冷熱生成のための高吸湿性ポリマーゲル型ヒートポンプの開発と性能評価

高吸湿性聚合物凝胶型冷热热泵的研制及性能评价

• 批准号: 12750659
• 负责人: 汲田 幹夫
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750659/
• 关键词: 吸湿性高分子ゲル; 水蒸気; 吸着ヒートポンプ; 冷熱生成性能; 吸放湿平衡; 吸放湿速度; 吸着式冷凍機; 吸着平衡; 吸着速度; 冷熱出力

本研究は、水蒸気系吸着ヒートポンプの更なる冷熱生成性能の向上を図るために、優れた吸湿能を有する高分子ゲルを本ヒートポンプの蓄水材に適用することを提案し、その実用性を検討するものである。本年度は、最初にポリビニルピロリドン(PVP1, 2),ポリアクリル酸ナトリウム(SPA1, 2)、ポリアクリル酸(PAA)の耐久性を検証するために、吸着30℃、蒸発20℃の温度条件下で長時間の吸湿実験を行った。その結果、各高分子ゲルの吸湿平衡量は昨年度とほぼ同量を示したが、平均分子量30,000のPVP2を除く4種の高分子ゲルは、相対水蒸気圧0.55の湿度環境下に4時間以上曝すと、当初の白色粉粒状態から水蒸気の蓄積によりゼリー状(PVP1, SPA1, SPA2)や塊状(PAA)に変化し始めることが判明し、その後、試料の真空脱気を行っても初期重量に回復しないことが分かった。つまり、これらの高分子ゲルは吸放湿操作の繰り返しにより徐々にその吸湿能が低下することを示唆している。そこで、吸湿時のマクロな状態変化が極めて少ないPVP2と比較試料のシリカゲル(SG)を蓄水材に適用した試作ヒートポンプを用いて種々の操作温度条件下で3サイクルの冷熱生成実験を行った。その結果、水/PVP2系を用いた場合でも水/SG系と同様に冷媒水蒸気の良好な吸脱着が確認でき、吸着・再生の両過程において概ね20分以内にほぼ吸放湿平衡量に到達することが分かった。また、水/PVP2系の冷熱生成性能は操作温度の影響を受けるが、吸着30℃、蒸発20℃、再生80℃、凝縮20℃で冷凍操作を行うと最大で1.OkW/kgの冷熱を生成し得ることが認められた。これらのことからPVP2は水蒸気系吸着ヒートポンプの蓄水材として十分機能することが示唆されるが、実用性を考慮するとPVPの分子量を更にあげる必要があると考えられる。なお、水/PVP2・SG複合系の冷熱生成性能は水/PVP2単独系のそれには及ばないことも判明した。

This study is aimed at improving the performance of water vapor adsorption and heat generation, improving the moisture absorption performance of polymers, and improving the usability of water storage materials. This year, the durability test of polyacid (PVP1, 2), polyacid (SPA1, 2) and polyacid (PAA) was initially conducted, and the moisture absorption test was conducted at 30℃ and 20℃ for a long time. The results show that the moisture absorption equilibrium of each polymer is the same as that of the previous year. The average molecular weight of PVP2 is 30,000. In addition, the moisture absorption equilibrium of 4 kinds of polymers is the same as that of the previous year. The moisture absorption equilibrium of each polymer is different from that of the previous year. The moisture absorption equilibrium of each polymer is different from that of the previous year. The moisture absorption equilibrium of each polymer is different from that of the previous year. The moisture absorption equilibrium of each polymer is different from that of the previous year.(PVP1, SPA1, SPA2) Block (PAA): Initial weight of sample after vacuum degassing: Initial weight of sample recovered. The moisture absorption and desorption properties of these polymers are low. When moisture is absorbed, the state changes to the extreme. PVP2 and the comparative sample (SG) are suitable for water storage materials. Under the operating temperature conditions, the cold and heat generation of PVP 2 and SG 3 are suitable. The results show that when water/PVP2 system is used, water/SG system is the same, good adsorption and desorption of Freon water vapor are confirmed, adsorption and regeneration process is estimated within 20 minutes, and moisture adsorption and desorption equilibrium is reached. The cold and heat generation performance of water/PVP2 system is affected by operating temperature, adsorption 30℃, evaporation 20℃, regeneration 80℃, condensation 20 ℃, freezing operation, maximum 1.0 kW/kg cold and heat generation. For example, PVP2 is a water vapor adsorption material, and its molecular weight is necessary for its application. Water/PVP2·SG composite system cold and heat generation performance of water/PVP2 single system