ケミカルヒートポンプを用いる低温エクセルギーの高効率変換

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06246101
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 斉藤 泰和 東京理科大学, 工学部・第1部, 教授 (10010761)
• 研究分担者: 篠田 純雄 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30092232)
• キーワード: ケミカルヒートポンプ / 低温エクセルギー / 2-プロパノール脱水素 / アセトン水素化 / 液膜状態 / 懸濁状態 / 最大熱効率 / 高効率変換

研究概要

2-プロパノール/アセトン/水素系ケミカルヒートポンプは、1)化学反応のエンタルピー変化が作動温度に依存しない。2)低品位熱と地球環境の温度差が駆動力を賦与する。3)非平衡定常過程からなるためにエネルギーの散逸が少ない、という優れた特質をもち、80℃の排熱を30℃で除熱しつつ200℃で回収する。低温エクセルギーの改質システムを構築する。本システムのエクセルギー変換効率向上の鍵は低温吸熱脱水素触媒が握っており、なかでも新たに提案された固体触媒液膜状態での沸騰加熱は、1)触媒温度が液相沸点より高い、2)気泡発生で生成物の脱離が促進される。3)液相生成物による反応の阻害が抑制される、という好結果を生み、同じ触媒、同じ加熱条件で2-プロパノール脱水素反応速度を懸濁状態での50倍に向上させることが示された。
2-プロパノールを連続的に供給する反応方式では、液膜状態は懸濁状態より蒸発速度を約1/3に抑えることができた。熱駆動型ヒートポンプの最大熱効率は、供給熱温度T_L(80℃)、回収熱温度T_H(200℃)、除熱温度T_C(30℃)のとき7max=(1-T_C/T_L)/(1-T_C/T_H)=0.39と求められる。蒸発速度を充分よく抑えつつ高い反応転化率を達成するような液膜型脱水素触媒反応方式を確立することが、ケミカルヒートポンプを用いる低温エクセルギーの高効率変換にとり最も重要な検討課題であるとわかった。
この方式は、シクロヘキサン脱水素芳香族化反応にも有効であった。

研究成果

• [文献書誌] 斉藤泰和: "ケミカルヒートポンプ" 化学と教育. 42. 563-568 (1994)
• [文献書誌] SAITO,Yasukazu: "H_2 Production as a Key Reaction for Chemical Heat Pump" Intern.J.Hydrogen Energy. 19. 223-226 (1994)
• [文献書誌] HAMA,Shunichi: "Preparation of Fine-particle Pt-Ru Composite Catalyst" Chemistry Letters. 1181-1184 (1994)
• [文献書誌] NAKABAYASHI,Mamiko: "Preparation of Size-controlled Metal Particles on Carbon" Chemistry Letters. 1275-1278 (1994)
• [文献書誌] MAKITA,Kazuyuki: "Photodehydrogenation of Methanol using Complex Catalyst" J.Molecular Catalysis. 89. 143-150 (1994)
• [文献書誌] 斉藤泰和: "液膜型脱水素触媒反応の特質" 表面. 33. 1-9 (1995)
• [文献書誌] 斉藤泰和: "光が関わる触媒化学(季刊化学総説23)" 学会出版センター, 189 (1994)