸気圧の差を利用して、一方の反応器から脱離した水蒸気を他方の反応器に固定化させる。
【０００８】
請求項１に記載の蓄熱装置では、第１の反応器に熱が供給されると、第１の反応器内で吸熱反応によって水蒸気が物理吸着材から脱離する。これにより第１の反応器側の水蒸気圧が第２の反応器側の水蒸気圧よりも高い状態となり、第１の反応器側に熱が蓄熱される。次に、第１の反応器内から脱離した水蒸気が水蒸気配管を通って第２の反応器に輸送されるとともに、第２の反応器に輸送された水蒸気が第２の反応器内で発熱反応によって化学蓄熱材に固定化される。この発熱反応により第２の反応器から熱が放出される。
ここで、第１の反応器における物理吸着材は、第２の反応器における化学蓄熱材と比較して、水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が小さい。即ち、第２の反応器における化学蓄熱材に水蒸気が固定化される際の発熱量（絶対値）は、第１の反応器における物理吸着材から水蒸気が脱離する際の吸熱量（絶対値）よりも大きい。
このため、第１の反応器に熱を供給し、第１の反応器から脱離した水蒸気を第２の反応器に固定化させることにより、第２の反応器から、第１の反応器に供給された熱の温度よりも高い温度の熱を放熱できる。
【０００９】
このように、請求項１に記載の蓄熱装置によれば、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱することができる。即ち、請求項１に記載の蓄熱装置によれば、化学蓄熱材を有する反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置と比較して、供給温度を下げることができる。
また、請求項１に記載の蓄熱装置は、物理吸着材を有する反応器と化学蓄熱材を有する反応器とを含んだ組み合わせであるため、化学蓄熱材を有する反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置と比較して、作動温度（特に供給温度）の選択の幅が広い。
【００１０】
請求項２に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１に記載の蓄熱装置において、前記水蒸気配管に弁が設けられ、該弁の開閉により前記水蒸気圧の差を調整する。これにより、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置において、前記水蒸気配管が、更に、前記水蒸気圧の差を調整する圧力調整手段、及び、容積を調整する容積調整手段の少なくとも一方を有する。これにより、水蒸気圧の差をより効果的に調整できるので、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記２つ以上の反応器は、更に、水蒸気の凝縮及び水の気化（以下、「気／液の相変化」ともいう）を行う第３の反応器を含む。これにより、気／液の相変化を利用して、蓄熱装置内における水蒸気の流通量をより効果的に調整することができる。また、蓄熱装置内の水蒸気を水として分離して保存することができる。
水蒸気の凝縮及び水の気化（気／液の相変化）を行う第３の反応器としては、温度調整手段により気／液の相変化を行う反応器や、圧力調整手段により気／液の相変化を行う反応器が挙げられる。
【００１３】
請求項５に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記第１の反応器及び前記第２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、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記第１の反応器及び前記第２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の熱交換の効率をより向上させることができるので、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、水蒸気の固定化及び脱離をより効果的に行うことができる。
ここで、前記第１の反応器及び前記第２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７に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、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水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対し、死容積が１０％以下である。これにより、蓄熱装置内における水蒸気圧をより高く維持することができるので、水蒸気の固定化及び脱離をより効率よく行うことができる。特に、初期作動時における、水蒸気の輸送遅れに伴う反応遅れをより効果的に抑制できる。
【００１６】
請求項８に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、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、第１の反応器において水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量をより小さくすることができるので、第１の反応器及び蓄熱装置全体の制御性及び応答性がより向上する。
【００１７】
請求項９に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記化学蓄熱材が無機水酸化物である。これにより、水蒸気の固定化反応及び水蒸気の脱離反応における材料安定性がより向上する。また、環境負荷の小さい無機水酸化物を用いるため、製造、使用、リサイクルを含めた安全性の確保がより容易になる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明に係る蓄熱装置は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置において、前記化学蓄熱材がアルカリ土類金属の水酸化物である。これにより、水蒸気の固定化反応及び水蒸気の脱離反応における材料安定性がより向上する。また、環境負荷の小さいアルカリ土類金属の水酸化物を用いるため、製造、使用、リサイクルを含めた安全性の確保がより容易になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる蓄熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る蓄熱装置を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における第１の熱交換型反応器を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における第１の熱交換型反応器の変形例を模式的に示した図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に係る第２の熱交換型反応器を模式的に示した図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る蓄熱装置を模式的に示した図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係る蓄熱装置を模式的に示した図である。
【図７】本発明の第四の実施形態に係る蓄熱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】
【００２１】
以下、本発明の各実施形態に係る蓄熱装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る蓄熱装置１００を模式的に示した図である。
図１に示すように、蓄熱装置１００は、第１の熱交換型反応器２０（第１の反応器）と、第２の熱交換型反応器１２０（第２の反応器）と、第１の熱交換型反応器２０と第２の熱交換型反応器１２０とを接続する水蒸気配管１０と、を備えて構成されている。
【００２３】
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、物理吸着材（例えば、活性炭やメソポーラスシリカ等の多孔体）を含む２枚の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂによって支持体３４を挟んだ構造の積層体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（水蒸気の流れ方向）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。
【００２４】
本発明における第１の反応器は、第１の熱交換型反応器２０の例のように、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）等の熱伝導性の高い材質が好適である。
【００２５】
図２に示すように、積層体３０は、水蒸気が脱離するときに蓄熱（吸熱）し水蒸気が物理吸着によって固定化されるときに放熱（発熱）する物理吸着材（例えば、活性炭やメソポーラスシリカ等の多孔体）を含む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。
但し、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。
【００２６】
また、本実施形態の蓄熱装置では、第１の反応器における反応室に蓄熱材成形体と支持体との積層体が収納されることには限定されず、該反応室に蓄熱材成形体が単体として収納されていてもよい。
該反応室に蓄熱材成形体が単体として収納される場合、水蒸気の流路が設けられた蓄熱材成形体を用いることなどにより、反応室内に、水蒸気配管との間で水蒸気を流通できる流路が確保されていることが好ましい。
また、本発明において第１の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。
【００２７】
蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ、物理吸着材（例えば、活性炭やメソポーラスシリカ等の多孔体）を含む。
前記物理吸着材は、水蒸気が脱離するときに蓄熱（吸熱）し水蒸気が物理吸着により固定化されるときに放熱（発熱）するものである。前記物理吸着材としては、水蒸気の脱離（吸熱反応）及び水蒸気の固定化（発熱反応）が可逆的に行われるものを用いることが好ましい。
また、前記物理吸着材は、後述する化学蓄熱材と比較して、水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が小さいという性質を有する。即ち、詳細は後述するが、水蒸気が脱離するときの吸熱量（絶対値）及び水蒸気が固定化されるときの発熱量（絶対値）が、化学蓄熱材と比較して小さい。
更に、前記物理吸着材は、水蒸気の吸放出速度（固定化及び脱離の速度）が速いという性質を有する。
以上により、物理吸着材を含む第１の反応器を備えた本発明の蓄熱装置は、熱の供給に対する応答性が高く、水蒸気の固定化及び脱離の制御性に優れる。
更に、本発明の蓄熱装置は、化学蓄熱材を有する反応器と蒸発凝縮器との組み合わせである従来の蓄熱装置に対し、蒸発凝縮器に代えて物理吸着材を含む第１の反応器を用いているので、蒸発凝縮器における不凍化処理を不要とできるなど、装置の構成が簡易である。
本発明における物理吸着材としては、活性炭やメソポーラスシリカに限らず、多孔体全般を用いることができる。
物理吸着材の好ましい形態については後述する。
【００２８】
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）に水蒸気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水蒸気の流路を確保できるので、水蒸気配管１０から供給された水蒸気（Ｈ２Ｏ）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水蒸気を支持体３４を介して水蒸気配管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水蒸気が通過する。
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水蒸気が通過する。
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水蒸気が通過する（図３中の白抜き矢印の方向）。
【００２９】
また、図１に示すように、蓄熱装置１００において、第１の熱交換型反応器２０と水蒸気配管１０とは、第１の熱交換型反応器２０中の複数の反応室２４と水蒸気配管１０とを気密状態で接続するヘッダ部材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と水蒸気配管１０との間で気密状態で水蒸気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５〜図７も同様である）。
【００３０】
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と蓄熱装置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。
ここで、熱媒体Ｍ１は、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂとの間で熱交換する媒体である。
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。
【００３１】
図１に示すように、水蒸気配管１０にはバルブＶ１（弁）が設けられており、バルブＶ１の開閉により水蒸気圧の差を調整できるようになっている。例えば、バルブＶ１を閉じた状態を維持することにより、第１の第１の熱交換型反応器２０側の水蒸気圧と第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気圧との差をより効果的に生じさせることができる。更に、バルブＶ１を閉じた状態を維持した後にバルブＶ１を開くことにより、水蒸気の輸送をより効果的に（より速やかに）行うことができる。更に、バルブＶ１を閉じておくことで、熱交換型反応器における長時間の蓄熱が可能となる。
【００３２】
図４は、図１における第２の熱交換型反応器１２０を模式的に示した図である。
図４に示すように、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。
第２の熱交換型反応器１２０における積層体１３０の構成は、第１の熱交換型反応器２０における積層体３０の構成において、物理吸着材を含む蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに代えて、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学反応によって固定化されるときに放熱する化学蓄熱材（例えば、Ｃａ（ＯＨ）２）を含む蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂを用いること以外は第１の熱交換型反応器２０における積層体３０の構成と同じである。
【００３３】
前記化学蓄熱材は、水蒸気が脱離するときに蓄熱（吸熱）し水蒸気が化学反応により固定化されるときに放熱（発熱）するものである。
前記化学吸着材としては、水蒸気の脱離（吸熱反応）及び水蒸気の固定化（発熱反応）が可逆的に行われるものを用いることが好ましい。
例えば、化学吸着材の一例である、無機水酸化物の１つである水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）では、下記式（１）に示すように、水蒸気の脱離反応（脱水反応）及び水蒸気の固定化反応（水和反応）が可逆的に行われる。
Ｃａ（ＯＨ）２ ⇔ ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ … 式（１）
この式（１）に吸熱量Ｑ及び発熱量Ｑを併せて示すと、水蒸気の脱離反応（吸熱反応）を示す下記式（２）、及び、水蒸気の固定化反応（発熱反応）を示す下記式（３）となる。
Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ … 式（２）
ＣａＯ ＋ Ｈ２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｑ … 式（３）
【００３４】
また、前記化学蓄熱材は、水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が前記物理吸着材よりも大きいものの、蓄熱密度（単位質量当たりの蓄熱量）が前記物理吸着材よりも高いという性質を有している。
例えば、化学蓄熱材の例であるＣａ（ＯＨ）２の蓄熱密度は略１．８６ＭＪ／ｋｇ（ＣａＯベース）であり、物理吸着材の例である活性炭やメソポーラスシリカの蓄熱密度は０．６ＭＪ／ｋｇ〜０．８ＭＪ／ｋｇ程度である。
本発明における化学蓄熱材としては、Ｃａ（ＯＨ）２に限らず、無機水酸化物全般を用いることができる。
化学蓄熱材の好ましい形態については後述する。
【００３５】
第２の熱交換型反応器１２０のその他の構成や変形例については、第１の熱交換型反応器２０の構成及び変形例と同様である。
また、図１において、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１２７Ａ及び１２７Ｂの構成と同様である。
ここで、熱媒体配管１２７Ａ及び１２７Ｂには、蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂとの間で熱交換する熱媒体Ｍ２が流通する。
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、蓄熱装置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、図示しないが、蓄熱装置１００には、装置内に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段や、装置内を排気するための排気手段、装置内の水蒸気圧を測定するための圧力測定手段等のその他の手段が接続されていてもよい。
【００３７】
次に、蓄熱装置１００によって行われる放熱及び再生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、蓄熱装置１００内（以下、「系内」ともいう）の水蒸気を第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における物理吸着材を含む蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂに水蒸気が固定化された状態とし、その後バルブＶ１を閉じる。蓄熱装置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５℃〜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。供給された熱が第１の熱交換型反応器２０に蓄熱される。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側の水蒸気圧が第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気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側との水蒸気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、水蒸気圧が高い第１の熱交換型反応器２０から、相対的に水蒸気圧が低い第２の熱交換型反応器１２０に向けて水蒸気の輸送が行われる。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中の蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂから水蒸気が脱離する。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５℃〜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。
ここで、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂは、化学蓄熱材と比較して水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が小さい物理吸着材を含んでいる。このため、第１の熱交換型反応器２０に供給する熱の温度が比較的低い場合においても、蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂから水蒸気が容易に脱離する。
【００４１】
上記水蒸気の輸送により第２の熱交換型反応器１２０に到達した水蒸気は、第２の熱交換型反応器１２０における反応室１２４内の蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂ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（例えば、１００℃〜３８０℃に）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】
ここで、蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂは、物理吸着材と比較して水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量が大きい化学蓄熱材を含んでいる。即ち、化学蓄熱材に水蒸気が固定化される際の発熱量（絶対値）は、物理吸着材から水蒸気が脱離する際の吸熱量（絶対値）よりも大きい。
このため、第１の熱交換型反応器２０に対する熱の供給により物理吸着材を含む蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂから脱離した水蒸気を、化学蓄熱材を含む蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂに固定化させることにより、第２の熱交換型反応器１２０から、熱交換型反応器２０に供給された熱の温度よりも高い温度の熱を放熱できる。
例えば、物理吸着材としてメソポーラスシリカを用い、化学蓄熱材としてＣａ（ＯＨ）２を用いた一例では、第１の熱交換型反応器２０に５℃〜１０℃の熱を供給することにより、第２の熱交換型反応器１２０から１００℃〜３８０℃の熱を放熱できる。
【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内の水蒸気が減少した場合には、系内の水蒸気を再び第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に水蒸気を固定化させることにより、蓄熱装置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５℃〜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、１００℃〜３８０℃）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内の蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂから水蒸気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側に水蒸気が輸送される。
第１の熱交換型反応器２０に到達した水蒸気は、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５℃〜１０℃）の熱媒体Ｍ１の流通を維持することにより行われる。
【００４４】
蓄熱装置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】
また、本発明の蓄熱装置に貯蔵される水蒸気の量には特に限定はないが、１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量と、蓄熱装置における死容積と、が以下の関係を有することが好ましい。
即ち、本発明の蓄熱装置では、２つ以上の反応器のうち１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量に対し、蓄熱装置の死容積を極力小さくすることが好ましい。
ここで、蓄熱装置の死容積とは、蓄熱装置内において水蒸気が流通できる範囲の実効的な容積を表す。
本発明の蓄熱装置では、死容積の大部分は水蒸気配管の容積であるため、水蒸気配管における圧力損失を許容できる範囲で水蒸気配管の容積を極力小さくし、蓄熱装置の死容積を極力小さくすることが望ましい。
【００４６】
具体的には、本発明の蓄熱装置では、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対する蓄熱装置の死容積が、１０％以下であることが好ましく、５％以下がより好ましく、１％以下であることが特に好ましい。
これにより、蓄熱装置内の水蒸気圧をより高く維持することができるので、蓄熱装置による放熱又は再生の効率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、水蒸気の輸送遅れに伴う反応遅れをより効果的に抑制できる。
また、「１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量」とは、２つ以上の反応器のうち水蒸気を固定化できる量が最も多い反応器が固定化できる水蒸気の最大量を表す。また、「１つの反応器が貯蔵できる水蒸気の最大量」は、蓄熱装置に貯蔵される水蒸気の全量と等しい量とすることが好適である。
【００４７】
ここで、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積と、蓄熱装置の死容積と、の関係についての算出例を示す。
例えば、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける水蒸気の体積を１Ｌとし、蓄熱装置の死容積を該水蒸気の体積の１０％である０．１Ｌとし、一方の反応器からの水蒸気の放出速度を１Ｌ／１００ｓｅｃ（＝０．０１Ｌ／ｓｅｃ）とした場合、初期作動時において、一方の反応器から他方の反応器へ水蒸気が到達するのに１０ｓｅｃ（＝０．１／０．０１）の遅れが発生する。ここで、蓄熱装置の死容積を前記水蒸気の体積の１％である０．０１Ｌとした場合には、初期作動時における前記遅れは１ｓｅｃ（＝０．０１／０．０１）となる。
上記観点から、本発明の蓄熱装置では、１つの反応器が固定化できる最大量の水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対する蓄熱装置の死容積が、１０％以下であることが好ましく、５％以下がより好ましく、１％以下であることが特に好ましい。
【００４８】
また、本発明の蓄熱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。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。
【００４９】
（物理吸着材）
次に、本発明における第１の反応器（例えば前記第１の熱交換型反応器２０）に含まれる物理吸着材の好ましい形態について説明する。
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、物理吸着による水蒸気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、１．５ｎｍが好ましく、４．０ｎｍがより好ましい。
前記多孔体としては、物理吸着による水蒸気の固定化及び脱離の反応性をより向上させる観点より、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、１．０μｍが好ましい。
【００５０】
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４０００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、１０００ｍ２／ｇ以上２０００ｍ２／ｇ以下）である活性炭が好ましい。
前記メソポーラスシリカとしては、ＢＥＴ法による比表面積が５００ｍ２／ｇ以上１５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、７００ｍ２／ｇ以上１３００ｍ２／ｇ以下）であるメソポーラスシリカが好ましい。
前記ゼオライトとしては、ＢＥＴ法による比表面積が５０ｍ２／ｇ以上３００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、１００ｍ２／ｇ以上２００ｍ２／ｇ以下）であるゼオライトが好ましい。
前記シリカゲルとしては、ＢＥＴ法による比表面積が１００ｍ２／ｇ以上１５００ｍ２／ｇ以下（より好ましくは、３００ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下）であるシリカゲルが好ましい。
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、スメクタイト系粘土（サポナイト、モンホリロナイト、ヘクトライト、等）、４−珪素雲母、雲母、バーミキュライト等が挙げられる。中でも、セピオライトが好ましい。
【００５１】
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。
本発明の蓄熱装置においては、作動温度等の作動条件に合わせて、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。
従って、本発明の蓄熱装置は、化学蓄熱材を含む反応器と蒸発凝縮器とを組み合わせた従来の蓄熱装置と比較して、作動温度の選択の幅が広い。
水蒸気の固定化及び脱離の際に出入りする熱量をより低減させる観点からは、本発明における蓄熱材は、活性炭又はメソポーラスシリカを少なくとも含むことがより好ましい。
【００５２】
第１の反応器における蓄熱材中の物理吸着材の含有量は、水蒸気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、第１の反応器における蓄熱材全量に対し、３０質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましい。
【００５３】
また、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、水蒸気の固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【００５４】
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、メチルセルロース等が挙げられる。中でも、ポリビニルアルコールが好ましい。
【００５５】
第１の反応器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、５質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。
【００５６】
また、第１の反応器における蓄熱材は、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、熱伝導補助材としてのカーボンやカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等が挙げられる。
【００５７】
また、物理吸着材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体（例えば、前記蓄熱材成形体３２Ａ及び３２Ｂ）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。
【００５８】
（化学蓄熱材）
次に、本発明における第２の反応器（例えば、前記第２の熱交換型反応器１２０）に含まれる化学蓄熱材の好ましい形態について説明する。
前記化学蓄熱材としては、水蒸気の固定化反応及び水蒸気の脱離反応における材料安定性をより向上させる観点からは、無機水酸化物が好ましく、アルカリ土類金属の水酸化物であることがより好ましい。
アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２が挙げられる。この中でもＣａ（ＯＨ）２が特に好ましい。
Ｃａ（ＯＨ）２はＭｇ（ＯＨ）２と比較して可逆性が高い（ほぼ１００％の水和、脱水反応率を有する）ため、化学蓄熱材としてＣａ（ＯＨ）２を用いることで、本発明の効果をより長期間に渡り維持できる。
【００５９】
第２の反応器における蓄熱材が化学蓄熱材を含む場合、該蓄熱材は、前記化学蓄熱材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、作動温度等の作動条件に合わせて、化学蓄熱材の種類を適宜選定することができる。
【００６０】
第２の反応器における蓄熱材が化学蓄熱材を含む場合において、前記蓄熱材中における化学蓄熱材の含有量は、蓄熱密度をより高く維持する観点より、５０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
【００６１】
また、第２の反応器における化学蓄熱材を含む蓄熱材を、成形体（蓄熱材成形体）として用いる場合、該蓄熱材は、前記化学蓄熱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、化学蓄熱材による水蒸気の固定化及び脱離の反応性がより向上する。
【００６２】
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、メチルセルロース等が挙げられる。中でも、ポリビニルアルコールが好ましい。
【００６３】
第２の反応器における蓄熱材が化学蓄熱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、５質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。
【００６４】
また、第２の反応器における蓄熱材は、必要に応じ、前記化学蓄熱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、熱伝導補助材としてのカーボンやカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が挙げられる。
【００６５】
また、化学蓄熱材を含む蓄熱材を蓄熱材成形体（例えば、前記蓄熱材成形体１３２Ａ及び１３２Ｂ）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。
【００６６】
（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、水蒸気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。
【００６７】
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、水蒸気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）の容積よりも小さく、かつ、後述する工程３において水蒸気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水蒸気を固定化させる。
以上の方法によれば、２枚の蓄熱材成形体が水蒸気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、蓄熱材成形体から水蒸気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水蒸気が脱離する。
【００６８】
本実施形態における反応室内に、単体の蓄熱材成形体を収納する場合も、上記と同様にして行うことができる。
即ち、下記工程ａ〜工程ｃを含む方法が好適である。
（工程ａ）まず、水蒸気が固定化されていない蓄熱材成形体を準備する。
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）の容積よりも小さく、かつ、水蒸気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ｂ）次に、工程ａで準備した蓄熱材成形体を反応室に収納する。
（工程ｃ）次に、反応室に収納された蓄熱材成形体に対して水蒸気を固定化させる。
【００６９】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第一の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については、上記第一の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００７０】
［第二の実施形態］
図５は、本発明の第二の実施形態に係る蓄熱装置２００を模式的に示した図である。
図５に示すように、蓄熱装置２００は、水蒸気配管１０に圧力調整手段２２０が設けられている点で第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と異なる。
蓄熱装置２００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。放熱及び再生の基本的な動作も、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。
【００７１】
圧力調整手段２２０は、外力により蓄熱装置２００内における水蒸気圧の差を調整する手段である。圧力調整手段２２０の具体例としては、圧縮機（コンプレッサー）、圧送ポンプ等公知の手段が挙げられる。
【００７２】
蓄熱装置２００では、圧力調整手段２２０を作動させることにより、２つの反応器間における水蒸気圧の差をより効果的に調整できる。
例えば、第１の熱交換型反応器２０に熱を供給することにより第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０に水蒸気を輸送する場合、圧力調整手段２２０を作動させて第１の熱交換型反応器２０側の水蒸気圧を上げることができる。これにより、上記の水蒸気の輸送速度をより速くすることができるので、第２の熱交換型反応器１２０における水蒸気の固定化の反応速度をより速くすることができる。その結果、第２の熱交換型反応器１２０からより高い温度の熱を放熱できる。
また、圧力調整手段２２０を作動させて第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気圧を上げることもでき、これにより上記の反応速度を遅くすることもできる。
【００７３】
第２の熱交換型反応器１２０から第１の熱交換型反応器２０に水蒸気を輸送する場合においても、上記と同様の原理により、２つの反応器間における水蒸気圧の差を調整できる。
【００７４】
なお、図５に示す蓄熱装置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、本発明における蓄熱装置が圧力調整手段を備える場合、圧力調整手段は水蒸気配管の少なくとも１箇所に設けられていれば特に制限はない。
例えば、図５に示す蓄熱装置２００に対する変形例としては、圧力調整手段２２０がバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に設けられた例が挙げられる。
【００７５】
［第三の実施形態］
図６は、本発明の第三の実施形態に係る蓄熱装置３００を模式的に示した図である。
図６に示すように、蓄熱装置３００は、水蒸気配管１０に、バルブＶ２を備えた配管３１０を介して容積調整手段３２０（シリンダー３２１及びピストン３２２）が接続されている点で第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と異なる。
蓄熱装置３００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。放熱及び再生の基本的な動作も、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。
【００７６】
容積調整手段３２０は、シリンダー３２１と、該シリンダー３２１の内部に該シリンダー３２１の軸方法（矢印Ｐの方向）に移動可能に設けられたピストン３２２と、を備えており、自動又は手動でピストン３２２を矢印Ｐの方向に移動させてシリンダー３２１内の容積を増大又は減少できるようになっている。これにより、水蒸気配管の容積、ひいては蓄熱装置全体の容積を調整することができる。
容積調整手段３２０による容積の調整により、２つの反応器間における水蒸気圧の差をより効果的に調整でき、水蒸気の輸送をより効果的に行うことができる。
【００７７】
図６に示す蓄熱装置３００では、容積調整手段３２０がバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に設けられているが、本発明における蓄熱装置が圧力調整手段を備える場合、圧力調整手段は水蒸気配管の少なくとも１箇所に設けられていれば特に制限はない。例えば、容積調整手段はバルブＶ１に対し第１の熱交換型反応器２０側に接続されていてもよい。
また、バルブＶ１に対して第１の熱交換型反応器２０側に第１の容積調整手段がバルブを介して接続され、かつ、第２の熱交換型反応器１２０側に第２の容積調整手段がバルブを介して接続されていてもよい。
【００７８】
本発明の蓄熱装置１００が上述の容積調整手段を備えることにより、第１の熱交換型反応器２０側から第２の熱交換型反応器１２０側に水蒸気を輸送するときには、第１の熱交換型反応器２０側の容積を小さくして水蒸気を効率よく圧送できる。同様に、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側に水蒸気を輸送するときには、第２の熱交換型反応器１２０側の容積を小さくして水蒸気を効率よく圧送できる。
【００７９】
［第四の実施形態］
図７は、本発明の第四の実施形態に係る蓄熱装置４００を模式的に示した図である。
図７に示すように、蓄熱装置４００は、水蒸気配管１０に、バルブＶ３を備えた配管４１０を介して第３の反応器４２０が接続されている点で第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と異なる。第３の反応器４２０は、水蒸気の液化（凝縮）及び水４２２の気化（蒸発）を行う反応器（即ち、蒸発凝縮器）である。
蓄熱装置４００におけるその他の構成、好ましい範囲、及び変形例は、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。放熱及び再生の基本的な動作も、第一の実施形態に係る蓄熱装置１００と同様である。
【００８０】
第３の反応器４２０における液化及び気化（気／液の相変化）は、温度調整手段（不図示）による加熱及び冷却、並びに、圧力調整手段（不図示）による加圧及び減圧、の少なくとも一方によって行うことができる。
【００８１】
第３の反応器４２０により、気／液の相変化を利用して、蓄熱装置４００内における水蒸気の流通量をより効果的に調整することができる。
例えば、第１の熱交換型反応器２０から第２の熱交換型反応器１２０に水蒸気を輸送する場合、第３の反応器４２０内の水４２２を気化させるとともにバルブＶ３を開くことで、蓄熱装置４００内における水蒸気の流通量を増加させることができる。その結果、第２の熱交換型反応器１２０における水蒸気の固定化の反応速度をより速くすることができ、ひいては第２の熱交換型反応器１２０からより高い温度の熱を放熱できる。
また、第３の反応器４２０により系内の水蒸気を凝縮（液化）させることにより第２の熱交換型反応器１２０側の水蒸気の流通量を下げることもでき、これにより上記の反応速度を抑制することもできる。
【００８２】
また、第３の反応器４２０により、蓄熱装置４００内の水蒸気を、水として分離して保存することができる。これにより、蓄熱装置４００による蓄熱及び放熱の性能がより安定的に維持される。
【００８３】
なお、図７に示す蓄熱装置４００では、第３の反応器４２０がバルブＶ１に対し第２の熱交換型反応器１２０側に接続されているが、本発明における蓄熱装置が水蒸気の液化及び水の気化を行う第３の反応器を備える場合、該第３の反応器は水蒸気配管の少なくとも１箇所に接続されていれば特に制限はない。
例えば、図７に示す蓄熱装置４００に対する変形例としては、第３の反応器４２０がバルブＶ１に対し第１の熱交換型反応器２０側に接続された例が挙げられる。また、第３の反応器４２０が、バルブＶ１に対して第１の熱交換型反応器２０側及び第２の熱交換型反応器１２０側の両方に、それぞれバルブを介して接続された例が挙げられる。
【００８４】
以上、本発明の各実施形態に係る蓄熱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。
本発明における蓄熱装置は、上述した以外のその他の反応器を少なくとも１つ有していてもよい。
その他の反応器としては、第１の熱交換型反応器２０又は第２の熱交換型反応器１２０と同様の、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が固定化されるときに放熱する蓄熱材を含む反応器や、第３の反応器４２０と同様の、水蒸気の液化及び水の気化を行う反応器が挙げられる。
【００８５】
また、上記各実施形態に係る蓄熱装置では、各熱交換型反応器と水蒸気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水蒸気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水蒸気配管とを気密状態で接続してもよい。
【００８６】
また、上記各実施形態に係る蓄熱装置では、水蒸気配管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は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側とで水蒸気圧の差を生じさせることができ、この水蒸気圧の差により、反応器における水蒸気の固定化及び脱離を行うことができる。
【００８７】
また、上記各実施形態に係る蓄熱装置では、第１の熱交換型反応器２０が熱媒体流路を備えているが、第１の熱交換型反応器２０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整手段を備えた反応器を用いてもよい。これにより、温度調整手段により反応器全体に熱を供給することにより、蓄熱材成形体において水蒸気の固定化及び脱離の反応を行うことができる。
【００８８】
以上で説明したように、本発明の蓄熱装置は、作動温度（特に、供給温度）の選択の幅が広く、外部から供給された熱を蓄熱して更に高い温度の熱を放熱できる。
このため、例えば、要素の暖機、空調、熱の輸送等の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０、３１０、４１０ 水蒸気配管
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、１３２Ａ、１３２Ｂ 蓄熱材成形体
３４ 支持体
３６ 波型プレート
１００、２００、３００、４００ 蓄熱装置
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ バルブ
２２０ 圧力調整手段
３２０ 容積調整手段
４２０ 第３の反応器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気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を有する第１の反応器、及び、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学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を有する第２の反応器を含む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水蒸気を流通させる水蒸気配管と、
を備え、
前記２つ以上の反応器間における水蒸気圧の差を利用して、一方の反応器から脱離した水蒸気を他方の反応器に固定化させる蓄熱装置。
【請求項２】
前記水蒸気配管に弁が設けられ、該弁の開閉により前記水蒸気圧の差を調整する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記水蒸気配管が、更に、前記水蒸気圧の差を調整する圧力調整手段、及び、容積を調整する容積調整手段の少なくとも一方を有する請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記２つ以上の反応器は、更に、水蒸気の凝縮及び水の気化を行う第３の反応器を含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記第１の反応器及び前記第２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〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記第１の反応器及び前記第２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５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
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水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対し、死容積が１０％以下である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
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１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記化学蓄熱材が無機水酸化物である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記化学蓄熱材がアルカリ土類金属の水酸化物である請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１】
水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気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を有する第１の反応器、及び、水蒸気が脱離するときに蓄熱し水蒸気が化学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を有する第２の反応器を含む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水蒸気を流通させる水蒸気配管と、
を備え、
前記２つ以上の反応器間における水蒸気圧の差を利用して、一方の反応器から脱離した水蒸気を他方の反応器に固定化させる蓄熱装置。
【請求項２】
前記水蒸気配管に弁が設けられ、該弁の開閉により前記水蒸気圧の差を調整する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記水蒸気配管が、更に、前記水蒸気圧の差を調整する圧力調整手段、及び、容積を調整する容積調整手段の少なくとも一方を有する請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記２つ以上の反応器は、更に、水蒸気の凝縮及び水の気化を行う第３の反応器を含む請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記第１の反応器及び前記第２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〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記第１の反応器及び前記第２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５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
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水蒸気の５０℃、１０ｋＰａにおける体積に対し、死容積が１０％以下である請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
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１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記化学蓄熱材が無機水酸化物である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記化学蓄熱材がアルカリ土類金属の水酸化物である請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１６３２６４（Ｐ２０１２−１６３２６４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４７４（Ｐ２０１１−２４４７４）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
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