JP2937869B2

JP2937869B2 - 反応蒸留方法を用いた化学反応熱ポンプ装置

Info

Publication number: JP2937869B2
Application number: JP8184342A
Authority: JP
Inventors: 亨根宋; 炳伎羅; 基碩楊; 華雄李; 然秀鄭; 勝基洪
Original assignee: KANKOKU KAGAKU GIJUTSU KENKYUSHO
Current assignee: KANKOKU KAGAKU GIJUTSU KENKYUSHO
Priority date: 1995-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1999-08-23
Anticipated expiration: 2016-07-15
Also published as: KR0139356B1; KR970005381A; JPH09103670A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃熱を効果的に利
用することができる化学反応熱ポンプ装置に関する。具
体的に言えば、本発明は、低温における吸熱反応と高温
における発熱反応を連続的に行って、熱を低温から高温
に移動させることができ、また反応安定性を有し、生成
物と反応物との分離が容易な化学反応系を利用すること
により、特に操作上の危険が少なく、かつ商業的に利用
可能性が非常に高い化学反応熱ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱ポンプは、低温の熱を高温に替える装
置であって、１８５２年にカルビンにより構成された熱
ポンプがその始まりであると知られている。しかし、実
際にはジェイコブ・パーキンスによる蒸気圧縮式冷凍機
の設計が、カルビンのそれより１８年も先立っている。
空気圧縮式冷凍機を利用した最初の製氷工場が、１８５
０年頃オーストラリアのジェムス・ヘリソンにより建て
られている。

【０００３】現代的な意味の熱ポンプは、ハルデインが
１９３０年に製作した装置をその初めと見なすのが一般
的であるが、ハルデインは大気を熱源として利用し、気
象の条件が良くないときに備えて水が兼用できるように
考案した。１９３５年には空気の調節と冷房を目的とし
て、水と臭化リチウムを利用した吸水サイクル熱ポンプ
が米国で設けられた。この装置は燃焼物質と爆発性がな
く、人体に対しても無害であるため商業的に利用されて
きた〔D.V. Paranjape, et al., "Characteristics of
Water-Calcium Chloride and Water-Lithium Bromide A
bsorption HeatPumps," AICHE J. 32 (1986), 1924-192
7〕。

【０００４】従来の機械的な熱ポンプは、潜熱を利用し
て機械的エネルギーを熱エネルギーに変換して貯蔵した
後、より高い温度の熱に替える反面、化学反応熱ポンプ
は化学反応の反応熱を利用して熱を吸収した後、より高
温で熱を放出するので、機械的な熱ポンプより多量の熱
を更に高い温度まで移動させることができる長所があ
る。また、化学反応熱ポンプは、機械的熱ポンプのよう
に流体を圧縮し、膨張させる必要がないので、更に効率
的に高温の熱を作りうる長所がある。特に、化学反応熱
ポンプはエネルギー密度が潜熱や顕熱より更に大きい化
学反応の反応熱を利用しているので、貯蔵容器などの付
帯施設を備えなくても、長期間熱の損失なしで高温の熱
を貯蔵できる長所がある。しかし、前記のような機械的
熱ポンプに比べて優れた長所を有する化学反応熱ポンプ
は、反応の可逆性、触媒、反応速度などの物理化学的な
問題のみならず、反応器、ポンプ、熱交換器、分離器な
どの装置上の問題点のために、今まで実用化されなかっ
た。

【０００５】以上の理由により、商業的に利用可能な化
学反応熱ポンプ装置の開発は行われていないが、下記の
表１に示したような、使用可能な反応系及び触媒につい
ては相当多くの研究が進められている。

【０００６】

【表１】

【０００７】前記表１で示された反応系中、実用化の可
能性が非常に高い反応系は、２−プロパノール／アセト
ン／水素反応系である。一般に、この反応系は比較的低
温で（１００℃以下）熱を吸収し、高温で（２００℃以
上）熱を放出することができ、また反応が安定で生成物
と反応物との分離が容易であり、特に操作上の危険が少
ないため商業的な利用可能性が非常に高い。前記２−プ
ロパノール／アセトン／水素の反応機構は下記式（１）
で示される。Ｃ₃ Ｈ₇ ＯＨ＋熱＝Ｃ₃ Ｈ₆ Ｏ＋Ｈ₂ ………（１）

【０００８】この反応系は、前述のように表１の反応系
に比べて低い温度で熱を吸収することができ、反応安全
性が高いので、日本、フランスなどにおいて多くの研究
者が実用化のための研究用として利用している。この反
応系では８０℃付近で２−プロパノールがアセトンと水
素に分解しながら、２−プロパノール１モル当り２４Kc
alの熱を吸収する（以下、「吸熱反応」という）。ま
た、熱を吸収したアセトンと水素は、２００℃付近で熱
を放出しながら２−プロパノールに転換し（以下、「発
熱反応」という）、転換された２−プロパノールは再び
吸熱反応段階に流入されて更にアセトンと水素に分解し
て熱を吸収する。以上のとおり、前記反応系は連続的に
吸熱反応と発熱反応とを行って、熱を低温から高温に移
動することができる化学反応系である。

【０００９】しかし、化学反応熱ポンプ装置を構成する
には、この反応系の吸熱反応において、２−プロパノー
ルがアセトンと水素とに完全に分解するか、あるいは発
熱反応を起こすことができる最少濃度以上の転化率を有
しなければならないことは勿論、発熱反応においても同
様に十分な転化率を有しなければならない。しかし、前
記反応系は他の一般的な全ての反応と同様に、吸熱反応
は温度が高いほど、また発熱反応は温度が低いほど平衡
転化率が高いため、低い温度で吸熱して更に高い温度で
発熱しなければならない化学反応ポンプを構成するには
困難性がある。

【００１０】前記反応系中、吸熱反応の温度に対する理
論平衡転化率は、７００℃以上で９９モル％以上の高い
値を有するが、温度が低下することによりその値が次第
に減少して、化学反応熱ポンプで利用することのできる
温度の６０〜１００℃（以下、「吸熱温度」という）で
は２〜１１モル％となる。また、発熱反応温度に対する
理論平衡転化率は、８０℃以下で９５モル％以上の値を
有するが、温度が上昇するに従いその値が減少して、化
学反応ポンプで利用できる温度の２００℃程度（以下、
「発熱温度」という）では約２０モル％となる。

【００１１】以上の結果から、前記反応系（表１で示し
た他の反応系全てを含む）を利用して低温で吸熱反応を
行い、高温で発熱反応を行うためには、吸熱反応におい
て反応物として使用される発熱反応の生成物中の２−プ
ロパノール濃度が、少なくとも１１モル％以上にならな
ければならない。逆に発熱反応で反応物として使用され
る吸熱反応生成物中のアセトンと水素の濃度が、少なく
とも２０モル％以上にならなければならないことが分か
る。また、吸熱反応の場合、反応物の濃度が平衡転化率
以上になるとしても、反応における濃度の差異は、その
反応の主な推進力になるため、濃度差が大きいほど生成
物の生産速度は大きくなる。故に、前記反応系の可逆過
程を円滑に循環させるためには、反応物の濃度を高める
ための分離装置が必要となる。特に、反応効率を高める
には、主反応器より更に大きい分離装置が必要となり、
これに伴う熱の伝達、移送、断熱などの問題点が生じ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上の条件を満たす装
置を作るためには、蒸留塔及び移送ポンプなどの装置の
大型化が不可避になり、かつ、分離装置の運転に過度の
エネルギーが必要となるため、現実的に産業化は困難で
ある。

【００１３】したがって、本発明の目的は、前記式
（１）の反応系を導入した化学反応熱ポンプ装置を実用
化するに際して、制約となる前記の問題点を解決する装
置を開発して、実用可能な化学反応熱ポンプ装置を提供
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明においては、蒸留塔中に設ける蒸留段又
は充填物の代わりに特殊製作した触媒を充填し、化学反
応と同時に蒸留工程を行って、吸熱反応と分離工程を同
時に遂行する装置（以下、「吸熱反応器」という）を構
成して、反応蒸留工程を利用することである。

【００１５】かかる反応蒸留工程において、吸熱反応器
内に存在する触媒と下向流として存在する液相との境面
では反応平衡が保持され、この液相と上向流として存在
する気相との境面では相平衡が存在する。ここで、液相
では２−プロパノールとアセトンのみが存在し、気相で
は２−プロパノールとアセトン並びに水素が存在するこ
とになる。液相において水素が存在しない理由は、水素
の蒸気圧が他の二つの物質のそれに比べて非常に大きい
からである。ここで、もし液相に存在する物質のモル分
率が、吸熱反応が進行できる領域のモル分率を有すると
すれば、液相に存在する２−プロパノールは触媒と反応
してアセトンと水素とに分解する。分解された水素は反
応と同時に気相に移動して発熱反応に参与し、アセトン
は、液相で先に移動した液相の２−プロパノールと相平
衡を保持しながら気相としても移動する。ここで一つ留
意すべき点は、液相のモル分率が、発熱反応が進行でき
る領域のモル分率を有するとしても、気相に存在する水
素と触媒とが接触する機会がないから、発熱反応は起こ
らないことになり、吸熱反応器内で本反応系は非可逆反
応になる。

【００１６】したがって、前記のような化学反応系を使
用すれば、他の付随的な操作なしで、連続的に高純度の
アセトンと水素を発熱反応器に連続供給することがで
き、発熱反応器から吸熱反応器に供給される低濃度の２
−プロパノールを吸熱反応器の適当な位置に供給して、
熱を連続的に低い温度から高い温度へ移動できる化学反
応熱ポンプ装置を構成することができる。

【００１７】以上、２−プロパノール／アセトン／水素
反応を通じて、本発明装置のメカニズムを説明したが、
本発明の装置はこの反応系のみに限定されることなく、
サイクロヘキサン／ベンゼン／水素反応系にも適用する
ことができる。

【００１８】更に具体的に言えば、本発明は、可逆的化
学反応が可能な反応系を使用して、低温における吸熱反
応と高温における発熱反応とを連続的に行うことができ
るようになり、それぞれ触媒を充填した吸熱反応部と発
熱反応部、熱を装置の外部に伝達する手段、そして制御
手段並びに断熱手段、からなることを特徴とする化学反
応熱ポンプ装置を提供する。

【００１９】ここで、吸熱反応部は、吸熱反応器の主反
応部と反応蒸留部とが同じ一つの経路で連結され、反応
と蒸留が同時に起こる反応蒸留装置であって、発熱反応
部には、導入される原料の自体加熱（self heating）が
円滑に起こるように、発熱反応器の内径の０．１〜０．
９倍の大きさの内部経路を一つ以上有する。

【００２０】かかる本発明の反応系において、触媒とし
ては、ルテニウム、白金、亜クロム酸銅、Ｃｕ−Ｚｎ及
びラネーニッケルよりなる群から選択される少なくとも
一種類を、アルミナ、活性炭又はゼオライトに担持させ
たものが用いられる。

【００２１】以上、図面を参照して本発明を更に詳しく
説明する。

【００２２】図１に示したとおり、本発明の装置は、吸
熱反応部Ａ、発熱反応物Ｂ、吸熱反応部制御部Ｃ及び発
熱反応部制御部Ｄから構成される。吸熱反応部Ａの主反
応部（１１）、反応蒸留部（１２及び１３）及び発熱反
応部Ｂの発熱反応器（２６）に触媒を充填して、８０〜
１００℃の廃熱を含む熱媒体を熱媒体入口（４１）に供
給し、吸熱反応器再沸器（３１）、吸熱反応部Ａの熱媒
体経路（４２）、熱媒体経路（４３）を順に通過しなが
ら、熱を前記主反応部（１１）に供給する。

【００２３】装置に熱を供給した熱媒体は、チェックバ
ルブ（３４）を経て反応物予熱器（３２）より発熱生成
物出口（２７）に供給される発熱反応生成物から一次的
に熱を吸収する。

【００２４】反応物予熱器（３２）を通過した熱媒体は
熱媒体経路（４４）を経て発熱反応部Ｂの熱媒体経路
（４５）を通過しながら発熱反応器（２６）から二次的
に熱を吸収する。このように、装置から熱を吸収した熱
媒体は発熱反応部Ｂの制御部Ｄ、即ち、温度制御器（５
４）、温度感知器（５５）、制御バルブ（５６）により
望みの温度（１２０〜３００℃）を保持しながら熱媒体
出口（４６）を通じて一定に排出される。吸熱反応物は
熱媒体から熱の供給を受けた吸熱反応部Ａの再沸器（３
１）にて沸騰され、吸熱反応器の再沸器出口（１５）を
通じて主反応部（１１）へ一定に供給される。主反応部
（１１）へ供給された吸熱反応物は、一定の反応速度で
吸熱反応を起こし、吸熱反応物の一部は生成物に転換さ
れた後、未反応混合物は再び吸熱反応部Ａの反応蒸留部
（１２及び１３）へ供給されて未反応の吸熱反応物が完
全に転換される。吸熱反応物を完全に転換するために吸
熱反応部Ａの反応蒸留部（１３）上部の温度は吸熱反応
部Ｃの制御部、即ち、温度制御器（５１）、制御バルブ
（５２）及び温度感知器（５３）を用いて一定に保持
し、反応生成物中の一定量を還流させて前記反応蒸留部
（１２及び１３）における未反応反応物が完全に転換さ
れるようにする。

【００２５】ここで、吸熱反応部Ａで生成した吸熱反応
生成物は、すぐ発熱反応で用いられる反応物になる。吸
熱反応部Ａで生じた発熱反応物は冷却器(３７)により冷
却された後、一定圧力(０．１〜５気圧)下で気体と液体
とが存在することになる。次いで、これらはそれぞれ気
体ポンプ(３５)と液体ポンプ(３６)を使用して発熱反応
物経路(２２)を経て混合気(３３)で均一に混合され、反
応物予熱器(３２)で６０℃以上に予熱された後、発熱反
応物経路(２３)を通じて混合器（３３）で均一に混合さ
れ、次いで発熱反応部Ｂの入り口(２４)に供給される。
このとき、吸熱反応部Ａで生成した発熱反応物中の液体
で存在する反応物は、装置の円滑な運転のために液体貯
蔵槽(２１)に一時貯蔵した後供給する。発熱反応部Ｂの
入り口(２４)に供給した発熱反応物は、発熱反応器(２
６)の内部経路(２５)を通過しながら、発熱反応器(２
６)の反応熱により７０〜２００℃に自動加熱されて発
熱反応器(２６)に流入される。発熱反応器(２６)に流入
された発熱反応物は、一定の反応速度で発熱反応を起こ
して前記内部経路(２５)の反応物と一緒に熱媒体経路
(４５)の流体に高温(１２０〜３００℃)の熱を伝達した
後、発熱反応生成物の出口(２７)を通じて反応物予熱器
(３２)に伝達される。ここで、発熱反応生成物は熱媒体
及び発熱反応物と熱交換を行う。熱交換が終わった発熱
反応生成物は、一定の温度と流速で吸熱反応物の入り口
（１６）を経て吸熱反応器に流入される。

【００２６】以上のように、本発明では、化学反応熱ポ
ンプに使用できる可逆反応系を用いて、閉鎖回路を成し
ている一つの装置において、吸熱反応と発熱反応を同時
に行うことは勿論、高純度の反応生成物を分離供給する
ことにより、化学反応熱ポンプの効率を極大化すること
ができ、また反応物の再供給なしで半永久的に使用が可
能な装置を開発するに至った。特に、熱が移動する過程
において熱の損失を極小化し、反応と分離を一つの装置
で処理することにより、運転費及び装置費を低減するこ
とができた。

【００２７】図２は、今まで実用化された化学反応熱ポ
ンプがなかったから、一般的な反応と蒸留工程をそれぞ
れ別に行い、吸熱反応を行ったときと、本発明による装
置を用いて吸熱反応を行ったときの生成物の生成速度
を、吸熱反応の温度により比較したグラフである。

【００２８】図２において、本発明の装置を使用したと
きに得た生成物の生成速度を円（○）で示し、反応と蒸
留を別に行ったときに得た生成物の生成速度は逆三角
（▽）で示した。本発明による装置を使用したときは、
一般的な方法を使用したときと比べて、２０％以上生成
速度が向上していることが分かる。

【００２９】図３は、本発明の装置と既存の一般的な装
置との熱ポンプの性能差異を、装置内部の大きさに対し
て比較して示したグラフであって、ここで本発明による
装置を使用して得た熱ポンプの性能を円（○）で示し、
一般の装置を用いて得た熱ポンプの性能を逆三角（▽）
で示した。本発明の装置を使用したときは一般の装置を
使用したときと比較して、熱ポンプの性能が２．５倍以
上向上していることが分かる。

【００３０】以上のように、本発明の化学反応熱ポンプ
装置は、反応平衡を移動させることにより、生成物の生
成速度を２０％以上向上させることができ、かつ装置の
大きさを最小化して吸熱反応器、分離装置、発熱反応器
を適切に配列し、熱ポンプの性能を既存の方法に比べて
２．５倍以上向上させることにより、廃熱を効率的に利
用することができる。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の装置を実施例に基づいてより
詳しく説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。

【００３２】〔実施例１〕２０〜５０メッシュに選別し
た活性炭を用いてルテニウムと白金とを１：１に担持さ
せた後、これを吸熱反応部Ａの主反応部（１１）及び反
応蒸留部（１２及び１３）に充填し、１０〜３０メッシ
ュの亜クロム酸銅を発熱反応器（２６）に充填した。８
０℃の水を熱媒体の入口（４１）に供給して再沸器（３
１）→吸熱反応器の熱媒体経路（４２）→熱媒体経路
（４３）→チェックバルブ（３４）→反応物予熱器（３
２）→熱媒体経路（４４）→発熱反応器の熱媒体経路
（４５）→熱媒体出口（４６）の順で一定に供給した。
２−プロパノールは、供給バルブ（１７）を通じて２０
リットル/hr 供給し、冷却器（３７）に常温の冷却水を
２００リットル/hr 供給した。吸熱反応部Ａの反応蒸留
部（１３）上部の温度が上昇し始めると、その温度を５
６℃に保持できるように吸熱反応部Ａの制御部Ｃ、即ち
温度制御器（５１）、制御バルブ（５２）及び温度感知
器（５３）を用いて一定量を還流させた。圧力調節バル
ブ（３８）を開けて吸熱反応部Ａの内部圧力を常圧に調
節した。アセトンが液体貯蔵庫（２１）に溜まり始める
と、気体ポンプ（３５）と液体ポンプ（３６）を作動し
て水素とアセトンを発熱反応物経路（２２）を経て反応
物予熱器（３２）で７０℃に予熱した後、発熱反応物経
路（２３）→混合器（３３）→発熱反応器入口（２４）
→発熱反応器の内部経路（２５）→発熱反応器（２６）
の順に供給した。

【００３３】発熱反応器（２６）の温度が上昇し始める
と、圧力調節バルブ（３９）を調節して発熱反応器（２
６）の圧力が２．５気圧になるようにした。発熱反応器
（２６）の圧力を２．５気圧に保持すると、２−プロパ
ノールの供給を徐々に減らし、透視鏡（１８）から見て
吸熱反応部Ａの主反応部（１１）内部の液位が一定にな
ると、２−プロパノールの供給を中断した。同時に熱媒
体を温度制御器（５４）、温度感知器（５５）及び制御
バルブ（５６）を用いて熱媒体出口（４６）から一定に
排出して、２００℃、１６気圧の高圧蒸気を９００リッ
トル/hr で得ることができた。

【００３４】〔実施例２〕アルミナを５０〜８０メッシ
ュに選別して白金を担持させた後、吸熱反応部Ａの主反
応部（１１）と反応蒸留部（１２及び１３）及び発熱反
応部Ｂの発熱反応器（２６）に充填した。１００℃の水
を実施例１と同様の方法で供給した。サイクロヘキサン
を供給バルブ（１７）で１８リットル/hr 供給した。冷
却器（３７）に常温の冷却水を２００リットル/hr 供給
した。吸熱反応器の反応蒸留部（１３）上部の温度が上
昇し始めると、その温度が８０℃に保持できるように吸
熱反応部Ａの制御部Ｃ、即ち温度制御器（５１）、制御
バルブ（５２）及び温度感知器（５３）を用いてその一
定量を還流させた。圧力調節バルブ（３８）を開けて吸
熱反応器の内部圧力を３００Torrに調節した。ベンゼン
が液体貯蔵槽（２１）に溜まり始めると、実施例１と同
様に気体ポンプ（３５）と液体ポンプ（３６）を作動し
て水素とベンゼンを発熱反応器（２６）に供給した。発
熱反応器（２６）の温度が上昇し始めると、圧力調節バ
ルブ（３９）を調節して発熱反応器（２６）の圧力が４
気圧になるようにした。発熱反応器（２６）の圧力を５
気圧に一定に保持すると、サイクロヘキサンの供給を徐
々に減らし、透視鏡（１８）から見て吸熱反応部Ａの主
反応部（１１）内部の液位が一定になると、サイクロヘ
キサンの供給を中断した。同時に熱媒体を発熱反応部Ｂ
の制御部Ｄ、即ち温度制御器（５４）、温度感知器（５
５）及び制御バルブ（５６）を用いて熱媒体出口（４
６）から一定に排出して、２５０℃、３９気圧の高圧蒸
気を４００リットル/hr 得ることができた。

【００３５】〔実施例３〕５０〜８０メッシュのラネー
ニッケルを吸熱反応部Ａの主反応部（１１）に充填し、
Ｃｕ−Ｚｎを吸熱反応器の反応蒸留部（１２及び１３）
及び発熱反応器（２６）に充填した。９０℃の水を実施
例１と同様な方法で供給した。２−プロパノールは供給
バルブ（１７）を通じて２５リットル/hr 供給した。冷
却器（３７）に常温の冷却水を２００リットル/hr 供給
した。吸熱反応器の反応蒸留部（１３）上部の温度が上
昇し始めると、その温度を５６℃に保持できるように吸
熱反応部Ａの制御部Ｃ、即ち温度制御器（５１）、制御
バルブ（５２）及び温度感知器（５３）を用いてその一
定量を還流させた。圧力調節バルブ（３８）を開けて吸
熱反応部Ａの内部圧力を６００Torrに調節した。アセト
ンが液体貯蔵槽（２１）に溜まり始めると、実施例１と
同様に気体ポンプ（３５）と液体ポンプ（３６）を作動
してアセトンと水素を発熱反応器（２６）に供給した。
発熱反応器（２６）の温度が上昇し始めると、圧力調節
バルブ（３９）を調節して発熱反応器（２６）の圧力が
１．５気圧になるようにした。発熱反応器（２６）の圧
力を１．５気圧に一定に保持すると、２−プロパノール
の供給を徐々に減らし、透視鏡（１８）から見て吸熱反
応部Ａの主反応部（１１）内部の液位が一定になると、
２−プロパノールの供給を中断した。同時に熱媒体を発
熱反応部Ｂの制御部Ｄ、即ち温度制御器（５４）、温度
感知器（５５）及び制御バルブ（５６）を用いて熱媒体
出口（４６）から一定に排出して、２１０℃、１９気圧
の高圧蒸気を７２０リットル/hr 得ることができた。

【００３６】

【発明の効果】本発明による化学反応熱ポンプ装置は、
熱が移動する過程において熱の損失が極少化され、反応
と分離を一つの装置で処理することにより、運転費及び
装置費を低減すると同時に、操作上の危険が少なくかつ
商業的な利用可能性が非常に高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置に対する概略図である。

【図２】反応と蒸留を別に行い、吸熱反応を行った場合
と、本発明の装置を使用して反応と蒸留を同時に行い、
吸熱反応を行った場合における生成物の生成速度を比較
して示したグラフである。

【図３】既存の一般的な装置を用いた場合と、本発明に
よる装置を用いた熱ポンプ性能の差異を内部装置の大き
さに対して比較したグラフである。

【符号の説明】

Ａ：吸熱反応部Ｂ：発熱反応部Ｃ：吸熱反応部の制御部Ｄ：発熱反応部の制御部１１：主反応部１２、１３：反応蒸留部１４：吸熱反応器の生成物出口１５：吸熱反応器の再沸器出口１６：吸熱反応物入口１７：供給バルブ１８：透視鏡２１：液体貯蔵槽２２、２３：発熱反応物経路２４：発熱反応器入口２５：発熱反応器の内部経路２６：発熱反応器２７：発熱生成物出口３１：再沸器３２：予熱器３３：混合器３４：チェックバルブ３５、３６：ポンプ３７：冷却器３８、３９：圧力調節バルブ４１、４６：熱媒体出入口４２、４３、４４、４５：熱媒体経路５１、５４：温度制御器５３、５５：温度感知器５２、５６：制御バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者李華雄大韓民国ソウル特別市麻浦区城山洞450 番地市営アパート８棟501号 (72)発明者鄭然秀大韓民国ソウル特別市城北区下月谷洞39 番地１号ＫＩＳＴアパート9811 (72)発明者洪勝基大韓民国京畿道龍仁群器興邑新葛里116 番地２号ドリームランドアパート101 棟1008号 (56)参考文献実開昭61−86439（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01J 19/00 F24J 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その中に触媒をそれぞれ充填した、低温
における吸熱反応を行わしめる吸熱反応部Ａ；と高温に
おける発熱反応を行わしめる発熱反応部Ｂ；及び吸熱反
応生成物を発熱反応物として該発熱反応部へ、そして発
熱反応生成物を吸熱反応物として該吸熱反応部へ、それ
ぞれ閉ループにて移送する経路１４，２２，２３，２４
及び２７，１６；からなる化学反応熱ポンプ装置であっ
て、該吸熱反応部が吸熱反応物の気相触媒反応を行わし
める主反応部１１と未反応の吸熱反応物の分離と液相触
媒反応を行わしめる反応蒸留部１２及び１３からなるこ
とを特徴とする装置。
【請求項２】前記の吸熱反応部Ａが、前記の主反応部
１１の上部に前記の反応蒸留部１２および１３が吸熱反
応物と吸熱反応生成物との混合物の経路を共有するよう
に連結され、吸熱反応を行わしめる単一の装置として構
成されたものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記の吸熱反応部Ａにて吸熱反応物に間
接的に熱を与えるための加熱媒体と、前記の発熱反応部
Ｂにて発熱反応生成物から間接的に熱を貰うための吸熱
媒体が、該吸熱反応部に供給され、そして一つの経路を
通って該発熱反応部から排出せしめられる同一の流体で
ある、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】前記の吸熱反応部Ａから吸熱反応生成物
を発熱反応物として前記の発熱反応部Ｂへ移送する経路
に、該吸熱反応生成物を間接的に冷却し、そして該吸熱
反応生成物を気体成分と液体成分に分離するための冷却
器３７；と、該冷却分離された液体を一時的に貯溜する
ための液体貯蔵槽２１；と、該冷却分離された気体と該
液体貯蔵槽中の液体を所定の割合で混合し前記の発熱反
応部Ｂに送るための該気体用と該液体用のポンプ３５お
よび３６；と、を更に備えた、請求項１乃至３の何れか
一に記載の装置。
【請求項５】前記の吸熱反応部Ａから吸熱反応生成物
を発熱反応物として前記の発熱反応部Ｂへ移送する経路
であって、前記の両ポンプ３５及び３６の後流に、前記
の吸熱反応部Ａにて吸熱反応物に間接的に熱を与えた後
の加熱媒体と、前記の冷却された気体と液体の混相流
と、を該発熱反応部から該吸熱反応部へ移送される発熱
反応生成物にて間接加熱するための予熱器３２が、更に
設けられている請求項４に記載の装置。
【請求項６】前記の発熱反応部Ｂの発熱反応器２６
が、その内部に、その軸に沿って延伸し、その大きさが
該発熱反応器の内径の０．１〜０．９倍である、該発熱
反応器に流入する吸熱反応生成物を該発熱反応器にて発
生する熱でもって加熱するための内部経路２５を有する
ものである請求項１乃至３の何れか一に記載の装置。
【請求項７】前記の吸熱反応部Ａと発熱反応部Ｂで起
こる反応が、２−プロパノール／アセトン／水素系又は
サイクロヘキサン／ベンゼン／水素系の可逆的化学反応
である請求項１乃至６の何れか一に記載の装置。
【請求項８】前記の触媒が、ルテニウム、白金、亜ク
ロム酸銅、Ｃｕ−Ｚｎ及びラネーニッケルよりなる群か
ら選択される少なくとも一種類をアルミナ、活性炭又は
ゼオライトに担持させたものである請求項１乃至６の何
れか一に記載の装置。
【請求項９】前記の低温における吸熱反応及び高温に
おける発熱反応の温度が、それぞれ６０〜１５０℃及び
１５０〜３００℃である請求項１乃至６の何れか一に記
載の装置。