ハニカム吸着剤を用いたオープンサイクル除湿冷房装置の開発

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555239
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 広瀬 勉 熊本大学, 工学部, 教授 (40037841)
• 研究分担者: 児玉 昭雄 熊本大学, 工学部, 助手 (30274690) ; 後藤 元信 熊本大学, 工学部, 助教授 (80170471)
• キーワード: ヒートポンプ / 空調 / 太陽熱 / 除湿 / 冷房 / オープンサイクル / 吸着 / AHP

研究概要

フィールドテスト
吸着式除湿冷房の実用化を目的として、直径1.22mのハニカムローター除湿機を用いた20kWのフィールドテスト装置を組み立て、冷房システムの性能に及ぼす操作条件および外気条件の影響を検討し、以下の結果を得た。
(1) 冷房成績係数COPの観点から最適な除湿機再生空気流量比が存在し、除湿機再生温度が100℃以上では空気流量比が1/2とすることによりCOPが著しく改善できること
(2) 外気湿度の増加に伴い冷房能力が低下すること
(3) 水噴霧型熱交換器を給気最終段に用いることにより給気の湿度上昇を伴わずに冷房システム性能を改善できること
数値計算
さらに、上記フィールド試験結果と並行して行った数値計算では本システムの性能改善策として次の指針を得た。
(1) それぞれの再生温度において最適な再生空気流量比が存在し、これよりも小さい流量比では物質収支の制限により除湿機出口空気がその成り得る湿度まで達せずに冷房能力が減少すること、また、最適値よりも大きい流量比では過剰な加熱量のためにCOPが減少する。
(2) 高い冷房能力のためには除湿機出口空気の湿度をその熱力学限界にまで低くする必要がある。現状では吸着剤自体の熱容量により運び込まれる顕熱の為に除湿機出口の空気温度が上昇し、低い湿度が得られない。この顕熱交換量を低減する策として除湿機へのパージゾーンの設置、吸着剤の改質(吸着容量/熱容量比の向上)、を提案した。
(3) 構成機器の中で最もエンタルピーの変化を生じる顕熱交換器のわずかな効率向上が著しい冷房性能の改善をもたらすとの知見を得た。
これらの改善によりARI条件下でCOP1.0以上、冷房能力0.4kW/kg-吸着剤という実用に十分なプロセス性能が予期される。

研究成果

• [文献書誌] T.Kuma,T.Hirose,M.Goto,A.Kodama: "“Thermally Regenerative Monolithic Rotor Dehumidifier for Adsorption cooling System"" Journal of Solar Energy Engineering.ASME. 120・1. 45-50 (1998)
• [文献書誌] 金偉力,児玉昭雄,後藤元信,広瀬勉: "吸着式除湿冷房用水噴霧式熱交換器による空気の冷却性能の実験的研究" 化学工学論文集. 24・2. 254-258 (1998)
• [文献書誌] J.Weili,A.Kodama,M.Goto,T.Hirose: "An adsorptive Desiccant Cooling Using Honeycomb Rotor Dehumidifier" Journal of chemical Engineering of Japan. 31・5. 706-713 (1998)
• [文献書誌] 金偉力,児玉昭雄,後藤元信,広瀬勉: "吸着式除湿冷房システムの性能に及ぼす操作条件の影響" 化学工学論文集. 24・6. 894-900 (1998)