JPH0128868B2 - - Google Patents

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
ートポンプの作動方法に関する。

従来例の構成とその問題点 従来の冷蔵（凍）庫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
相まつてかなり安価となつてきた。ところが用途
によつては、作動音が大きく、また大気熱源を利
用した場合約50℃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。

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つた。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℃程度まで
高温は約60℃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
特別な配慮が必要であり、高価なシステムとなる
欠点があつた。

これに対し、吸収材が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
ようになつた。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つて用いられるこ
と、作動音が少ないこと、補助電力が不用あるい
は極めて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
材（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←→０水塩）、ゼオライトなど
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、また人体に対する毒性もあつて
平易な利用が困難である。ゼオライトの場合は水
蒸気の吸収力が大であり、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、吸収力が大なるが故に高温の
熱を必要とし、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か、さも
なくば非常に低能率の再生を行なうことになる。
また、ゼオライトは吸収気体に選択性がないた
め、不純物ガスで容易に失活してしまう。その
他、ゼオライト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インが不可欠
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。ま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。また毒性や腐食性がなく、取扱が簡便で
庫価な装着を必要としない。さらに水蒸気を選択
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。

ところが、この系においても、同一蒸気圧での
水との温度差が約40℃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
温度が冬期に５℃とすると、理論的な最高温度が
45℃となり、これでは不充分な場合が多い。また
夏期の外気温度が30℃とすると、理論的には−10
℃まで得られることになるが、熱交換による温度
差が10〜15℃生ずるので、実際には０〜５℃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℃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−
10℃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定の臭化リチウムを入
れ、両容器間をストツプバルブで連結し、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、水の入つている容器を凝縮器あるいは
蒸発器として、臭化リチウムの入つている容器を
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てある。装置
はＡ，B2つの槽をストツ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
つている。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
化リチウムに含ま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ツチ式であり、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、熱源より熱を得てＢ槽が加熱さ
れ、Ｂ槽内より熱水蒸気が出て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槽は再生器として働く。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ればエネルギーは保存され
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℃以上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つた。

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180ｇ、Ｂ槽
には無水臭化リチウム結晶870ｇを入れた。そし
て全体を排気ポンプで真空とし、作動テストを行
なつた。

まず、Ｂ槽の温度を30℃におさえ、Ａ槽の温度
がどこま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−
20℃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一水系では、より
低い温度が、しかも長時間に亘つて維持できた。

また、Ａ槽の蒸発温度を10℃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―水系と従来例としての固体状塩
化カルシウム―水系での結晶を、第２図の曲線Ｄ
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℃となり、従来品よりも約30℃だ
け高温とすることができた。これにより、約80℃
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 以上のように、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
用いることにより、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
状臭化リチウム一水系のケミカルヒートポンプの
性能を示す図である。 １…ストツプバルブ、２…水、３…吸収材、４
…熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、水を吸収した臭化リ
   チウムを脱水して再生するために、臭化リチウム
   が無水塩になるまで加熱するとともに、再生した
   無水臭化リチウムが水を吸収してケミカルヒート
   ポンプを作動させるときは、臭化リチウムが１水
   塩になつた時点で停止させ、再度再生させること
   を特徴とするケミカルヒートポンプの作動方法。