天然メソポーラス材料を用いた吸着式ヒートポンプに関する研究－第4報：吸着剤充填小型熱交換器を用いた冷熱性能評価

摘要

80 °C 以下の低温廃熱や太陽集熱器による温水を利用して，7～15 °C 程度の冷熱を取り出すことが出来る吸着式ヒートポンプ（Adsorption Heat Pump: AHP）が，省エネルギーの観点から注目されている．AHP は吸収式ヒートポンプに比べ，60～80 °C の低い再生温度で利用出来るなどのメリットがあるが，反面，吸着材などの価格も高く，普及のためにはさらなる性能向上やコストダウンが求められている．低コストと高い吸湿性能を確保するため，塩化物をシリカゲル細孔に担持させたもの[1]や，熱伝導性改善のため膨張化黒鉛に塩化物を担持したもの[2]など，多孔体への塩化物担持が検討されている．しかし，多孔体の材料コストや長期安定性，耐久性などに課題があると指摘されている[3]．著者等は，安価な天然メソポーラス材料である稚内層珪質頁岩（WSS）を用いたデシカントローターの開発において，塩化物担持による性能向上や耐久性について検討を行ってきた．その中で，非晶質なシリカゲルに塩化物担持を行うと細孔構造は維持できないが，WSS では，細孔が結晶間隙で形成されているため，細孔は破壊されず，吸放湿応答が安定しており，高い耐久性を有していることが分かった[4]．これらの結果をもとに，AHP の吸着材として，WSS と塩化物を組み合わせることを着想し，低い水蒸気圧でも優れた吸湿性能をもつリチウム塩を担持させたWSS を用いたAHP の開発を進めている．前報において，塩化リチウム担持WSS を調整し，TG/DTA を用いた真空下における水蒸気平衡吸着量および吸着，脱離特性の評価を行い，塩化リチウム担持WSS がAHP の吸着材として適用できる可能性を示した[5,6]．本報では，市販されている小型のアルミニウム製コルゲートフィン熱交換器に塩化リチウム担持WSS 粉末を充填したものを試作し，AHP のための基礎的な性能検討を行ったので報告する．本報では，理論吸着量を水蒸気吸着等温線から見積もるとともに，吸着－再生サイクル時間に対する冷熱取り出し性能や吸湿量について検討を行ったので報告する．