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オンデマンド出版(POD)
高性能ケミカルヒートポンプ応用事例集

コードNO0138P
発 刊1991年9月
編集委員
柏木 孝夫
東京農工大学 工学部機械システム工学科 教授
亀山 秀雄
東京農工大学 工学部 教授
迫田 章雄
東京大学 生産技術研究所第4部 講師
価 格 POD(オンデマンド)価格 本体36,400円+税
体 裁 A4判並製 320頁
試 読不可
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キャンセル・返品不可
グローバル環境問題への技術的対策を提示
■ 主要構成
第1部 性能向上のための最近の動向―高性能化を実現するための要素技術
第2部 高性能を目指した新しいケミカルヒートポンプの応用事例
第3部 ケミカルヒートポンプの特性シミュレーションとデータ処理―設計・操作条件の検討
第4部 ケミカルヒートポンプのエネルギーと法制面からの評価

【発刊にあたって】

いまや地球環境問題は、全世界の関心事となっている。 エネルギーや化学物質の大量消費による環境中へのさまざまな物質の放出は、酸性雨、オゾン層の破壊、温暖化などの地球規模の諸現象を引き起こしている。 今回の湾岸戦争によってもたらされたクウェート油田の火災により発生したすす、SO²、CO2は、まず湾岸地域に黒い雨、酸性雨、気温の変動をもたらし、次第に地球全域に影響を与えようとしている。 まさに、化石燃料の大量消費がもたらす地球環境問題を絵に表したような光景である。

このような状況下にあって、各国で地球再生のための計画が検討され、実施されようとしている。 その中心となるものは省エネルギー技術と新エネルギーの導入である。 工場排熱や発電排熱や夜間電力の有効利用、フロンを使用しない冷房、太陽や地熱など自然エネルギーの積極的利用などが上げられる。 これらのエネルギーを利用する上で、化学反応を組み込んだヒートポンプ(ケミカルヒートポンプ)技術は、重要な役割を演ずるものと思われる。 なぜならば、従来のヒートポンプと比較して、作動温度領域の拡大、高効率変換、エネルギーの化学的な貯蔵や輸送などの機能を持つことにより、エネルギーの発生源と利用者との時間的、距離的そして温度上のギャップを解消し、利用範囲が拡大する可能性があるため、近年急速に注目されるようになってきている。

このような状況下で、6年前に発刊した「ケミカルヒートポンプ設計ハンドブック」以来、産・官・学の多くの研究機関で研究が進められ、商業化されたものも出始めている今日、ケミカルヒートポンプ技術の現状を知るために応用事例集をまとめることは意義あるものと考える。

本書は次の五つの特長を持っている。

  1. 吸収、吸着、反応の3分類に分けて技術開発の現状を開発当事者により紹介する。
  2. 性能向上のための要素技術を紹介する。
  3. ケミカルヒートポンプの設計に必要なデータやその活用法を紹介する。
  4. システム選定のためのシミュレーション手法を紹介する。
  5. 法制面とエクセルギーの面からの評価法を紹介する。

本書が、地球環境問題の解決にいくらかでも役立てば幸いである。

編集委員 柏木 孝夫/亀山 秀雄/迫田 章義

内容目次

序論 非フロン・脱CO2をめざした省エネルギー技術としてのケミカルヒートポンプ
<柏木 孝夫>
  1. 相互に影響を及ぼし合う地球問題
  2. 地球温室効果とエネルギー消費
  3. システムとしての省エネルギーと非フロン系熱駆動ケミカルヒートポンプ開発の重要性

第1部 性能向上のための最近の動向―高性能化を実現するための要素技術

第1章 吸収・ケミカル・吸着方式ヒートポンプの原理と基本特性

第1節 熱力学線図の利用<亀山 秀雄>
  1. T-S線図の利用
  2. P-T線図の利用
    2.1 気液・気固反応系
    2.2 均相反応系
  3. ケミカルヒートポンプサイクルのP-T線図
    3.1 昇温モード
    3.2 増熱モードと冷凍モード
第2節 吸着式の基本原理<朝比奈 正/迫田 章義>
  1. オープンサイクルにおける空調の原理
  2. クローズドサイクルの原理

第2章 最近の関発動向

第1節 吸収式とヒートポンプ

(1) 新サイクルと新作動媒体<功刀 能文/柏木 孝夫>
  1. 基本サイクル
    1.1 単効用冷凍サイクル
    1.2 二重効用冷凍サイクル
    1.3 第1種ヒートポンプサイクル
    1.4 第2種ヒートポンプサイクル
  2. 新サイクル
    2.1 トリプルサイクル
    2.2 デュアルサイクル
    2.3 2段二元サイクル
    2.4 2段サイクル
    2.5 GAXサイクル
    2.6 SRATAサイクル
    2.7 リソープションサイクル
    2.8 補助冷媒循環サイクル
  3. 新作動媒体
(2) インテリジェント吸収冷温水器の制御<和田 圭司/沢田 範雄>
  1. システムの構成とインテリジェント機能
  2. 運動特性の改善
    2.1 部分負荷効率の向上
    2.2 起動・停止時間の短縮
    2.3 デジタルPID制御
    2.4 運転範囲の拡大
  3. 通信機能
(3) 高性能伝熱管<西山 教之>

(4) 空冷化<功刀 能文/黒沢 茂吉/閑納 真一/竹本 貞寿>
  1. 吸収器の空冷化
  2. 空冷吸収冷凍サイクル
  3. 14kW空冷吸収冷凍機の性能
  4. 70kW空冷吸収冷凍機の性能
(5) 吸収メカニズムの解明と伝熱促進<藤田 稔彦>
第2節 ケミカル式ヒートポンプ<亀山 秀雄>
  1. 作動温度
  2. 開発中の主な反応系
    2.1 有機化学反応の利用
    2.2 無機化合物の利用
  3. ケミカルヒートポンプの将来
第3節 吸着式ヒートポンプ

(1) オープンサイクルシステム<朝比奈 正>
  1. オープンサイクルの特徴
  2. オープンサイクル用吸着材料
  3. オープンサイクルヒートポンプにおける熱効率
    3.1 増熱モード
    3.2 冷凍モード
    3.3 昇温モード
(2) クローズドサイクルシステム<迫田 章義/鈴木 基之>
  1. 密閉型吸着式ヒートポンプの概要
    1.1 用途とCOP
    1.2 利点と欠点
  2. 最近の研究における吸着剤―吸着質系
    2.1 報告例の整理
    2.2 吸着質
    2.3 吸着平衡関係
    2.4 その他の要因と総合的検討
  3. 最近の研究における吸着質と熱の移動
    3.1 移動速度の重要性
    3.2 伝熱の促進策
  4. 新しいプロセスシステム
    4.1 実装置開発の方向
    4.2 ソフトエネルギー利用型
    4.3 性能追求型
(3) 海外の研究開発の動向<Koua Oi Koua/迫田 章義 訳>
  1. 熱と物質の移動シミュレーション
  2. 吸着平衡
  3. 熱管理
  4. 設計と最適化
第4節 水素吸蔵合金を使用するヒートポンプ<駒崎 良夫/須田 精二郎>
  1. 熱駆動型サイクル
  2. 多段式サイクル
  3. 圧縮式サイクル
  4. 開発課題
第5節 スーパーヒートポンプ・エネルギー集積システム<佐藤 眞士>
  1. 研究開発計画
  2. 研究開発内容
    2.1 超高性能圧縮式ヒートポンプ
    2.2 ケミカル蓄熱技術
  3. 開発技術の現状
第6節 フランスにおけるケミカルヒートポンプの研究<Patrick Fournier-Bidos>
  1. フランスにおけるヒートポンプの研究対象
  2. フランスにおける各種ヒートポンプの研究状況
    2.1 吸着式ヒートポンプ
    2.2 化学反応式ヒートポンプの研究状況
    2.3 吸収式ヒートポンプの研究状況
第3章 ケミカルヒートポンプ−性能向上のためのトピックス(CDEシステム、CCS伝熱面等)<一色 尚次>
  1. ケミカルヒートポンプの位置づけ
  2. ローレンツサイクル化について
    2.1 等圧可変温度サイクルの必然性
    2.2 ローレンツサイクルの導入
    2.3 ローレンツサイクルの実現システム
  3. 欧米におけるケミカルヒートポンプの研究のトピックス
    3.1 流体ペアの改良と探索
    3.2 吸収の熱交換器とサイクルのトピックス
  4. 吸収用2次元等曲率伝熱面(CCS)の提唱
    4.1 なぜ新伝熱面が必要となるか
    4.2 CCS伝熱面の提示
    4.3 CCS伝熱面の実験
    4.4 CCS伝熱面の将来

第2部 高性能を目指した新しいケミカルヒートポンプの応用事例

吸収式事例―吸収式事例一覧表

(1) 第1種吸収ヒートポンプの運転実施例<井汲 米造/真下 克之/田中 貴雄>
  1. 概要
  2. 原理と特徴
  3. 実施例
    3.1 地域熱供給への応用
    3.2 工場排熱回収への応用
    3.3 温泉昇温への応用
    3.4 ビル空調への応用
(2) ヒートトランスフォーマ(第2種吸収ヒートポンプ)の運転実施例<沢田 範雄/井汲 米造>
  1. 概要
    1.1 原理と特徴
    1.2 作動媒体
  2. 運転実施例
  3. 技術動向
(3) ごみ焼却設備熱回収ヒートポンプ<古川 哲郎>
  1. 概要
  2. ヒートポンプ設備の概要
  3. 施設概要
  4. 用途
  5. 運転条件
  6. ヒートポンプの主な仕様
(4) 0℃以下での動き<小林 唯人/沢田 範雄/井汲 米造/真下 克之>
  1. 冷蔵システム
    1.1 システムの概要
    1.2 運転実績
  2. 低温吸収冷凍機
    2.1 冷媒・吸収剤系
    2.2 冷凍サイクル
    2.3 低温吸収冷凍機の性能
(5) 補助冷媒循環ループを有する吸収サイクル<西山 教之/柏木 孝夫>
  1. 概要
  2. 作動原理と現状

ケミカル式事例―ケミカル式事例一覧表

(1) 水素吸蔵合金を使用するヒートポンプ<大西 敬三/竹田 晴信>
  1. ヒートポンプに利用される水素吸蔵合金
  2. 水素吸蔵合金ヒートポンプの原理
  3. 水素吸蔵合金ヒートポンプの実例
    3.1 熱駆動式ヒートポンプ
    3.2 コンプレッサ式ヒートポンプ
(2) 水素吸蔵合金を使用する空調ヒートポンプ<田村 敬二/吉田 裕志>
  1. 概要
  2. 緒言
  3. MHヒートポンプの原理
  4. 設備
  5. 空調実験結果
  6. 結論
  7. 今後の課題
(3) 水素吸蔵合金利用の冷凍システム<大隈 正人/古川 修弘>
  1. 概要
  2. 冷凍システムの原理と特徴
  3. 期待される主な用途
  4. 冷凍システムの試作機の概要
    4.1 仕様
    4.2 運転条件
    4.3 開発要素
  5. 今後の展開
(4) 塩化カルシウム・メチルアミン系化学蓄熱の研究<土井 全/池内 正毅/藤田 尊志>
  1. システムの構成と動作
  2. 反応材料の選択
  3. 化学蓄熱装置の概要
  4. 試験結果
(5) 溶媒反応を利用した蓄熱技術<川田 章広/大武 幹治/太田 英之>
  1. 研究開発目標
  2. システムの概要
    2.1 蓄熱操作
    2.2 放熱操作
  3. 開発内容
    3.1 媒体の物性調査
    3.2 熱交換器の試験
    3.3 ベンチプラントの試作と試験
(6) アンモニア媒体を利用したケミカル蓄熱とケミカルヒートポンプ<豊山 正道>
  1. プロセスの作動原理
  2. ベンチプラントの試作運転
    2.1 ベンチプラントシステムの概要
    2.2 固相反応器と液相反応器
    2.3 運転結果
  3. ケミカルヒートポンプへの応用
    3.1 冷暖房用ケミカルヒートポンプ
    3.2 高温ケミカルヒートポンプ
(7) 液質混合によるケミカル蓄熱装置の開発<山田 章>
  1. 原理と開発課題
  2. ケミカル蓄熱システム
(8) 水和反応を用いた高温蓄熱技術とケミカルヒートポンプへの応用<脇山 良規/保田 賢士>
  1. 反応系の選定
  2. 水和反応高温蓄熱システム
    2.1 水蒸気圧線図
    2.2 蓄熱効率
    2.3 水和反応高温蓄熱システムの構成機器
    2.4 伝熱係数
    2.5 運転例
  3. ケミカルヒートポンプへの応用
(9) クラスレートを用いる冷熱蓄熱システム<秋谷 鷹二/谷井 忠明>
  1. クラスレートの生成平衡
  2. クラスレートの生成―分解特性
  3. 最適な界面活性剤の選定
  4. テストプラントによる運転研究
  5. クラスレート蓄熱式空調ユニット
(10) 2-プロパノール/アセトン/水素系分離式ケミカルヒートポンプ<斉藤 泰和/山下 勝>
  1. 2-プロパノール液相脱水素触媒の検討
    1.1 微粒金属ニッケル液相脱水素触媒の検討
    1.2 カーボン担持貴金属触媒の検討
  2. アセトン気相水素化触媒の検討
(11) シクロヘキサン/ベンゼン/水素系ケミカルヒートポンプ<亀山 秀雄>
  1. システムの構成
  2. 熱交換型触媒反応器
  3. 触媒調製法
  4. 触媒活性試験結果
    4.1 白金担持量
    4.2 脱水素活性
    4.3 脱水素反応における触媒劣化と対策
    4.4 水素化活性
(12) 水酸化カルシウム/水/酸化カルシウム系反応を用いる高温型ケミカルヒートポンプ<松田 仁樹/架谷 昌信>
  1. 水酸化カルシウム/水/酸化カルシウム系ケミカルヒートポンプの基本作動原理
    1.1 エンタルピー変化
    1.2 温度―圧力変化
  2. ヒートポンプ実証試験
    2.1 実験装置
    2.2 試験結果
  3. 結言
(13) イソブチレン/水/第三ブチルアルコール系ケミカルヒートポンプ<加藤 之貴/神沢 淳>
  1. 本ヒートポンプの概要
    1.1 用いた反応系
    1.2 本ヒートポンプのシステム
  2. 本ヒートポンプの可能性
    2.1 反応平衡組成
    2.2 ヒートポンプサイクルの構成
    2.3 成績係数の計算
    2.4 応用システムの提案とその利点
  3. 評価結果

吸着式事例―吸着式事例一覧

(1) 吸着式冷凍機<米澤 泰夫/松下 昌生>
  1. 吸着式冷凍機とは
  2. 吸着式冷凍機の性能と特徴
  3. 吸着式冷凍機の制御について
  4. 吸着式冷凍機の仕様・経済性
  5. 用途
  6. 実施例
(2) 合成ゼオライトを用いた冷暖房試験機<朝比奈 正>
  1. 概要
  2. 本装置の性能と特徴
  3. 運転条件の一例
(3) ガス加熱式吸着ヒートポンプ<迫田 章義>
  1. 設計コンセプトと特徴
  2. 装置の作動原理と概要

高性能ケミカルヒートポンプ開発主体ダイレクトリー(50音順)


第3部 ケミカルヒートポンプの特性シミュレーションとデータ処理―設計・操作条件の検討(ユーザがスペックを設計するために)

第1章 システム選定のためのシミュレーション<亀山 秀雄/柏木 孝夫>
  1. システム選定の流れ
    1.1 設計仕様
    1.2 作動触媒の選定
    1.3 性能特性
    1.4 設計変数
    1.5 概念設計
    1.6 機種選定
    1.7 特性予測
    1.8 経済評価

第2章 ケミカルヒートポンプ反応器のシミュレーション

第1節 化学反応系の反応器のシミュレーション<亀山 秀雄>
  1. シミュレーションにおける仮定
  2. シェルアンドチューブ型充填層反応器
    2.1 定常状態モデル
    2.2 非定常モデル
  3. プレートフィン型反応器
  4. アセトンの水素化反応器のシミュレーション
    4.1 反応速度式
    4.2 シミュレーション結果
第2節 吸着剤充填器のシミュレーション<迫田 章義>
  1. 最近の研究におけるシミュレーション
  2. シミュレーションモデルの具体例
    2.1 吸着平衡関係の記述
    2.2 吸着速度の記述
    2.3 吸着剤充填層内外の熱移動のモデル化
    記号
第3章 設計のための熱力学テータとその活用法<亀山 秀雄>
第1節 熱力学データ集
  1. 種々の溶液における濃度と沸点との関係
  2. 臭化リチウムの一般的性質と水への溶解度
  3. LiBr水溶液の密度、定圧比熱、粘性率、熱伝導率、物質拡散係数および表面張力
  4. 気液平衡線図とエンタルピー濃度線図
  5. 飽和アンモニア水溶液の密度、定圧比熱、粘性率、および熱伝導率
  6. 気液平衡線図とエンタルピー濃度線図
  7. アンモニアの熱物性値
  8. 吸着剤系
  9. 金属水素化物系
  10. アンモニア化合物系
  11. 気体水和物系
  12. 無機水酸化物系
  13. 無機水和物系
  14. 有機化合物系
第2節 熱力学データの活用法
  1. 簡単な線図の描き方
    1.1 反応熱とターニング温度の活用
    1.2 反応熱、解離圧、解離温度の活用
    1.3 溶液の濃度と蒸気圧のデータの活用
    1.4 ΔG°-T線図の利用

第4部 ケミカルヒートポンプのエネルギーと法制面からの評価

第1章 エネルギーの評価法

第1節 エクセルギーの評価法<亀山 秀雄>
  1. エンタルピー収支とエクセルギー収支
  2. 解析の基準
  3. エクセルギー
  4. 標準エクセルギーと照合化合物
  5. 環境状態
  6. 標準エクセルギーの設定
  7. 物理エクセルギーの計算
  8. 熱および仕事のエクセルギー
第2節 ヒートポンプのエネルギー解析<王 寧 恵/亀山 秀雄>
  1. ヒートポンプのエネルギー効率の定義
    1.1 エンタルピー基準のエネルギー効率
    1.2 エクセルギー基準のエネルギー効率
    1.3 排熱の熱利用量
    1.4 基準状態と発電効率
  2. 各種ヒートポンプのエネルギー効率
    2.1 Westinghouseの蒸気圧縮式ヒートポンプ
    2.2 MTI複合サイクル蒸気圧縮式ヒートポンプ
    2.3 GEのスターリングサイクル工業用ヒートポンプ
    2.4 ORNL工業用吸収式ヒートポンプ
    2.5 ベンゼン―シクロヘキサン系ケミカルヒートポンプ
第3節 プロセス全体のエネルギー解析<亀山 秀雄/王 寧 恵>
  1. 解析の手順
  2. 解析例
    2.1 プロセスの流れとエネルギー効率の定義
    2.2 プロセスの熱効率とエクセルギー効率の比較
    2.3 各工程のエネルギー損失
第2章 冷凍保安規制の考え方<豊中 俊之>
  1. 冷凍保安規則の状況
  2. 高圧ガス取締法の体系
  3. 「高圧ガス」とは
  4. 危険度の評価
  5. 冷凍保安規制の内容
  6. アンモニア規制の状況
  7. ヒートポンプの高温化と代替フロン


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■ 執筆者一覧(執筆順・敬称略、肩書等は発刊時のものです)
■ 編集委員
柏木 孝夫
東京農工大学 工学部機械システム工学科 教授
亀山 秀雄
東京農工大学 工学部物質生物工学科 助教授
迫田 章雄
東京大学 生産技術研究所第4部 講師
 
■ 執筆者
柏木 孝夫
東京農工大学 工学部機械システム工学科 教授
亀山 秀雄
東京農工大学 工学部物質生物工学科 助教授
迫田 章雄
東京大学 生産技術研究所第4部 講師
朝比奈 正
工業技術院 名古屋工業技術試験所 エネルギー技術調整官
功刀 能文
(株)日立製作所 機材研究所 技術主幹
沢田 範雄
三洋電機(株)空調冷機事業本部研究センター 主任研究員
和田 圭司
三洋電機(株)産機システム事業本部本部環境システム事業部 制御技術部
西山 教之
東京ガス(株)技術研究所都市熱利用技術PT 主任研究員
黒沢 茂吉
東京ガス(株)営業計画部 副部長
閑納 真一
大阪ガス(株)マーケティング企画部 課長
竹本 貞寿
東邦瓦斯(株)技術部 マネジャー
藤田 稔彦
東京商船大学 商船学部動力システム工学講座 教授
鈴木 基之
東京大学 生産技術研究所第4部 教授
Koua Oi Koua
アビジャン大学
須田 精二郎
工学院大学 工学部化学工学科 教授
駒崎 良夫
工学院大学 工学部化学工学科 研究員
佐藤 眞士
工業技術院 化学技術研究所化学システム部 化学工学物性課長
Patrick Fournier-Bidoz
東京農工大学 工学部機械システム工学科 研究員/RHONE-POULENC CHIMIE Research in Energy Saving System Engineer
一色 尚次
日本大学 工学部機械工学科 教授
井汲 米造
三洋電機(株)空調冷機事業本部研究センター 主任研究員
真下 克之
三洋電機(株)産機システム事業本部海外営業部 課長
田中 貴雄
三洋電機(株)空調冷機事業本部研究センター 課長
古川 哲郎
日立造船(株)技術本部技術研究所 主席技師
小林 唯人
三洋電機(株)空調冷機事業本部研究センター 研究員
大西 敬三
(株)日本製鋼所 室蘭製作所 常務取締役 所長
竹田 晴信
(株)日本製鋼所 室蘭製作所 主任研究員
田村 敬二
日本冶金工業(株)技術研究所 主幹研究員
吉田 裕志
日本冶金工業(株)技術研究所 研究員
大隈 正人
三洋電機(株)制御システム研究所 部長
古川 修弘
三洋電機(株)機能材料研究所 部長
池内 正毅
三菱電機(株)中央研究所エネルギ研究部第4グループ グループマネージャ
土井 全
三菱電機(株)中央研究所エネルギ研究部第4グループ 研究員
藤田 尊志
関西電力(株)総合技術研究所電気利用研究室 主任研究員
太田 英之
三菱重工業(株)高砂研究所化学研究室 主任
川田 章広
三菱重工業(株)高砂研究所燃焼伝熱研究室 主務
大武 幹治
三菱重工業(株)高砂研究所燃焼伝熱研究室
豊山 正道
石川島播磨重工業(株)プラント事業部第1プラント設計部 課長
山田 章
(株)日立製作所 日立研究所第11部第113研究室 副参事技師
脇山 良規
日立造船(株)技術研究所エネルギーシステム研究室 主管研究員
保田 賢士
日立造船(株)技術研究所エネルギーシステム研究室 主管研究員
秋谷 鷹二
工業技術院 化学技術研究所企画室 エネルギー技術研究調整官
谷井 忠明
三菱重工業(株)技術本部高砂研究所化学研究室 主務
斉藤 泰和
東京大学 工学部工業化学科 教授
山下 勝
東京大学 工学部工業化学科 助手
架谷 昌信
名古屋大学 工学部分子化学工学科 教授
松田 仁樹
名古屋大学 工学部化学工学科 講師
神沢 淳
東京工業大学 工学部化学工学科 教授
加藤 之貴
東京工業大学 原子炉工学研究助手
米澤 泰夫
西淀空調機(株)商品開発室 課長
松下 昌生
西淀空調機(株)商品開発室
王 寧 恵
中国天津理工学院 化学工学科 講師
豊中 俊之
環境システム(株)代表取締役/(社)日本冷凍協会 副会長


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