無機塩/CO_2/吸着材ハイブリット型高温ケミカルヒートポンプに関する基礎研究

700〜1000℃級の熱エネルギーの高度利用を可能にする技術の確立を目的として、その熱エネルギーから約1000〜1200℃の熱発生が見込まれる高温ケミカルヒートポンプに関して、その稼動性に関する基礎的検討を行った。反応系としては、作動媒体に二酸化炭素を選び、高温側でこの二酸化炭素と酸化カルシウムの無機塩酸化物の固気反応、低温側で、作動媒体である二酸化炭素を貯蔵すると同時に蓄熱機能も有する方式を組み合わせた系を提案した。特に低温側については、二酸化炭素のa)外部動力による圧縮、b)無機塩酸化物を用いる炭酸化、c)吸着材を用いる吸着の各貯蔵法を採用した場合の本ヒートポンプの昇温幅を指標とする比較を行った。その結果、貯蔵法c)が貯蔵量、操作温度・圧力、外部動力の不必要性などの観点から最も優れていることを明らかにした。ただし、吸着材については、30〜300℃の広範囲において二酸化炭素の良好な吸・脱着性能を有するゼオライト系吸着材が有望な候補に挙げられ、その吸着平衡データの実測を行った。高温側の固体無機塩酸化物の炭酸化反応の実験的検討結果は、CaO系において温度873〜1073Kの範囲で反応開始直後、ほぼ瞬間的に反応率50%程度に達し、極めて早い反応・発熱速度が得られた。また、反応時間1時間で90%以上の高い反応率に到達し、反応効率の点からも本反応系が高温ケミカルヒートポンプの要素反応系として極めて実現性が高いことを認めた。

700〜1000℃級の熱エネルギーの高度利用を可能にする技術の確立を目的として、その熱エネルギーから約1000〜1200℃の熱発生が見込まれる高温ケミカルヒートポンプに関して、その稼動性に関する基礎的検討を行った。反応系としては、作動媒体に二酸化炭素を選び、高温側でこの二酸化炭素と酸化カルシウムの無機塩酸化物の固気反応、低温側で、作動媒体である二酸化炭素を貯蔵すると同時に蓄熱機能も有する方式を組み合わせた系を提案した。特に低温側については、二酸化炭素のa)外部動力による圧縮、b)無機塩酸化物を用いる炭酸化、c)吸着材を用いる吸着の各貯蔵法を採用した場合の本ヒートポンプの昇温幅を指標とする比較を行った。その結果、貯蔵法c)が貯蔵量、操作温度・圧力、外部動力の不必要性などの観点から最も優れていることを明らかにした。ただし、吸着材については、30〜300℃の広範囲において二酸化炭素の良好な吸・脱着性能を有するゼオライト系吸着材が有望な候補に挙げられ、その吸着平衡データの実測を行った。高温側の固体無機塩酸化物の炭酸化反応の実験的検討結果は、CaO系において温度873〜1073Kの範囲で反応開始直後、ほぼ瞬間的に反応率50%程度に達し、極めて早い反応・発熱速度が得られた。また、反応時間1時間で90%以上の高い反応率に到達し、反応効率の点からも本反応系が高温ケミカルヒートポンプの要素反応系として極めて実現性が高いことを認めた。