JPS59129361A - ケミカルヒートポンプの作動方法 - 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、比較的低い温度の利用分野、たとえば冷凍、
冷蔵あるいは冷房と、比較的高い温度の利用分野、たと
えば給湯、暖房あるいは産業用、家庭用の各種熱利用分
野に応用できるケミカルヒートポンプに関する。

従来例の構成とその問題点 従来の冷蔵（凍）庫のなかで最も広く実用化されている
のは、フロンやアンモニアを冷媒とする電動圧縮式冷蔵
庫である。効率も高く、量産効果と相まってかなり安価
となってきた。ところが用途によっては、作動音が大き
く、また大気熱源を利用した場合約６０°Ｃの吸収温度
が限界であり、さらに電力をかなり多く消費するなどの
課題がある〇 一方吸収式ヒートポンプでは、冷房や暖房に・広く大型
装置として実用化されるようになった。このシステムは
、電動圧縮式ヒートポンプと異なり、太陽熱、排熱ある
いは燃焼熱を主なエネルギー源とするため、エネルギー
的には有利といえる。ところが、吸収材に臭化リチウム
水溶液、熱媒に水を用い、これらの液を循環させてシス
テムを作動させるので、常に吸収材と熱媒は液体か気体
でなければならない。そのため臭化リチウムの溶解度か
ら、この溶液の濃度には限界があり、約７０％の濃度ま
でである。そのほかにシステムの効率を考えて、通常使
用される濃度範囲は約５０％以下であり、これらの理由
により、低温度差のヒートポンプとなる。すなわち、低
温は５°Ｃ程度まで高温は約６０°Ｃまでとなり、これ
以上の低温やこれ以上の高温を得るためには二重効用と
するなどの特別な配慮か必要であり、高価なシステムと
なる欠点かぁ−、た。

これに対し、吸収材か固体でもよい間欠吸収式といえる
ケミカルヒートポンプが最近注目されるようになった。

これはすでに示したように吸収材が固体でもよく、選択
範囲が広くなる利点のほかに、蓄熱や蓄冷熱を長期間に
亘って用いられること、作動音か少ないこと、補助電力
が不用あるいは４ｔめで少なくてよいことなどがあげら
れる。

冷媒として水を用いたケミカルヒートポンプは従来より
多く研究開発がなされて来た。特に吸収器（以下吸収材
とは吸着材も含んでいるものと解釈する）の種類は多く
のものが開発されており、硫化ナトリウム（５−○水塩
）、ゼオライトなとが代表的である。これらはいずれも
長所短所を有している。

硫化ナトリウムは強アルカリ性を示し、金属、ガラス等
を腐食するため装置に高価な材料を用いる必要性があり
、址た人体に対する毒性もあって平易な利用が困難であ
る。ゼオライトの場合は水蒸気の吸収力が犬であり、冷
房に利用した時に有利に働く。反面、一度水蒸気を吸収
したゼオライトを再生する場合、吸収力が太なるが故に
高温の熱を必要と（−１例えば太陽エネルギー等で再生
する場合は高価な高効率集熱器を利用するが、さもなく
ば常常に低能率の再生を行なうことになる。捷た、ゼオ
ライトは吸収気体に選択性７ｖないため、不純物ガスで
容易に失活してし捷う。その他、ゼオライ［・はそれ自
体価格が高いことや、多孔質の固体であるため熱伝導性
が悪くゼオライト槽内部の伝熱を補なうための内部フィ
ンが不可欠であること等により、やはり安価で簡便なシ
ステムは困難である。塩化カルシウムについては従来２
水素と１水素の間の吸収平衡を利用したケミカルヒート
ポンプが報告されている。このシステムの利点は多い。

捷ず塩化カルシウムが一般に広く用いられている乾燥剤
であり、安価で容易に入手できる。

捷た毒性や腐食性がなく、取扱が簡便で岸側な装着を必
要としないデらに水蒸気を選択的に吸収し、少量の不純
物ガスに対する配慮を必要としない。

ところか、この系においても、同一蒸気圧での水との温
度差が約４０°Ｃであり、非常に低い低温や、極めて高
い高温は得られない。すなわち大気１品度が冬ル］に５
”Ｃとすると、理論的な最高温度が４５°Ｃとなり、こ
れでは不充分な場合が多い。寸だ夏期の外気温度が３０
°Ｃとすると、理論的には一１０°ｃ−１で得られるこ
とになるが、熱交換による確度差が１０〜１５°Ｃ生ず
るので、実際には０〜５°Ｃの範囲内となり、冷凍には
不充分である。

発明の目的 本発明は、上記のケミカルヒートポンプの特徴を生かし
ながら、冬期において７０°Ｃ以上の高温給湯を可能に
するとか、あるいは夏期においては一１０°Ｃという冷
凍に充分な温度が得られるというように、高温度差のケ
ミカルヒートポンプを得ることを目的とする。

発明の構成 本発明は一方の容器に熱媒である水、他方の容器に吸収
材である常温で固体の臭化リチウムを入０　　　れ、両
容器間をストップバルブで連結し、臭化リチウムの完全
乾燥時は無水塩、完全吸収時は１水塩として、水の入っ
ている容器を凝縮器あるいは蒸発器として、臭化リチウ
ムの入っている容器を再生器あるいは吸収器として交互
に動作させるものである。

実施例の説明 第１図に従来例、本発明ともに共通なケミカルヒートポ
ンプの基本的な装置を示しである。装置はＡ、Ｂ２つの
槽をストップバルブで連結したものであり、Ａ槽には水
２、Ｂ槽には吸収材３が入っている。Ａ、Ｂ両槽には内
部に熱交換器４が装着されていて、熱エネルギーを容易
に入出力できる。また装置は脱気後気密が保たれ内部に
は水蒸気以外の気体は存在しない。吸収・脱着の際に臭
化リチウムに含捷れる水の量の最大値は、最初Ａ槽に入
れた水の量とＢ槽内の臭化リチウムが最初に含んでいた
水の量との和で決定される。

装置の作動方法はいわゆるバッチ式であり、蓄熱行程と
放熱行程の２行程で１サイクルを成す。

蓄熱行程とは、熱源よｐ熱を得てＢ槽が加熱され、Ｂ槽
内より熱水蒸気か出てＡ槽で凝縮しＡ槽より熱を出力す
る行程であり、このときＡ槽は凝縮器、Ｂ槽にｔ−＋−
ｒ；生器として働く。この行程の後ではＢ槽内の吸収材
は高エネルギー状態にあり、このときバルブを閉じ柱は
エネルギーに、保存される。放熱行程とは再生後の吸収
剤がＡ槽に貯えられた水を水蒸気として吸収し、Ａ槽よ
り蒸発潜熱をうばう行程である。このときＡ槽は蒸発器
、Ｂ槽は吸収器として働く。放熱行程は冷房用と暖房用
の２通りの使い方がある。冷房用として使う場合はＢ槽
を室温付近で冷却するとＡ槽は室温よりも低い温度で蒸
気を出すので冷房が行なえる。暖房として使う場合はＡ
槽を室温付近で加熱するとＢ槽では室温よりも高い温度
で吸収熱を出すので暖房効果が得られる。

以上のようなケミカルヒートポンプの吸収材として臭化
リチウム（固体状）、熱媒として水を用いると、簡単な
装置で容易に冷凍庫用冷熱源、あるいは７０°Ｃ以」二
という比較的高温の給湯用などの熱源が得られることが
わかった。

第１図に示す構成においてケミカルヒートポンプを形成
した。すなわちＡ槽には水１８０ｙ、Ｂ槽には無水臭化
リチウム結晶８７０．ｐを入ｎた。

そ］−て全体を排気ポンプで真空とし、作動テストケ行
なった。

１ず、Ｂ槽の温度を３０°Ｃにおさえ、Ａ槽の温度がど
こ１で低下するかを求めた。その結果を第２図の曲線Ｃ
に示す。すなわち、約８時間に亘り一２０°Ｃの低温を
得ることができた。当然水は凍結し、氷から直接水蒸気
に昇華している。これに対し、従来例として、臭化リチ
ウムの代りに塩化リチウム無水塩を用いる以外は全く上
記ヒートポンプと同じヒートポンプを組立て、そのとき
の蒸発器温度変化を第２図の曲線Ｃ′に示す。この両者
より、本発明による臭化リチウム−水系では、より低い
温度が、しかも長時間に亘って維持できた。

丑だ、Ａ槽の蒸発温度を１０°Ｃと一定とし、Ｂ槽の吸
収温度の変化を求めた。本発明による固体状臭化リチウ
ムと一水系と従来例としての固体状塩化カルシウム−水
系での結果を、第２図の曲線りおよびＤ′に示す。この
曲線から、本発明による吸収温度は約８０°Ｃとなり、
従来品よりも約３゜°Ｃだけ高温とすることができた。

これにより、約８０°Ｃ近くの高温給湯が可能となり、
蓄熱槽の小型化、床暖房用への適応なども可能となるな
どの利点が多い。

発明の効果 以−ヒのように、比較的低い冷熱源、あるいは比較的高
い高温熱源を必要とする場合には吸収材として固体状臭
化リチウム、熱媒として水を用い、臭−化リチウムの作
動範囲が無水塩と１水塩の間で用いることによｐ１実用
的な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるケミカルヒートポンプ
の基本構成を示す模式図、第２図は固体状臭化リチウム
−水系のケミカルヒートポンプの性能を示す図である。 １　・・・・ストップバルブ、２・・・・水、３−・・
・・吸収材、４・・・・・・熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱媒として水、吸収材として常温で固体の臭化リチウム
   を構成要素とし、臭化１゛チウムの完全乾燥時は無水塩
   、完全吸収時には１水塩であることを特徴とするケミカ
   ルヒートポンプ。