JPH01252875A - 水蒸気吸収用媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な水蒸気吸収用媒体に関するものである。

さらに詳しくいえば、本発明は、吸収式化学ヒートポン
プや同冷凍機などの作動媒体として好適に用いられる、
金属材料に対する腐食性が小さく、かつ良好な水蒸気吸
収能を有する水蒸気吸収用媒体に関するものである。

従来の技術 従来、吸収式化学ヒートポンプや同冷凍機などにおいて
は、水蒸気吸収のための作動媒体として、例えば臭化リ
チウム、塩化リチウム、硫酸、水酸化ナトリウムなどの
水溶液が用いられており、特に臭化リチウム水溶液が多
用されている。

しかしながら、これらの水溶液は、一般に金属材料に対
する腐食性が大きく、高温になると金属材料に応力腐食
割れをもたらすなどの欠点を有する上、特に多用されて
いる臭化リチウム水溶液においては、高温になると固相
を発生しゃすく、適用温度の制限を免れず、しかもリチ
ウムや臭素は比較的高価な元素であるため経済的に有利
とはいえない。

さらに、従来の作動媒体は、通常単一成分の水溶液であ
るため、水蒸気圧−温度−濃度の関係が１種類に固定さ
れ、したがって機器設計上不便を免れなかった。

このため、より高温、例えば１５０℃以上においても金
属材料に対する腐食性が小さく、かつ水蒸気吸収性能に
優れる上に、操作上安定に使用しうる比較的安価な作動
媒体の開発が強（要望されていた。　発明が解決しよう
とする課題本発明は、このような従来の水蒸気吸収用媒
体がもつ欠点を克服し、１５０’Ｏ以上の高温において
も金属材料に対する腐食性が小さく、かつ良好な水蒸気
吸収性能を有し、しかも操作上安定に使用することがで
きて、吸収式化学ヒートポンプや同冷凍機などの作動媒
体として好適に使用しうる比較的安価な水蒸気吸収用媒
体を提供することを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段 本発明者らは、優れた性能を有する水蒸気吸収用媒体を
開発するために鋭意研究を重ねた結果、アルカリ金属硝
酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩及びこれらの混合水溶液
が良好な水蒸気吸収性能を示し、しかも高温における金
属腐食性が小さいこと、また該混合水溶液は成分組成を
適宜選ぶことにより、水蒸気圧−温度−濃度の関係を幅
広く調節しうろことを見い出し、この知見に基づいて本
発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、アルカリ金属硝酸塩及びアルカリ
土類金属硝酸塩の中から選ばれた少なくとも１種を含有
する水蒸気吸収用媒体を提供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の水蒸気吸収用媒体としては、アルカリ金属硝酸
塩水溶液、アルカリ土類金属硝酸塩水溶液、アルカリ金
属硝酸塩とアルカリ土類金属硝酸塩との混合水溶液が用
いられる。該アルカリ金属硝酸塩としては、例えば硝酸
リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムなどが好まし
く挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いてもよいし、
２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、アルカリ
土類金属硝酸塩としては、例えば硝酸カルシウム、硝酸
マグネシウム、硝酸ストロンチウムなどが好ましく挙げ
られ、これらはそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以
上を組み合わせて用いてもよい。

さらに、本発明においては、１種以上のアルカリ金属硝
酸塩と１種以上のアルカリ土類金属硝酸塩とを混合して
用いることもできる。

前記アルカリ金属硝酸塩及びアルカリ土類金属硝酸塩の
単一成分水溶液について、その水蒸気吸収性能を、同一
モル濃度、同一温度における水溶液の沸点上昇（水蒸気
圧降下）度でもって比較すると、Ｋ＜Ｈａ＜Ｌｉ＜Ｃａ
＜Ｍｔの順であり、硝酸マグネシウムなどは、従来多用
されている臭化リチウムより、むしろ大きな水蒸気吸収
性能を有している。

前記のアルカリ金属硝酸塩やアルカリ土類金属硝酸塩の
単一成分水溶液でも医れた水蒸気吸収性能を有するが、
単一成分の場合、水蒸気圧−温度−濃度の関係が固定的
で、該作動媒体を用いた機器を設計する際の設計自由度
が小さい。これに対し、２種以上の硝酸塩を含む多成分
系水溶液においては、その成分組成を適宜選ぶことによ
り、水蒸気圧−温度−濃度の関係を幅広く調節しうるの
で、機器設計における自由度を大きくとることができる
上、無水塩となった場合に、その融点が低下するので、
高温、高濃度における作動媒体中の固相の発生が有効に
防止されるなどのメリットがある。

このような多成分系水溶液の好適な例を以下に示す。

［０，５Ｌｉ・０．５Ｍｔｌ・硝酸塩水溶液［０，４Ｌ
ｉ・０．３Ｎ＊争０．３１［］・硝酸塩水溶液［０，６
１ｉ・０．２Ｎｘ俸０．２Ｋ］　　・硝酸塩水溶液［（
０，５Ｌｉ−０，１Ｃｓ）・０．２Ｎ１・０．［］・硝
酸塩水溶液（０，６Ｌｉ−０，２Ｎｉ・（０，１に−６
，１１）］・硝酸塩水溶液（数字はモル分率である） なお、前記［０，５Ｌｉ・０　、５　Ｍｔｌ硝酸塩水溶
液の沸点上昇度は臭化リチウム水溶液のそれとほぼ同等
である。

このような単一成分水溶液又は多成分系水溶液は、作動
媒体として吸収式化学ヒートポンプや同冷凍機内部の水
蒸気発生領域に存在させて、所要の水蒸気を効率よく吸
収させたのち、再生器に送られ加熱、濃縮される。この
ように、該媒体の使用に当っては、水蒸気の吸収と放出
（希釈と濃縮）が繰り返されるため、その濃度は常に変
動している。

また、該単一成分水溶液や多成分系水溶液は、従来の作
動媒体に比べて金属材料に対する腐食性が小さく、特に
高温における腐食性が小さいことから化学ヒートポンプ
などの水蒸気吸収用媒体として１５０℃以上の温度にも
適用できる。

発明の効果 本発明の水蒸気吸収用媒体は、アルカリ金属硝酸塩及び
アルカリ土類金属硝酸塩の中から選ばれた１種を含む単
一成分水溶液又は２種以上を含む多成分系水溶液であっ
て、良好な水蒸気吸収能を有する上に、従来のものに比
べて、金属材料に対する腐食性が極めて小さく、吸収式
の化学ヒートポンプや同冷凍機などにおける水蒸気吸収
用作動媒体として好適に用いられる。また、該水蒸気吸
収用媒体は高温においても金属材料に対する腐食性が小
さいことから、従来不可能とされていた１５０℃以上の
加熱を要する各種用途にも安定に利用可能であり、熱エ
ネルギーの経済的利用の面からも価値の高いものである
。

さらに、本発明の水蒸気吸収用媒体として、数種の硝酸
塩を含む多成分系水溶液を用いる場合、水蒸気圧−温度
−濃度の関係を従来のものより幅広く調節しうる上、極
端に濃縮された場合、無水塩の融点が低いことから、高
濃度でも固相が発生しにくいなどの利点がある。さらに
、高価な臭素は用いる必要がなく、また高価なリチウム
の使用量も相対的に減少しうるので、経済的にも有利で
ある。

実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 硝酸塩水溶液の水蒸気吸収性能を調べるＩ；めに、次の
組成を有する各種の硝酸塩水溶液を調製し、その濃度と
沸点との関係を求め第１図〜第４図にグラフに示した。

（１）Ｋ硝酸塩水溶液 （２）Ｎａ硝酸塩水溶液 （３）Ｌｉ硝酸塩水溶液 （４）Ｎａ硝酸塩水溶液 （５）［０，６Ｌｉ・０．２Ｋｇ・０．２Ｋ］硝酸塩水
溶液（６）［（０，５Ｌｉ・ｏ　、　ｔ　Ｃａ）・０．
２Ｋｍ・０．２Ｋ］硝酸塩水溶液 （７）［（０，５Ｌｉ・０　、１　Ｍｇ）・０．２Ｋｍ
・０．２Ｋ］硝酸塩水溶液 （８）［０，６Ｌｉ・０．２Ｎｓ・（０，１Ｋ・Ｏ、ｌ
　Ｃり］硝酸塩水溶液 （９）［０，６Ｌｉ・０．２Ｎｓ・（０，ＩＫ−０，１
Ｍり］硝酸塩水溶液 （１０）　　［０，５Ｌｉ・０．５Ｍｇ１硝酸塩水溶液
（Ｉｆ）　　［０，４Ｌｉ・０．３Ｃ為・０．３Ｍｇ１
硝酸塩水溶液 （Ｈ）　　［０，４Ｌｉ・０．３ＫＭ・０．３Ｋ］硝酸
塩水溶液（１３）　　［０，４Ｈａ・０．３Ｃ龜・０．
３Ｍ（］硝酸塩水溶液 （数字はモル分率である） 第１図は単一成分の硝酸塩を含む水溶液の場合であり、
図において横軸は溶液中のＨ，Ｏのモル分率、縦軸は各
濃度における沸点（’Ｋ）を示す。

この図から、硝酸塩を含む水溶液の沸点は、純粋な水の
沸点（ｘ−１，１００℃）よりもはるかに上昇しており
、相当分だけその水蒸気圧が低下していることが分かる
。また、同一濃度で比較すると沸点上昇（水蒸気圧降下
）効果はＫ＜Ｎｘ＜Ｌｉ＜Ｍｇの順で大きいことが分か
る。さらに、マグネシウム硝酸塩水溶液の沸点上昇は、
従来多用されている臭化リチウムのそれよりも大きいこ
とが確認された。

第２図は、リチウム、ナトリウム及びカリウム硝酸塩の
３種を含む多成分系水溶液、及びこの水溶液中のリチウ
ム硝酸塩の一部をカルシウムとマグネシウム硝酸塩に置
換した水溶液の場合を示し、第３図は該多成分系水溶液
におけるカリウム硝酸塩の一部をカルシウムとマグネシ
ウム硝酸塩で置換した水溶液の場合を示す。これらの図
における横軸及び縦軸は第１図と同様の意味をもつ。

第２図及び第３図から、リチウムやカリウム硝酸塩をカ
ルシウムやマグネシウム硝酸塩で置換することによって
、より大きな沸点上昇（水蒸気圧降下）効果がもたらさ
れることが分かる。

第４図は各種の多成分系水溶液における濃度と沸点との
関係を示す。この図における横軸及び疑軸は第１図と同
じ意味をもつ。この図から硝酸リチウムと硝酸マグネシ
ウムの当モル混合物を含む水溶液は、沸点上昇（水蒸気
圧降下）効果が大きいことが分かる。

次に、硝酸塩水溶液の水蒸気圧降下を端的に示すために
、前記実験結果から、ＬＯのモル分率と圧力比（ｐ／Ｐ
）との関係を第５図にグラフに示す。

ここでｐは各種溶液の沸点における水蒸気圧、Ｐは同温
度における純粋な水の水蒸気圧である。第５図において
（１４）はラウール法則による直線を示すが、各溶液の
（ｐ／Ｐ）はそれよりも大きく負に隔たっており、硝酸
塩水溶液の水蒸気吸収能がかなり大きいことが分かる。

また、多成分系水溶液は、その無水物の融点が単一成分
の場合に比べて降Ｔ’しているため、高温、高濃度にな
っても固相が析出しにくい副次的効果が認められた。

さらに、硝酸塩水溶液の金属材料に対する腐食性につい
て検討するため、１５０〜１７０℃の沸点を有する各種
水溶液中に、炭素鋼の小片を沸点下に長時間浸せきし、
その重量減から年間の腐食量を求めたところ、０．０４
履層／年であっｔ；。この値は、空気の存在しない実用
条件下では、さらに低くなるものと思われる。比較のた
めに、塩化リチウム水溶液について同様の測定を行っｔ
；ところ、年間腐食量は１．２＋ｕ＋／年であった。

このことから、硝酸塩水溶液の金属材料に対する腐食性
は極めて小さく、１５０℃以上の高温でも長時間安定的
に使用しうろことが分かった。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は、各種硝酸塩水溶
液における濃度（水のモル分率）と沸点との関係を示す
グラフ、第５図は各種硝酸塩水溶液における濃度（水の
モル分率）とｐ／Ｐとの関係を示すグラフである。 特許出願人　工業技術院長　飯　塚　幸　三指定代理人
　工業技術院名古屋工業技術試験所長磯谷三男 第　１　図 ０　　　０．２　０．４　　　０．５　　０，８１．Ｏ
Ｉ（２Ｃ）モル分ぢ４ 第　２　図 ０　　　０．２　　０．４　　０．６　　０．８　　１
．０Ｈ２（）モル分桝者 ９丁　３　図 Ｉ−（２Ｃ）モル分率 第　４　図 ビ２０モル分率

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　アルカリ金属硝酸塩及びアルカリ土類金属硝酸塩の
   中から選ばれた少なくとも１種を含有する水溶液から成
   る水蒸気吸収用媒体。