JPH02298768A - 吸着式蓄熱装置とこれを用いた熱ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、小型家庭用から大型産業用まで広い範囲の規
模の、′蓄熱、冷暖房空調、排熱回収等に利用可能な、
吸着に伴う吸発熱を利用した吸着式蓄熱装置とこれを用
いた熱ポンプ装置に関する。

従来の技術 従来の吸着に伴う吸発熱を利用した吸着式蓄熱装置につ
いては、様々な提案がなされているが、そのほとんどが
作動媒体として水を用いるものであった。その理由は、
蒸発潜熱が大きいため蓄熱密度としても大きくなる可能
性があること、無毒性、不燃性で安全であること、安価
で入手し易いこと、一般に化学的安定性に優れること等
のためであった。水を作動媒体とするものでは、例えば
、特開昭６２−８７７８９号公報等に開示されたものが
知られている。

また、作動媒体としては水の他に、アルコール系物質、
アンモニア系物質等も提案されてはいるが、水系も含め
ていずれも単成分系の作動媒体として用いられるもので
あった。

発明が解決しようとする課題 このような吸着系に用いる作動媒体は、水辺外で間に合
わせようとすると、可燃性物質（宵機系物質等）であっ
たり、毒性物質（アンモニア、メチルアミン等）であっ
たりして、実用上の安全性に大きな問題が残される。よ
って、水が最も可能性の高い作動媒体候補として期待さ
れ、事実、安全性も高く、蒸発潜熱も大きく、値段も安
いということから、よく検討される物質ではあるが、周
知のごとく、水を作動媒体として用いた場合、０℃以下
の温度では氷結固化してしまい、実用上での操作が極め
て困難となってしまう。

よって、その使用に関しては外界温度条件による制約が
きつく、使用環境適用性の幅が極端に狭められてしまう
ものであった。

また、水の蒸気圧が低く系が真空系に近くなるため、装
置も大型化する傾向にあった。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために、水とアルコール類
の混合物から成る作動媒体の吸着剤に対する吸脱着に伴
う吸発熱現象、および前記作動媒体自身の相変化に伴う
吸発熱現象を利用したことを特徴とするものである。

又、水とアルコール類の混合物から成る作動媒体は、そ
の蒸気圧が同温度で比較した水単体のそれよりも高いも
のを用い、さらに吸着剤は活性炭を用いると好適である
。

作　　　用 本発明によると、前述の安全性が高く、蒸発潜熱が大き
く、値段も安いという作動媒体としての水の長所を生か
し、かつＯ′Ｃ以下の環境で使用できないという欠点を
克服し、外界温度条件による制約を緩め、使用環境適用
性の幅を大きく広げることができる。すなわち作動媒体
として、水とアルコール類との混合物を用いることによ
り、まず固体（氷）の析出する温度である凝固点を０℃
以下に下げることができる。

また安全性についての大きな一要因となる燃焼（爆発）
性については、アルコール類が可燃性であるので、その
組成比に依存することになるが、水をベースにしている
のでアルコール単成分に比較して当然難燃性となり、水
の組成比を大きくすることによって不燃性作動媒体とす
ることも可能である。

また蒸発潜熱は、これも混合物と６組歳比に依存するが
、水がベースとなっているため、水のそれに比較してわ
ずか低下する程度である。そして作動媒体と吸着剤との
吸着熱は、作動媒体の蒸発潜熱プラスアルファとなるこ
とが一般に知られているので、蒸発潜熱が大きい分（水
の蒸発潜熱は１００℃で約５４０ｋｃａ　ｌ／ｋｇ）、
吸着熱も大きくなり、その結果蓄熱密度も大きくなる。

さらに水とアルコール類との相溶性は一般に良好であり
、さらに、水よりも標準沸点の低いアルコール類を使用
することにより、作動媒体の蒸気圧は水単体のそれに比
較して高くなるため、蓄熱装置、熱ポンプ装置としての
操作性は、水単体の系よりも良好なものとなる。

実施例 次に本発明の一実施例を説明する。図は本実施例におけ
る吸着式蓄熱装置を概念図として示したものである。１
は作動媒体５を収容した容器Ａであり、２は作動媒体５
を吸着する吸着剤８を収容した容器Ｂである。３は両容
器１．２の空間を連通ずる連通路であり、途上に開閉弁
４が設置されている。

本実施例では、作動媒体５として水とエタノール（５０
１５０重量％）とから成る混合物を用い（この場合の氷
晶点は一３０℃以下となる）、吸着剤６として活性炭を
用いているが、この例に限られないのはもちろんのこと
であり、例えば、メタノール、　（ｉ＋、ｎ−）プロパ
ツール、各種ブタノール、あるいはトリフルオロエタノ
ールなど一部ハロゲン置換されたアルコール類等と水カ
ラなる混合物を作動媒体に、シリカゲル、ゼオライト等
を吸着剤に使用することも用途等に応じて可能である。

しかしながら吸着剤８については、再生の容易さ、吸着
質の相違に対し選択性が弱いという観点（作動媒体に混
合物を使用しているので）から活性炭を用いることが推
奨される。このように、多くの系の中から目的、適用温
度レベル等を勘案して、適切な系を選択することができ
る。

本実施例は前述のように、吸着を利用して蓄熱をするも
のであり、蓄熱状態においては作動媒体５と吸着剤６は
開閉弁４（開状態）によって空間的に隔離された状態に
しである。つまり容器Ａ１に液相状の作動媒体５、容器
Ｂ２にその作動媒体５を吸着する吸着剤６を封入して、
連通路３上に設けた開閉弁４で爵空間を隔離する。そし
て放熱時には開閉弁４を開状態とし雨空間を連通ずる。

そうすると、容器Ａ１中の作動媒体５は気相となり容器
Ｂ２中に移動し、容器Ｂ２中の吸着剤６に吸着され始め
る。

このとき容器Ｂ２では吸着による発熱が起こり温度が上
昇し、容器Ａ１では作動媒体５の蒸発による吸熱が開始
され温度が下がる。よって、吸着が平衡に達するまで、
容器Ａ１側では冷熱が利用でき、容器Ｂ２側では暖熱が
利用できることになるが、これは用途によってどちらを
利用するか選択すればよい。

また吸着剤６を再生する場合には、開閉弁４を開放した
状態で容器Ｂ２を加熱する。そうすると、容器Ｂ２中で
作動媒体５の脱着が進行し、作動媒体５は気相となって
容器Ａｌ側に移動を開始する。

このとき容器Ａｌ側で冷却してやれば、作動媒体５は凝
縮熱を奪われ気相から液相となって、容器Ａｌ中に貯蔵
されることになる。再生終了後は開閉弁４を閉止し、そ
の状態が蓄熱状態ということになる。このとき反応は凍
結されるので周囲環境の温度がどうであれ基本的に放熱
ロスはないといえる。

このような蓄熱法を暖熱を貯蔵する用途に適用した場合
には、いったん蓄熱した熱を容器Ｂ２側で取り出す（放
熱する）時、容器Ａ１側で作動媒体５の蒸発熱に見合う
分の熱を外界から取り込まなくては吸着が進行しなくな
ってしまう。このとき外界の環境温度が０℃以下である
と、作動媒体５が水の場合には、水は凍結してしまうた
め、蒸気圧は低下し、熱交換も困難になり、実際は反応
が凍結したのとほぼ同じ状態であり、容器Ｂ側で熱が取
り出せなくなってしまう。暖熱を利用する状況としては
、環境温度が低いほどその利用頻度および利用価値が高
まるものであるので、このような事態は、蓄熱の利用で
きる環境温度領域を極端に狭めるものとなる。しかし、
本実施例で示す蓄熱材料と方法を用いれば、凝固点（温
度）は大幅に低下するため、環境温度でみた蓄熱の利用
領域は格段に拡大することになる。

上記実施例では蓄熱に関して説明してきたが、このよう
な一種の化学蓄熱は一般にケミカルヒートポンプとして
の利用が可能である。その場合には、図で示す装置を複
数個組み合わせることで連続的な操作が達成される。つ
まり再生側と利用側の間欠的な操作を交互（順番）に繰
り返すことにより、見かけ上連続操作とすることができ
るものである。その場合、作動媒体５を貯蔵する容器Ａ
１は、共通に用いることも可能である。

そしてこの場合も基本的には蓄熱操作の時と同様に、熱
を容器Ｂ２側で取り出そうとする（放熱する）時、容器
Ａｌ側で作動媒体５の蒸発潜熱に゛見合う分の熱を外界
から取り込まなくては吸着が進行しなくなってしまう。

このとき外界の環境温度が０℃以下であると、作動媒体
５が水の場合には、水は凍結してしまうため、蒸気圧は
低下し、熱交換も困難になり、実際は反応が凍結Ｃたの
とほぼ同じ状態であり、容器Ｂ２側で熱が取り出せなく
なってしまう。しかし、本発明による作動媒体を用いる
ことでその懸念はなくなるものである。

またこのケミカルヒートポンプ化は、上記実施例に限ら
ず、本発明に属する他の系においても形成可能であるこ
とは言うまでもないことである。

発明の効果 本発明は水とアルコール類の混合物から成る作動媒体の
吸着剤に対する吸脱着に伴う吸発熱現象、および前記作
動媒体自身の相変化に伴う吸発熱現象を利用した吸着式
蓄熱および熱ポンプ装置を構成したものであり、さらに
、水とアルコール類の混合物から成る作動媒体の蒸気圧
は、同温度で比較した水単体のそれよりも高＜シ、さら
に、吸着剤は活性炭を用いて吸着式蓄熱および熱ポンプ
装置を構成したものであるため、作動媒体が不燃性また
は難燃性であるため安全性が高く、蒸発潜熱が大きいた
め蓄熱密度も大きく、蒸気圧も水車成分糸に比較して高
くなるため、操作性の向上と装置の小型化が可能となり
、かつ凝固点を０℃以下とした作動媒体と吸着剤との組
合せからなる吸着式蓄熱装置とこれを用いた熱ポンプ装
置を提供することが可能となるため、それらは使用環境
の温度の制約を受けにくい、様々な用途に対して適用範
囲の広い使い勝手のよい装置となるものである。

等の様々な効果を発揮することができるものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例における吸着式蓄熱装置の概念図
である。 １・・・容器Ａ１２・・・容器Ｂ１３・・・連通路、４
・・・開閉弁、５・・・作動媒体、６・・・吸着剤。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名／−−−容
蔦ハ ２−＠禾β ３−　遣掻バ洛 ４°゛開閉升 ５　・−・イ午　申か　文事　ネト ど−吸着別

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水とアルコール類の混合物から成る作動媒体の吸
   着剤に対する吸脱着に伴う吸発熱現象、および前記作動
   媒体自身の相変化に伴う吸発熱現象を利用したことを特
   徴とする吸着式蓄熱装置。
2. （２）水とアルコール類の混合物から成る作動媒体は、
   その蒸気圧が同温度で比較した水単体のそれよりも高い
   ことを特徴とする請求項１記載の吸着式蓄熱装置。
3. （３）吸着剤は活性炭であることを特徴とする請求項１
   記載の吸着式蓄熱装置。
4. （４）請求項１、２又は３記載の吸着式蓄熱装置を用い
   たことを特徴とする熱ポンプ装置。