成果報告書詳細
管理番号20130000001050
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 先導研究 蒸気生成吸収ヒートポンプシステムの研究開発
公開日2014/1/22
報告書年度2010 - 2012
委託先名学校法人早稲田大学 荏原冷熱システム株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約 本研究開発の目標は、再利用が難しく廃棄されることが多いとされている100℃未満の排温水や200℃未満の排ガスを駆動源にして、150℃以上の蒸気(最終目標180℃蒸気)を生成する吸収ヒートポンプを実現することである。(1)サイクルシミュレーションと制御法の開発 吸収ヒートポンプの多段昇温吸収サイクルには非常に多くのサイクルがあることから、試験研究機の設計に先立ち、サイクル構成要素をモジュール化して、要素組替を容易にしたサイクルシミュレーションプログラムを開発した。同プログラムを用い各種サイクルを検討、ヒートポンプ缶胴内圧が大気圧を超えずに150℃蒸気を得るサイクル、缶胴内圧は大気圧を超えるが180℃蒸気を得られるサイクルを選定した。(2)吸収ヒートポンプのモデル試験と伝熱性能試験 150℃蒸気を得るサイクルでは、150℃モデル機を試作、特性試験を実施し、缶胴内圧大気圧以下で150℃の蒸気を得ることが確認できた。180℃蒸気を得るサイクルについても、180℃モデル機を試作、特性試験と180℃蒸気の生成を行った。両モデル機ともシミュレーションと実測データはほぼ一致した。蒸気生成吸収器の伝熱性能試験により、管外の蒸気吸収過程で、高温領域においても界面活性剤による伝熱促進効果が発揮されることを確認した。また、管内の蒸気生成のフローパターンなどを観察し、伝熱改良の方向を検討した。(3)蒸気生成吸収ヒートポンプ 実用サイズ機の開発 モデル機を基に150℃実用サイズ機を製作し、温水入口88℃、冷却水入口25℃で150℃の蒸気の連続生成と目標COP0.2を達成した。更に180℃実用サイズ機にて連続自立運転に成功し、温水入口88℃、冷却水入口25℃で180℃蒸気を生成、目標COP0.27を達成した。吸収ヒートポンプ用に新規採用する補機類について、要素試験を実施した。伝熱管へ溶液、冷媒を散布する装置については、スプレー式が適することを確認した。蒸気発生部への高温配管中の錆びコブなどの異物がポンプへ与える影響を要素試験にて調査し、適切なストレーナの設置で使用が可能であることを確認した。吸収ヒートポンプで使用する吸収溶液は高い腐食性を示すため、金属材料の腐食試験を実施した。溶液温度160℃、190℃での、鉄、ステンレス、銅材料の腐食速度を把握し、今後の製品設計に活用できるデータを取得できた。(4)安全対策と法規制への対応 180℃実用サイズ機は、缶胴内圧が大気圧を超えるために法規制の対応を検討実施した。同機は、労働安全衛生法の圧力容器の関連法規に準じ、実際に構造検査を受検して製作した。また、窒素ブローしながらファイバースコープで内視する検査方法について提案、試行し、本方式について監督機関へ確認を行った。(5)ユーザー仕様の検討 本研究開発の成果をすみやかに市場へ投入する準備として、ユーザー仕様の調査をした。本研究開発が最も有効なユーザーは、循環型排温水が発生するコージェネレーションシステムを導入しているユーザーであることが分かった。
英文要約Title: Research and Development Program for Innovative Energy Efficiency Technology / Advanced Research / Research and Development of Steam Generation Heat Pump System (FY2010-FY2012) Final Report

The low temperature heat sources such as hot water less than 100 deg C, exhaust gas less than 200 deg C, are usually difficult to be utilized because the temperature is too low. In this project, an absorption heat pump was developed to generate 150 deg C steam by utilizing these low temperature heat sources. Moreover, an absorption heat pump was also developed to generate 180 deg C steam. 1. Study of the absorption cycle with simulation: A cycle simulation program was developed for the design of an absorption heat pump. In this program, the cycle components were modularized. Various cycles were examined using the program. An absorption cycle which can generate 150 deg C steam with the chamber pressure below the atmospheric pressure and an absorption cycle which can generate 180 deg C steam with the chamber pressure exceeds the atmospheric pressure were selected. 2. Study of the absorption cycle with test apparatus: A 150 deg C steam generation test apparatus was manufactured for demonstration tests. From the results of the tests, the absorption cycle of the 150 deg C and the generation of steam were confirmed. A 180 deg C steam generation test apparatus was also manufactured and the generation of 180 deg C steam was confirmed. In addition, a test apparatus of the absorber was prototyped to investigate the characteristics of water evaporation in the tubes. 3. Development of the practical size prototypes: A 150 deg C prototype was designed and manufactured according to the results of the test apparatus. The prototype was operated on the rated condition and 150 deg C steam was generated. The target COP reached 0.2. A 180 deg C prototype was also manufactured. The continuous operation of the 180 deg C prototype succeeded and the target COP of 0.27 was reached. The auxiliary components, such as the spray apparatuses and the high temperature circulation pumps were examined for practical use in the absorption heat pump. Various types of the spray apparatuses, such as drop type and spray nozzle type were investigated. In this heat pump, a high temperature circulation pump is necessary. The magnet pump is one type of the high temperature circulation pumps. The endurance test of the magnet pump in the water with iron component was carried out. In addition, the immersion test of the materials which were used for the absorption heat pump such as SS400, SUS430, SUS304, Cu and Cu-Ni were conducted in LiBr solution of 160 and 190 deg C. The corrosion rates were calculated from the decrease of weight. 4. Safety measure: The method to check the inside of vessels of the absorption heat pump was examined. A fiberscope was inserted from a small hole of the vessels to check inside of the absorption heat pump under nitrogen atmosphere. 5. Investigation of user specification: We interviewed some companies to investigate the user specification. The absorption heat pump is most effective to the user who has introduced a cogeneration system with circulation system of hot water.
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