JP2014044000A - Heat exchange type reactor and adsorption type heat pump - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchange type reactor that is excellent in efficiency of heat exchange between an absorption material compact and a heat medium, and improves reaction speed of adsorption-desorption reaction of an adsorbate to an adsorption material.SOLUTION: A heat exchange type reactor includes: a housing 22 in which a reaction chamber 24 capable of storing an adsorption material compact and a heat medium flow passage 26 in which a heat medium flows are alternately arranged; and adsorption material compacts 32A and 32B that is stored in the reaction chamber 24, has a heat transfer surface S performing heat exchange with the heat medium, and contains an adsorption material that discharges heat when an adsorbate is adsorbed and that stores heat when the adsorbate is desorbed and a fibrous heat conductive material whose axial direction crosses with respect to the heat transfer surface.

Description

本発明は、熱交換型反応器及び吸着式ヒートポンプに関する。   The present invention relates to a heat exchange reactor and an adsorption heat pump.

吸着式ヒートポンプ等の熱輸送システムでは、吸着材を含み、この吸着材に対する吸着質(水、アンモニア等)の吸脱着反応を利用する熱交換型反応器が用いられている。
このような熱交換型反応器では、吸脱着反応に伴う吸着熱及び脱着熱により吸着材の温度が変化し、これにより平衡関係が変化してその後の吸脱着反応が阻害され、その結果、吸脱着反応の反応速度が低下する場合がある。この吸脱着反応の反応速度を向上させる手段としては、吸着材を含有する吸着材層の熱伝導性を向上させる手段が有効であることが知られている。このような手段の一つとして、吸着材を含有する吸着材層に、更に、伝熱促進材として、金属フィンや炭素繊維等の熱伝導性材料を含有させる手段が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
In a heat transport system such as an adsorption heat pump, a heat exchange type reactor that includes an adsorbent and uses adsorption / desorption reaction of adsorbate (water, ammonia, etc.) to the adsorbent is used.
In such a heat exchange reactor, the temperature of the adsorbent changes due to the adsorption heat and desorption heat associated with the adsorption / desorption reaction, thereby changing the equilibrium relationship and inhibiting the subsequent adsorption / desorption reaction. The reaction rate of the desorption reaction may decrease. As means for improving the reaction rate of this adsorption / desorption reaction, it is known that means for improving the thermal conductivity of the adsorbent layer containing the adsorbent is effective. As one of such means, a means is known in which an adsorbent layer containing an adsorbent further contains a heat conductive material such as a metal fin or carbon fiber as a heat transfer promoting material (for example, Non-patent document 1).

伝熱 Journal of the Heat Transfer Society of Japan Vol.45,No.192、社団法人日本伝熱学会、2006年7月、p.20-51Journal of the Heat Transfer Society of Japan Vol.45, No.192, The Japan Heat Transfer Society, July 2006, p.20-51

しかしながら、伝熱促進材として金属フィンを用いる方法では、反応速度を向上させようとすると金属フィンの表面積を増大させる必要があり、これにより、吸着材の密度が低下するという問題がある。
また、伝熱促進材として、単に、炭素繊維等の繊維状の熱伝導性材料を用いるのみでは、吸脱着反応の反応速度向上の効果が充分に得られない場合がある。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、吸着材成形体と熱媒体との間の熱交換の効率に優れ、吸着材成形体における吸脱着反応の反応速度が向上された熱交換型反応器及び吸着式ヒートポンプを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
However, in the method using metal fins as the heat transfer promoting material, it is necessary to increase the surface area of the metal fins in order to improve the reaction rate, thereby causing a problem that the density of the adsorbent decreases.
Moreover, the effect of improving the reaction rate of the adsorption / desorption reaction may not be sufficiently obtained simply by using a fibrous heat conductive material such as carbon fiber as the heat transfer promoting material.
The present invention has been made in view of the above, and is a heat exchange reactor that is excellent in the efficiency of heat exchange between the adsorbent molded body and the heat medium, and has improved the reaction rate of the adsorption / desorption reaction in the adsorbent molded body. It is another object of the present invention to provide an adsorption heat pump and to achieve the object.

前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
即ち、第1の発明である熱交換型反応器は、吸着材成形体を収容可能な反応室、及び、熱媒体が流通する熱媒体流路が交互に配置されている筐体と、前記反応室に収容され、前記熱媒体との間で熱交換する伝熱面を有し、吸着質が吸着されるときに放熱し吸着質が脱着するときに蓄熱する吸着材、及び、軸心の方向が前記伝熱面に対して交差する繊維状の熱伝導性材料を含有する吸着材成形体と、を備える。
Specific means for solving the above-described problems are as follows.
That is, the heat exchange reactor according to the first invention includes a reaction chamber capable of accommodating an adsorbent molded body, a housing in which heat medium flow paths through which the heat medium flows are alternately arranged, and the reaction An adsorbent which is housed in a chamber and has a heat transfer surface for exchanging heat with the heat medium, radiates heat when the adsorbate is adsorbed, and stores heat when the adsorbate is desorbed, and the direction of the axis Comprises an adsorbent molded body containing a fibrous thermal conductive material that intersects the heat transfer surface.

第1の発明では、粉末状の吸着材と比較して吸着材の密度が高い吸着材成形体が用いられ、この吸着材成形体と熱媒体との間で、該吸着材成形体の伝熱面を介して熱交換が行なわれる。詳細には、吸着材への吸着質の吸着反応に伴い吸着材成形体から熱媒体へ熱が放熱され、かつ、吸着材からの吸着質の脱着(脱離)反応に伴い熱媒体から供給された熱が吸着材成形体に蓄熱される。ここで、吸着材成形体を含む反応室と熱媒体流路とが交互に配置されていることにより、前記熱交換の効率が向上する。
更に、吸着材成形体中に、軸心の方向(即ち、繊維状の熱伝導性材料の長さ方向)が伝熱面に対して交差する繊維状の熱伝導性材料が含まれていることにより、吸着材成形体の内部と熱媒体との間の熱交換の効率が向上する。この熱交換により、吸着時には吸着材成形体の内部から熱媒体に向けて吸着熱が効率よく放出され、かつ、脱着時には熱媒体から吸着材成形体の内部に向けて脱着熱が効率よく供給されるので、吸着熱及び脱着熱により吸脱着反応が阻害される問題が軽減される。
更に、吸着材成形体中に、繊維状の熱伝導性材料ではなく金属フィンを用いた場合と比較して、吸着材の密度を高く維持することができる。
以上により、第1の発明によれば、吸着材成形体における吸脱着反応の反応速度を向上させることができる。
In the first invention, an adsorbent molded body having a higher density of the adsorbent than the powder adsorbent is used, and heat transfer of the adsorbent molded body is performed between the adsorbent molded body and the heat medium. Heat exchange takes place via the surface. Specifically, heat is dissipated from the adsorbent compact to the heat medium with the adsorbate adsorption reaction to the adsorbent, and is supplied from the heat medium with the adsorbate desorption (desorption) reaction from the adsorbent. The accumulated heat is stored in the adsorbent molded body. Here, the efficiency of the heat exchange is improved by alternately arranging the reaction chambers including the adsorbent molded body and the heat medium flow path.
Furthermore, the adsorbent molded body contains a fibrous heat conductive material in which the axial direction (that is, the length direction of the fibrous heat conductive material) intersects the heat transfer surface. This improves the efficiency of heat exchange between the inside of the adsorbent molded body and the heat medium. By this heat exchange, adsorption heat is efficiently released from the inside of the adsorbent molded body toward the heat medium during adsorption, and desorption heat is efficiently supplied from the heat medium toward the inside of the adsorbent molded body during desorption. Therefore, the problem that the adsorption / desorption reaction is hindered by the heat of adsorption and the heat of desorption is reduced.
Further, the density of the adsorbent can be maintained higher than that in the case where metal fins are used in the adsorbent molded body instead of the fibrous heat conductive material.
As described above, according to the first invention, the reaction rate of the adsorption / desorption reaction in the adsorbent molded body can be improved.

これに対し、吸着材と繊維状の熱伝導性材料とを含有する吸着材成形体を用いた場合であっても、繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向と伝熱面とが交差しない場合(即ち、軸心の方向と伝熱面とが平行である場合)には、吸着材成形体の内部と熱媒体との間の熱交換の効率が向上し難いため、反応速度向上の効果が不充分となる。   In contrast, even when an adsorbent molded body containing an adsorbent and a fibrous thermal conductive material is used, the direction of the axis of the fibrous thermal conductive material and the heat transfer surface intersect. If not (that is, the direction of the axial center and the heat transfer surface are parallel), it is difficult to improve the efficiency of heat exchange between the inside of the adsorbent molded body and the heat medium. The effect is insufficient.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記繊維状の熱伝導性材料は、軸心の方向が前記伝熱面に対して45°以上であることが好ましい。これにより、吸着材成形体の内部と熱媒体との間の熱交換の効率がより向上し、前記反応速度がより向上する。   In the heat exchange reactor according to the first aspect of the present invention, the fibrous heat conductive material preferably has an axis direction of 45 ° or more with respect to the heat transfer surface. Thereby, the efficiency of heat exchange between the inside of the adsorbent molded body and the heat medium is further improved, and the reaction rate is further improved.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記吸着材成形体に含有される繊維状の熱伝導性材料のうちの80個数%以上は、軸心の方向が、前記伝熱面に対して70°以上であることが好ましい。
ここで、「吸着材成形体に含有される繊維状の熱伝導性材料のうちの80個数%以上は、軸心の方向が、前記伝熱面に対して70°以上である」とは、吸着材成形体に含まれる大部分(80個数%以上)の繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向が、前記伝熱面に対して略垂直(70°以上)となるようにある程度揃っていることを意味している。
これにより、熱媒体と吸着材成形体の内部との熱交換の効率がより向上するので、吸脱着反応の反応速度がより向上する。
更に、熱伝導性材料の軸心の方向がランダムである場合と比較して、吸着材成形体を作製する際のスプリングバックを抑制できるので、吸着材成形体中における吸着材の密度をより向上させることができる。ここで、スプリングバックとは、吸着材成形体を成形する際、加圧により一旦減少した吸着材成形体の体積が、圧を開放したときに戻る現象をいう。
In the heat exchange reactor according to the first aspect of the invention, 80% by number or more of the fibrous heat conductive material contained in the adsorbent molded body has an axial direction relative to the heat transfer surface. Is preferably 70 ° or more.
Here, “80% by number or more of the fibrous thermal conductive material contained in the adsorbent molded body has an axial direction of 70 ° or more with respect to the heat transfer surface” The axial center direction of the majority (80% by number or more) of the fibrous heat conductive material contained in the adsorbent molded body is aligned to some extent so as to be substantially perpendicular (70 ° or more) to the heat transfer surface. It means that
Thereby, since the efficiency of heat exchange between the heat medium and the inside of the adsorbent molded body is further improved, the reaction rate of the adsorption / desorption reaction is further improved.
Furthermore, compared to the case where the direction of the axial center of the heat conductive material is random, the spring back when producing the adsorbent molded body can be suppressed, so the density of the adsorbent in the adsorbent molded body is further improved. Can be made. Here, the spring back refers to a phenomenon in which when the adsorbent molded body is molded, the volume of the adsorbent molded body once reduced by pressurization returns when the pressure is released.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記熱伝導性材料は、アスペクト比が10以上であることが好ましい。これにより、熱媒体と吸着材成形体の内部との熱交換の効率をより向上させることができ、吸脱着反応の反応速度をより向上させることができる。   In the heat exchange reactor according to the first aspect of the present invention, the heat conductive material preferably has an aspect ratio of 10 or more. Thereby, the efficiency of heat exchange between the heat medium and the inside of the adsorbent molded body can be further improved, and the reaction rate of the adsorption / desorption reaction can be further improved.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記吸着材成形体が前記反応室の壁面と接触する平板状の吸着材成形体であり、前記伝熱面が前記壁面との接触面であることが好ましい。これにより、吸着材成形体と熱媒体との間での熱交換をより効率よく行なうことができるので、吸脱着反応の反応速度がより向上する。   In the heat exchange type reactor according to the first aspect of the invention, the adsorbent molded body is a flat adsorbent molded body that contacts the wall surface of the reaction chamber, and the heat transfer surface is a contact surface with the wall surface. It is preferable. Thereby, since heat exchange between the adsorbent molded body and the heat medium can be performed more efficiently, the reaction rate of the adsorption / desorption reaction is further improved.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記熱伝導性材料が、無機材料であることが好ましい。これにより、熱媒体と吸着材成形体の内部との熱交換の効率をより向上させることができ、吸脱着反応の反応速度をより向上させることができる。   In the heat exchange type reactor according to the first invention, it is preferable that the heat conductive material is an inorganic material. Thereby, the efficiency of heat exchange between the heat medium and the inside of the adsorbent molded body can be further improved, and the reaction rate of the adsorption / desorption reaction can be further improved.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記熱伝導性材料が、炭素繊維であることが好ましい。これにより、熱媒体と吸着材成形体の内部との熱交換の効率をより向上させることができ、吸脱着反応の反応速度をより向上させることができる。   In the heat exchange type reactor according to the first aspect of the present invention, the heat conductive material is preferably carbon fiber. Thereby, the efficiency of heat exchange between the heat medium and the inside of the adsorbent molded body can be further improved, and the reaction rate of the adsorption / desorption reaction can be further improved.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。   In the heat exchange reactor according to the first invention, the adsorbent is preferably at least one selected from the group consisting of activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, and clay mineral.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、軸心の方向の熱伝導率が2W/(m・K)以上であることが好ましい。これにより、熱媒体と吸着材成形体の内部との熱交換の効率をより向上させることができ、吸脱着反応の反応速度をより向上させることができる。   In the heat exchange reactor according to the first aspect of the present invention, the thermal conductivity in the direction of the axis is preferably 2 W / (m · K) or more. Thereby, the efficiency of heat exchange between the heat medium and the inside of the adsorbent molded body can be further improved, and the reaction rate of the adsorption / desorption reaction can be further improved.

第1の発明に係る熱交換型反応器では、前記吸着材成形体中における前記熱伝導性材料の量が、前記吸着材成形体の全量に対し、1体積%〜30体積%であることが好ましい。
前記熱伝導性材料の量が1体積%以上であることにより、熱伝導性材料による伝熱の効果をより向上させることができる。
前記熱伝導性材料の量が30体積%以下であることにより、吸脱着反応に関与する吸着材の密度がより高く維持される。
前記含有量は、より好ましくは1体積%〜20体積%であり、特に好ましくは5体積%〜20体積%である。
In the heat exchange reactor according to the first invention, the amount of the thermally conductive material in the adsorbent molded body is 1% by volume to 30% by volume with respect to the total amount of the adsorbent molded body. preferable.
When the amount of the heat conductive material is 1% by volume or more, the effect of heat transfer by the heat conductive material can be further improved.
When the amount of the heat conductive material is 30% by volume or less, the density of the adsorbent involved in the adsorption / desorption reaction is maintained higher.
The content is more preferably 1% by volume to 20% by volume, and particularly preferably 5% by volume to 20% by volume.

次に、第2の発明である吸着式ヒートポンプは、第1の発明である熱交換型反応器を備える。
第2の発明である吸着式ヒートポンプは、吸着材成形体における吸着質の吸脱着反応の反応速度が高い熱交換型反応器(第1の発明)を備えており、前記反応速度が低下した場合における熱のロスが抑制されるので、熱の利用効率に優れる。
Next, the adsorption heat pump according to the second invention comprises the heat exchange reactor according to the first invention.
The adsorption heat pump according to the second invention includes a heat exchange reactor (first invention) having a high reaction rate of the adsorbate adsorption / desorption reaction in the adsorbent molded body, and the reaction rate is reduced. Since heat loss is suppressed, heat utilization efficiency is excellent.

本発明によれば、吸着材成形体と熱媒体との間の熱交換の効率に優れ、吸着材に対する吸着質の吸脱着反応の反応速度が向上された熱交換型反応器及び吸着式ヒートポンプを提供することができる。   According to the present invention, there is provided a heat exchange reactor and an adsorption heat pump that are excellent in the efficiency of heat exchange between an adsorbent molded body and a heat medium, and have improved the reaction rate of adsorbate adsorption / desorption with respect to the adsorbent. Can be provided.

本発明の実施形態に係る吸着式ヒートポンプを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the adsorption type heat pump which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る熱交換型反応器を模式的に示した図であるIt is the figure which showed typically the heat exchange type reactor which concerns on embodiment of this invention. 実施例1における吸着材成形体aの断面光学顕微鏡像である。2 is a cross-sectional optical microscope image of an adsorbent molded body a in Example 1. FIG. 実施例2における吸着材成形体bの断面光学顕微鏡像である。3 is a cross-sectional optical microscope image of an adsorbent molded body b in Example 2. FIG. 実施例3における吸着材成形体cの断面光学顕微鏡像である。It is a cross-sectional optical microscope image of the adsorbent molded object c in Example 3. 実施例1〜3及び比較例1における、NH脱着反応の反応時間と脱着率との関係を示すグラフである。In Examples 1-3 and Comparative Example 1 is a graph showing the relationship between the reaction time and the desorption rate of the NH 3 desorption reaction. 実施例1〜3及び比較例1における、吸着材成形体の厚さ方向の熱伝導率を示すグラフである。It is a graph which shows the heat conductivity of the thickness direction of an adsorbent molded object in Examples 1-3 and the comparative example 1. FIG.

以下、本発明の実施形態に係る熱交換型反応器及び吸着式ヒートポンプについて、図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されることはない。   Hereinafter, a heat exchange reactor and an adsorption heat pump according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、本発明の実施形態に係る熱交換型反応器を備えた吸着式ヒートポンプを模式的に示した図である。
図1に示すように、吸着式ヒートポンプ100は、本発明の実施形態に係る熱交換型反応器である熱交換型反応器20と、蒸発凝縮器40と、熱交換型反応器20と蒸発凝縮器40とを接続する配管10と、を備えて構成されている。
これにより、蒸発凝縮器40から熱交換型反応器20に供給されたアンモニアガス(NH)を熱交換型反応器20中の吸着材成形体に吸着させたり、熱交換型反応器20中の吸着材成形体から脱着(脱離)したアンモニアガス(NH)を蒸発凝縮器40に回収できるようになっている。吸着式ヒートポンプ100は、この熱交換型反応器20−蒸発凝縮器40間の圧力差に応じ、両者の間でアンモニアガス(NH)が行き来することによって作動する。吸着式ヒートポンプの作動原理の詳細については、例えば、「伝熱 Journal of the Heat Transfer Society of Japan Vol.45,No.192」(社団法人日本伝熱学会、2006年7月)の第20ページ〜第21ページを参照することができる。
なお、この実施形態は、吸着質としてNHを用いた実施形態であるが、NHに代えて、水、低級アルコール(例えば、炭素数1〜6のアルコール)等のその他の吸着質を用いてもよい。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an adsorption heat pump provided with a heat exchange type reactor according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, an adsorption heat pump 100 includes a heat exchange reactor 20, which is a heat exchange reactor according to an embodiment of the present invention, an evaporation condenser 40, a heat exchange reactor 20, and an evaporation condensation. And a pipe 10 for connecting the container 40.
Thereby, the ammonia gas (NH 3 ) supplied from the evaporative condenser 40 to the heat exchange reactor 20 is adsorbed to the adsorbent molded body in the heat exchange reactor 20, or in the heat exchange reactor 20. The ammonia gas (NH 3 ) desorbed (desorbed) from the adsorbent molded body can be recovered in the evaporative condenser 40. The adsorption heat pump 100 operates according to the pressure difference between the heat exchange reactor 20 and the evaporative condenser 40 by ammonia gas (NH 3 ) traveling between the two. For details of the principle of operation of the adsorption heat pump, see, for example, page 20 of “Thermal Transfer Journal of the Heat Transfer Society of Japan Vol. 45, No. 192” (Japan Heat Transfer Society, July 2006) Refer to page 21.
In this embodiment, NH 3 is used as the adsorbate, but other adsorbates such as water and lower alcohols (for example, alcohols having 1 to 6 carbon atoms) are used instead of NH 3. May be.

図2は、図1における熱交換型反応器20を模式的に示した図である。
図2に示すように、熱交換型反応器20は、筐体22と、筐体22に設けられた複数の熱媒体流路26と、筐体22に設けられた複数の反応室24と、各反応室24内に収納された積層体30と、を有して構成されている。
筐体22内では、反応室24と熱媒体流路26とが交互に配置されている。反応室24と熱媒体流路26とは隔壁を隔てて互いに分離されている。これらの構成により、外部から供給され外部に排出される熱媒体M1と反応室24内の吸着材成形体との間で効率よく熱交換を行えるようになっている。この実施形態では、反応室24、熱媒体流路26は、それぞれ扁平矩形状の開口端を有する角柱状空間とされている。この実施形態では、熱交換型反応器20は、反応室24の開口方向(NHの流れ方向)と熱媒体流路26の開口方向(熱媒体の流れ方向)とが側面視で直交する、直行流型の熱交換型反応器として構成されている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the heat exchange reactor 20 in FIG.
As shown in FIG. 2, the heat exchange reactor 20 includes a housing 22, a plurality of heat medium channels 26 provided in the housing 22, a plurality of reaction chambers 24 provided in the housing 22, And a laminated body 30 accommodated in each reaction chamber 24.
In the housing 22, the reaction chambers 24 and the heat medium flow paths 26 are alternately arranged. The reaction chamber 24 and the heat medium flow path 26 are separated from each other with a partition wall therebetween. With these configurations, heat exchange can be performed efficiently between the heat medium M1 supplied from outside and discharged to the outside and the adsorbent molded body in the reaction chamber 24. In this embodiment, the reaction chamber 24 and the heat medium flow path 26 are each a prismatic space having a flat rectangular opening end. In this embodiment, in the heat exchange type reactor 20, the opening direction of the reaction chamber 24 (NH 3 flow direction) and the opening direction of the heat medium flow channel 26 (heat medium flow direction) are orthogonal in a side view. It is configured as a direct flow type heat exchange reactor.

熱交換型反応器20において、反応室24や熱媒体流路26の個数には特に限定はなく、熱交換型反応器20に対し入出力する熱量や、吸着材成形体の伝熱面の面積を考慮して適宜設定される。
また、筐体22の材質としては、金属(例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、等)等の、熱伝導性が高く、かつ、吸着質(NH等)に対して耐食性を有する材質が好適である。
In the heat exchange reactor 20, the number of reaction chambers 24 and heat medium channels 26 is not particularly limited, and the amount of heat input to and output from the heat exchange reactor 20 and the area of the heat transfer surface of the adsorbent molded body. Is set as appropriate.
The material of the housing 22 is a material having high thermal conductivity and corrosion resistance to the adsorbate (NH 3 etc.) such as metal (for example, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, etc.). Is preferred.

図2に示すように、積層体30は、2枚の吸着材成形体(吸着材成形体32A及び吸着材成形体32B;以下、これらをまとめて「吸着材成形体32A及び32B」ともいう)と、吸着材成形体32A及び32Bに挟持された支持体34と、から構成されている。図2では、積層体30の構成を見やすくするために、吸着材成形体32Aと、支持体34と、吸着材成形体32Bと、を分離して図示している。
但し、積層体の構成としては、このような吸着材成形体/支持体/吸着材成形体の3層構成を少なくとも有する構成であればよく、3層構成以外にも、例えば、吸着材成形体と支持体とが交互に配置され、かつ、最外層が吸着材成形体であるその他の構成(例えば、吸着材成形体/支持体/吸着材成形体/支持体/吸着材成形体の5層構成、等)であってもよい。
また、反応室24には、積層体に代えて、吸着材成形体が単体として収納されていてもよい。該反応室24に吸着材成形体が単体として収納される場合、吸着質の流路が設けられた吸着材成形体を用いることなどにより、反応室24内に、配管10との間で吸着質を流通できる流路が確保されていることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the laminated body 30 includes two adsorbent molded bodies (adsorbent molded bodies 32A and adsorbent molded bodies 32B; hereinafter, these are collectively referred to as “adsorbent molded bodies 32A and 32B”). And a support body 34 sandwiched between the adsorbent molded bodies 32A and 32B. In FIG. 2, the adsorbent molded body 32 </ b> A, the support 34, and the adsorbent molded body 32 </ b> B are illustrated separately in order to make the configuration of the stacked body 30 easier to see.
However, the configuration of the laminated body may be a configuration having at least a three-layer configuration of such an adsorbent molded body / support / adsorbent molded body. In addition to the three-layer configuration, for example, an adsorbent molded body And other supports in which the outermost layer is an adsorbent molded body (for example, five layers of adsorbent molded body / support body / adsorbent molded body / support body / adsorbent molded body) Configuration, etc.).
Further, in the reaction chamber 24, an adsorbent molded body may be accommodated as a single unit instead of the laminated body. When the adsorbent molded body is stored as a single unit in the reaction chamber 24, the adsorbate is formed between the pipe 10 and the reaction chamber 24 by using an adsorbent molded body provided with an adsorbate flow path. It is preferable that a flow path that can circulate is secured.

吸着材成形体32A及び32Bは、それぞれ、熱媒体M1との間で熱交換する伝熱面を有し、NH(吸着質)が吸着されるときに放熱しNH(吸着質)が脱着するときに蓄熱する吸着材、及び、軸心の方向が前記伝熱面に対して交差する繊維状の熱伝導性材料を含有する。
この実施形態では、吸着材成形体32Aが平板状の成形体であり、吸着材成形体32Aの一方の主面が伝熱面Sとなっており、この伝熱面Sと反応室24の内壁とが接している(吸着材成形体32Bの構成についても同様である)。
Each of the adsorbent molded bodies 32A and 32B has a heat transfer surface for exchanging heat with the heat medium M1, and releases heat when NH 3 (adsorbate) is adsorbed, so that NH 3 (adsorbate) is desorbed. And an adsorbent that stores heat when it is heated, and a fibrous heat conductive material whose axial center intersects the heat transfer surface.
In this embodiment, the adsorbent molded body 32 </ b> A is a flat molded body, and one main surface of the adsorbent molded body 32 </ b> A serves as a heat transfer surface S, and the heat transfer surface S and the inner wall of the reaction chamber 24. (The same applies to the configuration of the adsorbent molded body 32B).

以下、本発明における吸着材成形体(例えば吸着材成形体32A及び32B)について更に説明する。   Hereinafter, the adsorbent molded body (for example, the adsorbent molded bodies 32A and 32B) in the present invention will be further described.

−吸着材−
前記吸着材成形体は、吸着材を少なくとも1種含有する。
前記吸着材としては吸着質を吸脱着できる材料であれば特に限定はない。前記吸着材としては多孔体が好ましい。
前記多孔体としては、吸脱着反応の反応性をより向上させる観点からは、10nm以下の細孔を持つ多孔体が好ましい。
前記細孔のサイズの下限としては、製造適性等の観点から、0.2nmが好ましく、3nmがより好ましい。
前記多孔体としては、吸脱着反応の反応性をより向上させる観点より、平均1次粒子径50μm以下の1次粒子が凝集して得られた1次粒子凝集体である多孔体が好ましい。
前記平均1次粒子径の下限としては、製造適性等の観点から、1.0μmが好ましい。
-Adsorbent-
The adsorbent molded body contains at least one adsorbent.
The adsorbent is not particularly limited as long as the adsorbate can be adsorbed and desorbed. The adsorbent is preferably a porous body.
The porous body is preferably a porous body having pores of 10 nm or less from the viewpoint of further improving the reactivity of the adsorption / desorption reaction.
The lower limit of the size of the pores is preferably 0.2 nm and more preferably 3 nm from the viewpoint of production suitability and the like.
The porous body is preferably a porous body that is a primary particle aggregate obtained by aggregating primary particles having an average primary particle diameter of 50 μm or less from the viewpoint of further improving the reactivity of the adsorption / desorption reaction.
The lower limit of the average primary particle diameter is preferably 1.0 μm from the viewpoint of production suitability and the like.

前記吸着材の具体例としては、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物等が挙げられる。
前記活性炭としては、BET法による比表面積が800m/g以上4000m/g以下(より好ましくは、1000m/g以上2000m/g以下)である活性炭が好ましい。
前記メソポーラスシリカとしては、BET法による比表面積が500m/g以上1500m/g以下(より好ましくは、700m/g以上1300m/g以下)であるメソポーラスシリカが好ましい。
前記ゼオライトとしては、BET法による比表面積が50m/g以上1000m/g以下(より好ましくは、100m/g以上1000m/g以下)であるゼオライトが好ましい。
前記シリカゲルとしては、BET法による比表面積が100m/g以上1500m/g以下(より好ましくは、300m/g以上1000m/g以下)であるシリカゲルが好ましい。
前記粘土鉱物としては、非架橋の粘土鉱物であっても、架橋された粘土鉱物(架橋粘土鉱物)であってもよい。前記粘土鉱物としては、セピオライト、スメクタイト系粘土(サポナイト、モンホリロナイト、ヘクトライト、等)、4−珪素雲母、雲母、バーミキュライト等が挙げられる。中でも、セピオライトが好ましい。
Specific examples of the adsorbent include activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, clay mineral and the like.
As the activated carbon, activated carbon having a specific surface area by a BET method of 800 m 2 / g or more and 4000 m 2 / g or less (more preferably 1000 m 2 / g or more and 2000 m 2 / g or less) is preferable.
As the mesoporous silica, mesoporous silica having a specific surface area by a BET method of 500 m 2 / g or more and 1500 m 2 / g or less (more preferably 700 m 2 / g or more and 1300 m 2 / g or less) is preferable.
As the zeolite, a zeolite having a specific surface area by the BET method of 50 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less (more preferably 100 m 2 / g or more and 1000 m 2 / g or less) is preferable.
As the silica gel, the specific surface area by BET method of 100 m 2 / g or more 1500 m 2 / g or less (more preferably, 300 meters 2 / g or more 1000 m 2 / g or less) of silica gel is preferably.
The clay mineral may be an uncrosslinked clay mineral or a crosslinked clay mineral (crosslinked clay mineral). Examples of the clay mineral include sepiolite, smectite clay (saponite, montmorillonite, hectorite, etc.), 4-silicon mica, mica, vermiculite, and the like. Of these, sepiolite is preferable.

吸着材成形体は、前記吸着材(好ましくは前記多孔体)を一種単独で含んでいてもよいし二種以上を含んでいてもよい。
本実施形態においては、作動温度等の作動条件に合わせて、吸着材(好ましくは前記多孔体)の種類を適宜選定することができる。
The adsorbent molded body may contain the adsorbent (preferably the porous body) alone or in combination of two or more.
In the present embodiment, the type of adsorbent (preferably the porous body) can be appropriately selected according to operating conditions such as operating temperature.

前記吸着材成形体中における吸着材の充填密度は、0.10g/mL〜0.80g/mLが好ましい。充填密度が0.10g/mL以上であると、吸脱着反応に関与する吸着質の量をより多くすることができる。充填密度が0.80g/mL以下であると、吸着材成形体中における吸着質の移動抵抗をより低減できる。   The packing density of the adsorbent in the adsorbent shaped body is preferably 0.10 g / mL to 0.80 g / mL. When the packing density is 0.10 g / mL or more, the amount of adsorbate involved in the adsorption / desorption reaction can be increased. When the packing density is 0.80 g / mL or less, the migration resistance of the adsorbate in the adsorbent molded body can be further reduced.

前記吸着材成形体中における吸着材の含有量は、吸脱着反応の反応性向上の観点より、前記吸着材成形体の全量に対し、50体積%以上であることが好ましく、60体積%以上であることがより好ましく、70体積%以上であることが特に好ましい。   The content of the adsorbent in the adsorbent molded body is preferably 50% by volume or more, and 60% by volume or more, based on the total amount of the adsorbent molded body, from the viewpoint of improving the reactivity of the adsorption / desorption reaction. More preferably, it is particularly preferably 70% by volume or more.

−繊維状の熱伝導性材料−
前記吸着材成形体は、軸心の方向が吸着材成形体の伝熱面に対して交差する繊維状の熱伝導性材料を少なくとも1種含有する。
-Fibrous heat conductive material-
The adsorbent molded body contains at least one fibrous heat conductive material whose axial center intersects the heat transfer surface of the adsorbent molded body.

前記吸着材成形体に含有される吸着材は、一般的に熱伝導率が低いため(一般的な吸着材の熱伝導率は、例えば0.05W/(m・K)〜0.25W/(m・K)である)、吸着材を含む吸着材成形体では、吸脱着反応に伴う吸着熱及び脱着熱により吸着材の温度が変化し、これにより平衡関係が変化してその後の吸脱着反応が阻害される場合がある。
この点に関し、本発明では、前記吸着材成形体に、軸心の方向が吸着材成形体の伝熱面に対して交差する繊維状の熱伝導性材料を更に含有させることにより、この繊維状の熱伝導性材料を通じ、吸着材成形体の内部と熱媒体(例えば熱媒体M1)との間での熱交換が効率よく行なわれる。この熱交換により、吸着時には吸着材成形体の内部から熱媒体に向けて吸着熱が効率よく放出され、かつ、脱着時には熱媒体から吸着材成形体の内部に向けて脱着熱が効率よく供給される。従って、本発明によれば、吸着熱及び脱着熱により吸脱着反応が阻害される問題が軽減され、吸着材成形体における吸着質の吸脱着反応の反応速度が向上する。
Since the adsorbent contained in the adsorbent molded body generally has a low thermal conductivity (the thermal conductivity of a general adsorbent is, for example, 0.05 W / (m · K) to 0.25 W / ( m · K)), in an adsorbent molded body containing an adsorbent, the temperature of the adsorbent changes due to the adsorption heat and desorption heat associated with the adsorption / desorption reaction, thereby changing the equilibrium relationship and the subsequent adsorption / desorption reaction. May be inhibited.
In this regard, in the present invention, the adsorbent molded body further includes a fibrous heat conductive material in which the direction of the axis intersects the heat transfer surface of the adsorbent molded body. Through the heat conductive material, heat exchange between the inside of the adsorbent molded body and the heat medium (for example, the heat medium M1) is efficiently performed. By this heat exchange, adsorption heat is efficiently released from the inside of the adsorbent molded body toward the heat medium during adsorption, and desorption heat is efficiently supplied from the heat medium toward the inside of the adsorbent molded body during desorption. The Therefore, according to the present invention, the problem that the adsorption / desorption reaction is inhibited by the heat of adsorption and desorption is alleviated, and the reaction rate of the adsorption / desorption reaction of the adsorbate in the adsorbent molded body is improved.

前記繊維状の熱伝導性材料のアスペクト比(繊維長/繊維径)としては、上記効果をより効果的に奏する観点より、10以上が好ましく、15以上がより好ましい。
また、前記アスペクト比は、吸着材の充填密度をより高く維持する観点からは、500以下が好ましく、300以下がより好ましく、100以下が特に好ましい。
The aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of the fibrous heat conductive material is preferably 10 or more, more preferably 15 or more, from the viewpoint of more effectively achieving the above effects.
The aspect ratio is preferably 500 or less, more preferably 300 or less, and particularly preferably 100 or less, from the viewpoint of maintaining a higher packing density of the adsorbent.

前記繊維状の熱伝導性材料の繊維長には特に制限はないが、10μm〜1000μmが好ましく、10μm〜500μmがより好ましく、100μm〜300μmが特に好ましい。
前記繊維状の熱伝導性材料の繊維径には特に制限はないが、0.01μm〜100μmが好ましく、0.1μm〜100μmがより好ましく、1μm〜50μmが特に好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular in the fiber length of the said fibrous heat conductive material, 10 micrometers-1000 micrometers are preferable, 10 micrometers-500 micrometers are more preferable, 100 micrometers-300 micrometers are especially preferable.
Although there is no restriction | limiting in particular in the fiber diameter of the said fibrous heat conductive material, 0.01 micrometer-100 micrometers are preferable, 0.1 micrometer-100 micrometers are more preferable, and 1 micrometer-50 micrometers are especially preferable.

前記繊維状の熱伝導性材料としては、上記効果をより効果的に奏する観点より、無機材料が好ましく、金属繊維及び炭素繊維(カーボンファイバー(Carbon Fiber);以下、「CF」ともいう)からなる群から選択される少なくとも1種がより好ましい。
金属繊維及び炭素繊維について、好ましいアスペクト比及び好ましい繊維長は、それぞれ上述した範囲である。
前記金属繊維としては、アルミニウム繊維、銅繊維、等が挙げられる。
前記繊維状の熱伝導性材料としては、炭素繊維が特に好ましい。
The fibrous heat conductive material is preferably an inorganic material from the viewpoint of more effectively achieving the above effects, and is composed of metal fiber and carbon fiber (hereinafter also referred to as “CF”). More preferred is at least one selected from the group.
About a metal fiber and a carbon fiber, a preferable aspect ratio and preferable fiber length are the ranges mentioned above, respectively.
Examples of the metal fibers include aluminum fibers and copper fibers.
As the fibrous heat conductive material, carbon fiber is particularly preferable.

前記炭素繊維の中でも、特に好ましくは、アスペクト比が10〜500で、繊維長が10μm〜500μm(より好ましくは100μm〜300μm)の炭素繊維である。   Among the carbon fibers, carbon fibers having an aspect ratio of 10 to 500 and a fiber length of 10 μm to 500 μm (more preferably 100 μm to 300 μm) are particularly preferable.

前記繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向の熱伝導率は、前記吸着材の熱伝導率よりも高ければ特に制限はないが、例えば、1.0W(m・K)以上とすることができ、2.0W/(m・K)以上が好ましい。   The thermal conductivity in the axial direction of the fibrous thermal conductive material is not particularly limited as long as it is higher than the thermal conductivity of the adsorbent, but for example, 1.0 W (m · K) or more. 2.0 W / (m · K) or more is preferable.

前記吸着材成形体中において、前記熱伝導性材料の軸心の方向は、吸着材成形体の伝熱面に対して交差していること以外には特に限定はなく、複数の熱伝導性材料の軸心の方向が、前記伝熱面に対してランダムな方向となっていてもよい。
但し、前記熱交換の効率をより向上させ、吸脱着反応の反応速度をより向上させる観点からは、前記吸着材成形体の好ましい形態は、前記繊維状の熱伝導性材料として、軸心の方向が前記伝熱面に対して45°以上である繊維状の熱伝導性材料を少なくとも含む形態である。この形態の吸着材成形体には、軸心の方向が前記伝熱面に対して45°未満である繊維状の熱伝導性材料が含まれていてもよい(例えば、繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向が伝熱面に対してランダムな方向となっている場合等)。
ここで、繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向が伝熱面に対して45°以上であるとは、
軸心の方向と伝熱面とのなす角のうち、最小の角度が45°以上であることを意味する(下記の「70°以上」や「80°以上」の意味についても同様である)。
In the adsorbent molded body, the direction of the axial center of the thermally conductive material is not particularly limited except that it intersects the heat transfer surface of the adsorbent molded body, and a plurality of thermally conductive materials The direction of the axis may be a random direction with respect to the heat transfer surface.
However, from the viewpoint of further improving the efficiency of the heat exchange and further improving the reaction rate of the adsorption / desorption reaction, a preferred form of the adsorbent molded body is the axial direction of the fibrous thermal conductive material. Is a form including at least a fibrous heat conductive material having an angle of 45 ° or more with respect to the heat transfer surface. The adsorbent molded body of this form may include a fibrous heat conductive material whose axis is less than 45 ° with respect to the heat transfer surface (for example, a fibrous heat conductive material). For example, the direction of the axis of the material is random with respect to the heat transfer surface).
Here, the direction of the axial center of the fibrous heat conductive material is 45 ° or more with respect to the heat transfer surface.
It means that the minimum angle among the angles formed by the direction of the axis and the heat transfer surface is 45 ° or more (the same applies to the meanings of “70 ° or more” and “80 ° or more” below). .

本発明において、前記熱交換の効率をより向上させ、吸脱着反応の反応速度をより向上させる観点からみた特に好ましい形態は、前記吸着材成形体に含有される大部分の繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向が、前記伝熱面に対して略垂直となるように、ある程度揃っている形態である。
具体的には、前記吸着材成形体に含有される繊維状の熱伝導性材料のうちの80個数%以上(好ましくは90個数%以上、より好ましくは95個数%以上)は、軸心の方向が、前記伝熱面に対して70°以上(より好ましくは80°以上)となっている形態が特に好ましい。
更に、この形態では、熱伝導性材料の軸心の方向がランダムである場合と比較して、吸着材成形体を作製する際のスプリングバックを抑制できるので、吸着材成形体中における吸着材の密度をより向上させることができ、前記反応速度を更に向上させることができる。
なお、軸心の方向と伝熱面とのなす角は、理想的には90°(垂直)であるが、必ずしも正確に90°(垂直)である必要はない。
In the present invention, the most preferable form from the viewpoint of further improving the efficiency of the heat exchange and further improving the reaction rate of the adsorption / desorption reaction is the most fibrous thermal conductivity contained in the adsorbent molded body. This is a form in which the direction of the axis of the material is aligned to some extent so as to be substantially perpendicular to the heat transfer surface.
Specifically, 80% by number or more (preferably 90% by number or more, more preferably 95% by number or more) of the fibrous thermal conductive material contained in the adsorbent molded body is in the direction of the axis. However, the form which is 70 degrees or more (more preferably 80 degrees or more) with respect to the said heat-transfer surface is especially preferable.
Furthermore, in this embodiment, compared to the case where the direction of the axis of the heat conductive material is random, it is possible to suppress the spring back when the adsorbent molded body is produced. The density can be further improved, and the reaction rate can be further improved.
The angle formed between the direction of the axis and the heat transfer surface is ideally 90 ° (vertical), but does not necessarily need to be exactly 90 ° (vertical).

前記吸着材成形体中における前記熱伝導性材料の量は、前記吸着材成形体の全量に対し、1体積%〜30体積%が好ましく、1体積%〜20体積%がより好ましく、5体積%〜20体積%が特に好ましい。
前記含有量が1体積%以上であると、前記熱伝導性材料による効果がより効果的に奏される。
前記含有量が30体積%以下であると、吸脱着反応に関与する吸着質の量をより多くすることができる。
The amount of the heat conductive material in the adsorbent molded body is preferably 1% by volume to 30% by volume, more preferably 1% by volume to 20% by volume, and more preferably 5% by volume with respect to the total amount of the adsorbent molded body. ˜20% by volume is particularly preferred.
The effect by the said heat conductive material is more effectively show | played as the said content is 1 volume% or more.
When the content is 30% by volume or less, the amount of adsorbate involved in the adsorption / desorption reaction can be increased.

−その他の成分−
前記吸着材成形体は、上記以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、例えば、バインダー、造孔材、等が挙げられる。
前記バインダーとしては、水溶性バインダーの少なくとも1種であることが好ましい。
前記水溶性バインダーとしては、ポリビニルアルコール、トリメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。中でも、トリメチルセルロースが好ましい。
前記バインダーの含有量は、前記吸着材成形体の全量に対し、1〜5体積%であることが好ましく、1〜2体積%であることがより好ましい。
-Other ingredients-
The adsorbent molded body may contain other components other than those described above.
Examples of other components include a binder and a pore former.
The binder is preferably at least one water-soluble binder.
Examples of the water-soluble binder include polyvinyl alcohol, trimethyl cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC) and the like. Among these, trimethyl cellulose is preferable.
The content of the binder is preferably 1 to 5% by volume and more preferably 1 to 2% by volume with respect to the total amount of the adsorbent shaped body.

−吸着材成形体の作製方法−
また、前記吸着材成形体を作製(成形)する方法については特に制限はなく、前記吸着材及び前記熱伝導性材料を含む混合物(例えばスラリー)を、加圧成形、押し出し成形等の公知の成形手段により成形する方法が挙げられる。
前記成形の圧力としては、例えば、20MPa〜100MPaが挙げられ、20MPa〜40MPaが好ましい。
-Method for producing adsorbent molded body-
Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the method of producing the said adsorption material molded object (formation), Well-known shaping | molding, such as pressure molding and extrusion molding, the mixture (for example, slurry) containing the said adsorption material and the said heat conductive material The method of shape | molding by a means is mentioned.
Examples of the molding pressure include 20 MPa to 100 MPa, and 20 MPa to 40 MPa is preferable.

前記吸着材成形体に含有される繊維状の熱伝導性材料のうちの80個数%以上の軸心の方向が前記伝熱面に対して70°以上である吸着材成形体を作製する方法としては、例えば、以下に示す第1の方法及び第2の方法が挙げられる。
以下に示す第1の方法及び第2の方法は、押し出し成形による前記吸着材成形体の成形では、繊維状の熱伝導性材料の軸心の方向が押し出し方向と略平行な方向に揃い易いという性質を利用した方法である。
ここで、「熱伝導性材料の軸心の方向が押し出し方向と略平行」とは、軸心の方向と押し出し方向とのなす角が30°以下(好ましくは20°以下)であることを指す。
第1の方法は、まず、押し出し成形により、熱伝導性材料の軸心の方向が押し出し成形時の押し出し方向と略平行な方向に揃っている柱状の成形体を作製し、次いで、得られた柱状の成形体を押し出し成形時の押し出し方向に対して垂直な複数の平面で切断することにより、平板状の成形体として吸着材成形体を得る方法である。
第2の方法は、まず、押し出し成形により、熱伝導性材料の軸心の方向が押し出し成形時の押し出し方向と略平行な方向に揃っている平板状の成形体を複数作製し、得られた複数の平板状の成形体を重ね合わせて接着して柱状の成形体を得、得られた柱状の成形体を押し出し成形時の押し出し方向に対して垂直な複数の平面で切断することにより、平板状の成形体として吸着材成形体を得る方法である。
As a method for producing an adsorbent molded body in which the direction of the axial center of 80% by number or more of the fibrous heat conductive material contained in the adsorbent molded body is 70 ° or more with respect to the heat transfer surface. Examples of the method include the following first method and second method.
In the first method and the second method described below, in the molding of the adsorbent molded body by extrusion molding, the axis direction of the fibrous thermal conductive material is easily aligned in a direction substantially parallel to the extrusion direction. This is a method that uses properties.
Here, “the direction of the axis of the heat conductive material is substantially parallel to the direction of extrusion” means that the angle formed between the direction of the axis and the direction of extrusion is 30 ° or less (preferably 20 ° or less). .
In the first method, first, a columnar molded body in which the direction of the axis of the heat conductive material is aligned in a direction substantially parallel to the extrusion direction at the time of extrusion molding was obtained by extrusion molding, and then obtained. In this method, an adsorbent molded body is obtained as a flat molded body by cutting a columnar molded body along a plurality of planes perpendicular to the extrusion direction during extrusion molding.
The second method was obtained by first producing a plurality of flat plate-like molded bodies in which the direction of the axis of the heat conductive material is aligned in a direction substantially parallel to the extrusion direction at the time of extrusion molding by extrusion molding. A plurality of plate-shaped molded bodies are stacked and bonded to obtain a columnar molded body, and the obtained columnar molded body is cut by a plurality of planes perpendicular to the extrusion direction at the time of extrusion molding. It is a method of obtaining an adsorbent molded body as a shaped molded body.

次に、図2に示すように、積層体30は、支持体34を含んでいる。
この支持体34は、該支持体34の面に沿った方向(図2中の白抜き矢印の方向)にNH(吸着質)を流通させるための部材である。このような支持体34として、例えば、多孔体プレートを用いることができる。
この支持体34により、2枚の吸着材成形体間にNHの流路を確保できるので、配管10から供給されたNHを、吸着材成形体32A及び32Bの広い範囲に供給できる。更に、吸着材成形体32A及び32Bの広い範囲に吸着したNHを、支持体34を介して配管10に向けて放出できる。
Next, as illustrated in FIG. 2, the stacked body 30 includes a support 34.
The support 34 is a member for circulating NH 3 (adsorbate) in the direction along the surface of the support 34 (the direction of the white arrow in FIG. 2). As such a support 34, for example, a porous plate can be used.
The support 34, it is possible to secure the flow passage of NH 3 between two adsorbent molded article, the NH 3 supplied from the pipe 10 can be supplied to a wide range of adsorbent shaped bodies 32A and 32B. Furthermore, NH 3 adsorbed in a wide range of the adsorbent molded bodies 32A and 32B can be released toward the pipe 10 via the support 34.

また、図1に示すように、吸着式ヒートポンプ100において、熱交換型反応器20と配管10とは、熱交換型反応器20中の複数の反応室24と配管10とを気密状態で連通するヘッダ部材28(例えば、マニホールド等)を介して接続されている。これにより、複数の反応室24と配管10との間で気密状態でアンモニアを流通できるようになっている。
なお、図1では、熱交換型反応器20の構成を見やすくするために、前記ヘッダ部材28、下記ヘッダ部材29A、下記ヘッダ部材29B、下記熱媒体配管27A、及び下記熱媒体配管27Bを、二点鎖線で表している。
Further, as shown in FIG. 1, in the adsorption heat pump 100, the heat exchange reactor 20 and the pipe 10 communicate the plurality of reaction chambers 24 and the pipe 10 in the heat exchange reactor 20 in an airtight state. It is connected via a header member 28 (for example, a manifold). Thereby, ammonia can be circulated between the plurality of reaction chambers 24 and the pipe 10 in an airtight state.
In FIG. 1, in order to make the configuration of the heat exchange reactor 20 easier to see, the header member 28, the following header member 29A, the following header member 29B, the following heat medium pipe 27A, and the following heat medium pipe 27B are It is represented by a dotted line.

また、図1に示すように、熱交換型反応器20は、ヘッダ部材29A(例えば、マニホールド等)を介して熱媒体配管27Aに接続されるとともに、ヘッダ部材29B(例えば、マニホールド等)を介して熱媒体配管27Bに接続されている。熱交換型反応器20内の複数の熱媒体流路26は、該ヘッダ部材29Aにより気密状態で熱媒体配管27Aに連通されるとともに、該ヘッダ部材29Bにより気密状態で熱媒体配管27Bに連通されている。これにより、熱媒体配管27A及び熱媒体配管27Bを通じ、熱交換型反応器20内の熱媒体流路26と吸着式ヒートポンプ100の外部(熱利用対象)との間で熱媒体M1を流通できるようになっている。
熱媒体M1としては、エタノール等のアルコール、水、油類、これらの混合物等、熱媒体として通常用いられる流体を用いることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the heat exchange reactor 20 is connected to the heat medium pipe 27A via a header member 29A (for example, a manifold or the like) and via a header member 29B (for example, a manifold or the like). And connected to the heat medium pipe 27B. The plurality of heat medium flow paths 26 in the heat exchange type reactor 20 are communicated with the heat medium pipe 27A in an airtight state by the header member 29A, and are communicated with the heat medium pipe 27B in an airtight state by the header member 29B. ing. Thereby, the heat medium M1 can be circulated between the heat medium flow path 26 in the heat exchange reactor 20 and the outside of the adsorption heat pump 100 (heat utilization target) through the heat medium pipe 27A and the heat medium pipe 27B. It has become.
As the heat medium M1, a fluid usually used as a heat medium such as alcohol such as ethanol, water, oils, a mixture thereof, or the like can be used.

また、図1に示すように、吸着式ヒートポンプ100における配管10にはバルブV1(弁)が設けられており、バルブV1の開閉により、熱交換型反応器20側と蒸発凝縮器40側とのアンモニア圧の差を調節できるようになっている。これにより、熱交換型反応器20側のアンモニア圧と蒸発凝縮器40側のアンモニア圧との差をより効果的に保持できる。即ち、バルブV1を閉じた状態を維持することによりアンモニア圧の差を長時間保持することができ、その後バルブV1を開くことにより一方から他方にアンモニアを輸送できる。   Further, as shown in FIG. 1, the pipe 10 in the adsorption heat pump 100 is provided with a valve V1 (valve). By opening and closing the valve V1, the heat exchange reactor 20 side and the evaporation condenser 40 side are connected. The difference in ammonia pressure can be adjusted. Thereby, the difference between the ammonia pressure on the heat exchange reactor 20 side and the ammonia pressure on the evaporation condenser 40 side can be more effectively maintained. That is, the difference in ammonia pressure can be maintained for a long time by keeping the valve V1 closed, and then ammonia can be transported from one to the other by opening the valve V1.

本実施形態において、蒸発凝縮器40の構成には特に制限はなく、公知の蒸発凝縮器の構成とすることができる。また、本実施形態では、蒸発凝縮器40に代えて、蒸発器及び凝縮器を用いてもよい。   In this embodiment, there is no restriction | limiting in particular in the structure of the evaporative condenser 40, It can be set as the structure of a well-known evaporative condenser. In this embodiment, an evaporator and a condenser may be used instead of the evaporation condenser 40.

また、吸着式ヒートポンプ100には、装置内を排気するための排気手段、装置内のアンモニア圧を測定するための圧力測定手段等が接続されていてもよい。
また、本実施形態に係る熱交換型反応器は、吸着式ヒートポンプに限らず、その他の熱輸送システムにも用いることができる。その他の熱輸送システムの例としては、少なくとも、本発明の熱交換型反応器と、化学蓄熱材を含む熱交換型反応器と、が配管で接続された構成の熱輸送システムを挙げることができる。
The adsorption heat pump 100 may be connected to an exhaust means for exhausting the inside of the apparatus, a pressure measuring means for measuring the ammonia pressure in the apparatus, and the like.
In addition, the heat exchange reactor according to the present embodiment can be used not only for the adsorption heat pump but also for other heat transport systems. Examples of other heat transport systems include at least a heat transport system having a configuration in which the heat exchange reactor of the present invention and a heat exchange reactor containing a chemical heat storage material are connected by a pipe. .

以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例によって限定されるものではない。なお、以下において、「wt%」は質量%を示し、「vol%」は体積%を示す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited by the Example shown below. In the following, “wt%” represents mass%, and “vol%” represents volume%.

〔実施例1〕
≪NH脱着速度の測定≫
<吸着材成形体aの作製>
まず、吸着材としての粉末状の活性炭(平均一次粒子径5μm、BET法による比表面積2000m/g)60質量部と、繊維状の熱伝導性材料としてのカーボンファイバー(CF)(ミルド品(日本グラファイトファイバー(株)製XN−100);繊維長200μm、繊維径10μm、アスペクト比20)40質量部と、トリメチルセルロース5質量部と、水100質量部と、を混合しスラリーを得た。
得られたスラリーを、20mm×3mmの開口部を有する金型を用いて押し出し成形(押し出し圧力40MPa)し、20mm×20mm×厚さ3mmのサイズの平板状の成形体を7枚作製した。
次に、7枚の平板状の成形体を、厚さ方向に重なるように接着剤(カルボキシメチルセルロース(CMC))によって接着し、柱状の成形体を得た。
得られた柱状の成形体を、押し出し成形における押し出し方向に対して垂直な複数の平面で切断し、厚さ3mmの平板状の成形体を得た。得られた平板状の成形体の一辺を削ってサイズを調整し、20mm×20mm×厚さ3mmのサイズの吸着材成形体aを得た。吸着材成形体aにおいて、20mm×20mmの面を伝熱面とした。
吸着材成形体aにおいて、活性炭の充填密度は0.32g/mLであり、吸着材成形体a全体に対するCFの比率は10体積%である。
[Example 1]
≪Measurement of NH 3 desorption rate≫
<Preparation of adsorbent molded body a>
First, 60 parts by mass of powdered activated carbon (average primary particle size 5 μm, specific surface area 2000 m 2 / g by BET method) as an adsorbent and carbon fiber (CF) (mild product ( Nippon Graphite Fiber Co., Ltd. XN-100); fiber length 200 μm, fiber diameter 10 μm, aspect ratio 20) 40 parts by mass, trimethylcellulose 5 parts by mass, and water 100 parts by mass were mixed to obtain a slurry.
The obtained slurry was subjected to extrusion molding (extrusion pressure: 40 MPa) using a mold having an opening of 20 mm × 3 mm, and seven plate-shaped molded bodies having a size of 20 mm × 20 mm × thickness 3 mm were produced.
Next, seven flat plate-shaped molded bodies were bonded with an adhesive (carboxymethylcellulose (CMC)) so as to overlap in the thickness direction, thereby obtaining a columnar molded body.
The obtained columnar molded body was cut along a plurality of planes perpendicular to the extrusion direction in extrusion molding to obtain a flat plate-shaped molded body having a thickness of 3 mm. One side of the obtained flat molded body was scraped to adjust the size, and an adsorbent molded body a having a size of 20 mm × 20 mm × thickness 3 mm was obtained. In the adsorbent molded body a, a 20 mm × 20 mm surface was used as a heat transfer surface.
In the adsorbent molded body a, the packing density of activated carbon is 0.32 g / mL, and the ratio of CF to the entire adsorbent molded body a is 10% by volume.

得られた吸着材成形体aを厚さ方向に切断し、得られた断面を光学顕微鏡(倍率3000倍)によって観察した。
図3は、吸着材成形体aの断面光学顕微鏡像である。
図3中には、伝熱面Sと、CFの軸心のおよその方向(両側矢印)と、を示した。
図3に示すように、吸着材成形体aに含まれる大部分のCFは、軸心の方向が伝熱面Sに対して略垂直となる方向に揃っていた。詳細には、吸着材成形体aに含有されるCFのうちの95個数%以上は、軸心の方向が、前記伝熱面に対して70°以上であった。
The obtained adsorbent molded body a was cut in the thickness direction, and the obtained cross section was observed with an optical microscope (magnification 3000 times).
FIG. 3 is a cross-sectional optical microscope image of the adsorbent molded body a.
FIG. 3 shows the heat transfer surface S and the approximate direction of the axis of the CF (double-sided arrow).
As shown in FIG. 3, most of the CF contained in the adsorbent molded body a was aligned in a direction in which the direction of the axial center was substantially perpendicular to the heat transfer surface S. Specifically, 95% by number or more of CF contained in the adsorbent molded body a has an axial direction of 70 ° or more with respect to the heat transfer surface.

<熱交換型反応器の作製>
吸着材成形体aを用い、図2に示した熱交換型反応器20と同様の構成の熱交換型反応器を作製した。詳細を以下に示す。
まず、反応室24を2室有する筐体22(材質:SUS304)を準備した。
次に、上記吸着材成形体a(2枚)によって支持体34を挟んだ構造の積層体30を作製し、得られた積層体30を各反応室24内に収納した。支持体34としては、20mm×20mm×厚さ0.5mmのステンレス製多孔体シートを用いた。
<Production of heat exchange reactor>
A heat exchange reactor having the same configuration as that of the heat exchange reactor 20 shown in FIG. Details are shown below.
First, a housing 22 (material: SUS304) having two reaction chambers 24 was prepared.
Next, a laminate 30 having a structure in which the support 34 was sandwiched between the adsorbent molded bodies a (two sheets) was produced, and the obtained laminate 30 was accommodated in each reaction chamber 24. As the support 34, a stainless steel porous sheet having a size of 20 mm × 20 mm × thickness 0.5 mm was used.

<NH脱着速度の測定>
上記熱交換型反応器を用い、図1に示す吸着式ヒートポンプ100において、蒸発凝縮器40をNHチャンバーに置き換えた構成の実験機を準備した。この実験機では、NHチャンバーにNHガスボンベを接続し、実験機内(NHチャンバー、熱交換型反応器の反応室、及び配管の中;以下同じ。)にNHを供給できるようにした。更に、NHチャンバーに真空ポンプ及び圧力計を接続し、NHチャンバー内のNH圧を調整したり、実験機内を排気できるようにした。
この実験機では、熱交換型反応器の容積を6.0mLとし、NHチャンバー容積を2.2Lとした。
<Measurement of NH 3 desorption rate>
Using the heat exchange reactor, an experimental machine was prepared in which the evaporative condenser 40 was replaced with an NH 3 chamber in the adsorption heat pump 100 shown in FIG. In this experimental machine, connect the NH 3 gas cylinder in NH 3 chamber, experimental flight (NH 3 chamber, the heat exchange reactor of the reaction chamber, and in the pipe; same hereinafter.) Was to be able to supply the NH 3 to . Furthermore, to connect the vacuum pump and a pressure gauge to NH 3 chamber, to adjust the NH 3 pressure of NH 3 in the chamber, and to allow exhaust experimental flight.
In this experimental machine, the volume of the heat exchange reactor was 6.0 mL, and the NH 3 chamber volume was 2.2 L.

NH脱着速度の測定は以下のようにして行なった。
まず、準備段階として、バルブV1を開いた状態で、熱交換型反応器20の熱媒体流路26に、液温6℃、流量60mL/minの水(熱媒体M1)を流通させるとともに実験機内にNHを供給し、反応室24内の吸着材成形体aに対しNHを吸着させた。この操作を吸着平衡に達するまで行なった。その後、バルブV1を閉じ、NHチャンバー内のNH圧を2atmに減圧した。
次に、上記液温及び液量の水(熱媒体M1)の流通を維持したままバルブV1を開き、反応室24内の吸着材成形体aから脱着(脱離)したNHを、NHチャンバーに輸送した。
このNHの輸送によるNHチャンバー内の圧力上昇を観測することにより、NHの脱着反応の反応速度(反応時間と脱着率との関係)を求めた。ここでは、バルブV1を開いた時からの経過時間を反応時間とした。
測定結果を図6に示す。
図6及び図7では、本実施例1の測定結果について、便宜上、「CF略垂直」と併記する。
The NH 3 desorption rate was measured as follows.
First, as a preparatory stage, with the valve V1 opened, water (heat medium M1) with a liquid temperature of 6 ° C. and a flow rate of 60 mL / min is circulated through the heat medium flow path 26 of the heat exchange reactor 20 and in the experimental machine Then, NH 3 was supplied to the adsorbent molded body a in the reaction chamber 24 to adsorb NH 3 . This operation was performed until adsorption equilibrium was reached. Then, closing the valves V1, the pressure was reduced to NH 3 pressure of NH 3 in the chamber 2 atm.
Then, by opening the valve V1 while maintaining the flow of the fluid temperature and the amount of liquid water (heat medium M1), the NH 3 desorbed (desorption) from the adsorbent molded article a in the reaction chamber 24, NH 3 Transported to chamber.
By observing the pressure rise in the NH 3 chamber due to transportation of the NH 3, it was determined the kinetics of desorption reaction of NH 3 (the relationship between the reaction time and the desorption rate). Here, the elapsed time from when the valve V1 was opened was defined as the reaction time.
The measurement results are shown in FIG.
6 and 7, the measurement result of the first embodiment is also described as “CF substantially vertical” for convenience.

≪吸着材成形体の熱伝導率の測定≫
吸着材成形体aの作製と同様の方法により、φ20mm×厚さ2mm、φ20mm×厚さ3mm、φ20mm×厚さ4mmの3種類の熱伝導率測定用サンプル(吸着材成形体)を作製した(いずれのサンプルにおいても、φ20mmの面が伝熱面である)。
各サンプルについて、定常法により、厚さ方向(伝熱面に対して垂直な方向)の熱伝導率をそれぞれ測定し、各サンプルにおける測定結果の平均値を本実施例1における厚さ方向の熱伝導率とした。
測定結果を図7に示す。
≪Measurement of thermal conductivity of adsorbent molded body≫
Three types of samples for measuring thermal conductivity (adsorbent molded bodies) of φ20 mm × thickness 2 mm, φ20 mm × thickness 3 mm, and φ20 mm × thickness 4 mm were produced by the same method as the production of the adsorbent molded product a ( In any sample, the surface of φ20 mm is the heat transfer surface).
For each sample, the thermal conductivity in the thickness direction (direction perpendicular to the heat transfer surface) is measured by a steady method, and the average value of the measurement results in each sample is measured in the thickness direction in the first embodiment. Conductivity was used.
The measurement results are shown in FIG.

〔実施例2〕
≪NH脱着速度の測定≫
実施例1で用いたスラリーを、20mm×3mmの開口部を有する金型を用いて押し出し成形(押し出し圧力40MPa)し、20mm×20mm×厚さ3mmのサイズの吸着材成形体bを作製した。
吸着材成形体bにおいて、活性炭の充填密度は0.32g/mLであり、吸着材成形体b全体に対するCFの比率は10体積%である。
得られた吸着材成形体bについて、実施例1における吸着材成形体aと同様にして、光学顕微鏡観察を行なった。
図4は、吸着材成形体bの断面光学顕微鏡像である。
図4中には、伝熱面Sと、CFの軸心のおよその方向(両側矢印)と、を示した。
図4に示すように、吸着材成形体bでは、軸心の方向が伝熱面Sと交差するCFが含まれてはいるものの、いずれのCFにおいても、軸心の方向と伝熱面Sとのなす角が30°以下となっていた。
[Example 2]
≪Measurement of NH 3 desorption rate≫
The slurry used in Example 1 was subjected to extrusion molding (extrusion pressure 40 MPa) using a mold having an opening of 20 mm × 3 mm to prepare an adsorbent molded body b having a size of 20 mm × 20 mm × thickness 3 mm.
In the adsorbent molded body b, the packing density of activated carbon is 0.32 g / mL, and the ratio of CF to the entire adsorbent molded body b is 10% by volume.
The obtained adsorbent molded body b was observed with an optical microscope in the same manner as the adsorbent molded body a in Example 1.
FIG. 4 is a cross-sectional optical microscope image of the adsorbent molded body b.
FIG. 4 shows the heat transfer surface S and the approximate direction of the axis of the CF (double-sided arrow).
As shown in FIG. 4, the adsorbent molded body b includes a CF whose axial direction intersects the heat transfer surface S, but in any CF, the axial direction and the heat transfer surface S are included. The angle formed by the angle was 30 ° or less.

次に、実施例1における吸着材成形体aを、上記吸着材成形体bに変更したこと以外は実施例1と同様にしてNH脱着速度の測定を行なった。
測定結果を図6に示す。
図6及び図7では、本実施例2の測定結果について、便宜上、「CF略水平」と併記する。
Next, the NH 3 desorption rate was measured in the same manner as in Example 1 except that the adsorbent molded body a in Example 1 was changed to the adsorbent molded body b.
The measurement results are shown in FIG.
6 and 7, the measurement result of the present Example 2 is also described as “CF substantially horizontal” for convenience.

≪吸着材成形体の熱伝導率の測定≫
吸着材成形体bの作製と同様の方法により、φ20mm×厚さ2mm、φ20mm×厚さ3mm、φ20mm×厚さ4mmの3種類の熱伝導率測定用サンプル(吸着材成形体)を作製した(いずれのサンプルにおいても、φ20mmの面が伝熱面である)。
各サンプルを用い、実施例1と同様にして厚さ方向の熱伝導率を測定した。
測定結果を図7に示す。
≪Measurement of thermal conductivity of adsorbent molded body≫
Three types of samples for measuring thermal conductivity (adsorbent molded bodies) of φ20 mm × thickness 2 mm, φ20 mm × thickness 3 mm, and φ20 mm × thickness 4 mm were produced by the same method as the production of the adsorbent molded body b ( In any sample, the surface of φ20 mm is the heat transfer surface).
Using each sample, the thermal conductivity in the thickness direction was measured in the same manner as in Example 1.
The measurement results are shown in FIG.

〔実施例3〕
≪NH脱着速度の測定≫
実施例1で用いたスラリーを加圧成形(成形圧力40MPa)し、20mm×20mm×厚さ3mmのサイズの吸着材成形体cを作製した。
吸着材成形体cにおいて、活性炭の充填密度は0.32g/mLであり、吸着材成形体c全体に対するCFの比率は10体積%である。
得られた吸着材成形体cについて、実施例1における吸着材成形体aと同様にして、光学顕微鏡観察を行なった。
図5は、吸着材成形体cの断面光学顕微鏡像である。
図5に示すように、吸着材成形体cでは、CFの軸心の方向がランダムな方向となっていた。吸着材成形体cには、軸心の方向が伝熱面に対し45°以上であるCFも含まれていた。
Example 3
≪Measurement of NH 3 desorption rate≫
The slurry used in Example 1 was pressure-molded (molding pressure 40 MPa) to prepare an adsorbent molded body c having a size of 20 mm × 20 mm × thickness 3 mm.
In the adsorbent molded body c, the packing density of activated carbon is 0.32 g / mL, and the ratio of CF to the entire adsorbent molded body c is 10% by volume.
The obtained adsorbent molded body c was observed with an optical microscope in the same manner as the adsorbent molded body a in Example 1.
FIG. 5 is a cross-sectional optical microscope image of the adsorbent molded body c.
As shown in FIG. 5, in the adsorbent molded body c, the direction of the CF axial center was a random direction. The adsorbent molded body c also contained CF having an axial direction of 45 ° or more with respect to the heat transfer surface.

次に、実施例1における吸着材成形体aを、上記吸着材成形体cに変更したこと以外は実施例1と同様にしてNH脱着速度の測定を行なった。
測定結果を図6に示す。
図6及び図7では、本実施例3の測定結果について、便宜上、「CFランダム」と併記する。
Next, the NH 3 desorption rate was measured in the same manner as in Example 1 except that the adsorbent molded body a in Example 1 was changed to the adsorbent molded body c.
The measurement results are shown in FIG.
In FIG. 6 and FIG. 7, the measurement result of the third embodiment is also described as “CF random” for convenience.

≪吸着材成形体の熱伝導率の測定≫
吸着材成形体cの作製と同様の加圧成形により、φ20mm×厚さ2mm、φ20mm×厚さ3mm、φ20mm×厚さ4mmの3種類の熱伝導率測定用サンプル(吸着材成形体)を作製した(いずれのサンプルにおいても、φ20mmの面が伝熱面である)。
各サンプル(CF10vol%;活性炭の充填密度0.32g/mL)を用い、実施例1と同様にして厚さ方向の熱伝導率を測定した。
更に、スラリーに含まれる活性炭及びCFの量を、活性炭40質量部及びCF60質量部に変更し、上記と同様の熱伝導率の測定を行なった(CF15vol%;活性炭の充填密度0.26g/mL)。
更に、スラリーに含まれる活性炭及びCFの量を、活性炭30質量部及びCF70質量部に変更し、上記と同様の熱伝導率の測定を行なった(CF18vol%;活性炭の充填密度0.19g/mL)。
測定結果を図7に示す。
≪Measurement of thermal conductivity of adsorbent molded body≫
Three types of heat conductivity measurement samples (adsorbent molded bodies) of φ20 mm × thickness 2 mm, φ20 mm × thickness 3 mm, φ20 mm × thickness 4 mm are produced by pressure molding similar to the production of the adsorbent molded body c. (In each sample, the surface of φ20 mm is the heat transfer surface).
Using each sample (CF 10 vol%; activated carbon packing density 0.32 g / mL), the thermal conductivity in the thickness direction was measured in the same manner as in Example 1.
Furthermore, the amount of activated carbon and CF contained in the slurry was changed to 40 parts by mass of activated carbon and 60 parts by mass of CF, and the same thermal conductivity was measured as above (CF 15 vol%; packing density of activated carbon 0.26 g / mL). ).
Furthermore, the amount of activated carbon and CF contained in the slurry was changed to 30 parts by mass of activated carbon and 70 parts by mass of CF, and the same thermal conductivity was measured as above (CF 18 vol%; packing density of activated carbon 0.19 g / mL) ).
The measurement results are shown in FIG.

〔比較例1〕
実施例2において、吸着材成形体bを作製するスラリーに、CFを含有させず、活性炭の量を100質量部に変更したこと以外は実施例2と同様の測定を行なった。
比較例1の吸着材成形体における活性炭の充填密度は0.52g/mLである。
測定結果を図6及び図7に示す。
図6及び図7では、本比較例1の測定結果について、便宜上、「CFなし」と併記する。
[Comparative Example 1]
In Example 2, the same measurement as in Example 2 was performed except that the slurry for producing the adsorbent molded body b did not contain CF and the amount of activated carbon was changed to 100 parts by mass.
The packing density of the activated carbon in the adsorbent molded body of Comparative Example 1 is 0.52 g / mL.
The measurement results are shown in FIGS.
6 and 7, the measurement result of Comparative Example 1 is also described as “without CF” for convenience.

図6は、実施例1〜3及び比較例1における、NHの脱着反応の反応時間とNHの脱着率との関係を示すグラフである。
横軸の時間(sec)は、NHの脱着反応の反応時間であり、具体的には、バルブを開いた時からの経過時間(秒)である。
縦軸の脱着率(−)は、実施例1における反応時間300secでのNHの脱着量を1.0とし、実施例1における反応時間0secでのNHの脱着量を0.0としたときの相対値である。ここで、NHの脱着量は、NHチャンバー内の圧力増加に基づいて求めた。
6, in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 is a graph showing the relationship between the reaction time and the NH 3 desorption rate of desorption reactions NH 3.
The time (sec) on the horizontal axis is the reaction time of the NH 3 desorption reaction, and specifically, the elapsed time (seconds) from when the valve is opened.
The desorption rate (−) on the vertical axis represents the desorption amount of NH 3 at a reaction time of 300 sec in Example 1 as 1.0, and the desorption amount of NH 3 at a reaction time of 0 sec in Example 1 as 0.0. Relative value. Here, the desorption amount of NH 3 was determined based on the pressure increase in the NH 3 chamber.

図6に示すように、伝熱面に対して軸心の方向が交差するCFを含む吸着材成形体を用いた、実施例1(CF略垂直)、実施例2(CF略水平)、及び実施例3(CFランダム)では、CFを含まない吸着材成形体を用いた比較例1(CFなし)に対し、NHの脱着速度が向上していた。
実施例1〜3の中でも、軸心の方向が伝熱面に対して45°以上であるCFを含む吸着材成形体を用いた実施例1及び3では、NHの脱着速度が大きいことが確認された。
更に、実施例1及び3のうち、吸着材成形体に含有されるCFのうちの95個数%以上の軸心の方向が伝熱面に対して70°以上である実施例1では、NHの脱着速度が極めて大きいことが確認された。
As shown in FIG. 6, Example 1 (CF substantially vertical), Example 2 (CF substantially horizontal), and an adsorbent molded body containing CF whose axial center intersects the heat transfer surface, and In Example 3 (CF random), the desorption rate of NH 3 was improved as compared with Comparative Example 1 (without CF) using an adsorbent molded body containing no CF.
Among Examples 1 to 3, in Examples 1 and 3 using an adsorbent molded body containing CF whose axis is 45 ° or more with respect to the heat transfer surface, the NH 3 desorption rate is high. confirmed.
Furthermore, in Examples 1 and 3, in Example 1 in which the direction of the axial center of 95% by number or more of CF contained in the adsorbent molded body is 70 ° or more with respect to the heat transfer surface, NH 3 It was confirmed that the desorption speed of was extremely high.

図7は、実施例1〜3及び比較例1における、吸着材成形体中の活性炭充填密度と、吸着材成形体の厚さ方向の熱伝導率(W/(m・K))と、の関係を示すグラフである。
図7に示す熱伝導率は、図6に示したNHの脱着速度とよく対応しており、実施例1〜3(中でも実施例1及び3、特に実施例1)における熱伝導率が高かった。これにより、厚さ方向(伝熱面に対し垂直な方向)の熱伝導率が向上するにつれ、NHのアンモニア脱着速度が向上することが確認された。
特に、実施例1では、活性炭の高い充填密度(0.32g/mL)を維持した状態で、厚さ方向(伝熱面に対し垂直な方向)について大きな熱伝導度が得られることが確認された。このことが、実施例1においてNHの脱着速度を顕著に向上させている理由であると考えられる。
FIG. 7 shows the activated carbon packing density in the adsorbent molded bodies and the thermal conductivity (W / (m · K)) in the thickness direction of the adsorbent molded bodies in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. It is a graph which shows a relationship.
The thermal conductivity shown in FIG. 7 corresponds well with the desorption rate of NH 3 shown in FIG. 6, and the thermal conductivity in Examples 1 to 3 (especially Examples 1 and 3, especially Example 1) is high. It was. Thereby, it was confirmed that the ammonia desorption rate of NH 3 was improved as the thermal conductivity in the thickness direction (direction perpendicular to the heat transfer surface) was improved.
In particular, in Example 1, it was confirmed that large thermal conductivity was obtained in the thickness direction (direction perpendicular to the heat transfer surface) while maintaining a high packing density (0.32 g / mL) of activated carbon. It was. This is considered to be the reason why the NH 3 desorption rate is remarkably improved in Example 1.

上記実施例では、NHの脱着反応の反応速度(脱着速度)を評価したが、NHの吸着反応の反応速度(吸着速度)についても上記実施例と同様の結果が得られることはいうまでもない。 In the above example, the reaction rate (desorption rate) of the NH 3 desorption reaction was evaluated, but it goes without saying that the same result as in the above example can be obtained for the reaction rate (adsorption rate) of the NH 3 adsorption reaction. Nor.

10 配管
20 熱交換型反応器
22 筐体
24 反応室
26 熱媒体流路
30 積層体
32A、32B 吸着材成形体
34 支持体
40 蒸発凝縮器
100 吸着式ヒートポンプ
M1 熱媒体
S 伝熱面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piping 20 Heat exchange type | mold reactor 22 Case 24 Reaction chamber 26 Heat medium flow path 30 Laminate body 32A, 32B Adsorbent molded object 34 Support body 40 Evaporative condenser 100 Adsorption-type heat pump M1 Heat medium S Heat transfer surface

Claims (11)

吸着材成形体を収容可能な反応室、及び、熱媒体が流通する熱媒体流路が交互に配置されている筐体と、
前記反応室に収容され、前記熱媒体との間で熱交換する伝熱面を有し、吸着質が吸着されるときに放熱し吸着質が脱着するときに蓄熱する吸着材、及び、軸心の方向が前記伝熱面に対して交差する繊維状の熱伝導性材料を含有する吸着材成形体と、
を備えた熱交換型反応器。
A reaction chamber in which an adsorbent molded body can be accommodated, and a housing in which heat medium flow paths through which the heat medium flows are alternately arranged;
An adsorbent that is housed in the reaction chamber and has a heat transfer surface that exchanges heat with the heat medium, radiates heat when the adsorbate is adsorbed, and stores heat when the adsorbate is desorbed, and a shaft center An adsorbent molded body containing a fibrous heat conductive material whose direction intersects the heat transfer surface;
A heat exchange reactor equipped with
前記繊維状の熱伝導性材料は、軸心の方向が前記伝熱面に対して45°以上である請求項1に記載の熱交換型反応器。   2. The heat exchange reactor according to claim 1, wherein the fibrous heat conductive material has an axis direction of 45 ° or more with respect to the heat transfer surface. 前記吸着材成形体に含有される繊維状の熱伝導性材料のうちの80個数%以上は、軸心の方向が、前記伝熱面に対して70°以上である請求項1又は請求項2に記載の熱交換型反応器。   The axial direction of 80% by number or more of the fibrous heat conductive material contained in the adsorbent molded body has an axis direction of 70 ° or more with respect to the heat transfer surface. A heat exchange reactor according to 1. 前記熱伝導性材料は、アスペクト比が10以上である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。   The heat exchange type reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat conductive material has an aspect ratio of 10 or more. 前記吸着材成形体が、前記反応室の壁面と接触する平板状の吸着材成形体であり、
前記伝熱面が、前記壁面との接触面である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。
The adsorbent molded body is a flat adsorbent molded body in contact with the wall surface of the reaction chamber;
The heat exchange reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat transfer surface is a contact surface with the wall surface.
前記熱伝導性材料が、無機材料である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。   The heat exchange reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat conductive material is an inorganic material. 前記熱伝導性材料が、炭素繊維である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。   The heat exchange reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the heat conductive material is carbon fiber. 前記吸着材が、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、及び粘土鉱物からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。   The heat exchange reactor according to any one of claims 1 to 7, wherein the adsorbent is at least one selected from the group consisting of activated carbon, mesoporous silica, zeolite, silica gel, and clay mineral. 前記熱伝導性材料は、軸心の方向の熱伝導率が2W/(m・K)以上である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。   The heat exchange type reactor according to any one of claims 1 to 8, wherein the heat conductive material has a thermal conductivity in the direction of an axial center of 2 W / (m · K) or more. 前記吸着材成形体中における前記熱伝導性材料の量が、前記吸着材成形体の全量に対し、1体積%〜30体積%である請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の熱交換型反応器。   The quantity of the said heat conductive material in the said adsorbent molded object is 1 volume%-30 volume% with respect to the whole quantity of the said adsorbent molded object, The any one of Claims 1-9. Heat exchange reactor. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の熱交換型反応器を備えた吸着式ヒートポンプ。   An adsorption heat pump comprising the heat exchange reactor according to any one of claims 1 to 10.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0571887A (en) * 1991-09-11 1993-03-23 Technol Res Assoc Super Heat Pump Energ Accum Syst Heat accumulation method
JP2000281302A (en) * 1999-03-26 2000-10-10 Japan Steel Works Ltd:The Heat transfer accelerating material for gas adsorption/ desorption reaction material and gas adsorption/ desorption reaction material excellent in heat transfer property
US20080051279A1 (en) * 2006-08-28 2008-02-28 Ut-Battelle, Llc Increased thermal conductivity monolithic zeolite structures
WO2010116891A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 ポリマテック株式会社 Heat-conductive massive adhesive agent, heat-conductive adhesive sheet and method for producing same
WO2012108288A1 (en) * 2011-02-07 2012-08-16 株式会社豊田中央研究所 Heat storage device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0571887A (en) * 1991-09-11 1993-03-23 Technol Res Assoc Super Heat Pump Energ Accum Syst Heat accumulation method
JP2000281302A (en) * 1999-03-26 2000-10-10 Japan Steel Works Ltd:The Heat transfer accelerating material for gas adsorption/ desorption reaction material and gas adsorption/ desorption reaction material excellent in heat transfer property
US20080051279A1 (en) * 2006-08-28 2008-02-28 Ut-Battelle, Llc Increased thermal conductivity monolithic zeolite structures
WO2010116891A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 ポリマテック株式会社 Heat-conductive massive adhesive agent, heat-conductive adhesive sheet and method for producing same
WO2012108288A1 (en) * 2011-02-07 2012-08-16 株式会社豊田中央研究所 Heat storage device

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