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公開番号2024033892
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-13
出願番号2022137806
出願日2022-08-31
発明の名称化学蓄熱器およびその製造方法
出願人愛知製鋼株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類F28D 20/00 20060101AFI20240306BHJP(熱交換一般)
要約【課題】蓄熱体の耐久性が高い化学蓄熱器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】化学蓄熱器1は、蓄熱体2と、蓄熱体2が収容される収容部30を内部に区画する反応容器3と、を備える。収容部30の横幅をL1、縦幅をL2、厚みをA(A<L1≦L2)、L1とL2とを有する面の面積をB(B=L1・L2)、L1とL2との幅比をC(C=L1/L2)、以下の式1で表される形状係数をY、蓄熱体2の真密度比をX(X<0.45)とする。YとXとの間には以下の式2が成立する。
Y=((A/B)・√C)^-1 ・・・(式1)
Y≧-5064.29・X+2924.43 ・・・(式2)
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
粒子状の化学蓄熱材を含む蓄熱体と、
前記蓄熱体の少なくとも一部が拘束された状態で収容される直方体状の収容部を内部に区画する反応容器と、
を備える化学蓄熱器であって、
前記収容部の横幅をＬ１、縦幅をＬ２、厚みをＡ（Ａ＜Ｌ１≦Ｌ２）、
前記Ｌ１と前記Ｌ２とを有する面の面積をＢ（Ｂ＝Ｌ１・Ｌ２）、
前記Ｌ１と前記Ｌ２との幅比をＣ（Ｃ＝Ｌ１／Ｌ２）、
以下の式１で表される前記収容部の形状に関するパラメータである形状係数をＹ、
前記蓄熱体の真密度比をＸ、
として、
前記Ｘは０．４５未満であると共に、前記Ｙと前記Ｘとの間には以下の式２が成立することを特徴とする化学蓄熱器。
Ｙ＝（（Ａ／Ｂ）・√Ｃ）
－１
・・・（式１）
Ｙ≧－５０６４．２９・Ｘ＋２９２４．４３・・・（式２）
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記Ｘは０．３５以上である請求項１に記載の化学蓄熱器。
【請求項３】
前記化学蓄熱材と反応する反応媒体は水蒸気であり、前記化学蓄熱材はカルシウム系蓄熱材である請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱器。
【請求項４】
前記蓄熱体は、粘土鉱物を含む請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱器。
【請求項５】
前記反応容器は、前記化学蓄熱材と反応する反応媒体が透過する透過壁と、前記化学蓄熱材と外部との間の伝熱を確保する伝熱壁と、を有する請求項１または請求項２に記載の化学蓄熱器。
【請求項６】
前記化学蓄熱材と反応する反応媒体は水蒸気であり、前記化学蓄熱材はカルシウム系蓄熱材である請求項４に記載の化学蓄熱器。
【請求項７】
前記反応容器は、前記化学蓄熱材と反応する反応媒体が透過する透過壁と、前記化学蓄熱材と外部との間の伝熱を確保する伝熱壁と、を有する請求項４に記載の化学蓄熱器。
【請求項８】
前記化学蓄熱材と反応する反応媒体は水蒸気であり、前記化学蓄熱材はカルシウム系蓄熱材である請求項５に記載の化学蓄熱器。
【請求項９】
前記化学蓄熱材と反応する反応媒体は水蒸気であり、前記化学蓄熱材はカルシウム系蓄熱材である請求項７に記載の化学蓄熱器。
【請求項１０】
粒子状の化学蓄熱材と、粘土鉱物と、を含む蓄熱体と、
前記蓄熱体の少なくとも一部が拘束された状態で収容される直方体状の収容部を内部に区画する反応容器と、
を備える化学蓄熱器の製造方法であって、
前記収容部の横幅をＬ１、縦幅をＬ２、厚みをＡ（Ａ＜Ｌ１≦Ｌ２）、
前記Ｌ１と前記Ｌ２とを有する面の面積をＢ（Ｂ＝Ｌ１・Ｌ２）、
前記Ｌ１と前記Ｌ２との幅比をＣ（Ｃ＝Ｌ１／Ｌ２）、
以下の式１で表される前記収容部の形状に関するパラメータである形状係数をＹ、
前記蓄熱体の真密度比をＸ、
として、
前記化学蓄熱材と前記粘土鉱物とを混合する混合工程と、
直方体状の前記蓄熱体を作製する成形工程と、
前記蓄熱体を焼成する焼成工程と、
前記Ｙと前記Ｘとの間に以下の式２が成立するように、前記蓄熱体を前記収容部に収容する収容工程と、
を有することを特徴とする化学蓄熱器の製造方法。
Ｙ＝（（Ａ／Ｂ）・√Ｃ）
－１
・・・（式１）
Ｙ≧－５０６４．２９・Ｘ＋２９２４．４３・・・（式２）
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、化学反応熱を利用して可逆的に蓄熱、放熱を行うことができる化学蓄熱器およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
化学蓄熱器は、反応媒体と蓄熱体との化学反応を利用して、可逆的に熱を蓄積、放出することができる。このため、化学蓄熱器は、熱（例えば工場や自動車の排熱など）を有効利用する手段として、検討されている。
【０００３】
蓄熱体は、多数の粒子状の化学蓄熱材の成形体である。蓄熱体の体積は、蓄熱、放熱時の化学反応に伴い変化する。例えば、反応媒体が水蒸気、蓄熱体が酸化カルシウム（ＣａＯ）の場合、水和反応により酸化カルシウムが水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）
２
）に変化する際、蓄熱体の体積が膨張する。反対に、脱水反応により水酸化カルシウムが酸化カルシウムに変化する際、蓄熱体の体積が収縮する。このため、蓄熱、放熱を繰り返すと、蓄熱体が崩壊しやすくなる。
【０００４】
この点、特許文献１～３の化学蓄熱器によると、反応容器の内面で蓄熱体を拘束している。並びに、蓄熱体の真密度比を高く設定している。具体的には、真密度比を０．４５～０．６３に設定している。このため、蓄熱、放熱時の体積変化による蓄熱体の崩壊を、抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１２－１９７３４６号公報
特開２０１２－１９７９６６号公報
特開２０１２－１９７９６７号公報
【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１～３の化学蓄熱器において、蓄熱体の真密度比を低下させると、蓄熱体を構成する粒子状の化学蓄熱材同士の結着性が低下してしまう。このため、蓄熱体が崩壊しやすくなる。したがって、蓄熱、放熱を繰り返すと、蓄熱密度、熱出力が低下してしまう。すなわち、蓄熱体の耐久性が低くなる。
【０００７】
そこで、本発明者は、蓄熱体の耐久性に影響を及ぼす因子について鋭意研究を重ねた結果、反応容器の形状（詳しくは、反応容器において蓄熱体を収容する収容部の形状）により、蓄熱体の耐久性の低下を抑制できるとの知見を得た。本開示は、蓄熱体の耐久性が高い化学蓄熱器およびその製造方法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】
（１）上記課題を解決するため、本開示の化学蓄熱器は、粒子状の化学蓄熱材を含む蓄熱体と、前記蓄熱体の少なくとも一部が拘束された状態で収容される直方体状の収容部を内部に区画する反応容器と、を備える化学蓄熱器であって、前記収容部の横幅をＬ１、縦幅をＬ２、厚みをＡ（Ａ＜Ｌ１≦Ｌ２）、前記Ｌ１と前記Ｌ２とを有する面の面積をＢ（Ｂ＝Ｌ１・Ｌ２）、前記Ｌ１と前記Ｌ２との幅比をＣ（Ｃ＝Ｌ１／Ｌ２）、以下の式１で表される前記収容部の形状に関するパラメータである形状係数をＹ、前記蓄熱体の真密度比をＸ、として、前記Ｘは０．４５未満であると共に、前記Ｙと前記Ｘとの間には以下の式２が成立することを特徴とする。
Ｙ＝（（Ａ／Ｂ）・√Ｃ）
－１
・・・（式１）
Ｙ≧－５０６４．２９・Ｘ＋２９２４．４３・・・（式２）
ここで、「拘束」とは、蓄熱、放熱時の化学反応に伴う蓄熱体の過度の体積変化を、抑制することをいう。例えば、収容部を区画する反応容器の内面を蓄熱体の外面の少なくとも一部に当接させることにより、蓄熱体を拘束し、蓄熱体の過度の膨張、収縮を抑制することをいう。
【０００９】
蓄熱体の密度（質量／（寸法から得られる体積））をρ、蓄熱体の真密度をρｔとして、蓄熱体の真密度比Ｘは、以下の式３で表される。
Ｘ＝ρ／ρｔ・・・（式３）
【００１０】
本開示の化学蓄熱器によると、収容部に、蓄熱体が、蓄熱体の少なくとも一部が拘束された状態で、収容されている。このため、蓄熱体の耐久性を高くすることができる。また、本開示の化学蓄熱器によると、形状係数Ｙと真密度比Ｘとの間に、式２が成立している。このため、蓄熱体の真密度比が０．４５未満であるにもかかわらず、蓄熱体の耐久性を高くすることができる。また、蓄熱体の真密度比が０．４５未満であるため、つまり蓄熱体を構成する一次粒子間の非充填部の割合（空隙率）が高いため、反応媒体に対する蓄熱体の反応性を高くすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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