パラアルデヒド/アセトアルデヒド系ケミカルヒートポンプを用いた新しい冷房システム

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ケミカルヒートポンプはフロンを用いない省エネ機関として研究開発がなされている。パラアルデヒド系ヒートポンプは、圧縮式ヒートポンプに化学反応を加えた新しいシステムである。本システムの平衡論的検討をした結果、成績係数(COP)が圧縮式ヒートポンプと同程度であった。パラアルデヒドは酸触媒上で低沸点化合物のアセトアルデヒドに分解し冷熱を発生する。本システムではこの反応熱を冷熱発生に利用する。そこで、パラアルデヒドからアセトアルデヒドへの解重合速度および反応機構を調べ、システム効率および実用性に対する反応速度の影響を検討した。パラアルデヒドの解重合速度は微分式反応器を用いて測定した。反応速度は、液相中のアセトアルデヒドの濃度が増加するにつれ減少する。吸熱反応器の触媒当たり冷熱発生速度を高めるには、吸熱反応器内の圧力を低く保ち液相中のアセトアルデヒド濃度を低くする必要がある。しかし吸熱反応器内の圧力を低くすると、圧縮機の仕事が高くなるばかりでなく未反応で蒸発するパラアルデヒドが増加するため、COPは低下する。冷熱発生側13℃、廃熱側40℃としたときR22を用いた圧縮式ヒートポンプのCOPは5.5である。本システムで同値のCOPを得る場合、反応速度6.4×10^<-2>mol(kg-cat.^<-1>)s^<-1>、吸熱量0.90kW、必要触媒量92gとなる。ただし、発熱反応器圧力82kPa、循環流量1.0gs^<-1>とした。この値は使用したAmberlyst 15Eの酸強度(-2.2)に依っている。これより強い酸強度の触媒を用いることによりシステムを改善できる。