パナソニック技報

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せとかたつざわ
4 years ago
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1 121 Chemical Heat Pump Technology Susumu Kobayashi CHP 78 %62 % In order to promote effective utilization of industrial waste heat lost from factories, power plants and so on, we have been working on chemical heat storage technologies focusing on high heat storage density and long-term storage property. Conventional chemical heat pump (CHP) systems related to hydrates have a problem with the system efficiency because they require huge external heat sources for hydration. Therefore, we suggested a new CHP system that has an internal heat supply using CHP heat storage. The system efficiency was improved significantly, and in addition to this, the system could have an output smoothing function. This paper describes our experimental investigation focusing on the system principle, where we obtained the fundamental performance of a 78 % utilization ratio and 62 % recovery ratio. It then reports on the prospect for practical applications. 1 kwh [1] % [2] Temperature profile of domestic waste heat CHP CHP CHP

122 600 340 kj/kg 10 Mg(OH) 2 Li [3][4]Mg(OH) 2 CHP CHP Mg(OH) 2 81 kj/mol 40.

2 kj/kg 10 Mg(OH) 2 Li [3][4]Mg(OH) 2 CHP CHP Mg(OH) 2 81 kj/mol 40.6 kj/mol [3] Typical Chemical Heat Storage Reaction 2NH 3 (g)n 2 (g)+3h 2 (g) MgCO 3 (s)mgo(s)+co 2 (g) NaH(s)Na(s)+1/2H 2 (g) C 6 H 12 (g)c 6 H 6 (g)+3h 2 (g) Mg(OH) 2 (s)mgo(s)+h 2 O(g) Ca(OH) 2 (s)cao(s)+h 2 O(g) Ⅰ Ⅱ 水蒸気化学蓄熱材水 Ⅲ Ⅰ Ⅱ 水蒸気化学蓄熱材水 Ⅲ Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 Ca(OH) Mg(OH) 2 Mg(OH) 2 MgOH 2 O Mg(OH) 2 Thermal property of salt-modified Mg(OH) 2 CHP Principle of conventional CHP a Mg(OH) 2 I Mg(OH) kj 1 molmg(oh) 2 1 molmgo 1 molh 2 O 40.6 kj/mol Mg(OH) kj/kg81 kj/mol 700 kj/kg40.6 kj/mol700 kj/kj40.4 kj/mol b 40.6 kj1 mol

3 123 1 molmgo 81 kj 81 kj/mol 40.6 kj/mol40.4 kj/mol 400 CHP 40.4 kj 40.6 kj 81 kj/mol 40.6 kj/mol 40.4 kj/mol CHP CHP CHP a CHP81 kj/mol 40.6 kj/mol 40.4 kj/mol b c b81 kj/mol 1 mol81 kj 2 mol1 mol40.6 kj 1 mol40.4 kj CHP Principle of back-up CHP a40.4 kj/mol =1 molc ac CHPCHP CHP 18 24

4 124 る冷暖房システムなど新たな熱利用システムが創出さまた放熱動作開始の際は外管であるⅡ気化器にⅢ水れる可能性があると考えている貯蔵器より注水を行い生成した蒸気をⅠ蓄熱材容器に導入してMgOの水和反応を開始する放熱動作ではⅠ蓄 3.2 バックアップCHPの原理検証熱材容器内の水和反応熱を用いてⅡ気化器が連続的に蒸第5図に示す原理検証機を試作しバックアップCHP の動作検証および実効率評価を行った気を生成するこの蒸気全量をⅠ蓄熱材容器へ導入するとこの蒸気により水和反応が継続されまた水和反応に寄与しなかった余剰蒸気は自動的に外部に出力されて蓄熱負荷を動かす Ⅱ 気化器 Ⅳ 熱橋 3.3 原理検証機の動作性能評価 Ⅰ蓄熱材容器第5図の原理検証機の試作にあたり構成としては外部熱源の代替としてカートリッジヒータをⅠ蓄熱材容器に内蔵し模擬的な負荷としては凝縮器を用いて放出された蒸気の復水重量から熱出力を算出した具体的には蓄熱材料として6.8 wt%licl/mg(oh)2を13 kg使用し蓄熱動作350 大気圧下初期水和蒸気圧負荷装置廃熱 5気圧水和反応終点温度140 の動作条件下で転化率蓄熱材がどれだけ有効に利用されたかとエネルギー回生効率貯めた熱がどれだけ有効に回収されたかを熱媒油 Ⅲ 水性能指標として原理検証を行った第6図に原理検証機の運転データを示す放熱蓄熱運転は1サイクルおよそ10時間で運転した第6図に示す運転データから蓄熱動作では脱水反応により生成した放熱 Ⅱ 気化器蒸気出力が放熱動作においては蓄熱反応器での水和反 Ⅳ 熱橋応と反応後の余剰蒸気の出力が確認され結果外部熱源を不要とするバックアップCHPの基本動作が実証でき Ⅰ蓄熱材容器た FLOW バックアップCHP原理検証機 Fig. 5 Schematic design of back-up CHP 第4図の動作原理では各機能に応じて動作を説明したが実際のバックアップCHPはⅡ気化器でⅠ蓄熱材容器時間 [h] 放熱蓄熱 3.18 kg 2.96 kg を包んだ二重構造の反応器であり Ⅳ熱橋熱交換機能 90 時間 [h] 95 は蓄熱材容器の外壁気化器の内壁がその機能を有する蓄熱動作では廃熱をⅠ蓄熱材容器内に導入してMg(OH)2を熱分解し発生する蒸気で負荷を動かす 52 蒸気出力 [kw] 蓄熱材温度 [ ] 第5図 Ⅲ 水熱媒油 2.0 第6図バックアップCHPの運転データ Fig. 6 Operation data of back-up CHP 蒸気出力 [kw] 負荷装置廃熱蓄熱材温度 [ ]

125 Mg(OH) 2 13 kg 78 % 62 % 3.76 kg 2.96 kg 78 % 13616 kj 8400 kj 62 % CHP Energy balance of back-up CHP 2 80 % 78 %62 % Mg(OH) 2 CHP CHPCa(OH) 2 550 CHP [1],,, 246. [2], 12, 2001. [3] T,Yan. et al.

5 125 Mg(OH) 2 13 kg 78 % 62 % 3.76 kg 2.96 kg 78 % kj 8400 kj 62 % CHP Energy balance of back-up CHP 2 80 % 78 %62 % Mg(OH) 2 CHP CHPCa(OH) CHP [1],,, 246. [2], 12, [3] T,Yan. et al., "A review of promising candidate reaction for chemical heat storage," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol.43, pp.13-31, Mar [4] Ryu, J. et al., "Dehydration behavior of metal-salt-added magnesium hydroxide as chemical heat storage media," Chem. Lett., vol. 37, no.11, pp , [5] Ishitobi, H. et al., "Dehydration and hydration behaviors of metal-salt-modified materials for chemical heat pumps," Appl. Therm. Eng., vol.50, no.2, pp , Advanced Functional Materials Research Group, Advanced Research Div. CHP

Table 1. Assumed performance of a water electrol ysis plant. Fig. 1. Structure of a proposed power generation system utilizing waste heat from factori

Table 1. Assumed performance of a water electrol ysis plant. Fig. 1. Structure of a proposed power generation system utilizing waste heat from factori Proposal and Characteristics Evaluation of a Power Generation System Utilizing Waste Heat from Factories for Load Leveling Pyong Sik Pak, Member, Takashi Arima, Non-member (Osaka University) In this paper,