KATO Yukitaka Laboratory 加藤之貴研究室
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研究活動
酸化カルシウム/酸化鉛/二酸化炭素系ケミカルヒートポンプ
利用反応: 
用いる反応式は以下の通りです。
CaO(s)+CO2(g)=CaCO3
PbO(s)+CO2(g)=PbCO3
酸化カルシウム(CaO)と二酸化炭素(CO2)が反応(炭酸化反応)すると、発熱反応し、炭酸カルシウム(CaCO3)が生成します。CaCO3を加熱すると脱炭酸反応が吸熱しながら進みCaO、CO2が再生します。酸化鉛/二酸化炭素系も同様です。
ヒートポンプシステム: 
ヒートポンプシステムとして図1が構成できます。
(a)  蓄熱モードでは余っている高温熱、電力を炭酸カルシウムの脱炭酸反応にて貯蔵します。生成した二酸化炭素は酸化鉛炭酸化反応で貯蔵されこの際低温熱を発生します。
(b)  熱出力モードでは、必要時に炭酸鉛を先の低温熱より高く加熱すると高圧の二酸化炭素が生成します。これを用いて酸化カルシウムの炭酸化を行うと当初の熱入力より高い温度の熱出力が得られます。
利点: 
このヒートポンプは入力した熱より高温の熱が得られます。また、熱入力のみで駆動する、熱駆動型で、機械操作がありませんので、安全・低コストで高温熱操作ができます。また従来のレンガ等の顕熱水蓄熱などに比べ装置体積が大幅にコンパクトにでき、かつ長期間、高温の蓄熱が可能です。これらは他に無い本ヒートポンプの重要な特徴です。
研究開発と応用: 
本研究室では酸化鉛の利用による熱駆動ヒートポンプを提案し、充填層型反応器にて実証試験を進めております。現在、高温ガス炉、製鉄プロセス排熱の利用を目指した装置の概念設計をすすめています。図2に高温ガス炉などの高温熱プロセスの負荷平準化の例を示します。熱需要が少ない際には本ヒートポンプで蓄熱し、高熱・エネルギー需要時の熱供給することでこの場合は高温プロセスの負荷を変えること無く、熱・電気出力を調節できます。
図1
図1 酸化カルシウム/酸化鉛/二酸化炭素系ケミカルヒートポンプの原理
図2
図2 酸化カルシウム系ヒートポンプを用いた高温ガス炉などの高温プロセスの負荷平準システム。
(1)低エネルギー需要時の蓄熱運転、(2)高エネルギー需要時の熱出力運転
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