反応・輻射を組合わせた高温熱エネルギーの高効率輸送に関する基礎研究

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61470114
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 架谷 昌信 名大, 工学部, 教授 (50021788)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 藤雄 名古屋大学, 工学部, 教務職員 (70109312) ; 板谷 義紀 名古屋大学, 工学部, 助手 (50176278) ; 伊藤 けい三 名古屋大学, 工学部, 助手 (70023091) ; 松田 仁樹 名古屋大学, 工学部, 助手 (80115633) ; 新井 紀男 名古屋大学, 工学部, 助教授 (40089842)
• Keywords: 二酸化硫黄 / 三酸化硫黄 / 熱輸送 / ヒートパイプ / 触媒反応

Research Abstract

本年度においては、高温熱輸送媒体としてS【O_2】+【1/2】【O_2】【←!→】S【O_3】可逆反応を選びS【O_2】,【O_2】,S【O_3】混合気体を吸熱端と発熱端間で連続循環するための密閉ループよりなる熱輸送反応装置を試作した。吸熱および発熱部にはPt/【A_2】【O_3】触媒が充填されており、反応気体の循環には耐腐蝕ポンプを用いた。反応管および循環経路はステンレス鋼管ならびに一部、テフロン配管より構成されている。
実験は、第1段階として、まず開放系流通反応実験によって本反応系における触媒充填層の反応ならびに伝熱挙動を調べた。実験条件は、吸熱部設定温度800,900℃,発熱部設定温度350〜450℃とし、触媒充填部は粒径3mmφの触媒を2cmφ×10cmに詰めた。供給反応気体モル比、S【O_2】/【O_2】=0.1〜0.5、供給速度は1〜15l/min(NTP)の範囲で設定した。また、S【O_2】,【O_2】ガス濃度変化はガスクロマトグラフ(TCD検出器付)によって測定した。本実験結果より、本設定条件下ではS【O_2】の反応率は75〜95%となり、反応に伴う触媒充填層の温度上昇は最大で約200℃であった。また、反応生成物S【O_3】のS【O_2】への転換率は70〜85%となり、吸熱部は反応に伴って約30〜70℃の温度降下が認められた。本実験結果はいずれも再現性があり、密閉反応実験のための予備的知見に供した。
開放系反応実験ののち、系を密閉系とし、開放実験と同じ条件で熱輸送実験を行った。その結果、開放系の場合と同様、本システムは安定に反応進行することを認め、反応に基づく発熱部での温度上昇、吸熱部での温度降下が確認された。なお、この場合S【O_2】濃度より求めた総括反応効率は55〜75%であった。
今後の研究方針としては、さらに広範な条件下で本実験を継続すると同時に、S【O_2】,S【O_3】の触媒反応速度式を決定し、本熱輸送系の理論評価のための簡単な数学モデルを確立する予定である。