粒子層伝熱促進体の開発と気固系ケミカルヒ-トポンプの高性能化

低温度レベルのヒ-トポンプ作動系である塩化カルシウム・メチルアミン気固反応について、粒子充填層の総括的な反応解析を行い、さらに高熱伝導性材料の混入による粒子層伝熱促進法を検討した。(1)粒子充填層の反応解析:気体の拡散、固体粒子との反応、充填層内の熱移動を統合した解析を1次元充填層について行った。反応速度定数としては、薄層充填層の実験結果より得られたアレニウス型相関式を用い、ケミカルヒ-トポンプの操作において律速段階となる付加反応の解析を重点的に行った。総括反応速度、伝熱速度、層内反応転化率分布、温度分布に及ぼす粒子充填層高さ、空隙率の影響を調べ、充填層高さが1mm以下では反応はほぼ等温的に進行すること、それ以上の充填層高さでは層温度の上昇が著しくなり、反応推進力が減少して反応の進行が阻害されることを明らかにした。また、充填層の有効熱伝導度を5倍上昇させれば反応所要時間を1/2に短縮することができ、気固系ケミカルヒ-トポンプの高性能化には粒子充填層の熱伝導性の改善が不可欠となることがわかった。(2)粒子層の伝熱促進:高熱伝導性材料として炭素粒子を混入し、粒子層伝熱の改善を試みた。塩化カリシウム濃厚溶液中に炭素粒子を混入して加熱晶析した後、微粒化し、炭素粒子を芯物質とする塩化カルシウムのカプセル化粒子を作製した。塩化カルシウムと炭素粒子を単純に振とう・混合した試料と上記カプセル化複合試料の熱伝導度を比較した結果、カプセル化複合試料の使用は充填性伝導性の改善に効果的であることがわかった。

低温度レベルのヒ-トポンプ作動系である塩化カルシウム・メチルアミン気固反応について、粒子充填層の総括的な反応解析を行い、さらに高熱伝導性材料の混入による粒子層伝熱促進法を検討した。(1)粒子充填層の反応解析:気体の拡散、固体粒子との反応、充填層内の熱移動を統合した解析を1次元充填層について行った。反応速度定数としては、薄層充填層の実験結果より得られたアレニウス型相関式を用い、ケミカルヒ-トポンプの操作において律速段階となる付加反応の解析を重点的に行った。総括反応速度、伝熱速度、層内反応転化率分布、温度分布に及ぼす粒子充填層高さ、空隙率の影響を調べ、充填層高さが1mm以下では反応はほぼ等温的に進行すること、それ以上の充填層高さでは層温度の上昇が著しくなり、反応推進力が減少して反応の進行が阻害されることを明らかにした。また、充填層の有効熱伝導度を5倍上昇させれば反応所要時間を1/2に短縮することができ、気固系ケミカルヒ-トポンプの高性能化には粒子充填層の熱伝導性の改善が不可欠となることがわかった。(2)粒子層の伝熱促進:高熱伝導性材料として炭素粒子を混入し、粒子層伝熱の改善を試みた。塩化カリシウム濃厚溶液中に炭素粒子を混入して加熱晶析した後、微粒化し、炭素粒子を芯物質とする塩化カルシウムのカプセル化粒子を作製した。塩化カルシウムと炭素粒子を単純に振とう・混合した試料と上記カプセル化複合試料の熱伝導度を比較した結果、カプセル化複合試料の使用は充填性伝導性の改善に効果的であることがわかった。