JP6148885B2 - フィルタ、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システム - Google Patents

Description

本発明は、水蒸気を透過させるフィルタ、化学反応によって蓄熱する化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱反応器を用いた化学蓄熱システムに関する。

特許文献１には、熱媒が流れる熱媒流路と、熱媒流路で挟まれた水蒸気流路となる反応容器と、反応容器内の中央に設けられた主管部及び支管部と、反応容器内で支管部の両外側に設けられた蓄熱材とを有する化学蓄熱反応器が記載されている。特許文献１の化学蓄熱反応器では、水和反応により蓄熱材が膨張するとき、主管部が蓄熱材の膨張を抑制すると共に支管部が水蒸気を通過させることで、水蒸気の流路を確保している。

特開２０１２−２１１７１３号

ここで、特許文献１の化学蓄熱反応器において、蓄熱材の水和膨張圧は数[ＭＰａ]程度と大きいので、蓄熱材の水和による膨張で支管部の周縁が撓む可能性がある。この場合、膨張により粉体化した蓄熱材の一部が、支管部の周縁と反応容器との隙間から水蒸気流路内に侵入する可能性が高い。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、水蒸気の流路内への粉体の侵入を抑制することができるフィルタ、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムを得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係るフィルタは、多孔質体である金属繊維焼結体からなり水蒸気の流路と粉体の集合体との間に配置される底部と、前記金属繊維焼結体からなり前記底部の周縁で前記集合体を囲む周壁部とが一体に形成され、前記流路内への前記粉体の侵入を規制すると共に前記流路と前記集合体との間での水蒸気の移動を許容する。

上記構成によれば、集合体が膨張するなどして集合体の一部が粉体化した場合、フィルタの底部の周縁では、周壁部が流路内への粉体の回り込みを抑制する。これにより、フィルタに周壁部を設けていない構成に比べて、水蒸気の流路内への粉体の侵入を抑制することができる。

本発明の請求項２に係るフィルタは、前記金属繊維焼結体を形成する金属繊維は、針状又は紡錘状に形成されている。

上記構成によれば、針状又は紡錘状の金属粒子を焼結して出来上がった金属繊維焼結体は、粒状の金属粒子を焼結した金属焼結体に比べて最少空隙寸法が小さい。これにより、水蒸気の流路内に侵入しようとする粉体をさらに低減することができる。

本発明の請求項３に係るフィルタは、請求項１又は請求項２に記載のフィルタを単位フィルタとして、複数の該単位フィルタの前記周壁部を接合して構成されている。

上記構成によれば、隣接する周壁部が接合されて仕切壁となるので、一方のフィルタ内で生じた集合体の粉体が他方のフィルタ内へ移動しようとしても、この粉体の移動が周壁部で規制される。これにより、容器内各部で蓄熱材の存在比率が異なること（偏り）を抑制することができる。

本発明の請求項４に係る化学蓄熱反応器は、水蒸気の流路を備えた容器と、前記容器内に設けられ、水蒸気による水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する前記粉体の集合体としての蓄熱材と、前記容器内で前記蓄熱材を収納し、前記底部が前記流路に面する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフィルタと、を有する。

上記構成によれば、水蒸気が流路を流れ、フィルタを通って蓄熱材に到達する。そして、蓄熱材と水蒸気との水和反応により蓄熱材が発熱し、この発熱による熱量によって加熱対象（例えば、媒体流路内の熱媒体）が加熱される。

ここで、蓄熱材が水和反応により膨張するが、この膨張によって蓄熱材の一部が崩壊して粉体化することがあっても、フィルタの底部及び周壁部において、水蒸気の流路への粉体の侵入が抑制される。これにより、水蒸気の流路が蓄熱材で詰まることが抑制されるので、蓄熱材に供給される水蒸気の量が低下するのを抑制することができる。

本発明の請求項５に係る化学蓄熱反応器は、前記蓄熱材が水和したとき、前記周壁部が前記容器と前記蓄熱材とで挟まれる。

上記構成によれば、蓄熱材が水和反応により膨張したとき、この膨張力によってフィルタの周壁部が容器に押し付けられる。これにより、周壁部と容器との隙間を減らすことができる。

本発明の請求項６に係る化学蓄熱システムは、請求項４又は請求項５に記載の化学蓄熱反応器と、前記容器に気密状態で連通され、水蒸気を前記容器に供給する蒸発部と、を有する。

上記構成によれば、蓄熱材に供給される水蒸気の量の低下が抑制されることで、化学蓄熱反応器における蓄熱材の反応性の低下が抑制されるので、化学蓄熱システムにおける加熱対象（熱媒体を含む）の加熱効率の低下を抑制することができる。

本発明は、上記構成としたので、水蒸気の流路内への粉体の侵入を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る化学蓄熱システムの概略構成を示す全体図である。 本発明の実施形態に係る反応器の内部の構成図である。 （Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態に係る１つのフィルタ内に１つの蓄熱材を収納した状態を示す斜視図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る４つの単位フィルタの周壁部を溶接により接合した状態を示す斜視図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る４つの単位フィルタ内に蓄熱材を収納した状態を示す斜視図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る単位フィルタを形成する針状の複数の金属繊維の模式図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る単位フィルタを形成する紡錘状の複数の金属繊維の模式図である。（Ｃ）本発明の実施形態に係る粒状の複数の金属粒子の模式図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る化学蓄熱システムにおいて水和反応による熱媒の加熱状態を示す説明図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る化学蓄熱システムにおいて熱媒による加熱で脱水反応を行うときの凝縮状態を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る化学蓄熱システムにおける蓄熱材の反応平衡線及び水の気液平衡線を温度と平衡圧との関係で示す線図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る化学蓄熱反応器において蓄熱材の粉体の移動がフィルタで規制される状態を示す模式図である。（Ｂ）比較例の化学蓄熱反応器において蓄熱材の粉体が水蒸気の流路に流出する状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る化学蓄熱反応器において蓄熱材の粉体の移動がフィルタの周壁部で規制される状態を示す模式図である。 （Ａ）本発明の実施形態に係る蓄熱材の高さをフィルタの高さよりも低くした変形例の斜視図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る蓄熱材の高さをフィルタの高さよりも高くした変形例の斜視図である。（Ｃ）、（Ｄ）本発明の実施形態に係るフィルタの他の変形例を示す斜視図である。

本発明の実施形態に係るフィルタ、化学蓄熱反応器、及び化学蓄熱システムの一例について説明する。

（全体構成）
図１には、実施形態の一例としての化学蓄熱システム１０の概略構成が示されている。化学蓄熱システム１０は、水（Ｈ_２Ｏ）の蒸発、凝縮が行われる蒸発部の一例としての蒸発凝縮器１２と、後述する蓄熱材３０、３２の水和反応又は脱水反応が行われる化学蓄熱反応器の一例としての反応器２０と、を有している。さらに、化学蓄熱システム１０は、蒸発凝縮器１２及び反応器２０に接続され、これらの内部を連通させる水蒸気流路１４を有している。なお、本実施形態では一例として、化学蓄熱システム１０を自動車（図示省略）に適用している。

蒸発凝縮器１２は、貯留した水を蒸発させて反応器２０に供給する（水蒸気を生成する）蒸発部、反応器２０から導入された水蒸気を凝縮する凝縮部、及び水蒸気が凝縮された水を貯留する貯留部としての各機能を兼ね備えている。また、蒸発凝縮器１２は、内部に水を貯留した貯留容器１６を有している。貯留容器１６内には、水蒸気の凝縮用の冷媒が流れる冷媒流路１７及び水の蒸発用のヒータ１８が設けられている。冷媒流路１７は、貯留容器１６内における少なくとも気相部１６Ａを含む部分で熱交換を行うように設けられている。ヒータ１８は、貯留容器１６内における少なくとも液相部（貯留部）１６Ｂを含む部分で通電により加熱を行うように設けられている。

水蒸気流路１４には、蒸発凝縮器１２（貯留容器１６）と反応器２０（後述する反応容器２２）との連通、非連通を切り替えるための開閉弁１９が設けられている。貯留容器１６、反応容器２２、水蒸気流路１４、及び開閉弁１９は、互いの接続部位が気密に構成されており、これらの内部空間が予め真空脱気されている。

次に、反応器２０について説明する。

図２に示すように、反応器２０は、内部を熱媒体（以後、熱媒といい、図示は省略する）が流れる媒体流路の一例としての熱媒流路２４、２５に隣接し、水蒸気流路１４から水蒸気が流れる流路２３を備えた容器の一例としての反応容器２２を有している。さらに、反応器２０は、反応容器２２内の流路２３の熱媒流路２４、２５側に設けられた集合体としての蓄熱材３０、３２と、流路２３と蓄熱材３０、３２との間に配置されたフィルタの一例としてのフィルタアレイ４０、４２とを有している。

なお、以後の説明では、反応器２０において、流路２３から水蒸気流路１４への水蒸気の流出方向を＋Ｘ方向、水蒸気流路１４から流路２３への水蒸気の流入方向を−Ｘ方向と記載する。また、反応器２０の上方向を＋Ｙ方向、下方向を−Ｙ方向と記載する。さらに、反応器２０の手前側から奥側へ向かう方向を＋Ｚ方向、反応器２０の奥側から手前側へ向かう方向を−Ｚ方向と記載する。そして、各方向において＋、−の区別をしない場合は、単にＸ、Ｙ、Ｚ方向と記載する。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ直交している。

流路２３は、反応容器２２内のＹ方向中央でＸ方向に沿って延びている。反応容器２２内では、流路２３から＋Ｙ方向に向けて、フィルタアレイ４０、蓄熱材３０の順で積層されており、反応容器２２の＋Ｙ方向側に隣接して熱媒流路２４が配置されている。また、反応容器２２内では、流路２３から−Ｙ方向に向けて、フィルタアレイ４２、蓄熱材３２の順で積層されており、反応容器２２の−Ｙ方向側に隣接して熱媒流路２５が配置されている。なお、本実施形態では一例として、Ｘ−Ｙ面が鉛直面となるように反応器２０が配置されているが、これに限らず、Ｘ−Ｙ面が水平面となるように反応器２０を配置してもよい。

熱媒流路２４、２５は、一例として、角筒状のステンレス鋼で構成されており、＋Ｘ方向側に形成され熱媒が流入する扁平矩形状の流入口２４Ａ、２５Ａと、−Ｘ方向側に形成され熱媒が流出する扁平矩形状の流出口２４Ｂ、２５Ｂとを有している。なお、流入口２４Ａ、２５Ａから熱媒流路２４、２５内への熱媒の流入を矢印Ａで示しており、熱媒流路２４、２５内から流出口２４Ｂ、２５Ｂへの熱媒の流出を矢印Ｂで示している。矢印Ａ、Ｂの方向は、一例として、Ｘ方向に沿っている。

熱媒は、蓄熱材３０、３２から得た熱を加熱対象に輸送するためのものであり、本実施形態では、熱媒の一例として、自動車（図示省略）のエンジンオイルを用いている。なお、熱媒の他の例として、水等の流体を用いてもよい。また、熱媒としての流体ではなく触媒を用いて、この触媒を温めるようにしてもよい。

反応容器２２は、一例として、直方体状の容器で構成されている。そして、反応容器２２は、蓄熱材３２の−Ｙ方向側でＸ−Ｚ面に沿った底壁２２Ａと、底壁２２Ａの＋Ｘ方向側、−Ｘ方向側で＋Ｙ方向に直立する側壁２２Ｂ、２２Ｃと、側壁２２Ｂ及び側壁２２Ｃの上端を繋ぎ底壁２２Ａと対向する天井壁２２Ｄとを有している。また、反応容器２２は、−Ｚ方向側で＋Ｙ方向に直立する前壁（図示省略）と、＋Ｚ方向側で＋Ｙ方向に直立する後壁（図示省略）とを有している。さらに、側壁２２ＢのＹ方向中央部には、＋Ｘ方向側に開口した開口部２２Ｅが形成されている。開口部２２Ｅは、流路２３における水蒸気の入口及び出口となっており、開口部２２Ｅには、水蒸気流路１４の−Ｘ方向側の一端が接続されている。

蓄熱材３０、３２は、一例として、アルカリ土類金属の酸化物の１つである酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体が用いられている。この成形体は、例えば、酸化カルシウム粉体をバインダ（例えば粘土鉱物等）と混練し、焼成することで、略矩形ブロック状に形成されている。また、蓄熱材３０は、一例として、反応容器２２の天井壁２２Ｄの下面に密着した状態で配置（挿入）されており、蓄熱材３２は、一例として、反応容器２２の底壁２２Ａの上面に密着した状態で配置（挿入）されている。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、後述するフィルタアレイ４０、４２（図４（Ａ）参照）の一部を構成する単位フィルタ４０Ａ、４２Ａは、後述する蓄熱材３０Ａ、３２Ａの大きさに合わせて形成されている。そして、単位フィルタ４０Ａは、蓄熱材３０Ａを収納した状態において、後述する周壁部４５Ａ（図５（Ａ）参照）の内面に蓄熱材３０Ａの側面が接触すると共に、周壁部４５Ａの上面と蓄熱材３０Ａの上面との高さが揃う大きさとなっている。同様に、単位フィルタ４２Ａは、蓄熱材３２Ａを収納した状態において、周壁部４５Ａ（図５（Ａ）参照）の内面に蓄熱材３２Ａの側面が接触すると共に、周壁部４５Ａの上面と蓄熱材３２Ａの上面との高さが揃う大きさとなっている。

図４（Ｂ）に示すように、蓄熱材３０は、一例として、後述する４つの単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄに収納される４つの蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄで構成されている。同様に、蓄熱材３２は、一例として、後述する４つの単位フィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄに収納される４つの蓄熱材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄで構成されている。なお、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ及び蓄熱材３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、一例として、同じ形状、同じ大きさとなっており、流路２３（図２参照）を中心として＋Ｙ方向側、−Ｙ方向側に対称配置されている。このため、以後の説明では、蓄熱材３０について説明し、蓄熱材３２の説明を省略する。

図２に示す反応器２０において、蓄熱材３０は、水和に伴って放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものであり、反応器２０内では、以下に示す反応で放熱、蓄熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）_２
この式に蓄熱量Ｑ、発熱量Ｑを併せて示すと、
ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ
Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ → ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ
となる。なお、蓄熱材３０の１ｋｇ当たりの蓄熱容量は、一例として、１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。

ここで、本実施形態において、蓄熱材３０の粒径とは、蓄熱材３０を構成するＣａＯ粒子が粉体の場合はその平均粒径、粒状の場合は造粒前の粉体の平均粒径、成形体の場合は成形前の造粒粉の平均粒径とする。これは、粒や成形体が崩壊する場合、前工程の状態に戻ると推定されるためである。

（要部構成）
次に、フィルタアレイ４０、４２について説明する。

図４（Ａ）に示すように、フィルタアレイ４０、４２は、金属繊維焼結体の一例として、ステンレス鋼繊維焼結体が用いられている。ステンレス鋼製繊維焼結体は、図５（Ａ）に示すように、一例として、針状の複数の金属繊維Ｓ１が焼結された多孔質体となっている。なお、図５（Ｂ）に示すように、金属繊維焼結体として、紡錘状の複数の金属繊維Ｓ２を焼結した多孔質体を用いてもよい。また、金属繊維であれば、針状、紡錘状以外の他の形状のものが使用可能である。

ただし、図５（Ｃ）に示すように、複数の粒状の金属粒子Ｓ３からなる焼結体については、針状の金属繊維Ｓ１（図５（Ａ）参照）及び紡錘状の金属繊維Ｓ２（図５（Ｂ）参照）に比べて結着力が小さいため、本実施形態では使用していない。なお、蓄熱材３０、３２の選択によっては、金属粒子Ｓ３からなる焼結体を用いることが可能な場合もある。

また、フィルタアレイ４０、４２は、蓄熱材３０、３２の平均粒径より小さいろ過精度を有している。これにより、フィルタアレイ４０、４２では、蓄熱材３０、３２の平均粒径より狭い流路における水蒸気Ｗの移動を許容する一方、平均粒径よりも大きい蓄熱材３０、３２を通過させない（流路２３への侵入を規制する）ようになっている。なお、ろ過精度とは、ろ過効率が５０[％]〜９８[％]となる粒子径のことであり、ろ過効率とは、ある粒子径の粒子に対する除去効率である。

図４（Ａ）に示すように、フィルタアレイ４０は、一例として、上部が開放された４つの単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄで構成されている。同様に、フィルタアレイ４２は、上部が開放された４つの単位フィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄで構成されている。なお、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ及び単位フィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄは、一例として、同じ形状、同じ大きさとなっており、流路２３（図２参照）を中心として＋Ｙ方向側、−Ｙ方向側に対称配置されている。このため、以後の説明では、フィルタアレイ４０について説明し、フィルタアレイ４２の説明を省略する。

単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、それぞれ板状のステンレス鋼繊維焼結体を直方体状の金型を用いてプレス機（図示省略）により絞り加工することで、上部が開放されたトレイ状に形成されている。板状のステンレス鋼繊維焼結体を絞り加工した後では、図１０（Ｃ）に示すように、周壁部の高さが不揃いとなるため、二次加工により同じ高さとしている。

また、図４（Ａ）に示すように、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、Ｘ−Ｚ面に沿って広がる四角形状の底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄを有している。さらに、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄは、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの周縁（＋Ｘ方向側、−Ｘ方向側、＋Ｚ方向側、及び−Ｚ方向側）で＋Ｙ方向に直立した周壁部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄを有している。そして、底部４４Ａと周壁部４５Ａ、底部４４Ｂと周壁部４５Ｂ、底部４４Ｃと周壁部４５Ｃ、及び底部４４Ｄと周壁部４５Ｄは、それぞれ一体化されている。

底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄは、Ｙ方向の厚み及び空隙率が、該底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの面内方向（Ｘ−Ｚ面に沿った面内方向）で揃えられている。空隙率とは、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの体積に対する空隙の容積の比率である。そして、空隙率は、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの厚みが面内方向でほぼ一定となるように単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄを製作することで、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ内でほぼ均等な比率に制御されている。

ここで、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄは、同一面に沿って隣接して配置されている。そして、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｂ、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｃ、周壁部４５Ｂと周壁部４５Ｄ、及び周壁部４５Ｃと周壁部４５Ｄが、それぞれ少なくとも１箇所の溶接により接合され、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄがアレイ化されている（フィルタアレイ４０とされている）。

図２に示すように、底部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄは、流路２３と蓄熱材３０との間にＸ−Ｚ面に沿って（流路２３に面して）配置されている。また、−Ｘ方向側の周壁部４５Ａの外面は、側壁２２Ｃの内面と接触しており、＋Ｘ方向側の周壁部４５Ｂの外面は、側壁２２Ｂの内面と接触している。

既述のように、単位フィルタ４０Ａ内には、蓄熱材３０Ａが、周壁部４５ＡにＸ方向及びＺ方向で囲まれると共に単位フィルタ４０Ａと接触して収納されている。同様に、単位フィルタ４０Ｂ内には、蓄熱材３０Ｂが、周壁部４５ＢにＸ方向及びＺ方向で囲まれると共に単位フィルタ４０Ｂと接触して収納されている。

（比較例）
次に、比較例の反応器２００について説明する。

図８（Ｂ）に示すように、比較例の反応器２００は、本実施形態の反応器２０（図２参照）において、フィルタアレイ４０に換えてフィルタ２１０が設けられた構成となっており、フィルタ２１０を除く他の構成は本実施形態の反応器２０と同様の構成となっている。また、図８（Ｂ）では、蓄熱材３０Ｂ側のみ示しており、同様の構成の蓄熱材３０Ａ側の図示を省略している。

フィルタ２１０は、金属製、多孔質で、Ｙ方向に見て蓄熱材３０Ｂと同形状の板状体に形成されている。そして、フィルタ２１０は、流路２３と蓄熱材３０との間に配置されており、フィルタ２１０の周縁（端部）は、反応容器２２の側壁２２Ｂには接着されていない。なお、蓄熱材３０における水和反応が生じる前の段階では、フィルタ２１０の周縁（端部）と側壁２２Ｂの内面とが接触するように配置されている。

ここで、比較例の反応器２００では、蓄熱材３０Ｂが水和反応により膨張したとき、フィルタ２１０の周縁と側壁２２Ｂとが接着されていないため、フィルタ２１０の周縁と側壁２２Ｂとの間に隙間Ｃが生じる。そして、比較例の反応器２００では、膨張に伴い蓄熱材３０Ｂの一部が崩れて粉体Ｐとなったとき、この粉体Ｐが隙間Ｃを通って流路２３内に流入することになる。流路２３内に流入した粉体Ｐは、堆積して流路２３を塞ぎ水蒸気Ｗの流量を減少させてしまう問題点がある。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

（化学蓄熱システムの作用）
図６（Ａ）に示すように、本実施形態の化学蓄熱システム１０において反応器２０に蓄熱された熱を放熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、蒸発凝縮器１２のヒータ１８により液相部１６Ｂの水を蒸発させる。そして、生成された水蒸気Ｗが、水蒸気流路１４内を矢印−Ｘ方向に移動して、反応器２０内に供給される。

続いて、反応器２０内では、供給された水蒸気Ｗが流路２３内を流れる。そして、流路２３内の水蒸気Ｗが単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂを通過して蓄熱材３０Ａ、３０Ｂと接触することにより、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂは、水和反応を生じつつ放熱する。

続いて、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂにおいて水和反応により生じた熱は、反応容器２２を介して熱媒流路２４へ伝導し、熱媒流路２４内を流れる熱媒（図示省略）によって加熱対象に輸送される。このようにして、反応器２０に蓄熱された熱の放熱が行われる。

一方、図６（Ｂ）に示すように、化学蓄熱システム１０において反応器２０の蓄熱材３０Ａ、３０Ｂに蓄熱する際には、開閉弁１９を開放した状態で、熱媒流路２４、２５内に熱源（図示省略）によって加熱された熱媒（図示省略）を流通させる。この熱媒によって加熱されることで、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂが脱水反応を生じ、この脱水反応で生じた熱が蓄熱材３０Ａ、３０Ｂに蓄熱される。

このとき、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂから脱水された水蒸気Ｗは、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂを通り、流路２３及び水蒸気流路１４を流れ、蒸発凝縮器１２内に導入される。そして、蒸発凝縮器１２の気相部１６Ａにおいて、冷媒流路１７を流通する冷媒によって水蒸気Ｗが冷却され、凝縮された水が貯留容器１６の液相部１６Ｂに貯留される。このようにして、反応器２０における蓄熱が行われる。

蓄熱材３０Ａ、３０Ｂの蓄熱、放熱について、図７に示す化学蓄熱システム１０のサイクル（一例）を参照しつつ補足する。図７には、ＰＴ線図に示された圧力平衡点における化学蓄熱システム１０（図１参照）のサイクルが示されている。この図において、上側の等圧線が脱水（吸熱）反応を示し、下側の等圧線が水和（発熱）反応を示している。

このサイクルでは、例えば、蓄熱材の温度が４１０℃で蓄熱された場合、水蒸気は５０℃が平衡温度となる。そして、化学蓄熱システム１０では、水蒸気は蒸発凝縮器１２（図１参照）において冷媒流路１７の冷媒との熱交換によって５０℃以下に冷却され、凝縮されて水になる。

一方、ヒータ１８（図１参照）により加熱を行うことで、該ヒータ１８の温度に応じた蒸気圧の水蒸気が発生する。例えば、図７のサイクルにおいて、５℃で水蒸気を発生させる場合、蓄熱材は３１５℃で放熱することが解る。このように、内部が真空脱気されている化学蓄熱システム１０では、５℃付近の低温熱源から熱を汲み上げて、３１５℃もの高温を得ることができる。

ここで、図１に示すように、本実施形態の化学蓄熱システム１０では、後述するフィルタアレイ４０、４２の作用により、流路２３が蓄熱材３０、３２の粉体Ｐの堆積で詰まることが抑制され、蓄熱材３０、３２に供給される水蒸気Ｗの量の低下が抑制される。これにより、反応器２０における蓄熱材３０、３２の反応性の低下が抑制されるので、化学蓄熱システム１０における加熱対象（熱媒体を含む）の加熱効率の低下を抑制することができる。

（フィルタの作用）
図８（Ａ）に示すように、本実施形態の反応器２０では、蓄熱材３０Ｂの水和反応による膨張で蓄熱材３０Ｂの一部が崩れて粉体Ｐとなっても、単位フィルタ４０Ｂの周壁部４５Ｂが、流路２３内への粉体Ｐの回り込みを抑制する。これにより、反応器２０では、既述の比較例に比べて、流路２３内への粉体Ｐの侵入を抑制することができる。

さらに、反応器２０では、膨張した蓄熱材３０Ｂが、単位フィルタ４０Ｂの周壁部４５Ｂを側壁２２Ｂの内面に押し付ける（図の矢印Ｆ）ので、周壁部４５Ｂが、蓄熱材３０Ｂと反応容器２２の側壁２２Ｂとで挟まれる。そして、周壁部４５Ｂは、変形が側壁２２Ｂによって抑制される。このため、反応器２０では、周壁部４５Ｂと側壁２２Ｂとの隙間がほとんど無くなり、即ち、蓄熱材３０Ｂと側壁２２Ｂの内面との間に隙間が形成されるのを抑制することができる。これにより、反応器２０では、既述の比較例に比べて、流路２３内への粉体Ｐの侵入をさらに抑制することができる。なお、単位フィルタ４０Ｂの底部４４Ｂでは、平均粒径よりも大きい粉体Ｐが流路２３へ移動することが抑制（規制）されている。

また、反応器２０では、フィルタアレイ４０、４２（図２参照）として、針状の金属繊維Ｓ１（図５（Ａ）参照）又は紡錘状の金属繊維Ｓ２（図５（Ｂ）参照）を焼結して出来上がった金属繊維焼結体を用いている。このため、粒状の金属粒子Ｓ３（図５（Ｃ）参照）を焼結した金属焼結体に比べて、最少空隙寸法を小さくすることが可能となる。これにより、流路２３内への粉体Ｐの侵入をさらに抑制することができる。なお、フィルタアレイ４０、４２として金属繊維焼結体を用いることで、粒状の焼結体を用いる場合に比べて、深絞りを行ったときに金属繊維間の広がり（空隙の広がり）を抑制することができる。

さらに、フィルタアレイ４０、４２は、既述のように、針状の金属繊維Ｓ１又は紡錘状の金属繊維Ｓ２を用いているので、粒状の金属粒子Ｓ３（図５（Ｃ）参照）を焼結した金属焼結体に比べて、各金属繊維Ｓ１同士又は各金属繊維Ｓ２同士の結着力が大きい。これにより、フィルタアレイ４０、４２は、金属繊維焼結体を深絞り加工する際、折り曲げ部位（Ｒ部位）で金属繊維焼結体に亀裂が生じるのを抑制することができる。

加えて、本実施形態の反応器２０では、図４（Ｂ）に示すように、蓄熱材３０を既述のように複数の蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄで構成しているので、蓄熱材３０で必要とされる蓄熱量に合わせて大型のフィルタを製作しなくて済む。そして、周壁部４５Ａ、４５Ｂが溶接により接合されているので、これらを接合しない場合に比べて、フィルタアレイ４０の強度を高めることができる。

なお、図２に示すように、フィルタアレイ４０、４２は、＋Ｙ方向側又は−Ｙ方向側が開放されて蓄熱材３０Ａ、３０Ｂが露出しているので、反応容器２２と蓄熱材３０Ａ、３０Ｂとが接触する。これにより、反応容器２２と蓄熱材３０Ａ、３０Ｂとの間に隙間が形成される構成に比べて、熱抵抗を抑制することができる。

また、本実施形態の反応器２０では、図９に示すように、隣接する周壁部４５Ａ、４５Ｂが接合されて仕切壁となる。このため、例えば、単位フィルタ４０Ａ内で生じた蓄熱材３０Ａの粉体Ｐが単位フィルタ４０Ｂ内へ移動しようとしても、この粉体Ｐの移動が周壁部４５Ａ、４５Ｂで規制される。これにより、反応容器２２（図２参照）内の各部で蓄熱材３０の存在比率が異なること、即ち、蓄熱材３０の偏りを抑制することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

反応器２０は、反応容器２２における水蒸気の流れる方向（矢印Ｘ方向）と、熱媒流路２４、２５の熱媒が流れる方向とが、側面視で直交する配置となっていてもよい。また、ヒータ１８に換えて、熱媒が流れる熱媒流路を液相部１６Ｂに配置して水蒸気を発生させるようにしてもよい。さらに、蓄熱材３０、３２に隣接してヒータ又は熱媒流路を配置し、蓄熱材３０、３２を加熱して脱水反応を生じさせるようにしてもよい。

蓄熱材３０、３２の一例として酸化カルシウムを用いたが、水和、脱水による放熱、蓄熱を行う他の化学蓄熱材（例えば、アルカリ土類金属の酸化物）を用いてもよい。さらに、上記実施形態では、蓄熱材３０、３２として成形体を用いた例を示したが、これに限定されず、例えば、粒状に形成された蓄熱材を反応容器２２内に充填することで反応器２０を構成しても良い。

蓄熱材３０の変形例として、図１０（Ａ）に示すように、蓄熱材３０の上面の高さが、フィルタアレイ４０の周壁部４５Ａの上面の高さよりも低くなっていてもよい。ただし、蓄熱材３０が膨張したときに天井壁２２Ｄと接触しないと熱抵抗が大きくなる（熱伝導の効率が悪くなる）ため、蓄熱材３０が膨張したときに該蓄熱材３０の上面の高さが周壁部４５Ａの上面の高さ以上となることが必要である。

また、図１０（Ｂ）に示すように、蓄熱材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄの上面の高さが、周壁部４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄの上面の高さよりも高くなっていてもよい。さらに、フィルタアレイ４０、４２では、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｂ、周壁部４５Ａと周壁部４５Ｃ、周壁部４５Ｂと周壁部４５Ｄ、及び周壁部４５Ｃと周壁部４５Ｄの４組が全て接合されていなくてもよく、少なくとも１組が接合されていればよい。

図１０（Ｃ）に示すように、単位フィルタ４０Ａ、４０Ｂにおいて、深絞り後の周壁部の高さを揃える二次加工をせず、四隅に他の部位よりも上方へ突出した突出部４９が形成されたままで用いてもよい。

図１０（Ｄ）に示すように、＋Ｘ方向側の周壁部が無い単位フィルタ６０Ａと、−Ｘ方向側の周壁部が無い単位フィルタ６０Ｂとを接合した後に、この接合部位に仕切壁６２を溶接して、フィルタアレイ６０を形成してもよい。また、１つの単位フィルタにおいて、内部に仕切壁を溶接して、１つの単位フィルタ内を複数の空間に仕切ってもよい。さらに、フィルタの接合は溶接に限らず、接着剤を用いた接着であってもよい。

１０ 化学蓄熱システム
１２ 蒸発凝縮器（蒸発部の一例）
２０ 反応器（化学蓄熱反応器の一例）
２２ 反応容器（容器の一例）
２３ 流路
３０ 蓄熱材（粉体の集合体の一例）
３２ 蓄熱材（粉体の集合体の一例）
４０ フィルタアレイ（フィルタの一例）
４０Ａ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４０Ｂ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４０Ｃ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４０Ｄ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２ フィルタアレイ（フィルタの一例）
４２Ａ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ａ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ｂ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ｃ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４２Ｄ 単位フィルタ（フィルタの一例）
４４Ａ 底部
４４Ｂ 底部
４４Ｃ 底部
４４Ｄ 底部
４５Ａ 周壁部
４５Ｂ 周壁部
４５Ｃ 周壁部
４５Ｄ 周壁部
Ｐ 粉体
Ｗ 水蒸気

Claims (6)

1. 多孔質体である金属繊維焼結体からなり水蒸気の流路と粉体の集合体との間に配置される底部と、前記金属繊維焼結体からなり前記底部の周縁で前記集合体を囲む周壁部とが一体に形成され、前記流路内への前記粉体の侵入を規制すると共に前記流路と前記集合体との間での水蒸気の移動を許容するフィルタ。
2. 前記金属繊維焼結体を形成する金属繊維は、針状又は紡錘状に形成されている請求項１に記載のフィルタ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のフィルタを単位フィルタとして、複数の該単位フィルタの前記周壁部を接合して構成されたフィルタ。
4. 水蒸気の流路を備えた容器と、
   前記容器内に設けられ、水蒸気による水和反応で発熱し加熱による脱水反応で蓄熱する前記粉体の集合体としての蓄熱材と、
   前記容器内で前記蓄熱材を収納し、前記底部が前記流路に面する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフィルタと、
   を有する化学蓄熱反応器。
5. 前記蓄熱材が水和したとき、前記周壁部が前記容器と前記蓄熱材とで挟まれる請求項４に記載の化学蓄熱反応器。
6. 請求項４又は請求項５に記載の化学蓄熱反応器と、
   前記容器に気密状態で連通され、水蒸気を前記容器に供給する蒸発部と、
   を有する化学蓄熱システム。