JPS58178163A - ケミカルヒ−トポンプ式冷暖房給湯装置 - 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】 本発明は、無機塩と気体との可逆反応において、力１１
機１晶と気体の可逆反応が起こる高温の状態と気体の凝
縮、蒸発が起こる低温の状態との間の温度ザイクルの絹
合せによるケミカルヒートポンプに関するものである。

さらに詳しくは、高温状態に対応する気体を吸収した無
機塩から気体を分解吸熱反応させる場所と無機塩へ気体
を吸収発熱反応させる場所を分離し、その両者の反応場
所間において無機塩および気体を吸収した無機塩を移動
。

循環させ連続的に工不ルキーの放出および吸収を行なう
ことを特徴とするケミカルヒートポンプに関するもので
ある。

従来、太陽熱利用のケミカルヒートポンプ式冷暖房装置
としては吸収式冷凍機があり、そこではたとえば冷媒に
はＨ２Ｏ、Ｃ）１５０Ｈ、ＮＨ５などの気体が用いられ
吸収剤にはＬｉＢｒ　、　ＬｉＣ７！　　およびＮａＯ
Ｈの水浴液あるいはＨ２Ｏなどの液体が用いられている
。

このように従来のケミカルヒートポンプ式冷暖房用の吸
収剤には流動性が要求されることからすべて液体が用い
られている。しかし、これらの液体の欠点は蒸気圧が高
く動作温度が限定されることである。

これに対し、本発明では吸収剤は無機塩の固体であり、
動作温度における蒸気圧は蓚めて低く無視できる点に特
徴がある。

まだ、固体の吸収剤を用いたケミカルヒートポンプにお
いて、固体の吸収剤を高温状態の容器と低温状態の容器
との間を循環させる方式として従来知られているものと
しては、金属の水素化物がある（特開昭５６−３３５８
８号）。しかし、無機塩の吸収剤を気体分解反応器と気
体吸収反応器との間を循環させ、かつ気体を高温側容器
と低温側容器との間を循環させる方式は、本発明の特徴
の一つである。従来、無機塩の吸収剤を用いたケミカル
ヒートポンプとしては、長期蓄熱あるいは季間蓄熱とし
ての応用が考えられており、そこでは、同じ無機塩吸収
剤を二つの容器に別に固定して収納し、吸収反応と分解
反応を交互に切り換えて行なう方式がとられていた。す
々わち、この方式は長期断続運転であり、この方式の欠
点は連続運転ができないことにある。

次に本発明の基本構成および動作原理について述べる。

第１図に、本発明の実施に係わる基本的な構成図を示す
。１はすでに気体を吸収している無機塩を加熱分解して
気体を発生させ、発生した気体と分解した無機塩とを分
離させる機能をもつ気体分解反応器、２は無機塩に気体
を吸収させ、同時に発生する熱エネルギーを捕集し、暖
房、給湯などに利用する機能をもつ気体吸収反応器であ
る。そして気体分解反応器１と気体吸収反応器２とは無
機塩移動装置３および気体吸収無機塩移動装置４により
連結されている。ここで前記無機塩移動装置３および前
記気体吸収無機塩移動装置４のいずれか一方は、重力に
よる自然落下を利用することも可能である。６は気体分
解反応器１で分解発生した高温の気体を外冷気、地下冷
水などを利用して冷却し、凝縮させる機能をもつ凝縮器
、６は前記凝縮器３で凝縮させた液体を冷房しようとす
る室内空気などのもつ熱エネルギーにより蒸発させる機
能をもつ蒸発器、なお凝縮器６と蒸発器６は連結パイプ
７および液体輸送装置８により連結されている。なお液
体輸送装置８としては重力による自然落下装置を利用す
ることもできる。気体分解反応器１と凝縮器５は気体分
解反応器１から凝縮器５に気体を輸送する連結パイプ９
により連結されている。なお、効率よく気体を輸送する
ためにキャリヤガスを用い、第１図に示すように気体分
解反応器１から凝縮器５に気体を含むキャリヤガスを輸
送する連結パイプと凝縮器５から気体分解反応器１にキ
ャリヤガスを戻すだめの連結パイプとの一対の連結パイ
プ９により気体分解反応器１と凝縮器５とが連結されて
いる。ここでキャリヤガスを前記気体分解反応器１と凝
縮器５との間を循環させるだめに気体輸送装置１０を用
いるが、この気体輸送装置１ｏば一ヒ記一対の連結／々
イ、プ９のいずれか一方に取り付ける。１１は集熱器で
あり、太陽熱などの自然熱エネルギー、工場、家庭など
の廃熱などを捕集し、気体分解反応器１への熱供給源と
しての機能をもつ１２は気体分解反応器１と集熱器１１
との間の熱交換器、１３は気体吸収反応器２で得られだ
熱エネルギーを暖房、給湯に利用するだめの熱交換器、
１４は凝縮器６．と外気、地下水などの自然冷体との間
の熱交換器、１５は蒸発器６と冷房しようとする学内空
気（但し７、冷房不要の場合は地下水、外気）との熱交
換器である８ つぎに本発明の動作原理について説明する。本発明は次
の二種類の可逆過程を組合せて用いる。

ここでＭ−Ｘ（Ｓ）は気体を吸収した無機塩であり、Ｍ
　（Ｓ）は無機塩であり、Ｘ　（（Ｊ）は気体であり、
Ｘ（１）は液体である。

本発明の動作は過程人（気体発生）→過程Ｂ（気体凝縮
）→過程Ｃ（気体蒸発）→過程Ｄ（気体吸収）→過程人
（気体発生）のサイクルの繰り返しからなる。

過程人では気体分解反応器１に運ばれてきだＭ−Ｘ（Ｓ
）が集熱器１１より熱エネルギーの供給を受けて気体Ｘ
　（ｃｒ）を分解発生する。発生した気体Ｘ　（ｑ）は
キャリヤガスを循環させている連結パイプ９全通して凝
縮器５に輸送され、同時に気体Ｘ　（ｑ）の一部あるい
は全部を分解した後の無機塩Ｍ　（Ｓ）が無機塩移動装
置３により気体吸収反応器２に送られる。

過程Ｂでは凝縮器６に運ばれてきた高温気体Ｘ　（ｑ）
が熱交換器１４により冷却され液体（１）になり、液体
輸送装置８により蒸発器６へ送られる。

過程Ｃでは蒸発器６に運ばれてきた液体Ｘ　（Ａ＋が熱
交換器１６により熱エネルギーの供給を受けて蒸発し、
その蒸発した低温低圧気体Ｘ　（ｑ）は連結パイプ１６
を通して気体吸収反応器２に送られる。

１７は連結パイプである。

過程りでは気体吸収反応器２に運ばれてきた無機塩Ｍ　
（Ｓ）と低温低圧気体Ｘ　（ｑ）とが反応し、熱エネル
ギーを放出しなからＭ、Ｘ（Ｓ）に戻る。気体を吸収し
た無機塩Ｍ、Ｘ（Ｓ）は気体吸収無機塩移動装置４によ
り、再び気体分解反応器１に送り込まれる。

以上の過程Ａ　−＋　Ｂ　−）　Ｃｉ→Ｄを連続的に繰
り返すことにより、特に過程Ｃで起っている蒸発器６内
の熱エネルギー吸収を冷房に用いることができ、また過
程りで起っている気体吸収反応器２内の熱エネルギー放
出を暖房あるいは給湯に用いることができる。しかもそ
れらを連続的に行々うことができる。

以下具体例を挙げて説明をする。

力（（ミ機塩として市販の塩化カルシウム（ＣａＣ１２
）を、気体として市販のメタノール（ＣＨ３０Ｈ）　ヲ
そ１１それ用意し、次の二種類の可逆過程１．Ｈの紹合
せを選んだ。

過与り Ｃａ（Ｊ２−ＣＨ３０Ｈ等の可逆反応１の平衡蒸気圧一
温度曲線およびメタノールの凝縮蒸発過程■の平衡蒸気
圧一温度曲線をそれぞれ第２図に示す。高温側のメタノ
ール蒸気の平衡圧として０．４気圧を選んだ。この時の
ＣａＣ１２−ＣＨ５０Ｈ等の可逆反応Ｉにおける平衡温
度は１１０℃であり、メタノール凝縮蒸発過程■の平衡
温度は４１．５℃である。一方、低温側のメタノール蒸
気の平衡圧として０．０６気圧を選んだ。この時の０ａ
Ｃ１２−ＣＨ３０Ｈ等可逆反応１の平衡温度は７０．６
℃であり、メタノール凝縮蒸発過程Ｈの平衡温度は６℃
である。

過程Ａ（気体発生過程）における気体分解反応器１内の
ＣａＣｌ２−２０ＨｓＯＨ（Ｓ）の分解反応温度を１２
０℃に選んだ。この時発生するメタノール蒸気の分圧は
０．５気圧である、一般には、分解反応の動作点Ａは平
衡温度１１０℃、平衡蒸気圧０．４気圧よりも高ければ
よい。過程ムの分解反応に要する集熱器１１から供給さ
れるべき熱エネルギー（実施例ではヒータ加熱により供
給は約２２２　ｃａｌ　７ｇＣａＣβ２である。

過程Ｂ（気体凝縮過程）における凝縮器５内におけるメ
タノール蒸気の凝縮温度を３５℃に選んだ。この時のメ
タノール蒸気の分圧は０．３気圧である。−・般には凝
縮の動作点Ｂは平衡温度４１．５℃、平衡蒸気圧０．４
気圧よりも低ければよい。

過程Ｂのメタノール凝縮に要する熱交換器１４を通じて
外部（実施例では水道水を使用）にくみ出されるべき熱
エネルギーは約２６３　ｃａｌ／ｇｃＨｓＯＨである。

過程Ｃ（気体蒸発過程）では蒸発器６に送られてきだ３
６℃のメタノール液体は蒸発器６内が設定された平向蒸
気圧０．ｏ６気圧、平衡温度６℃よりもわずかに高い動
作点Ｃ（蒸気圧０．０７　ａｔｍ　。

温度１０℃）にあるため完全に蒸発する。その蒸発熱は
約２６５　ｃａｌ／ｇｃＨ３０Ｈであり、冷房しヨウと
する室内の熱エネルギーから熱交換器１５を通じて供給
される。冷房の限界温度は設定された動作点Ｃの温度で
ある。

過程Ｄ（気体吸収過程）では気体吸収反応器２内のＣａ
Ｇ１２に過程Ｃで生じたメタノールの低温低圧蒸気を吸
収させるためにはその吸収反応温度（動作点りの温度）
を平向温度７０，６℃以下に保持する必要がある。すな
わち、吸収反応により放出される熱量約２２２　ｃａｌ
／ｑｃａｃ／２　　を熱交換器１３を通じて速やかに気
体吸収反応器２の外に取り出すことが必要である。この
放出された熱エネルギーは暖房あるいは給湯に利用する
。ただしそれらの到達限界温度は設定された動作点りの
温度である。

なお、本発明の実施例として第１図に示すように気体分
解反応器１と凝縮器５との間を一対の連結パイプ９と気
体輸送装置１０とを用いてキャリヤガスを高速循環させ
ると、その循環速度を高める程、動作点ＡおよびＢはそ
れぞれの平Ｔｈ温度に近ずくことがわかった。捷だ、同
様に蒸発器６と気体吸収反応器２との間を一対の連結パ
イプ１６と気体輸送装置１０とを用いてキャリヤガスを
高速循環させると、その循環速度を高める程、動作点Ｃ
およびＤはそれぞれの平衡温度に近ずくことがわかった
。

このように、ＣａＣ７！２−ＣＨ３０Ｈ等の可逆反応お
よびＣＨ３０Ｈの凝縮蒸発過程を組合せだ過程Ａ−＋Ｂ
→Ｃ→Ｄを繰り返すことにより、メタノール蒸気の分圧
が１気圧以下の非常に低い１−１ミカで連続的に冷房お
よび暖房あるいは給湯を行なうことができた。

以上説明したように、本発明では従来から知らＪしてい
る固体の吸収剤を用いた固定式ケミカルヒートポンプで
は得られなかった連続運転（例えば昼間太陽熱で蓄熱し
ながら同時に冷暖房を行なう）を＋ｊＪ能にしたこと、
捷だそれにより小型軽量化を用能にしたこと、棟だ従来
の液体の吸収剤を用いた連続式ケミカルヒートポンプ（
例ＬＩＢｒ　−Ｈ２０等）では動作蒸気の蒸気圧が高く
なることや吸収剤の蒸気圧も無視できないなどの欠点が
あったが、本発明では動作蒸気は１気圧以Ｆであり、キ
ャリヤガスを用いればほぼ常圧Ｆでの使用が可能であり
、まだ吸収剤の蒸気圧はほとんど無視できるなどの優Ｉ
ｔだ効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるケミカルヒートポン
プ式冷暖房給湯装置の回路説明図、第２図はＧａ０１２
−ＣＨｓＯＨ系およびＣＨｓＯＨの蒸気圧一温度特性図
である。 １・・・・・・気体分解反応器、２・・・・・・気体吸
収反応器、３・・・・・・無機塩移動装置、４・・・・
・・気体吸収無機塩移動装置、６・・・・・・凝縮器、
６・・・・・・蒸発器、７，９゜１６．１了・・・・・
・連結パイプ、１ｏ・・・・・・気体輸送装置− 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１１
１１　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機塩への気体の吸収反応（発熱）および気体を
   吸収した無機塩からの気体の分解反応（吸熱）が可逆的
   であることを利用したケミカルヒートポンプを設け、高
   反応温度側の気体吸収反応器。 気体分解反応器、無機塩および気体を吸収した無機塩を
   移動させる装置、集熱器および低反応温度側の凝縮器、
   蒸発器、液体を移動させる装置を設け、高温側の無機塩
   および気体を吸収した無機塩移動装置により無機塩およ
   び気体を吸収した無機塩を気体吸収反応器と気体分解反
   応器との間を循環させる連結パイプおよび低温側の液体
   移動装置により、凝縮器で凝縮された液体を蒸発器へ輸
   送させる連結パイプを設け、高温側の気体分解反応器で
   発生する高温の気体を低温側の凝縮器へ輸送させる連結
   パイプおよび低温側の蒸発器で発生する低温の気体を高
   温側の気体吸収反応器へ輸送させる連結ノ；イブ・およ
   び集熱器と高温側の気体分解反応器との間で熱媒体を循
   環させる連結パイプを設けたケミカルヒートポンプ式冷
   暖房給湯装置。