2017 Fiscal Year Annual Research Report
Non-homogeneous Kinetics of Hybrid Absorption Heat Pump with Heat Storage Function Using Fine Crystal Particle Slurry
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17H03441
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
板谷 義紀 岐阜大学, 大学院工学研究科, 教授 (50176278)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 信介 岐阜大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30345920)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 温熱回収 / 吸収式ヒートポンプ / スラリー / 蓄熱 / 気液界面 / 物質移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
未利用温熱エネルギー回生は徹底した省エネルギー技術として重要性を増している．これまでに本研究者らは，LiBr・水系吸収式ヒートポンプ（AHP）による廃熱回収システムの開発を行っており，その過程で，吸収液にゼオライト微粒子を分散させ過飽和状態にすると，LiBr微細結晶スラリーが形成されることを明らかにした．本スラリーをAHPに利用すれば，吸収液の結晶成長が抑制され流動性を維持できるため，高い吸収性能が得られるだけでなく，蓄熱剤としての活用も期待できることに着眼した．
本研究では，温熱エネルギーを回生し，蒸気と冷熱を同時生成する蓄熱機能を備えた不均相系ハイブリッドAHPシステムを構築することを目的に，本年度は，１）水蒸気吸収発熱を伴う微細結晶スラリー吸収液の伝熱面上液膜の２次元モデル可視化・流動・伝熱機構の解明および２）LiBr/水系微細結晶スラリーを蓄熱剤とする理論蓄熱密度試算・バッチ式ラボスケール試験装置による蓄熱回収機能の速度論評価を行った．その結果，以下の成果を得た．
１．吸収液表面で水蒸気吸収する過程での気液界面流動機構を可視化するために，蒸発器・吸収器一体型ガラス製2次元モデル装置を製作し，スラリーの微細結晶粒子をトレーサーに代用して流動挙動の動画撮影を行い，その画像解析から水蒸気吸収速度を決定する気液界面での物質伝達機構を解明する方法論の確立を試みている．
２．微細結晶スラリーを蓄熱剤として活用することを想定して，熱力学的平衡論から蓄熱密度を試算したところ，蒸発器温度に大きく依存し，スラリー中結晶濃度0.1kg-crystal/kg-slurry，蒸発器温度20℃，熱回収温度30℃のとき1500kJ/kg-slurry，25℃では2800kJ/kg-slurryに達することを明らかにした．また，バッチ式ラボスケール試験装置による熱回収速度論的評価も実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
LiBr微細結晶スラリーへの水蒸気吸収速度を予測するうえで，水蒸気吸収過程での気液界面の流動挙動は，界面での微細結晶の溶解，吸収液濃度，平衡状態などに大きな影響を与え，このような場での物質移動機構を定量的に解明して必要がある．初年度は，スラリー界面の可視化試験を実施し，定量評価するための方法論を確立した．
また，スラリーを蓄熱剤として活用することに着目して，蓄熱密度に与える諸条件の影響を熱力学的に解析するとともに，バッチ式ラボスケール試験装置による熱発生速度論的評価についても実施した．
以上の成果より，概ね計画通り研究が進捗したと自己評価した
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果に基づき，今後も引き続き同様の研究を継続するとともに，以下の項目についても実施していく予定である．
１）水蒸気吸収発熱を伴う微細結晶スラリー吸収液の伝熱面上液膜の２次元モデル可視化し，流動・物質移動・伝熱機構を解明する．
２）LiBr/水系微細結晶スラリーを蓄熱剤とする理論蓄熱密度試算・バッチ式ラボスケール試験装置による蓄熱回収の速度論評価を行い，項目１）の機構から予測される速度の妥当性を検証する．
３）伝熱管内壁を流下するLiBr/水系微細結晶スラリー液膜の液膜形成挙動・伝熱・蒸気吸収特性を解明するために，ラボスケール吸収器を試作して，スラリーへの水蒸気吸収速度の計測および理論モデル解析を行う．また，蓄熱型ハブリッドAHPシステムラボ試験装置の設計・試作・蒸気と冷熱の同時生成を目的に，ラボスケールAHP試験装置による各要素試験を実施する．
以上の成果に基づき，ハブリッドAHPシステム性能評価モデリングの構築・最適化を行い，これらの成果から，不均相系温熱アップグレード化システムとして化学工学的に体系化する学理の構築を目指す．
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