冷熱発生用高効率気固系ケミカルヒートポンプの開発

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水,メタノール,アンモニア,メチルアミンと塩化カルシウムの気固反応を利用すると60〜80℃の低エクセルギー廃熱を用いて作動する冷房・冷凍用のヒートポンプを構成することができる.一般に,気固反応の進行は伝熱に支配されるので,ヒートポンプの高性能化にあたっては反応固体粒子層の伝熱機構を明らかにして適切な伝熱促進を図る必要がある.本研究では,固体反応物の熱物性値に焦点を当て,塩化カルシウムを中心に反応による各種固体反応物の体積,熱容量,熱伝導度の変化を検討した.メチルアミンのように反応性の強い気体と反応した固体の体積を溶媒置換法を用いて測定することは困難である.そこで,反応固体を入れた反応管中に不活性ガスを圧入し,その圧力を変化させて反応管の質量を測定し,置換された固体の体積を測定する方法を開発した.固体反応物のモル体積は付加モル数に比例して増加し,1モル付加当たりの水和物,アンモニア化物の体積増加は水や液体アンモニウムのモル体積の7〜8割であった.一方,メタノール化物,メチルアミン化物の体積増加はメタノール,メテイルアミン液体のモル体積にほぼ等しくなった.熱容量については,特に水和塩について詳細に検討し,反応固体に関して化学構造に関する加成性と固体の原子熱容量を用いたNeumann-Koppの法則が適用できることを確かめた.また,反応管中の固体反応層に熱電対を挿入して半径方向の非定常温度分布を測定して反応層の有効熱伝導度を測定するシステムを開発し,円カルシウムのアンモニア化物,メチルアミン化物の有効熱伝導度を求めた.これら反応層の有効熱伝導度は無水塩化カルシウム層の有効熱伝導度の約1/2に減少した.これは反応によって反応層の空隙率が増加するだけでなく,固体反応物自体の熱伝導度が減少することを示唆している.