JP6471947B1 - Chemical heat storage material and method for producing the same, chemical heat pump and method for operating the same - Google Patents
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Abstract
【課題】アルカリ土類金属の水酸化物の脱水反応を利用した蓄熱を行なう化学蓄熱材において、より高い反応率を示し、より低温での蓄熱を実現できる化学蓄熱材を提供すること。
【解決手段】化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩を含む。前記化学蓄熱材は、さらに、アルカリ金属の化合物を含み、前記アルカリ金属の化合物の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜50モル%であることが好ましい。前記金属の酸塩の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.05〜30モル%であることが好ましい。
【選択図】なし[Problem] To provide a chemical heat storage material that exhibits higher reaction rate and can realize heat storage at a lower temperature in a chemical heat storage material that performs heat storage using dehydration reaction of hydroxide of an alkaline earth metal.
A chemical heat storage material includes a hydroxide and / or oxide of an alkaline earth metal and a metal acid salt. The chemical heat storage material further includes an alkali metal compound, and the amount of the alkali metal compound is 0.1 to 50 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal. It is preferable. The amount of the metal acid salt is preferably 0.05 to 30 mol% based on the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal.
[Selection figure] None
Description
本発明は、化学蓄熱材及びその製造方法、並びにケミカルヒートポンプ及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a chemical heat storage material and a manufacturing method thereof, and a chemical heat pump and an operation method thereof.
近年、二酸化炭素排出規制によって化石燃料の使用削減が求められており、各プロセスの省エネルギー化に加え、排熱の利用を進める必要がある。排熱の利用の手段としては、水を利用した100℃以下の温水蓄熱が知られている。しかし、温水蓄熱には、(1)放熱損失があるため長時間の蓄熱が不可能である、(2)顕熱量が小さいため大量の水が必要であり、蓄熱設備のコンパクト化が困難である、(3)出力温度が利用量に応じて非定常で、次第に降下する、等の問題がある。したがって、このような排熱の民生利用を進めるためには、より効率の高い蓄熱技術を開発する必要がある。 In recent years, the use of fossil fuels has been demanded by carbon dioxide emission regulations, and it is necessary to promote the use of exhaust heat in addition to energy saving in each process. As means for using exhaust heat, warm water storage at 100 ° C. or less using water is known. However, in hot water heat storage, (1) long-term heat storage is impossible due to heat dissipation loss, and (2) a large amount of water is required because the amount of sensible heat is small, making it difficult to make the heat storage equipment compact. (3) There is a problem that the output temperature is unsteady according to the usage amount and gradually drops. Therefore, it is necessary to develop a more efficient heat storage technology in order to promote consumer use of such waste heat.
効率の高い蓄熱技術として化学蓄熱法が挙げられる。化学蓄熱法は、物質の吸着、水和等の化学変化を伴うため、材料自体(水、溶融塩等)の潜熱や顕熱による蓄熱法に比べて単位質量当たりの蓄熱量が高くなる。化学蓄熱法としては、大気中の水蒸気の吸脱着による水蒸気吸脱着法、金属塩へのアンモニア吸収(アンミン錯体生成反応)、アルコール等の有機物の吸脱着による反応等が提案されている。環境への負荷や装置の簡便性を考慮すると、水蒸気吸脱着法が最も有利である。水蒸気吸脱着法に用いられる化学蓄熱材として、アルカリ土類金属水酸化物である水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムが知られている。 A chemical heat storage method is an example of a highly efficient heat storage technology. Since the chemical heat storage method involves chemical changes such as adsorption and hydration of substances, the amount of heat stored per unit mass is higher than the heat storage method using latent heat or sensible heat of the material itself (water, molten salt, etc.). As the chemical heat storage method, a water vapor adsorption / desorption method by adsorption / desorption of water vapor in the atmosphere, ammonia absorption to a metal salt (ammine complex formation reaction), a reaction by adsorption / desorption of an organic substance such as alcohol, and the like have been proposed. The water vapor adsorption / desorption method is most advantageous in view of environmental load and simplicity of the apparatus. As chemical heat storage materials used in the water vapor adsorption and desorption method, calcium hydroxide and magnesium hydroxide, which are alkaline earth metal hydroxides, are known.
しかし、これら水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウムは、100〜400℃の低温域では有効な脱水反応を起こさないため、実用的な蓄熱材として機能しないという問題があった。 However, since these calcium hydroxide and magnesium hydroxide do not cause an effective dehydration reaction in a low temperature range of 100 to 400 ° C., there is a problem that they do not function as a practical heat storage material.
この問題を解決するために、特許文献1では、マグネシウムと、ニッケル、コバルト、銅、及びアルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属成分との複合水酸化物を利用することで、100〜300℃程度で蓄熱可能な化学蓄熱材が提案されている。 In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses that a composite hydroxide of magnesium and at least one metal component selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper, and aluminum is used. A chemical heat storage material capable of storing heat at about ~ 300 ° C has been proposed.
さらに、特許文献2では、特許文献1に記載の化学蓄熱材の蓄熱量を改善することを目的に、マグネシウム又はカルシウムの水酸化物に、塩化リチウム等の吸湿性金属塩を添加してなる化学蓄熱材が提案されている。
Furthermore, in
特許文献1及び2に開示された技術によれば、蓄熱動作温度をある程度低温化することができるものの、例えば工場廃熱を蓄熱しようとした時などには、工場廃熱の温度域が200〜250℃又はより低温度域であることから、その蓄熱動作温度は十分に低いものではなく、工場廃熱を効率よく利用することが困難で、動作温度のより一層の低温化を図ることが求められている。蓄熱効率の改良や、蓄熱システムの適用温度域の拡張などの側面からも、化学蓄熱材の動作温度の改良は依然として重要な課題である。
According to the techniques disclosed in
本発明は、上記現状に鑑み、アルカリ土類金属の水酸化物の脱水反応を利用した蓄熱を行なう化学蓄熱材において、より高い反応率を示し、より低温での蓄熱を実現できる化学蓄熱材及びその製造方法、並びに、該化学蓄熱材を利用して蓄熱及び放熱するためのケミカルヒートポンプ及びその運転方法を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a chemical heat storage material that performs heat storage using dehydration reaction of an alkaline earth metal hydroxide, exhibits a higher reaction rate, and can realize heat storage at a lower temperature and An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof, a chemical heat pump for storing and radiating heat using the chemical heat storage material, and an operation method thereof.
上記の課題を解決するために、本発明者らが種々検討を重ねたところ、アルカリ土類金属の水酸化物の脱水反応を利用した化学蓄熱材を製造するに際し、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩を含む化学蓄熱材が、より高い反応率を示し、より低温での蓄熱を実現できる化学蓄熱材を製造できることを見出し、本発明に至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made various studies. In producing a chemical heat storage material utilizing the dehydration reaction of an alkaline earth metal hydroxide, the alkaline earth metal hydroxide is produced. The present inventors have found that a chemical heat storage material containing a substance and / or oxide and a metal acid salt can produce a chemical heat storage material that exhibits a higher reaction rate and can realize heat storage at a lower temperature, and has led to the present invention.
すなわち第一の本発明は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩を含む、化学蓄熱材に関する。 That is, the first aspect of the present invention relates to a chemical heat storage material containing an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide and a metal acid salt.
第二の本発明は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、アルカリ金属の化合物と、金属の酸塩を含み、前記アルカリ金属の化合物の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜50モル%である、化学蓄熱材に関し、さらに、ニッケル、コバルト、銅およびアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の特定の金属の化合物を含んでもよく、前記特定金属の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜40モル%である化学蓄熱材に関する。 The second aspect of the present invention includes an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, an alkali metal compound, and a metal acid salt, and the amount of the alkali metal compound is the amount of the alkaline earth metal. It relates to a chemical heat storage material that is 0.1 to 50 mol% with respect to hydroxide and / or oxide, and further includes at least one specific metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper, and aluminum The amount of the specific metal may include a compound, and the amount of the specific metal relates to a chemical heat storage material that is 0.1 to 40 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal.
前記金属の酸塩の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.05〜30モル%であることが好ましい。また、前記アルカリ土類金属が、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、また、前記アルカリ金属が、リチウム、カリウム、及びナトリウムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The amount of the metal acid salt is preferably 0.05 to 30 mol% based on the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal. The alkaline earth metal is preferably at least one selected from the group consisting of calcium, magnesium, strontium and barium, and the alkali metal is selected from the group consisting of lithium, potassium and sodium. It is preferable that it is at least one kind.
前記金属の酸塩が、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩であることが好ましく、また、前記金属の酸塩が、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅及び亜鉛からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩であることが好ましい。前記アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩が、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸塩であることがより好ましい。 Preferably, the metal acid salt is an acid salt of at least one metal selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals, and the metal acid salt is aluminum, iron, cobalt, It is preferably an acid salt of at least one metal selected from the group consisting of nickel, copper and zinc. The acid salt of at least one metal selected from the group consisting of the alkali metal and alkaline earth metal is at least one metal selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, calcium, magnesium, strontium and barium More preferably, the acid salt of
第三の本発明は、化学蓄熱材の製造方法であって、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩を混合する工程を含む、製造方法に関する。 3rd this invention is a manufacturing method of a chemical thermal storage material, Comprising: It is related with the manufacturing method including the process of mixing the hydroxide and / or oxide of an alkaline-earth metal, and the acid salt of a metal.
第四の本発明は、化学蓄熱材の製造方法であって、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、アルカリ金属の化合物と、金属の酸塩を混合する工程を含み、前記アルカリ金属の化合物の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜50モル%である、製造方法に関する。 The fourth aspect of the present invention is a method for producing a chemical heat storage material, comprising a step of mixing an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, an alkali metal compound, and a metal acid salt, The amount of the alkali metal compound relates to the production method, which is 0.1 to 50 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal.
当該製造方法においては、前記混合工程において、さらに、ニッケル、コバルト、銅およびアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の特定の金属の化合物を混合してもよく、前記金属の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜40モル%である製造方法に関する。 In the manufacturing method, in the mixing step, a compound of at least one specific metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper, and aluminum may be further mixed. It is related with the manufacturing method which is 0.1-40 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of an alkaline-earth metal.
第五の本発明は、吸熱脱水反応および水和発熱反応を利用したケミカルヒートポンプであって、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物を含む化学蓄熱材を収容する反応器と、前記反応器に熱的に接続され、前記化学蓄熱材に外部から熱を供給する熱供給手段と、前記反応器に熱的に接続され、前記化学蓄熱材から生じた熱を外部に取り出す熱回収手段と、水を貯蔵する貯蔵器と、前記反応器と前記貯蔵器を接続して、水を通す接続管と、前記ケミカルヒートポンプ内に金属の酸塩を供給する塩供給機構と、を有するケミカルヒートポンプに関する。 A fifth aspect of the present invention is a chemical heat pump using an endothermic dehydration reaction and a hydration exothermic reaction, which contains a chemical heat storage material containing an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, Heat supply means that is thermally connected to the reactor and supplies heat to the chemical heat storage material from the outside, and heat recovery means that is thermally connected to the reactor and extracts heat generated from the chemical heat storage material to the outside A chemical heat pump comprising: a water storage reservoir; a connection pipe for connecting the reactor and the reservoir to pass water; and a salt supply mechanism for supplying a metal acid salt into the chemical heat pump. About.
第六の本発明は、前記ケミカルヒートポンプを運転する方法であって、前記塩供給機構を用いて、前記反応器内に収容された前記化学蓄熱材に金属の酸塩を供給する工程と、前記熱供給手段を通じて前記化学蓄熱材に熱を供給し、前記化学蓄熱材の吸熱脱水反応を進行させて蓄熱する工程と、を含む方法に関する。当該方法は、さらに、前記貯蔵器の水を前記反応器に移動させて前記化学蓄熱材に接触させ、前記化学蓄熱材の水和発熱反応を進行させて放熱する工程を含んでもよい。 The sixth aspect of the present invention is a method for operating the chemical heat pump, the step of supplying a metal acid salt to the chemical heat storage material accommodated in the reactor using the salt supply mechanism, A method of supplying heat to the chemical heat storage material through a heat supply means, and advancing an endothermic dehydration reaction of the chemical heat storage material to store heat. The method may further include a step of moving the water in the reservoir to the reactor, bringing the water into contact with the chemical heat storage material, and advancing a hydration exothermic reaction of the chemical heat storage material to dissipate heat.
本発明によると、アルカリ土類金属の水酸化物の脱水反応を利用した蓄熱を行なう化学蓄熱材において、より高い反応率を示し、より低温での蓄熱を実現できる化学蓄熱材及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, in a chemical heat storage material that performs heat storage using dehydration reaction of an alkaline earth metal hydroxide, a chemical heat storage material that exhibits a higher reaction rate and can realize heat storage at a lower temperature and a method for manufacturing the same. Can be provided.
また、本発明によると、アルカリ土類金属の水酸化物の脱水反応を利用した蓄熱を行なう化学蓄熱材を利用して蓄熱及び放熱するためのケミカルヒートポンプにおいて、より高い反応率を示し、より低温での蓄熱を実現できるケミカルヒートポンプ、及びその運転方法を提供することができる。 In addition, according to the present invention, in a chemical heat pump for storing and radiating heat using a chemical heat storage material that performs heat storage using dehydration reaction of alkaline earth metal hydroxide, a higher reaction rate is exhibited, It is possible to provide a chemical heat pump capable of realizing heat storage at the same time and an operation method thereof.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明で製造する化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び酸化物による以下の可逆反応を利用したものである。なお、以下の反応式では、アルカリ土類金属としてカルシウム又はマグネシウムを用いた場合について示した。
CaO+H2O⇔Ca(OH)2 △H=−109.2kJ/モル
MgO+H2O⇔Mg(OH)2 △H=−81.2kJ/モル
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The chemical heat storage material produced in the present invention utilizes the following reversible reaction with an alkaline earth metal hydroxide and oxide. In the following reaction formula, the case where calcium or magnesium is used as the alkaline earth metal is shown.
CaO + H 2 O⇔Ca (OH) 2 ΔH = −109.2 kJ / mol MgO + H 2 O⇔Mg (OH) 2 ΔH = −81.2 kJ / mol
各式中、右方向への反応は酸化カルシウム又は酸化マグネシウムの水和発熱反応である。反対に、左方向への反応は水酸化カルシウム又は水酸化マグネシウムの脱水吸熱反応である。すなわち本発明の化学蓄熱材は、水酸化カルシウム又は水酸化マグネシウムの脱水反応が進行することによって蓄熱することができ、また、蓄えられた熱エネルギーを、酸化カルシウム又は酸化マグネシウムの水和反応が進行することによって供給することができる。 In each formula, the reaction in the right direction is a hydration exothermic reaction of calcium oxide or magnesium oxide. Conversely, the reaction in the left direction is a dehydration endothermic reaction of calcium hydroxide or magnesium hydroxide. That is, the chemical heat storage material of the present invention can store heat by the dehydration reaction of calcium hydroxide or magnesium hydroxide, and the hydrated reaction of calcium oxide or magnesium oxide proceeds to the stored thermal energy. Can be supplied by doing.
本発明における化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ土類金属の酸化物いずれかを含むものであればよく、双方を含むものであってもよい。前記アルカリ土類金属としては、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウムが挙げられる。これらを1種のみ含むものであってもよく、2種以上を組み合わせて含むものであっても良い。このうち、カルシウム及び/又はマグネシウムが好ましく、マグネシウムがより好ましい。アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ土類金属の酸化物として、好ましくは、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、マグネシウムとカルシウムの複合水酸化物、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、マグネシウムとカルシウムの複合酸化物が挙げられ、これらを単独で使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。 The chemical heat storage material in the present invention only needs to contain either an alkaline earth metal hydroxide or an alkaline earth metal oxide, or may contain both. Examples of the alkaline earth metal include calcium, magnesium, strontium, and barium. One of these may be included, or a combination of two or more may be included. Among these, calcium and / or magnesium are preferable, and magnesium is more preferable. Alkaline earth metal hydroxide, alkaline earth metal oxide, preferably magnesium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium-calcium composite hydroxide, magnesium oxide, calcium oxide, magnesium-calcium composite oxidation The thing is mentioned, These may be used independently and may mix and use 2 or more types.
本発明においては、当該アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩を含む化学蓄熱材を構成する点に特徴がある。金属の酸塩とは、金属の化合物を酸と反応することで形成される塩のことをいい、特には、金属の水酸化物を酸で中和することで形成される塩が好ましい。具体的には、例えば、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、安息香酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、硝酸カルシウム、酢酸カルシウム、安息香酸カルシウム、クエン酸カルシウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、安息香酸リチウム、クエン酸リチウムなどが挙げられるが、これらに限定されない。 The present invention is characterized in that it constitutes a chemical heat storage material containing the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide and a metal acid salt. The metal acid salt refers to a salt formed by reacting a metal compound with an acid, and particularly a salt formed by neutralizing a metal hydroxide with an acid. Specifically, for example, magnesium nitrate, magnesium acetate, magnesium benzoate, magnesium citrate, calcium nitrate, calcium acetate, calcium benzoate, calcium citrate, lithium nitrate, lithium acetate, lithium benzoate, lithium citrate, etc. For example, but not limited to.
前記金属の酸塩を構成する金属としては、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属;リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅及び亜鉛が挙げられる。これらを1種のみ含むものであってもよく、2種以上を組み合わせて含むものであっても良い。このうち、カルシウム、リチウム及び/又はマグネシウムが好ましく、カルシウム及び/又はマグネシウムがより好ましい。前金属の酸塩を構成するアルカリ土類金属は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物を構成するアルカリ土類金属と同じものであってよいし、異なるものであってもよいが、化学蓄熱材の反応率向上の観点から、同じものであることが好ましい。ただし、本発明で使用する金属の酸塩がアルカリ土類金属の酸塩である時、当該アルカリ土類金属の酸塩としては、アルカリ土類金属の炭酸塩および塩化物を用いないことが好ましい。 Examples of the metal constituting the metal acid salt include alkaline earth metals such as calcium, magnesium, strontium, and barium; alkali metals such as lithium, sodium, and potassium; aluminum, iron, cobalt, nickel, copper, and zinc. . One of these may be included, or a combination of two or more may be included. Among these, calcium, lithium and / or magnesium are preferable, and calcium and / or magnesium are more preferable. The alkaline earth metal constituting the acid salt of the premetal may be the same as or different from the alkaline earth metal constituting the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal. However, the same thing is preferable from a viewpoint of the reaction rate improvement of a chemical heat storage material. However, when the metal acid salt used in the present invention is an alkaline earth metal acid salt, it is preferable not to use the alkaline earth metal carbonate and chloride as the alkaline earth metal acid salt. .
前記金属の酸塩を構成する酸としては、特に限定されず、公知の酸を適宜使用することができ、無機酸、有機酸のいずれであってもよい。また、水溶性の酸であってもよいし、水に難溶性または不溶性の酸であってもよい。また、1種類のみを使用してもよいし、2種類以上を適宜組み合わせて使用してもよい。 It does not specifically limit as an acid which comprises the said metal acid salt, A well-known acid can be used suitably, Any of an inorganic acid and an organic acid may be sufficient. Further, it may be a water-soluble acid, or may be an acid that is hardly soluble or insoluble in water. Further, only one type may be used, or two or more types may be used in appropriate combination.
無機酸としては、例えば、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、フッ化水素酸、ハロゲンオキソ酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、スルホン酸、ホウ酸、シアン化水素酸、ヘキサフルオロリン酸などが挙げられる。 Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, hydrofluoric acid, halogen oxoacid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, sulfonic acid, boric acid, hydrocyanic acid, hexafluorophosphorus An acid etc. are mentioned.
有機酸としては、例えば、有機スルホン酸、有機ホスホン酸、脂肪族ヒドロキシ酸(ジヒドロキシ酸、トリヒドロキシ酸を含む)、芳香族ヒドロキシ酸(ジヒドロキシ酸、トリヒドロキシ酸を含む)、脂肪族カルボン酸(ジカルボン酸、トリカルボン酸を含む)、脂肪族不飽和カルボン酸(ジカルボン酸、トリカルボン酸を含む)、芳香族カルボン酸(ジカルボン酸、トリカルボン酸を含む)、芳香族不飽和カルボン酸(ジカルボン酸、トリカルボン酸を含む)、その他のオキシ酸、その他のオキソカルボン酸、アミノ酸、及びこれら誘導体の酸が挙げられる。 Examples of organic acids include organic sulfonic acids, organic phosphonic acids, aliphatic hydroxy acids (including dihydroxy acids and trihydroxy acids), aromatic hydroxy acids (including dihydroxy acids and trihydroxy acids), and aliphatic carboxylic acids ( Dicarboxylic acids and tricarboxylic acids), aliphatic unsaturated carboxylic acids (including dicarboxylic acids and tricarboxylic acids), aromatic carboxylic acids (including dicarboxylic acids and tricarboxylic acids), aromatic unsaturated carboxylic acids (dicarboxylic acids and tricarboxylic acids) Acid), other oxyacids, other oxocarboxylic acids, amino acids, and acids of these derivatives.
有機スルホン酸としては、例えば、メタンスルホン酸、トルフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸などが挙げられる。有機ホスホン酸類としては、例えば、リン酸ジメチルエステル、フェニルホスホン酸などが挙げられる。脂肪族ヒドロキシ酸または芳香族ヒドロキシ酸としては、例えば、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸などが挙げられる。脂肪族カルボン酸または脂肪族不飽和カルボン酸としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、アクリル酸、ソルビン酸、ピルビン酸、オキサロ酢酸、スクアリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、アコニット酸などが挙げられる。芳香族カルボン酸または芳香族不飽和カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、サリチル酸、シキミ酸、没食子酸、ピロメリト酸などが挙げられる。アミノ酸としては、例えば、アスパラギン酸、グルタミン酸などが挙げられる。 Examples of the organic sulfonic acid include methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and the like. Examples of organic phosphonic acids include phosphoric acid dimethyl ester and phenylphosphonic acid. Examples of the aliphatic hydroxy acid or aromatic hydroxy acid include lactic acid, malic acid, citric acid, and tartaric acid. Examples of aliphatic carboxylic acids or aliphatic unsaturated carboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, acrylic acid, sorbic acid, pyruvic acid, oxaloacetic acid, squaric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutar Acid, maleic acid, aconitic acid and the like can be mentioned. Examples of the aromatic carboxylic acid or aromatic unsaturated carboxylic acid include benzoic acid, phthalic acid, salicylic acid, shikimic acid, gallic acid, and pyromellitic acid. Examples of amino acids include aspartic acid and glutamic acid.
前記金属の酸塩の使用量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物の量を100モル%としたときに、0.05〜30モル%であることが好ましい。これより金属の酸塩の使用量が少なくなると、当該酸塩の添加による反応率向上または蓄熱温度の低温化を達成することができない。また、金属の酸塩の使用量が前記範囲より多くなると、母材となるアルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物への影響が大きく、化学蓄熱材による単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が低下する恐れがある。前記金属の酸塩の使用量は、0.1〜20モル%が好ましく、0.3〜15モル%がより好ましく、0.5〜10モル%がさらに好ましく、0.8〜8モル%がよりさらに好ましく、1〜6%が特に好ましい。 The amount of the metal acid salt used is preferably 0.05 to 30 mol% when the amount of the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide is 100 mol%. If the amount of the metal acid salt used is less than this, it is impossible to achieve a reaction rate improvement or a low heat storage temperature by the addition of the acid salt. In addition, when the amount of the metal acid salt used is larger than the above range, the influence of the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide as the base material is large, and the unit volume or mass per unit mass of the chemical heat storage material is large. There is a risk that the amount of heat storage decreases. The amount of the metal acid salt used is preferably 0.1 to 20 mol%, more preferably 0.3 to 15 mol%, further preferably 0.5 to 10 mol%, and 0.8 to 8 mol%. Even more preferred is 1 to 6%.
本発明の化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩に加えて、さらにアルカリ金属の化合物を含んでも良い。アルカリ金属の化合物をさらに配合することで、化学蓄熱材の反応率をより高めることができる。 The chemical heat storage material of the present invention may further contain an alkali metal compound in addition to the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide and the metal acid salt. By further blending an alkali metal compound, the reaction rate of the chemical heat storage material can be further increased.
前記アルカリ金属の化合物を構成するアルカリ金属としては、リチウム、カリウム、ナトリウムが挙げられ、これらを1種のみ含むものであってもよく、2種以上を組み合わせて含むものであっても良い。このうち、リチウム、ナトリウムが好ましく、リチウムがより好ましい。前記アルカリ金属の化合物としては、本発明の効果を奏するものである限り特に限定されないが、吸湿性を有する塩であって、雰囲気中の水分を吸着するか、又は対応する水和物を生成することができる塩が好ましい。そのような塩としては、例えば、取り扱いが容易なものとして、塩化物、臭化物等のハロゲン化物、水酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、又は硫酸塩などが挙げられる。これらを単独で使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。 Examples of the alkali metal constituting the alkali metal compound include lithium, potassium, and sodium, and these may include only one kind, or may include two or more kinds in combination. Among these, lithium and sodium are preferable, and lithium is more preferable. The alkali metal compound is not particularly limited as long as it has the effect of the present invention, but is a hygroscopic salt that adsorbs moisture in the atmosphere or generates a corresponding hydrate. Salts that can be used are preferred. Examples of such salts include halides such as chlorides and bromides, hydroxides, carbonates, acetates, nitrates, and sulfates that can be easily handled. These may be used alone or in combination of two or more.
より具体的には、リチウムの塩としては、ハロゲン化リチウム及び/又は水酸化リチウムが好ましく、塩化リチウム、臭化リチウム、及び/又は水酸化リチウムがより好ましい。カリウムの塩としては、ハロゲン化カリウム及び/又は水酸化カリウムが好ましく、塩化カリウム、臭化カリウム、及び/又は水酸化カリウムがより好ましい。ナトリウムの塩としては、ハロゲン化ナトリウム及び/又は水酸化ナトリウムが好ましく、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、及び/又は水酸化ナトリウムがより好ましい。ただし、アルカリ金属の化合物と金属の酸塩は異なる化合物であり、アルカリ金属の化合物と金属の酸塩が同じ化合物を指す場合は本発明には含まれない。 More specifically, the lithium salt is preferably lithium halide and / or lithium hydroxide, more preferably lithium chloride, lithium bromide, and / or lithium hydroxide. The potassium salt is preferably potassium halide and / or potassium hydroxide, more preferably potassium chloride, potassium bromide and / or potassium hydroxide. As a salt of sodium, sodium halide and / or sodium hydroxide are preferable, and sodium chloride, sodium bromide, and / or sodium hydroxide are more preferable. However, the alkali metal compound and the metal acid salt are different compounds, and the case where the alkali metal compound and the metal acid salt indicate the same compound is not included in the present invention.
前記アルカリ金属の化合物の使用量としては、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物の量を100モル%としたときに、アルカリ金属の化合物の量が0.1〜50モル%となる量であることが好ましい。これよりアルカリ金属の化合物の量が前記範囲より少なくなると、アルカリ金属の化合物の使用による反応率向上または蓄熱温度の低温化を達成することが困難となる。また、アルカリ金属の化合物の量が前記範囲より多くなると、化学蓄熱材による単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が低下する恐れがある。前記アルカリ金属の化合物の量は、0.5〜30モル%が好ましく、1.0〜20モル%がより好ましく、2.0〜10モル%がさらに好ましい。当該アルカリ金属の化合物の量を調節することで、化学蓄熱材の脱水吸熱温度を制御することができる。 The amount of the alkali metal compound used is 0.1 to 50 mol% when the amount of the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide is 100 mol%. It is preferable that the amount is as follows. Accordingly, when the amount of the alkali metal compound is less than the above range, it becomes difficult to improve the reaction rate or lower the heat storage temperature by using the alkali metal compound. Moreover, when the amount of the alkali metal compound is larger than the above range, the heat storage amount per unit volume or unit mass by the chemical heat storage material may be reduced. The amount of the alkali metal compound is preferably 0.5 to 30 mol%, more preferably 1.0 to 20 mol%, and still more preferably 2.0 to 10 mol%. The dehydration endothermic temperature of the chemical heat storage material can be controlled by adjusting the amount of the alkali metal compound.
前記の金属の酸塩を構成する金属がアルカリ金属であっても良い。例えば、金属の酸塩として塩化リチウムを選択し、アルカリ金属の化合物として水酸化リチウムを選択し、これらをともに用いることができる。この態様において、これら化合物の添加量は本発明の範囲において調整が可能であるが、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対する金属の酸塩とアルカリ金属の化合物のモル比の合計が0.1%以上50モル%未満であることが好ましく、金属の酸塩とアルカリ金属の化合物のモル比率が、1:9から9:1の範囲にあることがより好ましい。 The metal constituting the metal acid salt may be an alkali metal. For example, lithium chloride can be selected as the metal acid salt, lithium hydroxide can be selected as the alkali metal compound, and these can be used together. In this embodiment, the addition amount of these compounds can be adjusted within the scope of the present invention, but the molar ratio of the metal acid salt to the alkali metal compound with respect to the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide. The total is preferably 0.1% or more and less than 50 mol%, and the molar ratio of the metal acid salt to the alkali metal compound is more preferably in the range of 1: 9 to 9: 1.
本発明の化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、アルカリ金属の化合物と、金属の酸塩に加えて、さらに特定の金属の化合物を含んでも良い。前記特定の金属の化合物をさらに含めることで、化学蓄熱材の反応率をより高めることができる。この時、前記特定の金属の化合物は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と化学的に複合化していることが好ましい。 The chemical heat storage material of the present invention may further contain a specific metal compound in addition to an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, an alkali metal compound, and a metal acid salt. By further including the specific metal compound, the reaction rate of the chemical heat storage material can be further increased. At this time, it is preferable that the compound of the specific metal is chemically complexed with an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide.
前記特定の金属は、ニッケル、コバルト、銅、及びアルミニウムからなる群より選択され、これらを1種のみ含むものであってもよく、2種以上を組み合わせて含むものであっても良い。このうち、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、ニッケル及び/又はコバルトがより好ましい。 The specific metal is selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper, and aluminum, and may include only one of these, or may include two or more in combination. Among these, at least 1 sort (s) selected from the group which consists of nickel, cobalt, and aluminum is preferable, and nickel and / or cobalt are more preferable.
前記特定の金属の化合物としては特に限定されないが、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と複合化するものであることが好ましく、塩化物、臭化物等のハロゲン化物、水酸化物、酸化物、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、又は硫酸塩などが挙げられる。これらを単独で使用しても良いし、2種以上を混合して使用しても良い。より具体的には、水酸化ニッケル、水酸化コバルト、ニッケルとコバルトの複合水酸化物、酸化ニッケル、酸化コバルト、及び/又はニッケルとコバルトの複合酸化物が好ましい。 The compound of the specific metal is not particularly limited, but is preferably one that is complexed with an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, such as a halide such as chloride or bromide, a hydroxide, Examples thereof include oxides, carbonates, acetates, nitrates, and sulfates. These may be used alone or in combination of two or more. More specifically, nickel hydroxide, cobalt hydroxide, nickel-cobalt composite hydroxide, nickel oxide, cobalt oxide, and / or nickel-cobalt composite oxide are preferable.
前記特定の金属の化合物の使用量としては、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物の量を100モル%としたときに前記特定の金属の量が0.1〜40モル%となる量であることが好ましい。これより前記特定の金属の量が少なくなると、前記特定の金属の化合物の使用による反応率向上または蓄熱温度の低温化を達成することが困難となる。また、前記特定の金属の量が前記範囲より多くなると、化学蓄熱材による単位体積又は単位質量あたりの蓄熱量が低下する恐れがある。前記特定の金属の量は、3〜40モル%が好ましく、5〜30モル%がより好ましく、10〜25モル%がさらに好ましい。当該特定の金属の化合物の使用量を調節することで、化学蓄熱材の脱水吸熱温度を制御することができる。 The amount of the specific metal compound used is such that the amount of the specific metal is 0.1 to 40 mol% when the amount of the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal is 100 mol%. It is preferable that the amount is as follows. If the amount of the specific metal is reduced, it becomes difficult to achieve an improvement in the reaction rate or a reduction in the heat storage temperature by using the specific metal compound. Moreover, when the amount of the specific metal is larger than the above range, the heat storage amount per unit volume or unit mass by the chemical heat storage material may be reduced. 3-40 mol% is preferable, as for the quantity of the said specific metal, 5-30 mol% is more preferable, and 10-25 mol% is further more preferable. The dehydration endothermic temperature of the chemical heat storage material can be controlled by adjusting the amount of the specific metal compound used.
本発明における化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩と、場合によりアルカリ金属の化合物と、場合により特定の金属の化合物とが、単に物理的に混合又は分散されているものであってもよいが、これに限定されない。各構成成分の一部又は全部が互いと化学的に複合化したものであってよいし、また、各構成成分の一部又は全部が互いと化学的に反応して第三成分を生じているものであってもよい。 The chemical heat storage material according to the present invention is simply a physical and hydroxide of an alkaline earth metal and / or oxide, a metal acid salt, an alkali metal compound, and in some cases a specific metal compound. However, the present invention is not limited to this. Some or all of each component may be chemically complexed with each other, and some or all of each component may chemically react with each other to form a third component. It may be a thing.
本発明の化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物とアルカリ土類金属の酸化物による吸熱脱水反応および水和発熱反応を利用した化学蓄熱材である。その範囲において、本発明の化学蓄熱材には、他の成分が含まれていても良く、以上で説明した構成成分以外の化学蓄熱成分や、化学蓄熱作用を示さない成分(例えばバインダー)が含まれていても良い。 The chemical heat storage material of the present invention is a chemical heat storage material utilizing an endothermic dehydration reaction and a hydration exothermic reaction with an alkaline earth metal hydroxide and an alkaline earth metal oxide. Within that range, the chemical heat storage material of the present invention may contain other components, including chemical heat storage components other than the constituent components described above and components that do not exhibit a chemical heat storage action (for example, binders). It may be.
本発明の化学蓄熱材の形状は特に限定されないが、例えば、粉末や、造粒体、成形体などの形状であってよい。形状が粉末、造粒体、又は成形体の化学蓄熱材を製造するにあたっては、既知の手法を適用することが可能である。例えば、粉末の化学蓄熱材を製造する際には篩別、解砕、粉砕工程を適用することが可能である。また、造粒体の化学蓄熱材を製造する際には押出造粒、転動造粒、流動層造粒、スプレードライ等の造粒工程を適用することができる。成形体の化学蓄熱材を製造する際には、プレス成形、射出成形、ブロー成形、真空成形、押出成形による成形工程を適用することができる。すなわち、化学蓄熱材としての性状を実施可能な程度に損なわない限りにおいては、需要者の実施形態に応じた任意の形状を選択することが可能である。 Although the shape of the chemical heat storage material of this invention is not specifically limited, For example, it may be shapes, such as powder, a granulated body, a molded object. In manufacturing a chemical heat storage material having a powder shape, a granulated body, or a molded body, a known method can be applied. For example, when producing a powdered chemical heat storage material, it is possible to apply sieving, crushing, and crushing processes. Moreover, when manufacturing the chemical heat storage material of a granulated body, granulation processes, such as extrusion granulation, rolling granulation, fluidized bed granulation, and spray drying, can be applied. When manufacturing the chemical heat storage material of a molded object, the molding process by press molding, injection molding, blow molding, vacuum molding, and extrusion molding can be applied. That is, as long as the properties as the chemical heat storage material are not impaired to the extent that they can be implemented, it is possible to select any shape according to the customer's embodiment.
次に、本発明における化学蓄熱材を製造する方法について説明する。
本発明における化学蓄熱材を製造する方法は特に限定されないが、一例として、まず、金属の酸塩をイオン交換水に溶解して酸塩水溶液を調製し、これにアルカリ土類金属の水酸化物の粉末を加えて攪拌混合する。ここでアルカリ金属の化合物、または、アルカリ金属の化合物と特定の金属の化合物をあわせて投入しても良い。得られたスラリーを乾燥させ、乾燥粉末として化学蓄熱材を製造することができる。攪拌混合の方法は特に限定されず、溶媒であるイオン交換水とアルカリ土類金属の水酸化物の粉末が十分に混合されればよい。
Next, the method for producing the chemical heat storage material in the present invention will be described.
Although the method for producing the chemical heat storage material in the present invention is not particularly limited, as an example, first, an acid salt solution is dissolved in ion-exchanged water to prepare an acid salt aqueous solution, and an alkaline earth metal hydroxide is added thereto. Add and mix with stirring. Here, an alkali metal compound or an alkali metal compound and a specific metal compound may be added together. The obtained slurry can be dried to produce a chemical heat storage material as a dry powder. The method of stirring and mixing is not particularly limited as long as the ion-exchanged water as the solvent and the alkaline earth metal hydroxide powder are sufficiently mixed.
各成分を加える順序は変更してもよい。この場合、例えば、最初にアルカリ金属の化合物、または、アルカリ金属の化合物と特定の金属の化合物をイオン交換水に溶解して、これにアルカリ土類金属の水酸化物の粉末を加えてスラリーを作製し、続いて金属の酸塩を添加した後に、乾燥させて化学蓄熱材を製造することができる。 The order of adding each component may be changed. In this case, for example, first, an alkali metal compound or an alkali metal compound and a specific metal compound are dissolved in ion-exchanged water, and an alkaline earth metal hydroxide powder is added to the slurry. After producing and subsequently adding a metal acid salt, it can be dried to produce a chemical heat storage material.
あるいは、金属の酸塩そのものを用いるのではなく、化学蓄熱材の製造工程内において金属と酸を適宜一般的な条件で加えて反応させることで金属の酸塩を形成させ、化学蓄熱材を製造してもよい。 Alternatively, instead of using the metal acid salt itself, a chemical heat storage material is produced by forming a metal acid salt by adding a metal and an acid under general conditions and reacting them in the chemical heat storage material manufacturing process. May be.
本発明の化学蓄熱材は、100〜400℃程度の熱源、例えば工場排熱等からの未利用熱を吸熱して脱水することにより蓄熱することができる。脱水された化学蓄熱材は、乾燥状態に保つことにより容易に蓄熱状態を維持することができ、またその蓄熱状態を維持しながら所望の場所へ持ち運ぶことができる。放熱する場合には、水、好ましくは水蒸気と接触させることにより水和反応熱(場合により、水蒸気収着熱)を熱エネルギーとして取り出すことができる。また、気密封鎖空間内の一方で水蒸気収着を行わせると共に、他方では水を蒸発させることにより冷熱を発生させることもできる。 The chemical heat storage material of the present invention can store heat by absorbing and dehydrating unused heat from a heat source of about 100 to 400 ° C., for example, factory waste heat. The dehydrated chemical heat storage material can easily maintain the heat storage state by keeping it in a dry state, and can be carried to a desired place while maintaining the heat storage state. In the case of heat dissipation, the heat of hydration reaction (optionally water vapor sorption heat) can be taken out as thermal energy by contacting with water, preferably water vapor. In addition, the water vapor sorption can be performed on one side in the hermetic chain space, and the other side can generate cold by evaporating water.
また、本発明の化学蓄熱材は、エンジンや燃料電池等から排出される排気ガスの熱を有効利用するのにも適している。例えば、排気ガスの熱は、自動車の暖機運転の短縮、搭乗者のアメニティーの向上、燃費の改善、排気ガス触媒の活性向上による排気ガスの低害化等に活用することができる。特に、エンジンでは運転による負荷が一定でなく排気出力も不安定であることから、エンジンからの排気熱の直接利用は必然的に非効率であり、不便を伴う。本発明の化学蓄熱材を利用すると、エンジンからの排気熱を一旦化学的に蓄熱し、熱需要に応じて熱出力することで、より理想的な排気熱利用が可能となる。 The chemical heat storage material of the present invention is also suitable for effectively utilizing the heat of exhaust gas discharged from an engine, a fuel cell, or the like. For example, the heat of exhaust gas can be used for shortening the warm-up operation of an automobile, improving passenger amenity, improving fuel consumption, reducing exhaust gas damage by improving the activity of an exhaust gas catalyst, and the like. In particular, since the engine load is not constant and the exhaust output is unstable, the direct use of exhaust heat from the engine is inevitably inefficient and inconvenient. When the chemical heat storage material of the present invention is used, the exhaust heat from the engine is temporarily stored, and the heat is output according to the heat demand, so that more ideal exhaust heat can be used.
本発明の化学蓄熱材は、蓄熱および放熱をそれぞれ複数回繰り返した後において、金属の酸塩を適宜補充することで、その蓄熱性能の劣化を防止または修復することが可能である。金属の酸塩の補充は、蓄熱材に対して行えばよく、その具体的な態様は特に限定されない。化学蓄熱材をケミカルヒートポンプまたは対象システム(例えば車輛)から取り出したうえで、金属の酸塩を補充してもよいし、ケミカルヒートポンプまたは対象システムの系中に、任意の時期に金属の酸塩を化学蓄熱材に補充する機構を設けておくことで、化学蓄熱材を取り出すことなく、ケミカルヒートポンプまたは対象システムを継続稼動しながら金属の酸塩を補充することも可能である。 The chemical heat storage material of the present invention can prevent or repair deterioration of its heat storage performance by appropriately replenishing a metal acid salt after repeating heat storage and heat dissipation a plurality of times. What is necessary is just to perform replenishment of the metal acid salt with respect to a thermal storage material, and the specific aspect is not specifically limited. After removing the chemical heat storage material from the chemical heat pump or the target system (for example, vehicle), the metal acid salt may be replenished, or the metal acid salt may be added to the chemical heat pump or target system at any time. By providing a mechanism for replenishing the chemical heat storage material, it is possible to replenish the metal acid salt while continuously operating the chemical heat pump or the target system without taking out the chemical heat storage material.
次に本発明の化学蓄熱材を利用したケミカルヒートポンプの実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るケミカルヒートポンプの構成を示す概念図である。ケミカルヒートポンプ10は、化学蓄熱材を収容する反応器11を有する。反応器11内に収容される化学蓄熱材21は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物を含むものである限り、特に限定されない。本発明の化学蓄熱材のようにアルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に加えて金属の酸塩を含むものであってもよいし、また、金属の酸塩を含まないものであってもよい。また、アルカリ金属の化合物や特定の金属の化合物などをさらに含むものであってもよいし、含まないものであってもよい。化学蓄熱材21は、好ましくは本発明の化学蓄熱材である。
Next, an embodiment of a chemical heat pump using the chemical heat storage material of the present invention will be described.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a chemical heat pump according to an embodiment of the present invention. The
反応器11には、工場廃熱など、外部からの熱を反応器11内の化学蓄熱材に供給するための熱供給手段12が熱的に接続されている。これにより、化学蓄熱材に熱が供給されることによって、化学蓄熱材の脱水反応が進行する。すなわち、化学蓄熱材であるアルカリ土類金属の水酸化物が水を放出して、酸化物に変換されることで、ケミカルヒートポンプによる蓄熱が可能になる。
The
次いで、吸熱脱水反応により生じたアルカリ土類金属の酸化物に対しては、水を供給することで、化学蓄熱材の水和発熱反応が進行する。すなわち、当該酸化物と水が反応して水酸化物が生じると共に、熱を発生する。このようにして化学蓄熱材から生じた熱を外部に取り出すための熱回収手段13が、反応器11には熱的に接続されている。熱回収手段13によってケミカルヒートポンプから回収された熱は、その後、任意の用途で有効利用することができる。また、熱回収手段13は、上述した熱供給手段12と一体的に構成されていてもよい。
Next, by supplying water to the alkaline earth metal oxide generated by the endothermic dehydration reaction, the hydration exothermic reaction of the chemical heat storage material proceeds. That is, the oxide and water react to generate a hydroxide and generate heat. Thus, the heat recovery means 13 for taking out the heat generated from the chemical heat storage material to the outside is thermally connected to the
反応器11内の化学蓄熱材から吸熱脱水反応によって放出された水、または、水和発熱反応を進行させるために化学蓄熱材に供給する水は、貯蔵器14において貯蔵される。貯蔵器内の水22は、液体の水であってもよいし、水蒸気であってもよい。図示していないが、貯蔵器14には、貯蔵器内の水を加熱するための第二の熱供給手段と、水の蒸発熱または凝縮熱を外部に取り出すための第二の熱回収手段が設けられていてもよい。
The water released by the endothermic dehydration reaction from the chemical heat storage material in the
反応器11と貯蔵器14は、当該水を通すための接続管15によって接続されている。脱水反応時に反応器11内の化学蓄熱材から放出された水は、接続管15を通って貯蔵器14に移動し、貯蔵器14に貯蔵された水は、接続管15を通って反応器11に移動し、水和発熱反応を進行させることができる。水の移動は、加熱または減圧により水を水蒸気に変換することで行なってもよいし、また、反応器11と貯蔵器14を上下に配置して水を落下させることで行なってもよい。接続管15には、水の移動を適時遮断するために開閉弁16を設けることができる。
The
本発明のケミカルヒートポンプには、前記ケミカルヒートポンプ内に金属の酸塩を供給する塩供給機構が設けられている。塩供給機構は、少なくとも、ケミカルヒートポンプの系中に金属の酸塩を供給するために、接続管15などの壁面に設けられた開閉可能な塩供給口17を含む。塩供給機構は、さらに、金属の酸塩を貯蔵するための塩貯蔵部(図示せず)を有していてもよい。該塩貯蔵部は、塩供給口17に連結される。
The chemical heat pump of the present invention is provided with a salt supply mechanism for supplying a metal acid salt into the chemical heat pump. The salt supply mechanism includes at least an openable and closable
塩供給口17から供給される金属の酸塩としては、上述した金属の酸塩を使用することができる。金属の酸塩を単独で供給してもよいし、金属の酸塩を適当な媒体に混合して例えば水溶液などの形態で供給してもよい。また、金属の酸塩は液体として供給してもよいし、粉末状で供給してもよい。噴霧により供給することもできる。
As the metal acid salt supplied from the
塩供給口17の設置位置は特に限定されず、ケミカルヒートポンプ内に金属の酸塩を供給して金属の酸塩と化学蓄熱材の接触が可能になる位置であればよい。塩供給口17を、図1に示すように接続管15に設ける場合には、例えば、貯蔵器14から反応器11に水が移動している際に、金属の酸塩を塩供給口17からケミカルヒートポンプ内に供給すれば、水と共に金属の酸塩を反応器11に導入して、反応器11内の化学蓄熱材に接触させることができる。また、塩供給口17は、反応器11に設けてもよいし、貯蔵器14に設けてもよい。
The installation position of the
塩供給機構によりケミカルヒートポンプ内に金属の酸塩を供給することによって、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物を主体とする化学蓄熱材が金属の酸塩と接触することで、第一の本発明について説明したように、より高い反応率を達成し、より低温での蓄熱を実現することが可能となる。本発明のケミカルヒートポンプによればケミカルヒートポンプ内に収納された化学蓄熱材に金属の酸塩を補充することが可能になる。これにより、蓄熱および放熱をそれぞれ複数回繰り返した後において、化学蓄熱材の蓄熱性能の劣化を防止または修復することが可能である。 By supplying the metal acid salt into the chemical heat pump by the salt supply mechanism, the chemical heat storage material mainly composed of an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide is brought into contact with the metal acid salt. As described with respect to one aspect of the present invention, it is possible to achieve a higher reaction rate and realize heat storage at a lower temperature. According to the chemical heat pump of the present invention, it is possible to replenish the chemical heat storage material accommodated in the chemical heat pump with a metal acid salt. Accordingly, it is possible to prevent or repair the deterioration of the heat storage performance of the chemical heat storage material after repeating heat storage and heat dissipation a plurality of times.
ケミカルヒートポンプ内の化学蓄熱材に金属の酸塩を補充することができるので、ケミカルヒートポンプに収納する化学蓄熱材は、アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物を含むものであればよく、金属の酸塩はあらかじめ配合されていないものであってもよい。しかし、ケミカルヒートポンプに収納する化学蓄熱材は、あらかじめ金属の酸塩が配合されたものであることが好ましい。 Since the chemical heat storage material in the chemical heat pump can be supplemented with a metal acid salt, the chemical heat storage material stored in the chemical heat pump may be any material that contains an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide. The metal acid salt may not be blended in advance. However, it is preferable that the chemical heat storage material stored in the chemical heat pump is premixed with a metal acid salt.
ケミカルヒートポンプ内への金属の酸塩の添加は一度だけ行なってもよいし、複数回行なってもよい。本発明においては、特にケミカルヒートポンプの蓄熱及び放熱を繰り返し実施した結果、化学蓄熱材が示す反応率が低下してきた場合に、金属の酸塩を添加することで、ケミカルヒートポンプの蓄熱時の反応率の改善を期待することができる。 The addition of the metal acid salt into the chemical heat pump may be performed only once or a plurality of times. In the present invention, in particular, when heat storage and heat dissipation of the chemical heat pump are repeatedly performed, when the reaction rate exhibited by the chemical heat storage material has decreased, by adding a metal acid salt, the reaction rate during heat storage of the chemical heat pump Can be expected to improve.
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
(評価方法)
各実施例及び比較例で得られた化学蓄熱材について、熱重量/示差熱分析測定装置(TG/DTA6300、セイコーインスツルメンツ社製)を用いて熱評価を行った。具体的には、昇温速度10℃/min.,大気条件下・常圧で、マグネシウム系化学蓄熱材の試料は300℃まで、カルシウム系化学蓄熱材の試料は400℃まで加熱し、その後温度を一定に保ち、経時的に重量減少量及び示差熱を測定した。得られた重量減少値に基づいて、各化学蓄熱材中の水酸化マグネシウムが酸化マグネシウムに変化した割合、または水酸化カルシウムが酸化カルシウムに変化した割合として反応率を算出した。
(Evaluation method)
About the chemical heat storage material obtained by each Example and the comparative example, thermal evaluation was performed using the thermogravimetric / differential thermal analysis measuring device (TG / DTA6300, Seiko Instruments Inc. make). Specifically, the heating rate is 10 ° C./min. , Magnesium-based chemical heat storage material samples are heated to 300 ° C, calcium-based chemical heat storage material samples are heated to 400 ° C under atmospheric conditions and atmospheric pressure, and then the temperature is kept constant. The heat was measured. Based on the obtained weight loss value, the reaction rate was calculated as the rate at which magnesium hydroxide in each chemical heat storage material changed to magnesium oxide or the rate at which calcium hydroxide changed to calcium oxide.
反応率の算出は、揮発成分等の影響を除外するため、200℃に昇温した時点での化学蓄熱材の重量を開始重量として反応率0%に設定し、水酸化マグネシウムが全て酸化マグネシウムに、又は水酸化カルシウムが全て酸化カルシウムに変化したと仮定した場合の重量減少値を反応率100%と定めて行った。 The reaction rate is calculated by setting the weight of the chemical heat storage material at the time when the temperature is raised to 200 ° C. to 0% as the starting weight in order to exclude the influence of volatile components and the like. Alternatively, the weight loss when assuming that all calcium hydroxide was changed to calcium oxide was determined with a reaction rate of 100%.
マグネシウム系化学蓄熱材の性能評価は、特に、昇温開始時点から4,000秒が経過した時点での重量減少値から算出された反応率に基づいて行なった。すなわち、本評価方法は、水酸化マグネシウムの熱分解が実質的に進行しない温度である300℃で化学蓄熱材を所定時間保持した時点での反応率を比較するものである。当該反応率が高いほど、吸熱脱水反応が早く進行しており、蓄熱量が大きく、かつ、より低温の熱によって蓄熱できることを示している。なお、表中の相対反応率の数字は、絶対値ではなく、各比較例の反応率を基準の100とした時の相対値を示すものである。 The performance evaluation of the magnesium-based chemical heat storage material was performed based on the reaction rate calculated from the weight reduction value at the time when 4,000 seconds had elapsed from the start of temperature increase. That is, this evaluation method compares the reaction rate when the chemical heat storage material is held for a predetermined time at 300 ° C., which is a temperature at which thermal decomposition of magnesium hydroxide does not substantially proceed. The higher the reaction rate, the faster the endothermic dehydration reaction proceeds, indicating that the amount of heat storage is large and heat can be stored with lower temperature heat. In addition, the number of the relative reaction rate in a table | surface shows not a absolute value but a relative value when the reaction rate of each comparative example is set to 100 of the reference | standard.
カルシウム系化学蓄熱材の性能評価は、特に、昇温開始時点から3,000秒が経過した時点での重量減少値から算出された反応率に基づいて行なった。すなわち、本評価方法は、水酸化カルシウムの熱分解が緩やかに進む温度である400℃で化学蓄熱材を所定時間保持した時点での反応率を比較するものである。当該反応率が高いほど、吸熱脱水反応が早く進行しており、蓄熱量が大きく、かつ、より低温の熱によって蓄熱できることを示している。なお、表中の相対反応率の数字は、絶対値ではなく、比較例の反応率を基準の100とした時の相対値を示すものである。 The performance evaluation of the calcium-based chemical heat storage material was performed based on the reaction rate calculated from the weight reduction value at the time when 3,000 seconds had elapsed from the start of temperature increase. That is, this evaluation method compares the reaction rate when the chemical heat storage material is held for a predetermined time at 400 ° C., which is a temperature at which the thermal decomposition of calcium hydroxide proceeds gradually. The higher the reaction rate, the faster the endothermic dehydration reaction proceeds, indicating that the amount of heat storage is large and heat can be stored with lower temperature heat. In addition, the number of the relative reaction rate in a table | surface shows not a absolute value but a relative value when the reaction rate of a comparative example is set to 100 of the reference | standard.
本実施例及び比較例で用いた水酸化マグネシウムは本発明者らが製造したものを使用した。水酸化マグネシウムの純度は、多元素同時蛍光X線分析装置(Simultix12 株式機会社リガク製)にて、主要な不純物となるCa、Si、P、S、Fe、B、Naを酸化物換算し、100%から減算して算出した。BET比表面積は、比表面積測定装置(Macsorb、Mountech Co.Ltd.製)を使用して、窒素ガスを用いたガス吸着法(BET法)によりBET比表面積を測定した。体積平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(MT3300 日機装株式会社製)を用いて測定した。
また、本実施例及び比較例で用いた水酸化カルシウムは市販の試薬(関東化学工業製、試薬特級、純度95%)を使用した。
The magnesium hydroxide used in the examples and comparative examples was manufactured by the present inventors. The purity of magnesium hydroxide is calculated by converting Ca, Si, P, S, Fe, B, and Na, which are the main impurities, into oxides using a multi-element simultaneous X-ray fluorescence spectrometer (Simulix12, manufactured by Rigaku Corporation). Calculated by subtracting from 100%. The BET specific surface area was measured by a gas adsorption method (BET method) using nitrogen gas using a specific surface area measuring device (Macsorb, manufactured by Mounttech Co. Ltd.). The volume average particle diameter was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (MT3300 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
The calcium hydroxide used in the examples and comparative examples was a commercially available reagent (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., reagent special grade, purity 95%).
(実施例1)
水酸化マグネシウム(純度99%以上、BET比表面積8.4m2/g、体積平均粒子径3.5μm)を5g秤量し、さらに、該水酸化マグネシウムに対して2.4モル%となる量の酢酸マグネシウム(関東化学試薬、特級)を秤量した。秤量した酢酸マグネシウムをイオン交換水50mLに全溶させて酢酸マグネシウム水溶液を得た。該酢酸マグネシウム水溶液に、上記で秤量した水酸化マグネシウムを投入し、マグネチックスターラーで300秒間、回転数60(rpm)で攪拌してスラリーを作製した。該スラリーを、乾燥機(アドバンテック株式会社製 DRA430DA)にて110℃で12時間以上乾燥させて水分を除去することで、化学蓄熱材を製造した。得られた化学蓄熱材について、上記評価方法で熱挙動を確認し、反応率を算出した。
Example 1
5 g of magnesium hydroxide (purity 99% or more, BET specific surface area 8.4 m 2 / g, volume average particle diameter 3.5 μm) was weighed, and further, 2.4 mol% of the amount of magnesium hydroxide. Magnesium acetate (Kanto Chemical Reagent, special grade) was weighed. The weighed magnesium acetate was completely dissolved in 50 mL of ion exchange water to obtain an aqueous magnesium acetate solution. The magnesium hydroxide weighed above was added to the magnesium acetate aqueous solution, and stirred with a magnetic stirrer for 300 seconds at a rotation speed of 60 (rpm) to prepare a slurry. The slurry was dried at 110 ° C. for 12 hours or more with a dryer (DRA430DA manufactured by Advantech Co., Ltd.) to remove moisture, thereby producing a chemical heat storage material. About the obtained chemical heat storage material, the thermal behavior was confirmed by the said evaluation method, and the reaction rate was computed.
(比較例1)
水酸化マグネシウム(純度99%以上、BET比表面積8.4m2/g、体積平均粒子径3.5μm)そのものについて、同様に反応率を算出した。
(Comparative Example 1)
For magnesium hydroxide itself (purity 99% or more, BET specific surface area 8.4 m 2 / g, volume average particle diameter 3.5 μm), the reaction rate was calculated in the same manner.
表1では、比較例1で得られた水酸化マグネシウム単体の反応率を基準の100とし、実施例1で得られた反応率を相対反応率に変換して得られた数字を示した。 Table 1 shows the numbers obtained by converting the reaction rate obtained in Example 1 into the relative reaction rate, with the reaction rate of the magnesium hydroxide alone obtained in Comparative Example 1 being 100 as a reference.
図2は、実施例1と比較例1と、後述する比較例2で示された反応率の経時変化を示すグラフである。なお、表1で示した相対反応率は、図2におけるグラフの4,000秒時点での反応率に基づいて算出した相対値である。 FIG. 2 is a graph showing the change over time in the reaction rate shown in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 described later. The relative reaction rate shown in Table 1 is a relative value calculated based on the reaction rate at 4,000 seconds in the graph in FIG.
金属の酸塩を添加していない比較例1の水酸化マグネシウム単体は、ここで用いている評価条件下では反応率が極めて低く、吸熱脱水反応がほとんど進行しなかった。表1及び図2より、水酸化マグネシウムに金属の酸塩を添加して製造した実施例1の化学蓄熱材は、比較例1と同じ評価条件下において、比較例1と比較して反応率が大幅に高く、吸熱脱水反応が迅速に進行していることが確認できる。これより、実施例1の化学蓄熱材は、比較例1の水酸化マグネシウム単体と比較して、蓄熱量が大きく、また、より低温の熱でも蓄熱できることが分かる。 The magnesium hydroxide simple substance of Comparative Example 1 to which no metal acid salt was added had a very low reaction rate under the evaluation conditions used here, and the endothermic dehydration reaction hardly proceeded. From Table 1 and FIG. 2, the chemical heat storage material of Example 1 manufactured by adding a metal acid salt to magnesium hydroxide has a reaction rate as compared with Comparative Example 1 under the same evaluation conditions as Comparative Example 1. It can be confirmed that the endothermic dehydration reaction is proceeding rapidly. From this, it can be seen that the chemical heat storage material of Example 1 has a larger amount of heat storage than the magnesium hydroxide simple substance of Comparative Example 1, and can store heat even at lower temperature.
さらに、図2より、実施例1の反応率は、水酸化マグネシウムに水酸化リチウムのみを配合した後述する比較例2の反応率よりもはるかに高いものであることが分かる。なお、比較例2の4,000秒時点の反応率を100として、実施例1の4,000秒時点の反応率を相対反応率に変換すると、292と算出される。 Furthermore, FIG. 2 shows that the reaction rate of Example 1 is much higher than the reaction rate of Comparative Example 2 described later in which only lithium hydroxide is blended with magnesium hydroxide. When the reaction rate at 4,000 seconds in Comparative Example 2 is set to 100 and the reaction rate at 4,000 seconds in Example 1 is converted into a relative reaction rate, 292 is calculated.
(実施例2)
水酸化マグネシウムを5g秤量し、さらに、該水酸化マグネシウムに対して2.4モル%となる量の硝酸マグネシウム(和光純薬試薬、特級)を秤量し、さらに該水酸化マグネシウムに対して20モル%となる量の水酸化リチウム・一水和物(関東化学試薬、特級、純度98.0%)を秤量した。秤量した硝酸マグネシウムをイオン交換水50mLに全溶させて硝酸マグネシウム水溶液を得た。該硝酸マグネシウム水溶液に、上記で秤量した水酸化マグネシウム及び水酸化リチウム・一水和物を投入し、マグネチックスターラーで300秒間、回転数60(rpm)で攪拌してスラリーを作製した。該スラリーを、乾燥機(アドバンテック株式会社製、DRA430DA)にて110℃で12時間以上乾燥させて水分を除去することで、化学蓄熱材を製造した。得られた化学蓄熱材について、上記評価方法で熱挙動を確認し、反応率を算出した。
(Example 2)
Weigh 5 g of magnesium hydroxide, and weigh magnesium nitrate (Wako Pure Chemicals Reagent, Special Grade) in an amount of 2.4 mol% with respect to the magnesium hydroxide, and further 20 mol with respect to the magnesium hydroxide. % Of lithium hydroxide monohydrate (Kanto Chemical Reagent, special grade, purity 98.0%) was weighed. The weighed magnesium nitrate was completely dissolved in 50 mL of ion exchange water to obtain an aqueous magnesium nitrate solution. The magnesium hydroxide and lithium hydroxide monohydrate weighed above were added to the magnesium nitrate aqueous solution and stirred with a magnetic stirrer for 300 seconds at a rotation speed of 60 (rpm) to prepare a slurry. The slurry was dried at 110 ° C. for 12 hours or more with a dryer (Advantech Co., Ltd., DRA430DA) to remove moisture, thereby producing a chemical heat storage material. About the obtained chemical heat storage material, the thermal behavior was confirmed by the said evaluation method, and the reaction rate was computed.
(実施例3)
硝酸マグネシウムの代わりに酢酸マグネシウム(関東化学試薬、特級)を用いた以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 3)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 2 except that magnesium acetate (Kanto Chemical Reagent, Special Grade) was used instead of magnesium nitrate, and the reaction rate was similarly calculated.
(実施例4)
硝酸マグネシウムの代わりに塩化マグネシウム(関東化学試薬、特級)を用いた以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
Example 4
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 2 except that magnesium chloride (Kanto Chemical Reagent, Special Grade) was used instead of magnesium nitrate, and the reaction rate was similarly calculated.
(実施例5)
硝酸マグネシウムの代わりに安息香酸マグネシウム(和光純薬試薬、純度95.0%)を用いた以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 5)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 2 except that magnesium benzoate (Wako Pure Chemical Reagent, purity 95.0%) was used instead of magnesium nitrate, and the reaction rate was calculated in the same manner.
(実施例6)
硝酸マグネシウムの代わりにクエン酸マグネシウム(和光純薬試薬、化学用)を用い、その量を水酸化マグネシウムに対して0.8モル%となる量にした以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 6)
The same method as in Example 2 except that magnesium citrate (Wako Pure Chemicals, Chemical) was used instead of magnesium nitrate and the amount thereof was adjusted to 0.8 mol% with respect to magnesium hydroxide. A chemical heat storage material was produced, and the reaction rate was calculated in the same manner.
(実施例7)
硝酸マグネシウムの代わりに塩化リチウム(関東化学試薬、特級、純度99.0%)を用い、その量を水酸化マグネシウムに対して10モル%となる量にした以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 7)
The same method as in Example 2 except that lithium chloride (Kanto Chemical Reagent, special grade, purity 99.0%) was used instead of magnesium nitrate and the amount thereof was adjusted to 10 mol% with respect to magnesium hydroxide. The chemical heat storage material was manufactured with the above, and the reaction rate was calculated in the same manner.
(実施例8)
硝酸マグネシウムの代わりにヨウ化リチウム(和光試薬試薬、1級)を用いた以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 8)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 2 except that lithium iodide (Wako Reagent reagent, grade 1) was used instead of magnesium nitrate, and the reaction rate was calculated in the same manner.
(比較例2)
硝酸マグネシウムを使用することなく、硝酸マグネシウム水溶液ではなくイオン交換水50mLに水酸化マグネシウムを投入した以外は、実施例2と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Comparative Example 2)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 2 except that magnesium hydroxide was added to 50 mL of ion-exchanged water instead of magnesium nitrate without using magnesium nitrate, and the reaction rate was calculated in the same manner. .
表2では、金属の酸塩を添加せずに化学蓄熱材を製造した比較例2で得られた反応率を基準の100とし、実施例2〜8で得られた反応率を相対反応率に変換して得られた数字を示した。
図3は、実施例2〜8と比較例2で示された反応率の経時変化を示すグラフである。なお、表2で示した相対反応率は、図3におけるグラフの4,000秒時点での反応率に基づいて算出した相対値である。
In Table 2, the reaction rate obtained in Comparative Example 2 in which a chemical heat storage material was produced without adding a metal acid salt was defined as 100, and the reaction rates obtained in Examples 2 to 8 were used as relative reaction rates. The numbers obtained by conversion are shown.
FIG. 3 is a graph showing changes over time in the reaction rates shown in Examples 2 to 8 and Comparative Example 2. In addition, the relative reaction rate shown in Table 2 is a relative value calculated based on the reaction rate at 4,000 seconds in the graph in FIG.
表2と図3より、水酸化マグネシウムにアルカリ金属の化合物である水酸化リチウムと共に、金属の酸塩を添加して製造した実施例2〜8の化学蓄熱材は、金属の酸塩を添加せずに製造した比較例2の化学蓄熱材と比較して、反応率が大幅に高く、吸熱脱水反応が迅速に進行していることが確認できる。これより、実施例2〜8の化学蓄熱材は、比較例2の化学蓄熱材と比較して、より低温の熱でも蓄熱できることが分かる。 From Table 2 and FIG. 3, the chemical heat storage materials of Examples 2 to 8 manufactured by adding metal acid salt together with lithium hydroxide, which is an alkali metal compound, to magnesium hydroxide, add metal acid salt. Compared with the chemical heat storage material of Comparative Example 2 manufactured without using, it can be confirmed that the reaction rate is significantly high and the endothermic dehydration reaction proceeds rapidly. From this, it can be seen that the chemical heat storage materials of Examples 2 to 8 can store heat even at lower temperatures than the chemical heat storage material of Comparative Example 2.
(実施例9)
水酸化カルシウム(関東化学、試薬特級、純度95%以上)を5g秤量し、さらに、該水酸化カルシウムに対して2.4モル%となる量の硝酸カルシウム・四水和物(関東化学試薬、1級)を秤量し、さらに該水酸化カルシウムに対して20モル%となる量の水酸化リチウム・一水和物(関東化学試薬、特級、純度98.0%)を秤量した。秤量した硝酸カルシウムをイオン交換水50mLに全溶させて硝酸カルシウム水溶液を得た。該硝酸カルシウム水溶液に、上記で秤量した水酸化カルシウム及び水酸化リチウム・一水和物を投入し、マグネチックスターラーで300秒間、回転数60(rpm)で攪拌してスラリーを作製した。該スラリーを、乾燥機(アドバンテック株式会社製 DRA430DA)にて110℃で12時間以上乾燥させて水分を除去することで、化学蓄熱材を製造した。得られた化学蓄熱材について、上記評価方法で熱挙動を確認し、反応率を算出した。
Example 9
5 g of calcium hydroxide (Kanto Chemical Co., Ltd., reagent grade, purity 95% or more) is weighed, and further, calcium nitrate tetrahydrate (Kanto Chemical Reagent, First grade) was weighed, and further lithium hydroxide monohydrate (Kanto Chemical Reagent, special grade, purity 98.0%) in an amount of 20 mol% with respect to the calcium hydroxide was weighed. The weighed calcium nitrate was completely dissolved in 50 mL of ion exchange water to obtain an aqueous calcium nitrate solution. The calcium hydroxide and lithium hydroxide monohydrate weighed above were added to the aqueous calcium nitrate solution, and stirred with a magnetic stirrer for 300 seconds at a rotational speed of 60 (rpm) to prepare a slurry. The slurry was dried at 110 ° C. for 12 hours or more with a dryer (DRA430DA manufactured by Advantech Co., Ltd.) to remove moisture, thereby producing a chemical heat storage material. About the obtained chemical heat storage material, the thermal behavior was confirmed by the said evaluation method, and the reaction rate was computed.
(実施例10)
硝酸カルシウムの代わりに塩化カルシウム(関東化学試薬、特級)を用いた以外は、実施例9と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 10)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 9 except that calcium chloride (Kanto Chemical Reagent, Special Grade) was used instead of calcium nitrate, and the reaction rate was similarly calculated.
(実施例11)
硝酸カルシウムの代わりに硝酸リチウム(和光純薬工業試薬、特級)を用いた以外は、実施例9と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 11)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 9 except that lithium nitrate (Wako Pure Chemical Industries, special grade) was used instead of calcium nitrate, and the reaction rate was calculated in the same manner.
(実施例12)
硝酸カルシウムの代わりに塩化リチウム(関東化学試薬、特級)を用いた以外は、実施例9と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Example 12)
A chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 9 except that lithium chloride (Kanto Chemical Reagent, Special Grade) was used instead of calcium nitrate, and the reaction rate was similarly calculated.
(比較例3)
硝酸カルシウムを使用することなく、硝酸カルシウム水溶液ではなくイオン交換水50mLに水酸化カルシウムを投入した以外は、実施例9と同様の方法で化学蓄熱材を製造して、同様に反応率を算出した。
(Comparative Example 3)
Without using calcium nitrate, a chemical heat storage material was produced in the same manner as in Example 9 except that calcium hydroxide was added to 50 mL of ion exchange water instead of calcium nitrate aqueous solution, and the reaction rate was calculated in the same manner. .
(比較例4)
水酸化カルシウム(関東化学、試薬特級、純度95%以上)そのものについて、同様に反応率を算出した。
(Comparative Example 4)
The reaction rate was calculated in the same manner for calcium hydroxide itself (Kanto Chemical Co., Ltd., reagent grade, purity 95% or more).
表3では、酸を添加せずに化学蓄熱材を製造した比較例3で得られた反応率を基準の100とし、実施例9から12及び比較例4で得られた反応率を相対反応率に変換して得られた数字を示した。
図4は、実施例9から12及び比較例3、4で示された反応率の経時変化を示すグラフである。なお、表3で示した相対反応率は、図4におけるグラフの3,000秒時点での反応率に基づいて算出した相対値である。
In Table 3, the reaction rate obtained in Comparative Example 3 in which a chemical heat storage material was produced without addition of acid was taken as 100, and the reaction rates obtained in Examples 9 to 12 and Comparative Example 4 were used as relative reaction rates. The numbers obtained by converting to are shown.
FIG. 4 is a graph showing the change over time of the reaction rates shown in Examples 9 to 12 and Comparative Examples 3 and 4. In addition, the relative reaction rate shown in Table 3 is a relative value calculated based on the reaction rate at 3,000 seconds in the graph in FIG.
表3と図4より、金属の酸塩を添加して製造した実施例9〜12の化学蓄熱材は、金属の酸塩を添加せずに製造した比較例3の化学蓄熱材、及び、比較例4の水酸化カルシウム単体と比較して、反応率が大幅に高く、吸熱脱水反応が迅速に進行していることが確認できる。これより、実施例9〜12の化学蓄熱材は、金属の酸塩を添加せずに製造した比較例3の化学蓄熱材、及び、比較例4の水酸化カルシウム単体と比較して、より低温の熱でも蓄熱できることが分かる。 From Table 3 and FIG. 4, the chemical heat storage materials of Examples 9 to 12 manufactured by adding metal acid salt were compared with the chemical heat storage material of Comparative Example 3 manufactured without adding metal acid salt. Compared with the calcium hydroxide simple substance of Example 4, it can be confirmed that the reaction rate is significantly high and the endothermic dehydration reaction proceeds rapidly. From this, the chemical heat storage materials of Examples 9 to 12 have a lower temperature than the chemical heat storage material of Comparative Example 3 manufactured without adding the metal acid salt and the calcium hydroxide alone of Comparative Example 4. It can be seen that heat can be stored even with heat.
10 ケミカルヒートポンプ
11 反応器
12 熱供給手段
13 熱回収手段
14 貯蔵器
15 接続管
16 開閉弁
17 塩供給口
21 化学蓄熱材
22 水
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記金属の酸塩を構成する酸が、有機酸、ハロゲンオキソ酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、スルホン酸、ホウ酸、シアン化水素酸、及び、ヘキサフルオロリン酸からなる群より選択される少なくとも1種である、化学蓄熱材。 Comprising a hydroxide and / or oxide of an alkaline earth metal, a metal salt,
The acid constituting the metal acid salt is selected from the group consisting of organic acids, halogen oxoacids, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, sulfonic acid, boric acid, hydrocyanic acid, and hexafluorophosphoric acid. A chemical heat storage material that is at least one kind .
前記アルカリ金属の化合物の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜50モル%である、化学蓄熱材。 An alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, an alkali metal compound, and a metal acid salt;
The chemical heat storage material, wherein the amount of the alkali metal compound is 0.1 to 50 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of the alkaline earth metal.
前記金属の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜40モル%である、請求項1又は2に記載の化学蓄熱材。 And further comprising a compound of at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper and aluminum,
The amount of the said metal is a chemical heat storage material of Claim 1 or 2 which is 0.1-40 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of the said alkaline-earth metal.
アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、金属の酸塩を混合する工程を含み、
前記金属の酸塩を構成する酸が、有機酸、ハロゲンオキソ酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、スルホン酸、ホウ酸、シアン化水素酸、及び、ヘキサフルオロリン酸からなる群より選択される少なくとも1種である、製造方法。 A method for producing a chemical heat storage material,
Comprises the step of mixing a hydroxide and / or oxide of an alkaline earth metal, a metal salt,
The acid constituting the metal acid salt is selected from the group consisting of organic acids, halogen oxoacids, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, sulfonic acid, boric acid, hydrocyanic acid, and hexafluorophosphoric acid. A manufacturing method which is at least one kind .
アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物と、アルカリ金属の化合物と、金属の酸塩を混合する工程を含み、
前記アルカリ金属の化合物の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜50モル%である、製造方法。 A method for producing a chemical heat storage material,
Mixing an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide, an alkali metal compound, and a metal acid salt;
The amount of the alkali metal compound is 0.1 to 50 mol% with respect to the alkaline earth metal hydroxide and / or oxide.
前記金属の量は、前記アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物に対して0.1〜40モル%である、請求項10又は11に記載の製造方法。 In the mixing step, a compound of at least one metal selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper and aluminum is further mixed,
The amount of the said metal is a manufacturing method of Claim 10 or 11 which is 0.1-40 mol% with respect to the hydroxide and / or oxide of the said alkaline-earth metal.
アルカリ土類金属の水酸化物及び/又は酸化物を含む化学蓄熱材を収容する反応器と、
前記反応器に熱的に接続され、前記化学蓄熱材に外部から熱を供給する熱供給手段と、
前記反応器に熱的に接続され、前記化学蓄熱材から生じた熱を外部に取り出す熱回収手段と、
水を貯蔵する貯蔵器と、
前記反応器と前記貯蔵器を接続して、水を通す接続管と、
前記ケミカルヒートポンプ内に金属の酸塩を供給する塩供給機構と、を有するケミカルヒートポンプ。 A chemical heat pump using an endothermic dehydration reaction and a hydration exothermic reaction,
A reactor containing a chemical heat storage material comprising an alkaline earth metal hydroxide and / or oxide;
Heat supply means thermally connected to the reactor and supplying heat to the chemical heat storage material from the outside;
A heat recovery means that is thermally connected to the reactor and extracts heat generated from the chemical heat storage material to the outside;
A reservoir for storing water;
A connecting pipe for connecting the reactor and the reservoir and passing water;
And a salt supply mechanism for supplying a metal acid salt into the chemical heat pump.
前記塩供給機構を用いて、前記反応器内に収容された前記化学蓄熱材に金属の酸塩を供給する工程と、
前記熱供給手段を通じて前記化学蓄熱材に熱を供給し、前記化学蓄熱材の吸熱脱水反応を進行させて蓄熱する工程と、を含む方法。 A method of operating a chemical heat pump according to claim 19,
Supplying a metal acid salt to the chemical heat storage material housed in the reactor using the salt supply mechanism;
Supplying heat to the chemical heat storage material through the heat supply means, and advancing an endothermic dehydration reaction of the chemical heat storage material to store heat.
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