固体電解膜式電気化学ヒートポンプの吸熱反応部の性能低下と改善方法の検討

摘要

本研究では昇温システムであるヒートポンプの中で，固体電解質膜を用いる隔壁式電気化学ヒートポンプに注目している．電気化学ヒートポンプは従来のケミカルヒートポンプに電極構造を取り入れた方式で，入力を電気エネルギーとすることにより，エネルギー密度の向上，装置小型化が可能となり，比較的温度差の大きい条件が可能となる特徴がある．図1 は本研究の電気化学ヒートポンプシステムの概念図である．作動流体MX が吸熱反応器に流入し，触媒電極上で電気仕事E_(in)を得て，周囲よりQ_(in)を吸熱することにより，X とMに分解される．XとM は熱交換器を経て，発熱反応器でQ_(out)を発熱してMX に戻る．本ヒートポンプはその特徴を活かし，主に80°C程度の低品位な太陽熱や工場排熱の昇温を目的としている．本報では，ケミカルヒートポンプとして実績のある2-プロパノール/アセトン/水素系を作動媒体に選択した際，吸熱反応電極部における経過時間と共に吸熱量に相当する電流密度が減少していく性能低下についての検討および改善策を報告する．