(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯを充填した反応器と水を蒸発又は凝縮させる蒸発・凝縮器がジョイントバルブを有するパイプで連結されている、反応器に熱を加えると蓄熱再生するＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系ケミカルヒートポンプにおいて、
放熱時には反応器内に充填されたＣａＯと蒸発・凝縮器で蒸発したＨ2Ｏが水和反応する際に発生する温熱と蒸発・凝縮器内のＨ2Ｏが蒸発する際に発生する冷熱とを同時に外部へ連続的に取り出す熱交換器を反応器及び蒸発・凝縮器内にそれぞれ設け、反応器内の熱交換器がコイル状に巻かれた熱交換パイプ、及び蓄熱用ヒーターを有する熱交換パイプが同心円状に設置されていることを特徴とする温・冷熱生成ケミカルヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣａＯとＨ2Ｏが反応する際に発生する温熱を給湯又は暖房用に利用するとともに、冷熱を冷凍又は冷房に利用することができるＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６はＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系のケミカルヒートポンプの概念図で、ケミカルヒートポンプは、反応器、蒸発・凝縮器と両者を結ぶパイプにより構成され、反応器には蓄熱材としてＣａＯが充填され、蒸発・凝縮器には反応器内のＣａＯと反応するに見合う量のＨ2Ｏが充填され、真空に保たれている。
【０００３】
放熱過程では、バルブを開けると、圧力差により蒸発・凝縮器中の水からＨ2Ｏガスが蒸発し、蒸発したＨ2Ｏガスがパイプを通って反応器へ移動し、反応器中のＣａＯと水和反応し、Ｃａ（ＯＨ）2が形成され、高温熱が生成し、蒸発・凝縮器には蒸発潜熱により冷熱が生成する。
【０００４】
次に、蓄熱過程は、反応器に熱を加えると、放熱過程でＣａＯとＨ2Ｏとが反応して生成したＣａ（ＯＨ）2が脱水されてＣａＯが再生するとともに、発生したＨ2Ｏガスは、ダクトを通って蒸発・凝縮器へ移動し凝縮され、凝縮熱により、水となって溜まり、再び温・冷熱生成前の状態に戻る。
【０００５】
以上のように、ＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系のケミカルヒートポンプは、Ｃａ（ＯＨ）2をＣａＯとＨ2Ｏとに戻す反応と、ＣａＯとＨ2ＯとによりＣａ（ＯＨ）2を生成する水和反応との可逆反応を利用するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系のケミカルヒートポンプにおいては、ＣａＯとＨ2Ｏが反応する際の温・冷熱の生成については、これまで反応器及び蒸発・凝縮器内部で確認されてきたが、反応器及び蒸発・凝縮器内部から外部へ温・冷熱を取り出すことのできるシステムがなく、ＣａＯとＨ2Ｏが一定速度で反応を続け、さらに、一定温度の温・冷熱を外部出力することは困難であった。
【０００７】
本発明は、温・冷熱を反応器及び蒸発・凝縮器の外部に出力することができるＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＣａＯを充填した反応器と水を蒸発又は凝縮させる蒸発・凝縮器がジョイントバルブを有するパイプで連結されている、反応器に熱を加えると蓄熱再生するＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系ケミカルヒートポンプにおいて、放熱時には反応器内に充填されたＣａＯと蒸発・凝縮器で蒸発したＨ2Ｏが水和反応する際に発生する温熱と蒸発・凝縮器内のＨ2Ｏが蒸発する際に発生する冷熱とを同時に外部へ連続的に取り出す熱交換器を反応器及び蒸発・凝縮器内にそれぞれ設け、反応器内の熱交換器がコイル状に巻かれた熱交換パイプ、及び蓄熱用ヒーターを有する熱交換パイプが同心円状に設置されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図ｌは、本発明の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプの１実施例の概略図で、図２は反応器内のコイル状の熱交換パイプ及び蓄熱用ヒーターを有する熱交換パイプの配置を示す横断面図である。
【００１０】
ケミカルヒートポンプは、ＣａＯが充填された上部の円柱型ステンレス製反応器１と、水を蒸発又は凝縮するための下部の円柱型ステンレス製蒸発・凝縮器２とがジョイントバルブ３を有するパイプ４で連結された縦型密閉系のケミカルヒートポンプである。また、反応器１と蒸発・凝縮器２とは運転初期に系内を真空にするため、真空ポンプ５に接続されている。
【００１１】
なお、反応器１と蒸発・凝縮器２とはグラスウール等の断熱材６により断熱されている。
【００１２】
反応器１内にはコイル状に巻かれた熱交換パイプ７、及び蓄熱用ヒーター８を有する熱交換パイプ９が同心円状に設置され（図２参照）、制御弁１０と循環ポンプ１１を介して暖房機などの熱利用機器１２に連結され、循環ループを構成しており、制御弁１０と循環ポンプ１１により流量を制御し、循環する媒体の温度を調節する。
【００１３】
図３は蒸発・凝縮器内のコイル状の熱交換パイプの１実施例の概略図で、図３−（ａ）は熱交換パイプの正面図、図３−（ｂ）は平面図である。蒸発・凝縮器２内には反応媒体である水が充填され、熱交換パイプ１３が設置され、制御弁１４と循環ポンプ１５を介して冷房機などの熱利用機器１６に連結され、循環ループを構成しており、制御弁１４と循環ポンプ１５を制御することにより、循環する媒体の温度を制御する。
【００１４】
反応器に充填するＣａＯとしては、例えば、粒径が０．７〜１．０ｍｍの広島産寒水石（ＣａＣＯ3）をマッフル炉で５時間焼成して得られたＣａＯ粒子を用いたが、ＣａＯはこれに限られることなく、各種のＣａＯを利用することができる。
【００１５】
温・冷熱生成ケミカルヒートポンプは、反応器１と蒸発・凝縮器２とをつなぐバルブ３の開放により、圧力差によって蒸発・凝縮器２内の水が蒸発し、蒸発したＨ2Ｏがパイプ４を通って反応器１へと移動する。この際、反応器１内では、ＣａＯの水和反応が起こり発熱し、温熱が生成され、一方、蒸発・凝縮器２では、水の蒸発潜熱により冷熱が生成される。
【００１６】
生成された温熱は、熱交換パイプ７によって回収され、外部に取り出され、制御弁１０と循環ポンプ１１により媒体の流量を制御して温度調節しながら、熱利用機器１２に利用され、一方生成された冷熱は、熱交換パイプ１３によって回収され、外部に取り出され、制御弁１４と循環ポンプ１５により媒体の流量を制御して温度調節しながら、熱利用機器１６に利用される。
【００１７】
蓄熱過程においては反応器１に設置された熱交換パイプ９の蓄熱用ヒーター８によりＣａ（ＯＨ）2に熱を与え、脱水反応を行う。このとき発生した水は蒸発・凝縮器２へ移動し、蒸発・凝縮器内の熱交換パイプ１３により凝縮熱が奪われることにより凝縮する。
【００１８】
本装置における放熱実験結果の一例を図４及び図５に示す。
【００１９】
この場合、反応器に粒子サイズ７１０〜１０００μｍのＣａＯ粒子３．ｌｋｇ、蒸発・凝縮器に水２．０リットルがそれぞれ充填され、実験開始前、反応器は３００Ｋ、蒸発・凝縮器は２９０Ｋの定常状態に保たれている。
【００２０】
図４は総括反応率及び生成熱量の経時変化を示すグラフで、図４において、実線は水和反応率Ｘt及び総合生成熱量Ｑt、一点鎖線は生成中温熱量ＱM、二点鎖線は生成冷熱量ＱLをそれぞれ示している。急激な初期反応の後、約１００分後からは反応速度が小さくなっていることがわかる。
【００２１】
６００分後での到達反応率は約６０％であり、生成熱量は約５０００ｋＪとなっている。
【００２２】
図５は本発明の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプの蒸発・凝縮器内水温ＴEV、熱交換パイプの入口温度Ｔinlet及び出口温度Ｔoutletを示すグラフで、熱交換媒体として水を使用し、流量は制御弁及び循環ポンプにて平均流量３１ｍｌ／ｍｉｎとした。図５よりＴEVは初期に急激に低下し、開始後２５分で２７５Ｋに達していることが確認される。熱回収は２５分後から開始した。この場合熱交換媒体は約Ｔinlet＝２９０ＫがＴoutlet＝２８．０Ｋとなり回収されている。
【００２３】
このように本装置は、温熱源だけでなく、冷熱源としても十分使用可能な低温熱が回収できることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣａＯ／Ｃａ（ＯＨ）2系のケミカルヒートポンプにおいて、ＣａＯとＨ2Ｏとが反応する際に発生する温熱及び冷熱を反応器及び蒸発・凝縮器内部から外部へ取り出すことができ、さらに取り出す場合、ＣａＯとＨ2Ｏが一定速度で反応が続けられ、一定温度の温冷熱を同時に外部へ連続的に出力することができ、また、温熱は給湯または暖房用に利用でき、冷熱は冷凍または冷房に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプの１実施例の概略図である。
【図２】  反応器内のコイル状の熱交換パイプ、及び蓄熱用ヒーターを有する熱交換パイプの配置を示す横断面図ある。
【図３】  蒸発・凝縮器内のコイル状の熱交換パイプの１実施例の概略図で、図３−（ａ）は熱交換パイプの正面図、図３−（ｂ）は平面図である。
【図４】  本発明の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプの放熱時の総括反応率及び生成熱量の経時変化を示すグラフである。
【図５】  本発明の温・冷熱生成ケミカルヒートポンプの蒸発・凝縮器内水温及び熱交換パイプの出入口温度の経時変化を示すグラフである。
【図６】温・冷熱生成ケミカルヒートポンプの概念図である。
【符号の説明】
１  反応器
２  蒸発・凝縮器
３  ジョイントバルブ
４  パイプ
５  真空ポンプ
６  断熱材
７  熱交換パイプ
８  蓄熱用ヒーター
９  熱交換パイプ
１０  制御弁
１１  循環ポンプ
１２  熱利用機器
１３  熱交換パイプ
１４  制御弁
１５  循環ポンプ
１６  熱利用機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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