JP2003114067A - 吸着ヒートポンプ - Google Patents
吸着ヒートポンプInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
- F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
- F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
- F24F3/1411—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification by absorbing or adsorbing water, e.g. using an hygroscopic desiccant
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸着質を低相対蒸気圧域で吸脱着しうる吸着
ヒートポンプまたは除湿空調装置を提供する。 【解決手段】 吸着質と、吸着質を吸脱着する吸着材を
備えた吸脱着部と、該吸脱着部に連結された吸着質の蒸
発を行う蒸発部と、該吸脱着部に連結された吸着質の凝
縮を行う凝縮部とを備えた吸着ヒートポンプにおいて、
該吸着材が Ａ）フレームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3
以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以下、 Ｂ）細孔径が３Å以上１０Å以下、かつ Ｃ）微分吸着熱が４０kJ/mol以上６５kJ/mol以下、であ
るゼオライトであることを特徴とする吸着ヒートポン
プ。
ヒートポンプまたは除湿空調装置を提供する。 【解決手段】 吸着質と、吸着質を吸脱着する吸着材を
備えた吸脱着部と、該吸脱着部に連結された吸着質の蒸
発を行う蒸発部と、該吸脱着部に連結された吸着質の凝
縮を行う凝縮部とを備えた吸着ヒートポンプにおいて、
該吸着材が Ａ）フレームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3
以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以下、 Ｂ）細孔径が３Å以上１０Å以下、かつ Ｃ）微分吸着熱が４０kJ/mol以上６５kJ/mol以下、であ
るゼオライトであることを特徴とする吸着ヒートポン
プ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の吸着材を用
いた吸着ヒートポンプ、及び該吸着材を用いた車両用空
調装置並びに除湿空調装置に関する。
いた吸着ヒートポンプ、及び該吸着材を用いた車両用空
調装置並びに除湿空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸着ヒートポンプや除湿空調装置におい
ては、吸着質、例えば水を吸着した吸着材を再生するた
めに、吸着材を加熱して吸着質を脱着させ、乾燥した吸
着材を吸着質の吸着に使用する温度まで冷却して再度吸
着質の吸着に使用する。比較的高温（１２０℃以上）の
排熱、温熱を、吸着材の再生熱源として利用する吸収式
ヒートポンプが既に実用化されている。しかし一般にコ
ジェネレーション機器、燃料電池、自動車エンジンの冷
却水や太陽熱などによって得られる熱は１００℃以下と
比較的低温であるため、現在実用化されている吸収式ヒ
ートポンプの駆動熱源としては利用できず、１００℃以
下、更には６０℃〜８０℃の低温排熱の有効利用が求め
られていた。
ては、吸着質、例えば水を吸着した吸着材を再生するた
めに、吸着材を加熱して吸着質を脱着させ、乾燥した吸
着材を吸着質の吸着に使用する温度まで冷却して再度吸
着質の吸着に使用する。比較的高温（１２０℃以上）の
排熱、温熱を、吸着材の再生熱源として利用する吸収式
ヒートポンプが既に実用化されている。しかし一般にコ
ジェネレーション機器、燃料電池、自動車エンジンの冷
却水や太陽熱などによって得られる熱は１００℃以下と
比較的低温であるため、現在実用化されている吸収式ヒ
ートポンプの駆動熱源としては利用できず、１００℃以
下、更には６０℃〜８０℃の低温排熱の有効利用が求め
られていた。
【０００３】また、吸着ヒートポンプの動作原理は同じ
でも利用可能な熱源温度によって吸着材に求められる吸
着特性が大きく異なる。例えば、高温側の熱源として用
いられるガスエンジンコージェネレーションや固体高分
子型燃料電池の排熱温度は６０℃〜８０℃であり、自動
車エンジンの冷却水の温度は８５℃〜９０℃である。そ
して冷却側の熱源温度も装置の設置場所によって異な
る。例えば自動車の場合はラジエターで得られる温度で
あり、ビルや住宅などでは水冷塔や河川水などの温度で
ある。つまり、吸着ヒートポンプの操作温度範囲は、ビ
ルなどに設置する場合には低温側が２５℃〜３５℃、高
温側が６０℃〜８０℃、自動車などに設置する場合には
低温側が３０℃〜４０℃、高温側が８５℃〜９０℃程度
である。このように、排熱を有効利用するためには、低
温側熱源と高温側熱源の温度差が小さくても駆動できる
装置が望まれている。
でも利用可能な熱源温度によって吸着材に求められる吸
着特性が大きく異なる。例えば、高温側の熱源として用
いられるガスエンジンコージェネレーションや固体高分
子型燃料電池の排熱温度は６０℃〜８０℃であり、自動
車エンジンの冷却水の温度は８５℃〜９０℃である。そ
して冷却側の熱源温度も装置の設置場所によって異な
る。例えば自動車の場合はラジエターで得られる温度で
あり、ビルや住宅などでは水冷塔や河川水などの温度で
ある。つまり、吸着ヒートポンプの操作温度範囲は、ビ
ルなどに設置する場合には低温側が２５℃〜３５℃、高
温側が６０℃〜８０℃、自動車などに設置する場合には
低温側が３０℃〜４０℃、高温側が８５℃〜９０℃程度
である。このように、排熱を有効利用するためには、低
温側熱源と高温側熱源の温度差が小さくても駆動できる
装置が望まれている。
【０００４】吸着材の周囲が比較的高い温度でも装置が
充分に作動するためには、吸着質を低相対蒸気圧で吸着
させる必要があり、また使用する吸着材を少量にして装
置を小型化するためには吸着材の吸脱着量が多い必要が
ある。そして吸着質の脱着（吸着材の再生）に低温の熱
源を利用するためには脱着温度が低い必要がある。すな
わち吸着ヒートポンプまたは除湿空調装置に用いる吸着
材として（１）吸着質を低い相対蒸気圧で吸着し（高温
で吸着可能）、（２）吸脱着量が多く、（３）吸着質を
高い相対蒸気圧で脱着（低温で脱着可能）する吸着材が
望まれている。
充分に作動するためには、吸着質を低相対蒸気圧で吸着
させる必要があり、また使用する吸着材を少量にして装
置を小型化するためには吸着材の吸脱着量が多い必要が
ある。そして吸着質の脱着（吸着材の再生）に低温の熱
源を利用するためには脱着温度が低い必要がある。すな
わち吸着ヒートポンプまたは除湿空調装置に用いる吸着
材として（１）吸着質を低い相対蒸気圧で吸着し（高温
で吸着可能）、（２）吸脱着量が多く、（３）吸着質を
高い相対蒸気圧で脱着（低温で脱着可能）する吸着材が
望まれている。
【０００５】吸着ヒートポンプ用の吸着材としては、一
般的にシリカゲルと低シリカアルミナ比のゼオライトが
用いられてきた。しかし、従来吸着ヒートポンプに利用
されてきた吸着材は、比較的低温の熱源を吸着ヒートポ
ンプの駆動源として利用するには吸脱着能力が不十分で
あった。例えば、吸着ヒートポンプ用のゼオライトの代
表例として１３Ｘの水蒸気吸着等温線を考えると、相対
蒸気圧０．０５以下で急激に吸着され、０．０５より高
い相対蒸気圧域ではゼオライトの水蒸気吸着量は変化し
ない。吸着剤を再生する際には、周囲の気体の相対湿度
を低下させて一度吸着した水分を脱着して除くが、ゼオ
ライト１３Ｘに吸着された水を脱着するには相対蒸気圧
を下げる必要があるため、１５０℃〜２００℃の熱源が
必要であると言われている。
般的にシリカゲルと低シリカアルミナ比のゼオライトが
用いられてきた。しかし、従来吸着ヒートポンプに利用
されてきた吸着材は、比較的低温の熱源を吸着ヒートポ
ンプの駆動源として利用するには吸脱着能力が不十分で
あった。例えば、吸着ヒートポンプ用のゼオライトの代
表例として１３Ｘの水蒸気吸着等温線を考えると、相対
蒸気圧０．０５以下で急激に吸着され、０．０５より高
い相対蒸気圧域ではゼオライトの水蒸気吸着量は変化し
ない。吸着剤を再生する際には、周囲の気体の相対湿度
を低下させて一度吸着した水分を脱着して除くが、ゼオ
ライト１３Ｘに吸着された水を脱着するには相対蒸気圧
を下げる必要があるため、１５０℃〜２００℃の熱源が
必要であると言われている。
【０００６】またヒートポンプ用吸着剤として界面活性
剤のミセル構造を鋳型として合成したメソポーラスモレ
キュラーシーブ（ＦＳＭ−１０など）（特開平９−１７
８２９２号）が、又、デシカント用に通称ＡｌＰＯ4と
称される多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラーシー
ブ（特開平１１−１９７４３９号）が検討されている。
メソポーラスモレキュラーシーブ（ＦＳＭ−１０）は相
対蒸気圧０．２０と０．３５の範囲で吸着量差は０．２
５ｇ／ｇと大きく、有望な素材である（特開平９−１７
８２９２号：図１４のグラフ４；ＦＳＭ−１０）。しか
し、比較的低い相対蒸気圧の範囲では吸着量が小さく、
吸着量変化が大きい相対蒸気圧の範囲においても吸着量
差が小さく、吸着ヒートポンプの性能は不十分である。
また、繰り返し使用すると構造が崩れ、吸着材としての
機能が低下することが指摘されており、耐久性が課題と
なっている。
剤のミセル構造を鋳型として合成したメソポーラスモレ
キュラーシーブ（ＦＳＭ−１０など）（特開平９−１７
８２９２号）が、又、デシカント用に通称ＡｌＰＯ4と
称される多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラーシー
ブ（特開平１１−１９７４３９号）が検討されている。
メソポーラスモレキュラーシーブ（ＦＳＭ−１０）は相
対蒸気圧０．２０と０．３５の範囲で吸着量差は０．２
５ｇ／ｇと大きく、有望な素材である（特開平９−１７
８２９２号：図１４のグラフ４；ＦＳＭ−１０）。しか
し、比較的低い相対蒸気圧の範囲では吸着量が小さく、
吸着量変化が大きい相対蒸気圧の範囲においても吸着量
差が小さく、吸着ヒートポンプの性能は不十分である。
また、繰り返し使用すると構造が崩れ、吸着材としての
機能が低下することが指摘されており、耐久性が課題と
なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は吸着質を低相
対蒸気圧域で吸脱着しうる吸着材を用いた、効率の良い
吸着ヒートポンプまたは除湿空調装置の提供を目的とし
てなされたものである。
対蒸気圧域で吸脱着しうる吸着材を用いた、効率の良い
吸着ヒートポンプまたは除湿空調装置の提供を目的とし
てなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意検討した結果、フレームワーク
密度、細孔径及び吸着熱が特定の範囲のゼオライトを吸
着剤とした吸着ヒートポンプまたは該吸着剤を用いた除
湿空調装置、車両用空調装置が本発明の目的を達成する
ことを見い出した。
題を解決するために鋭意検討した結果、フレームワーク
密度、細孔径及び吸着熱が特定の範囲のゼオライトを吸
着剤とした吸着ヒートポンプまたは該吸着剤を用いた除
湿空調装置、車両用空調装置が本発明の目的を達成する
ことを見い出した。
【０００９】すなわち本発明の要旨は、吸着質と、吸着
質を吸脱着する吸着材を備えた吸脱着部と、該吸脱着部
に連結された吸着質の蒸発・凝縮を行う蒸発・凝縮部と
を備えた吸着ヒートポンプにおいて、該吸着材が Ａ）フレームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3
以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以下、 Ｂ）細孔径が３Å以上１０Å以下かつ、 Ｃ）微分吸着熱が４０kJ/mol以上６５kJ/mol以下、であ
るゼオライトであることを特徴とする吸着ヒートポンプ
に存する。他の要旨は吸着材により水分を吸着される処
理空気の経路と、加熱源によって加熱された後前記水分
吸着後の吸着材中の水分を脱着して再生する再生空気の
経路を有する除湿空調装置において、該吸着材がＡ）フ
レームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3以上１
６．０Ｔ／１，０００Å3以下、Ｂ）細孔径が３Å以上
１０Å以下かつＣ）吸着熱が４０kJ/mol以上、６５kJ/m
ol以下、であるゼオライトであることを特徴とする除湿
空調装置に存する。
質を吸脱着する吸着材を備えた吸脱着部と、該吸脱着部
に連結された吸着質の蒸発・凝縮を行う蒸発・凝縮部と
を備えた吸着ヒートポンプにおいて、該吸着材が Ａ）フレームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3
以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以下、 Ｂ）細孔径が３Å以上１０Å以下かつ、 Ｃ）微分吸着熱が４０kJ/mol以上６５kJ/mol以下、であ
るゼオライトであることを特徴とする吸着ヒートポンプ
に存する。他の要旨は吸着材により水分を吸着される処
理空気の経路と、加熱源によって加熱された後前記水分
吸着後の吸着材中の水分を脱着して再生する再生空気の
経路を有する除湿空調装置において、該吸着材がＡ）フ
レームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3以上１
６．０Ｔ／１，０００Å3以下、Ｂ）細孔径が３Å以上
１０Å以下かつＣ）吸着熱が４０kJ/mol以上、６５kJ/m
ol以下、であるゼオライトであることを特徴とする除湿
空調装置に存する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳細に
説明する。吸着ヒートポンプの操作蒸気圧範囲は、次式
で求められる脱着側相対蒸気圧φ１と吸着側相対蒸気圧
φ２によって決定され、φ１とφ２との間が操作可能な
相対蒸気圧範囲である。
説明する。吸着ヒートポンプの操作蒸気圧範囲は、次式
で求められる脱着側相対蒸気圧φ１と吸着側相対蒸気圧
φ２によって決定され、φ１とφ２との間が操作可能な
相対蒸気圧範囲である。
【００１１】脱着側相対蒸気圧φ１＝平衡蒸気圧（Ｔｌ
ｏｗ１）／平衡蒸気圧（Ｔｈｉｇｈ） 吸着側相対蒸気圧φ２＝平衡蒸気圧（Ｔｃｏｏｌ）／平
衡蒸気圧（Ｔｌｏｗ２） ここで、高温熱源温度Ｔｈｉｇｈは吸着材から吸着質を
脱着して吸着材を再生する際に加熱する熱媒の温度を、
低温熱源温度Ｔｌｏｗ１は凝縮部の吸着質の温度を、低
温熱源温度Ｔｌｏｗ２は再生後の吸着材を吸着に共する
際に冷却する熱媒の温度を、冷熱生成温度Ｔｃｏｏｌは
蒸発部の吸着質の温度すなわち生成した冷熱の温度を、
意味する。なお、平衡蒸気圧は吸着質の平衡蒸気圧曲線
を用いて、温度から求めることができる。
ｏｗ１）／平衡蒸気圧（Ｔｈｉｇｈ） 吸着側相対蒸気圧φ２＝平衡蒸気圧（Ｔｃｏｏｌ）／平
衡蒸気圧（Ｔｌｏｗ２） ここで、高温熱源温度Ｔｈｉｇｈは吸着材から吸着質を
脱着して吸着材を再生する際に加熱する熱媒の温度を、
低温熱源温度Ｔｌｏｗ１は凝縮部の吸着質の温度を、低
温熱源温度Ｔｌｏｗ２は再生後の吸着材を吸着に共する
際に冷却する熱媒の温度を、冷熱生成温度Ｔｃｏｏｌは
蒸発部の吸着質の温度すなわち生成した冷熱の温度を、
意味する。なお、平衡蒸気圧は吸着質の平衡蒸気圧曲線
を用いて、温度から求めることができる。
【００１２】以下、吸着質が水である場合の操作蒸気圧
範囲を例示する。高温熱源温度８０℃、低温熱源温度３
０℃の場合、操作蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．０９〜
０．２９である。同様に高温熱源温度が６０℃の場合、
操作相対水蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．２１〜０．２
９である。また、自動車エンジンの排熱を利用して吸着
ヒートポンプを駆動する場合については特開２０００−
１４０６２５号に詳細に記載されている。この報告を基
に推算すると、高温熱源温度約９０℃、低温熱源温度３
０℃である。この場合、操作相対水蒸気圧範囲はφ１〜
φ２＝０．０６〜０．２９である。
範囲を例示する。高温熱源温度８０℃、低温熱源温度３
０℃の場合、操作蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．０９〜
０．２９である。同様に高温熱源温度が６０℃の場合、
操作相対水蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．２１〜０．２
９である。また、自動車エンジンの排熱を利用して吸着
ヒートポンプを駆動する場合については特開２０００−
１４０６２５号に詳細に記載されている。この報告を基
に推算すると、高温熱源温度約９０℃、低温熱源温度３
０℃である。この場合、操作相対水蒸気圧範囲はφ１〜
φ２＝０．０６〜０．２９である。
【００１３】以上より、ガスエンジンコージェネレーシ
ョン、固体高分子型燃料電池または自動車エンジンの排
熱を利用して吸着ヒートポンプを駆動する場合、操作相
対水蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．０５〜０．３０、さ
らに限定すればφ１〜φ２＝０．０６〜０．２９となる
と考えられる。つまり、加熱によって相対水蒸気圧を下
げて吸着材の再生する際に、相対水蒸気圧が０．０５、
好ましくは０．０６以上の範囲で脱着が完了しなければ
ならない。一方、吸着という点では、相対蒸気圧０．３
０、好ましくは０．２９以下の範囲で充分な吸着量が得
られなければならない。つまり、この操作湿度範囲の中
で吸着量の変化が大きい材料が好ましい。したがって通
常は相対蒸気圧０．０５〜０．３０の範囲において、好
ましくは０．０６〜０．２９の範囲において吸着量が大
きく変化する材料が好ましい。
ョン、固体高分子型燃料電池または自動車エンジンの排
熱を利用して吸着ヒートポンプを駆動する場合、操作相
対水蒸気圧範囲はφ１〜φ２＝０．０５〜０．３０、さ
らに限定すればφ１〜φ２＝０．０６〜０．２９となる
と考えられる。つまり、加熱によって相対水蒸気圧を下
げて吸着材の再生する際に、相対水蒸気圧が０．０５、
好ましくは０．０６以上の範囲で脱着が完了しなければ
ならない。一方、吸着という点では、相対蒸気圧０．３
０、好ましくは０．２９以下の範囲で充分な吸着量が得
られなければならない。つまり、この操作湿度範囲の中
で吸着量の変化が大きい材料が好ましい。したがって通
常は相対蒸気圧０．０５〜０．３０の範囲において、好
ましくは０．０６〜０．２９の範囲において吸着量が大
きく変化する材料が好ましい。
【００１４】例えば吸着ヒートポンプにより、５．０ｋ
Ｗ（＝１８，０００ｋJ）の冷房能力を得る場合につい
て想定する。ここで、５．０ｋＷは木造南向き和室１６
畳程度、または一般的な自動車のエアコンに使用される
エアコンの冷房能力である。水の蒸発潜熱量は約２５０
０ｋJ／ｋｇであり、吸脱着の切り替えサイクルを１０
分（６回／時間）とすると、吸着量が０．１８ｇ／ｇで
ある場合、吸着材は６．７ｋｇ必要となる。吸着材必要
量Ｘｋｇ＝１８０００ｋＪ／（２５００ｋＪ×０．１８
ｋｇ／ｋｇ×６回／ｈｒ）＝６．７ｋｇ。同様に吸着量
が０．１５ｇ／ｇであると８ｋｇ必要となる。また、切
り替えサイクルが６分（１０回／時間）となると０．１
８ｇ／ｇである場合４．０ｋｇ、０．１５ｇ／ｇである
場合４．８ｋｇとなる。吸着量は多い程良いが、車両、
例えば自動車など、吸着ヒートポンプの大きさが限られ
たに搭載するには吸着材の重量および容積は少ない程良
い。この相反する要求を両立させるためには吸着量を増
すことが必要であり、吸着量が０．１８ｇ／ｇ以上、さ
らには０．２０ｇ／ｇ以上の吸着材が好ましいと考えら
れる。
Ｗ（＝１８，０００ｋJ）の冷房能力を得る場合につい
て想定する。ここで、５．０ｋＷは木造南向き和室１６
畳程度、または一般的な自動車のエアコンに使用される
エアコンの冷房能力である。水の蒸発潜熱量は約２５０
０ｋJ／ｋｇであり、吸脱着の切り替えサイクルを１０
分（６回／時間）とすると、吸着量が０．１８ｇ／ｇで
ある場合、吸着材は６．７ｋｇ必要となる。吸着材必要
量Ｘｋｇ＝１８０００ｋＪ／（２５００ｋＪ×０．１８
ｋｇ／ｋｇ×６回／ｈｒ）＝６．７ｋｇ。同様に吸着量
が０．１５ｇ／ｇであると８ｋｇ必要となる。また、切
り替えサイクルが６分（１０回／時間）となると０．１
８ｇ／ｇである場合４．０ｋｇ、０．１５ｇ／ｇである
場合４．８ｋｇとなる。吸着量は多い程良いが、車両、
例えば自動車など、吸着ヒートポンプの大きさが限られ
たに搭載するには吸着材の重量および容積は少ない程良
い。この相反する要求を両立させるためには吸着量を増
すことが必要であり、吸着量が０．１８ｇ／ｇ以上、さ
らには０．２０ｇ／ｇ以上の吸着材が好ましいと考えら
れる。
【００１５】ここで、吸着ヒートポンプや除湿空調装置
は、吸着材が吸着質を吸脱着する能力を駆動源として利
用している。除湿空調装置においては処理空気中の水分
が吸着質である。吸着ヒートポンプにおいては吸着質で
ある吸着質として、水、エタノールおよびアセトンなど
が使用できるが、中でも安全性、価格、蒸発潜熱の大き
さから、水が最も好ましい。吸着質は蒸気として吸着材
に吸着されるが、吸着材は、狭い相対蒸気圧範囲で吸着
量の変化が大きい材料が好ましい。狭い相対蒸気圧範囲
で吸着量の変化が大きいと、同じ条件で同等の吸着量を
得るために必要な吸着材の量を減らし、冷却熱源と加熱
熱源の温度差が小さくても吸着ヒートポンプを駆動でき
るからである。
は、吸着材が吸着質を吸脱着する能力を駆動源として利
用している。除湿空調装置においては処理空気中の水分
が吸着質である。吸着ヒートポンプにおいては吸着質で
ある吸着質として、水、エタノールおよびアセトンなど
が使用できるが、中でも安全性、価格、蒸発潜熱の大き
さから、水が最も好ましい。吸着質は蒸気として吸着材
に吸着されるが、吸着材は、狭い相対蒸気圧範囲で吸着
量の変化が大きい材料が好ましい。狭い相対蒸気圧範囲
で吸着量の変化が大きいと、同じ条件で同等の吸着量を
得るために必要な吸着材の量を減らし、冷却熱源と加熱
熱源の温度差が小さくても吸着ヒートポンプを駆動でき
るからである。
【００１６】以下、本発明の吸着ヒートポンプに用いら
れる吸着剤（以下、本発明の吸着剤ということがあ
る。）について説明する。本発明では吸着材としてゼオ
ライトを用いるが、そのフレームワーク密度は１０．０
Ｔ／１，０００Å3以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以
下、好ましくは１０．０Ｔ／１，０００Å3以上１５．
０Ｔ／１，０００Å3以下である。ここでフレームワー
ク密度とは、ゼオライトの１，０００Å3あたりの酸素
以外の骨格を構成する元素の数を意味し、この値はゼオ
ライトの構造により決まるものである。
れる吸着剤（以下、本発明の吸着剤ということがあ
る。）について説明する。本発明では吸着材としてゼオ
ライトを用いるが、そのフレームワーク密度は１０．０
Ｔ／１，０００Å3以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以
下、好ましくは１０．０Ｔ／１，０００Å3以上１５．
０Ｔ／１，０００Å3以下である。ここでフレームワー
ク密度とは、ゼオライトの１，０００Å3あたりの酸素
以外の骨格を構成する元素の数を意味し、この値はゼオ
ライトの構造により決まるものである。
【００１７】即ち、フレームワーク密度は細孔容量と相
関があり、一般的に、より小さいフレームワーク密度の
ゼオライトがより大きい細孔容量を有し、したがって吸
着容量が大きくなる。フレームワーク密度が１６．０Ｔ
／１，０００Å3より大きいと吸着可能な細孔容積が小
さくなり、吸着量が不十分となるため吸着ヒートポンプ
および除湿空調装置の吸着材として適さない。一方、フ
レームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3より小
さいと吸着可能な細孔容積は大きくなるが物質の密度が
小さくなるため好ましくない。
関があり、一般的に、より小さいフレームワーク密度の
ゼオライトがより大きい細孔容量を有し、したがって吸
着容量が大きくなる。フレームワーク密度が１６．０Ｔ
／１，０００Å3より大きいと吸着可能な細孔容積が小
さくなり、吸着量が不十分となるため吸着ヒートポンプ
および除湿空調装置の吸着材として適さない。一方、フ
レームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3より小
さいと吸着可能な細孔容積は大きくなるが物質の密度が
小さくなるため好ましくない。
【００１８】尚、ＩＺＡのAtlas Of Zeolite Structure
Types (1996, ELSEVIER)に構造とフレームワーク密度
の関係、細孔径が記載されている。上記フレームワーク
密度を満たすゼオライトの構造としては、ＩＺＡが定め
るコードで示すと、ＡＦＧ、ＭＥＲ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、
ＰＨＩ、ＢＯＧ、ＥＲＩ、ＯＦＦ、ＰＡＵ、ＥＡＢ、Ａ
ＦＴ、ＬＥＶ、ＬＴＮ、ＡＥＩ、ＡＦＲ、ＡＦＸ、ＧＩ
Ｓ、ＫＦＩ、ＣＨＡ、ＧＭＥ、ＴＨＯ、ＭＥＩ、ＶＦ
Ｉ、ＡＦＳ、ＬＴＡ、ＦＡＵ、ＲＨＯ、ＤＦＯ、ＥＭ
Ｔ、ＡＦＹ、＊ＢＥＡ等があり、好ましくはＡＥＩ、Ｇ
ＩＳ、ＫＦＩ、ＣＨＡ、ＧＭＥ、ＶＦＩ、ＡＦＳ、ＬＴ
Ａ、ＦＡＵ、ＲＨＯ、ＥＭＴ、ＡＦＹ、＊ＢＥＡが挙げ
られる。
Types (1996, ELSEVIER)に構造とフレームワーク密度
の関係、細孔径が記載されている。上記フレームワーク
密度を満たすゼオライトの構造としては、ＩＺＡが定め
るコードで示すと、ＡＦＧ、ＭＥＲ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、
ＰＨＩ、ＢＯＧ、ＥＲＩ、ＯＦＦ、ＰＡＵ、ＥＡＢ、Ａ
ＦＴ、ＬＥＶ、ＬＴＮ、ＡＥＩ、ＡＦＲ、ＡＦＸ、ＧＩ
Ｓ、ＫＦＩ、ＣＨＡ、ＧＭＥ、ＴＨＯ、ＭＥＩ、ＶＦ
Ｉ、ＡＦＳ、ＬＴＡ、ＦＡＵ、ＲＨＯ、ＤＦＯ、ＥＭ
Ｔ、ＡＦＹ、＊ＢＥＡ等があり、好ましくはＡＥＩ、Ｇ
ＩＳ、ＫＦＩ、ＣＨＡ、ＧＭＥ、ＶＦＩ、ＡＦＳ、ＬＴ
Ａ、ＦＡＵ、ＲＨＯ、ＥＭＴ、ＡＦＹ、＊ＢＥＡが挙げ
られる。
【００１９】又、ゼオライトの構造は、International
Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライト構造にお
いてＣＨＡ構造、ＡＥＩ構造又はＥＲＩ構造を有するゼ
オライトが好ましい。尚、ゼオライトの構造は粉末ＸＲ
Ｄ（粉末Ｘ線回折によりＸＲＤパターンを測定し、Ｃｏ
ｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ＸＲＤ
Ｐｏｗｄｅｒ Ｐａｔｔｅｒｎｓ Ｆｏｒ Ｚｅｏｌ
ｉｔｅ（１９９６，ＥＬＳＥＶＩＥＲ）に記載されたＸ
ＲＤパターンと比較して決定する。
Zeolite Association(IZA)が定めるゼオライト構造にお
いてＣＨＡ構造、ＡＥＩ構造又はＥＲＩ構造を有するゼ
オライトが好ましい。尚、ゼオライトの構造は粉末ＸＲ
Ｄ（粉末Ｘ線回折によりＸＲＤパターンを測定し、Ｃｏ
ｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ＸＲＤ
Ｐｏｗｄｅｒ Ｐａｔｔｅｒｎｓ Ｆｏｒ Ｚｅｏｌ
ｉｔｅ（１９９６，ＥＬＳＥＶＩＥＲ）に記載されたＸ
ＲＤパターンと比較して決定する。
【００２０】尚、上記例示に限らず、フレームワーク密
度がこの領域内にあれば、本発明においての吸着材とし
て好適に使用できると考えられる。本発明の吸着材の細
孔径は３Å以上１０Å以下である。中でも、３Å以上、
８Å以下が好ましく、３Å以上、７．５Å以下が好まし
い。細孔径が１０Åより大きいと目的とする相対湿度で
吸着が起こらなくなるため不適であり、細孔径が３Åよ
り小さいと吸着質である水分子が吸着材に拡散しにくく
なり不適である。特に、骨格構造にアルミニウムとリン
を含むゼオライト、更には、疎水性を示し、ＡＬＰＯと
称されるアルミノフォスフェートにおいて、この傾向が
顕著である。
度がこの領域内にあれば、本発明においての吸着材とし
て好適に使用できると考えられる。本発明の吸着材の細
孔径は３Å以上１０Å以下である。中でも、３Å以上、
８Å以下が好ましく、３Å以上、７．５Å以下が好まし
い。細孔径が１０Åより大きいと目的とする相対湿度で
吸着が起こらなくなるため不適であり、細孔径が３Åよ
り小さいと吸着質である水分子が吸着材に拡散しにくく
なり不適である。特に、骨格構造にアルミニウムとリン
を含むゼオライト、更には、疎水性を示し、ＡＬＰＯと
称されるアルミノフォスフェートにおいて、この傾向が
顕著である。
【００２１】更に、本発明の吸着材は微分吸着熱が４０
ｋＪ／ｍｏｌ以上６５ｋＪ／ｍｏｌ以下である。即ち、
１００℃以下の熱源で脱着する必要がある吸着ヒートポ
ンプ及び除湿空調装置の吸着材では脱着しやすいことも
重要な特性である。脱着しやすさは吸着力と反比例す
る。よって、吸着の度合いを示す指標である吸着熱は水
の凝縮潜熱に近いことが望ましく、またこれ以上小さく
なることはなく、４０ｋＪ／ｍｏｌ以上である。又、我
々の検討によれば、微分吸着熱が６５kJ/molより大きい
と１００℃以下の熱源で脱着することが困難となる。よ
って、水の凝縮潜熱以上、６５kJ/mol以下の微分吸着熱
を示すゼオライトが好ましい。微分吸着熱は、異なる温
度で吸着等温線を測定し、クラジウス−クラペイロンの
式から算出する。今回は２５℃と４０℃の二温度で吸着
等温線を測定し、その結果から微分吸着熱を算出する方
法を採用した。
ｋＪ／ｍｏｌ以上６５ｋＪ／ｍｏｌ以下である。即ち、
１００℃以下の熱源で脱着する必要がある吸着ヒートポ
ンプ及び除湿空調装置の吸着材では脱着しやすいことも
重要な特性である。脱着しやすさは吸着力と反比例す
る。よって、吸着の度合いを示す指標である吸着熱は水
の凝縮潜熱に近いことが望ましく、またこれ以上小さく
なることはなく、４０ｋＪ／ｍｏｌ以上である。又、我
々の検討によれば、微分吸着熱が６５kJ/molより大きい
と１００℃以下の熱源で脱着することが困難となる。よ
って、水の凝縮潜熱以上、６５kJ/mol以下の微分吸着熱
を示すゼオライトが好ましい。微分吸着熱は、異なる温
度で吸着等温線を測定し、クラジウス−クラペイロンの
式から算出する。今回は２５℃と４０℃の二温度で吸着
等温線を測定し、その結果から微分吸着熱を算出する方
法を採用した。
【００２２】本発明の吸着材は上記三条件を同時に満た
すことが必要で、一つでも条件を満たさない材料は本発
明の目的には適さない。本発明の吸着材であるゼオライ
トは、骨格構造にアルミニウムとリンを含むのが好まし
い。ここでいうゼオライトは天然のゼオライトでも人工
のゼオライトでもよく、例えば人工のゼオライトではIn
ternational Zeolite Association (ＩＺＡ)の規定によ
るアルミノフォスフェート類が含まれる。通称ＡＬＰＯ
と称されアルミノフォスフェートが特に好ましい。
すことが必要で、一つでも条件を満たさない材料は本発
明の目的には適さない。本発明の吸着材であるゼオライ
トは、骨格構造にアルミニウムとリンを含むのが好まし
い。ここでいうゼオライトは天然のゼオライトでも人工
のゼオライトでもよく、例えば人工のゼオライトではIn
ternational Zeolite Association (ＩＺＡ)の規定によ
るアルミノフォスフェート類が含まれる。通称ＡＬＰＯ
と称されアルミノフォスフェートが特に好ましい。
【００２３】本発明で用いる特に好ましい吸着材の具体
例としてＡＬＰＯ−３４、ＡＬＰＯ−１８、ＡＬＰＯ−
１７が挙げられ、前二者が特に好ましい。ＡＬＰＯ−３
４はＣＨＡ型（フレームワーク密度＝１４．６Ｔ／１，
０００Å3、細孔径３．８×３．８Å）のゼオライト、
ＡＬＰＯ−１８はＡＥＩ型（フレームワーク密度＝１
４．８Ｔ／１，０００Å3、細孔径３．８×３．８Å）
のゼオライト、ＡＬＰＯ−１７はＥＲＩ型（フレームワ
ーク密度＝１５．７Ｔ／１０００Å3細孔径３．６×
５．１Å）のゼオライトである。
例としてＡＬＰＯ−３４、ＡＬＰＯ−１８、ＡＬＰＯ−
１７が挙げられ、前二者が特に好ましい。ＡＬＰＯ−３
４はＣＨＡ型（フレームワーク密度＝１４．６Ｔ／１，
０００Å3、細孔径３．８×３．８Å）のゼオライト、
ＡＬＰＯ−１８はＡＥＩ型（フレームワーク密度＝１
４．８Ｔ／１，０００Å3、細孔径３．８×３．８Å）
のゼオライト、ＡＬＰＯ−１７はＥＲＩ型（フレームワ
ーク密度＝１５．７Ｔ／１０００Å3細孔径３．６×
５．１Å）のゼオライトである。
【００２４】更に、本発明で用いる吸着材は、相対蒸気
圧０．０５以上０．３０以下の範囲に、相対蒸気圧が
０．１５変化したときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／
ｇ以上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上である相対蒸気
圧領域を有する吸着材であり、好ましくは、相対蒸気圧
０．０５以上０．２０以下の範囲に、相対蒸気圧が０．
１５変化したときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／ｇ以
上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上である相対蒸気圧領
域を有する吸着材である。尚、本発明の水蒸気吸着等温
線は、吸着温度２５℃における吸着等温線であり、相対
蒸気圧と水の吸着量変化は水蒸気吸着等温線から求めら
れる。
圧０．０５以上０．３０以下の範囲に、相対蒸気圧が
０．１５変化したときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／
ｇ以上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上である相対蒸気
圧領域を有する吸着材であり、好ましくは、相対蒸気圧
０．０５以上０．２０以下の範囲に、相対蒸気圧が０．
１５変化したときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／ｇ以
上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上である相対蒸気圧領
域を有する吸着材である。尚、本発明の水蒸気吸着等温
線は、吸着温度２５℃における吸着等温線であり、相対
蒸気圧と水の吸着量変化は水蒸気吸着等温線から求めら
れる。
【００２５】本発明の特徴の１つは上記特性を有する吸
着材を用いる点にある。この吸着材は吸着ヒートポンプ
または除湿空調装置を代表とする、吸着質の吸脱着部を
備えた従来公知の各種の空調装置の吸着部に使用でき
る。なお、該除湿空調装置とはいわゆるデシカント空調
装置と同義である。また、狭い範囲の相対蒸気圧変化で
大きな吸着量変化を得られることから、吸着材の充填量
が限られる吸着ヒートポンプ、例えば車両用空調装置等
に適している。
着材を用いる点にある。この吸着材は吸着ヒートポンプ
または除湿空調装置を代表とする、吸着質の吸脱着部を
備えた従来公知の各種の空調装置の吸着部に使用でき
る。なお、該除湿空調装置とはいわゆるデシカント空調
装置と同義である。また、狭い範囲の相対蒸気圧変化で
大きな吸着量変化を得られることから、吸着材の充填量
が限られる吸着ヒートポンプ、例えば車両用空調装置等
に適している。
【００２６】以下、上記した吸着材を用いる本発明の吸
着ヒートポンプまたは除湿空調装置の作用について、図
１に記載した機器構成の吸着ヒートポンプにより具体的
に説明するが、本発明の吸着ヒートポンプまたは除湿空
調装置はこれに限定されるものではない。本発明の吸着
ヒートポンプの一例の概念図を図１に示す。図１に示す
吸着ヒートポンプは、吸着質を吸脱着可能な吸着材と、
吸着材が充填され吸着質の吸脱着により発生した熱を熱
媒に伝達する吸脱着部である吸着塔１および２と、吸着
質の蒸発により得られた冷熱を外部へ取り出す蒸発器４
と、吸着質の凝縮により得られた温熱を外部へ放出する
凝縮器５から構成されている。なお、吸着ヒートポンプ
を操作する場合には運転に必要な吸脱着量を得られるよ
うに環境温度における吸着等温線から操作条件を求め、
通常は装置を運転する上で最大の吸脱着量を得られるよ
うに決定する。
着ヒートポンプまたは除湿空調装置の作用について、図
１に記載した機器構成の吸着ヒートポンプにより具体的
に説明するが、本発明の吸着ヒートポンプまたは除湿空
調装置はこれに限定されるものではない。本発明の吸着
ヒートポンプの一例の概念図を図１に示す。図１に示す
吸着ヒートポンプは、吸着質を吸脱着可能な吸着材と、
吸着材が充填され吸着質の吸脱着により発生した熱を熱
媒に伝達する吸脱着部である吸着塔１および２と、吸着
質の蒸発により得られた冷熱を外部へ取り出す蒸発器４
と、吸着質の凝縮により得られた温熱を外部へ放出する
凝縮器５から構成されている。なお、吸着ヒートポンプ
を操作する場合には運転に必要な吸脱着量を得られるよ
うに環境温度における吸着等温線から操作条件を求め、
通常は装置を運転する上で最大の吸脱着量を得られるよ
うに決定する。
【００２７】図４に示すごとく、吸着材が充填された吸
着塔１及び２は、吸着質配管３０により相互に接続さ
れ、該吸着質配管３０には制御バルブ３１〜３４を設け
る。ここで、吸着質は吸着質配管内で吸着質の蒸気また
は吸着質の液体及び蒸気との混合物として存在する。吸
着質配管３０には蒸発器４及び凝縮器５が接続されてい
る。吸着塔１及び２は蒸発器４、凝縮器５の間に並列に
接続されており、凝縮器５と蒸発器４の間には凝縮器に
て凝縮された吸着質を蒸発器４に戻すための戻し配管３
を設ける。なお、符号４１は蒸発器４からの冷房出力と
なる冷水の入口、符号５１は凝縮器５に対する冷却水の
入口である。符号４２及び５２はそれぞれ冷水及び冷却
水の出口である。また、冷水配管４１及び４２には、室
内空間（空調空間）と熱交換するための室内機３００
と、冷水を循環するポンプ３０１が接続されている。
着塔１及び２は、吸着質配管３０により相互に接続さ
れ、該吸着質配管３０には制御バルブ３１〜３４を設け
る。ここで、吸着質は吸着質配管内で吸着質の蒸気また
は吸着質の液体及び蒸気との混合物として存在する。吸
着質配管３０には蒸発器４及び凝縮器５が接続されてい
る。吸着塔１及び２は蒸発器４、凝縮器５の間に並列に
接続されており、凝縮器５と蒸発器４の間には凝縮器に
て凝縮された吸着質を蒸発器４に戻すための戻し配管３
を設ける。なお、符号４１は蒸発器４からの冷房出力と
なる冷水の入口、符号５１は凝縮器５に対する冷却水の
入口である。符号４２及び５２はそれぞれ冷水及び冷却
水の出口である。また、冷水配管４１及び４２には、室
内空間（空調空間）と熱交換するための室内機３００
と、冷水を循環するポンプ３０１が接続されている。
【００２８】また、吸着塔１には熱媒配管１１が、吸着
塔２には熱媒配管２１がそれぞれ接続され、該熱媒配管
１１及び２１には、それぞれ切り替えバルブ１１５及び
１１６並びに２１５及び２１６が設けてある。また、熱
媒配管１１及び２１はそれぞれ吸着塔１及び２内の吸着
材を加熱または冷却するための加熱源または冷却源とな
る熱媒を流す。熱媒は、特に限定されず、吸着塔内の吸
着材を有効に加熱・冷却できればよい。
塔２には熱媒配管２１がそれぞれ接続され、該熱媒配管
１１及び２１には、それぞれ切り替えバルブ１１５及び
１１６並びに２１５及び２１６が設けてある。また、熱
媒配管１１及び２１はそれぞれ吸着塔１及び２内の吸着
材を加熱または冷却するための加熱源または冷却源とな
る熱媒を流す。熱媒は、特に限定されず、吸着塔内の吸
着材を有効に加熱・冷却できればよい。
【００２９】温水は切り替えバルブ１１５、１１６、２
１５、及び２１６の開閉により、入口１１３及び／又は
２１３より導入され、各吸着塔１及び／又は２を通過
し、出口１１４及び／又は２１４より導出される。冷却
水も同様の切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及
び２１６の開閉により、入口１１１及び／又は２１１よ
り導入され、各吸着器１及び／又は２を通過し、出口１
１２及び／又は２１２より導出される。また、熱媒配管
１１及び／又は２１には、図示しないが外気と熱交換可
能に配設された室外機、温水を発生する熱源、熱媒を循
環するポンプが接続されている。熱源としては特に限定
されず、例えば自動車エンジン、ガスエンジンやガスタ
ービンなどのコジェネレーション機器および燃料電池な
どが挙げられ、また、自動車用として用いる時には、自
動車エンジン、自動車用燃料電池が好ましい熱源の例と
して挙げられる。
１５、及び２１６の開閉により、入口１１３及び／又は
２１３より導入され、各吸着塔１及び／又は２を通過
し、出口１１４及び／又は２１４より導出される。冷却
水も同様の切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及
び２１６の開閉により、入口１１１及び／又は２１１よ
り導入され、各吸着器１及び／又は２を通過し、出口１
１２及び／又は２１２より導出される。また、熱媒配管
１１及び／又は２１には、図示しないが外気と熱交換可
能に配設された室外機、温水を発生する熱源、熱媒を循
環するポンプが接続されている。熱源としては特に限定
されず、例えば自動車エンジン、ガスエンジンやガスタ
ービンなどのコジェネレーション機器および燃料電池な
どが挙げられ、また、自動車用として用いる時には、自
動車エンジン、自動車用燃料電池が好ましい熱源の例と
して挙げられる。
【００３０】図１を用いて吸着式ヒートポンプの運転方
法について説明する。第１行程では制御バルブ３１及び
３４を閉鎖、制御バルブ３２及び３３を解放し、吸着塔
１において再生工程を、吸着塔２において吸着工程を行
う。また、切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及
び２１６を操作し、熱媒パイプ１１には温水を、熱媒パ
イプ２１には冷却水を流通させる。
法について説明する。第１行程では制御バルブ３１及び
３４を閉鎖、制御バルブ３２及び３３を解放し、吸着塔
１において再生工程を、吸着塔２において吸着工程を行
う。また、切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及
び２１６を操作し、熱媒パイプ１１には温水を、熱媒パ
イプ２１には冷却水を流通させる。
【００３１】吸着塔２を冷却する際には冷却塔等の熱交
換器によって外気、河川水等と熱交換して冷やされた冷
却水を熱媒パイプ２１を通して導入し、通常３０〜４０
℃程度に冷却される。また、制御バルブ３２の開操作に
より蒸発器４内の水は蒸発し、水蒸気となって吸着塔２
に流れ込み、吸着材に吸着される。蒸発温度での飽和蒸
気圧と吸着材温度（一般的には２０〜５０℃、好ましく
は２０〜４５℃、更に好ましくは３０〜４０℃）に対応
した吸着平衡圧との差により水蒸気移動が行われ、蒸発
器４においては蒸発の気化熱に対応した冷熱、即ち冷房
出力が得られる。冷却水の温度と生成する冷水温度との
関係から吸着側相対蒸気圧φ２（ここでφ２は生成する
冷水温度における吸着質の平衡蒸気圧を、冷却水の温度
における吸着質の平衡蒸気圧で除すことにより求める）
が決定されるが、φ２は本発明で規定した吸着材が最大
に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より大きくなるよう運転
することが好ましい。φ２が本発明で規定した吸着材が
最大に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より小さい場合に
は、吸着材の吸着能を有効に利用できず、運転効率が悪
くなるからである。φ２は環境温度等により適宜設定す
ることができるが、φ２における吸着量が通常０．２０
以上、好ましくは０．２９以上、より好ましくは０．３
０以上となる温度条件で吸着ヒートポンプを運転する。
換器によって外気、河川水等と熱交換して冷やされた冷
却水を熱媒パイプ２１を通して導入し、通常３０〜４０
℃程度に冷却される。また、制御バルブ３２の開操作に
より蒸発器４内の水は蒸発し、水蒸気となって吸着塔２
に流れ込み、吸着材に吸着される。蒸発温度での飽和蒸
気圧と吸着材温度（一般的には２０〜５０℃、好ましく
は２０〜４５℃、更に好ましくは３０〜４０℃）に対応
した吸着平衡圧との差により水蒸気移動が行われ、蒸発
器４においては蒸発の気化熱に対応した冷熱、即ち冷房
出力が得られる。冷却水の温度と生成する冷水温度との
関係から吸着側相対蒸気圧φ２（ここでφ２は生成する
冷水温度における吸着質の平衡蒸気圧を、冷却水の温度
における吸着質の平衡蒸気圧で除すことにより求める）
が決定されるが、φ２は本発明で規定した吸着材が最大
に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より大きくなるよう運転
することが好ましい。φ２が本発明で規定した吸着材が
最大に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より小さい場合に
は、吸着材の吸着能を有効に利用できず、運転効率が悪
くなるからである。φ２は環境温度等により適宜設定す
ることができるが、φ２における吸着量が通常０．２０
以上、好ましくは０．２９以上、より好ましくは０．３
０以上となる温度条件で吸着ヒートポンプを運転する。
【００３２】再生工程にある吸着塔１は通常４０〜１０
０℃、好ましくは５０〜９８℃、更に好ましくは６０〜
９５℃の温水により加熱され、前記温度範囲に対応した
平衡蒸気圧になり、凝縮器５の凝縮温度３０〜４０℃
（これは凝縮器を冷却している冷却水の温度に等しい）
での飽和蒸気圧で凝縮される。吸着塔１から凝縮器５へ
水蒸気が移動し、凝縮されて水となる。水は戻し配管３
により蒸発器４へ戻される。冷却水の温度と再生に利用
される熱媒（温水）温度との関係から脱着側相対蒸気圧
φ１（ここでφ１は冷却水の温度における吸着質の平衡
蒸気圧を、再生に利用される熱媒（温水）温度における
吸着質の平衡蒸気圧で除すことにより求める）が決定さ
れるが、φ１は本発明で規定する吸着剤が急激に水蒸気
を吸着する相対蒸気圧より小さくなるよう運転すること
が好ましい。もし、φ１が本発明で規定する吸着剤が急
激に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より大きいと、本発明
で規定する吸着剤の優れた吸着量が有効に利用できない
からである。φ１は環境温度等により適宜設定すること
ができるが、φ１における吸着量が通常０．０６以下、
好ましくは０．０５以下となる温度条件で吸着ヒートポ
ンプを運転する。なお、φ１における吸着質の吸着量と
φ２における吸着質の吸着量との差が、通常０．１８ｇ
／ｇ以上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上、さらに好ま
しくは０．２５ｇ／ｇ以上となるように運転する。以上
が第１行程である。
０℃、好ましくは５０〜９８℃、更に好ましくは６０〜
９５℃の温水により加熱され、前記温度範囲に対応した
平衡蒸気圧になり、凝縮器５の凝縮温度３０〜４０℃
（これは凝縮器を冷却している冷却水の温度に等しい）
での飽和蒸気圧で凝縮される。吸着塔１から凝縮器５へ
水蒸気が移動し、凝縮されて水となる。水は戻し配管３
により蒸発器４へ戻される。冷却水の温度と再生に利用
される熱媒（温水）温度との関係から脱着側相対蒸気圧
φ１（ここでφ１は冷却水の温度における吸着質の平衡
蒸気圧を、再生に利用される熱媒（温水）温度における
吸着質の平衡蒸気圧で除すことにより求める）が決定さ
れるが、φ１は本発明で規定する吸着剤が急激に水蒸気
を吸着する相対蒸気圧より小さくなるよう運転すること
が好ましい。もし、φ１が本発明で規定する吸着剤が急
激に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より大きいと、本発明
で規定する吸着剤の優れた吸着量が有効に利用できない
からである。φ１は環境温度等により適宜設定すること
ができるが、φ１における吸着量が通常０．０６以下、
好ましくは０．０５以下となる温度条件で吸着ヒートポ
ンプを運転する。なお、φ１における吸着質の吸着量と
φ２における吸着質の吸着量との差が、通常０．１８ｇ
／ｇ以上、好ましくは０．２０ｇ／ｇ以上、さらに好ま
しくは０．２５ｇ／ｇ以上となるように運転する。以上
が第１行程である。
【００３３】次の第２行程では、吸着塔１が吸着工程、
吸着塔２が再生工程となるように、制御バルブ３１〜３
４及び切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及び２
１６を切り替えることで、同様に蒸発器４から冷熱、即
ち冷房出力を得ることができる。以上の第１及び第２工
程を順次切り替えることで吸着ヒートポンプの連続運転
を行う。
吸着塔２が再生工程となるように、制御バルブ３１〜３
４及び切り替えバルブ１１５、１１６、２１５、及び２
１６を切り替えることで、同様に蒸発器４から冷熱、即
ち冷房出力を得ることができる。以上の第１及び第２工
程を順次切り替えることで吸着ヒートポンプの連続運転
を行う。
【００３４】なお、ここでは２基の吸着塔を設置した場
合の運転方法を説明したが、吸着材が吸着した吸着質の
脱着を適宜おこなうことにより、いずれかの吸着塔が吸
着質を吸着できる状態を維持できれば吸着塔は何基設置
してもよい。
合の運転方法を説明したが、吸着材が吸着した吸着質の
脱着を適宜おこなうことにより、いずれかの吸着塔が吸
着質を吸着できる状態を維持できれば吸着塔は何基設置
してもよい。
【００３５】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の
実施例により限定されるものではない。 合成例１ ＡＬＰＯ−３４の合成 ＡＬＰＯ−３４をMicroporous and Mesoporous Materia
ls 30, (1999), 145-153にしたがって合成した。
明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の
実施例により限定されるものではない。 合成例１ ＡＬＰＯ−３４の合成 ＡＬＰＯ−３４をMicroporous and Mesoporous Materia
ls 30, (1999), 145-153にしたがって合成した。
【００３６】８５％リン酸７．７ｇと水２０ｇの溶液に
ベーマイト４．６ｇ（２５％含水）を加え１時間攪拌し
た。これにモルホリン７．２５ｇと水３８．４ｇの溶液
を加え、さらに４７％フッ化水素水溶液を加えて３時間
攪拌した。これをテフロン（登録商標）内張りのステン
レス製オートクレーブに仕込み、２００℃で１０日間加
熱した。生成物を濾過、水洗、乾燥し、５６０℃６時間
空気気流下焼成する事により、ＡｌＰＯ−３４を得た。
このゼオライトのＸＲＤを測定したところ、ＣＨＡ構造
であった。 合成例２ ＡＬＰＯ−１８の合成 ＡＬＰＯ−１８を特公平１−５７０４１にしたがって合
成した。８５％リン酸１６．１ｇと水３０ｇの溶液にベ
ーマイト９．５２ｇ（２５％含水）を加え、１時間攪拌
した。これに３５％テトラエチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液３９．３８ｇ、３７％塩酸２．２７ｇを加
え、３時間攪拌した。これをテフロン内張りのステンレ
ス製オートクレーブに仕込み、１５０℃１４日間加熱し
た。生成物を濾過、水洗、乾燥し、５６０℃６時間空気
気流下焼成する事により、ＡＬＰＯ−１８を得た。この
ゼオライトのＸＲＤを測定したところ、ＡＥＩ構造であ
った。 実施例１〜２ 合成例１のＡＬＰＯ−３４（実施例１）、合成例２のＡ
ＬＰＯ−１８（実施例２）について、以下の方法で２５
℃における水蒸気吸着温線を求めた。
ベーマイト４．６ｇ（２５％含水）を加え１時間攪拌し
た。これにモルホリン７．２５ｇと水３８．４ｇの溶液
を加え、さらに４７％フッ化水素水溶液を加えて３時間
攪拌した。これをテフロン（登録商標）内張りのステン
レス製オートクレーブに仕込み、２００℃で１０日間加
熱した。生成物を濾過、水洗、乾燥し、５６０℃６時間
空気気流下焼成する事により、ＡｌＰＯ−３４を得た。
このゼオライトのＸＲＤを測定したところ、ＣＨＡ構造
であった。 合成例２ ＡＬＰＯ−１８の合成 ＡＬＰＯ−１８を特公平１−５７０４１にしたがって合
成した。８５％リン酸１６．１ｇと水３０ｇの溶液にベ
ーマイト９．５２ｇ（２５％含水）を加え、１時間攪拌
した。これに３５％テトラエチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液３９．３８ｇ、３７％塩酸２．２７ｇを加
え、３時間攪拌した。これをテフロン内張りのステンレ
ス製オートクレーブに仕込み、１５０℃１４日間加熱し
た。生成物を濾過、水洗、乾燥し、５６０℃６時間空気
気流下焼成する事により、ＡＬＰＯ−１８を得た。この
ゼオライトのＸＲＤを測定したところ、ＡＥＩ構造であ
った。 実施例１〜２ 合成例１のＡＬＰＯ−３４（実施例１）、合成例２のＡ
ＬＰＯ−１８（実施例２）について、以下の方法で２５
℃における水蒸気吸着温線を求めた。
【００３７】吸着等温線測定装置：ベルソーブ１８（日
本ベル（株）） 空気高温槽温度 ：５０℃、 吸着温度 ：２５℃、 初期導入圧力 ：３．０ｔｏｒｒ、 導入圧力設定点数 ：０、 飽和蒸気圧 ：２３．７６ｍｍＨｇ、 平衡時間 ：５００秒。
本ベル（株）） 空気高温槽温度 ：５０℃、 吸着温度 ：２５℃、 初期導入圧力 ：３．０ｔｏｒｒ、 導入圧力設定点数 ：０、 飽和蒸気圧 ：２３．７６ｍｍＨｇ、 平衡時間 ：５００秒。
【００３８】ＡＬＰＯ−３４の２５℃及び４０℃におけ
る水蒸気の吸着等温線を図２に示す。図２から吸着温度
２５℃における吸着等温線において、相対蒸気圧０．０
６付近で急激に水蒸気を吸着しており、相対蒸気圧範囲
０．０５〜０．２０の吸着量変化量は０．２４ｇ／ｇで
あることがわかる。尚、ＡＬＰＯ−３４のフレームワー
ク密度は１４．６Ｔ／１，０００Å3、細孔径は３．８
×３．８Åである。又、図２に示す２５℃と４０℃での
吸着等温線からクラジウス−クラペイロンの式を用いて
微分吸着熱を求めると約６０kJ/molとなる。
る水蒸気の吸着等温線を図２に示す。図２から吸着温度
２５℃における吸着等温線において、相対蒸気圧０．０
６付近で急激に水蒸気を吸着しており、相対蒸気圧範囲
０．０５〜０．２０の吸着量変化量は０．２４ｇ／ｇで
あることがわかる。尚、ＡＬＰＯ−３４のフレームワー
ク密度は１４．６Ｔ／１，０００Å3、細孔径は３．８
×３．８Åである。又、図２に示す２５℃と４０℃での
吸着等温線からクラジウス−クラペイロンの式を用いて
微分吸着熱を求めると約６０kJ/molとなる。
【００３９】ＡＬＰＯ−１８の吸着温度２５℃における
水蒸気の吸着等温線を図３に示す。吸着等温線図３から
相対蒸気圧０．０８付近で急激に水蒸気を吸着してお
り、相対蒸気圧範囲０．０５〜０．２０の吸着量変化量
は０．３０ｇ／ｇであることがわかる。尚、ＡＬＰＯ−
１８はフレームワーク密度が１４．８Ｔ／１，０００Å
3、細孔径が３．８×３．８Åである。図３に示すとお
り２５℃と４０℃での吸着等温線からクラジウス−クラ
ペイロンの式を用いて微分吸着熱を求めると約６０kJ/m
olとなる。
水蒸気の吸着等温線を図３に示す。吸着等温線図３から
相対蒸気圧０．０８付近で急激に水蒸気を吸着してお
り、相対蒸気圧範囲０．０５〜０．２０の吸着量変化量
は０．３０ｇ／ｇであることがわかる。尚、ＡＬＰＯ−
１８はフレームワーク密度が１４．８Ｔ／１，０００Å
3、細孔径が３．８×３．８Åである。図３に示すとお
り２５℃と４０℃での吸着等温線からクラジウス−クラ
ペイロンの式を用いて微分吸着熱を求めると約６０kJ/m
olとなる。
【００４０】参考例１
図４に、多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラーシー
ブのＡＦＩ型（フレームワーク密度＝１７．３Ｔ／１，
０００Å3、細孔径７．３×７．３Å）ゼオライトであ
るＡＬＰＯ−５の吸着等温線（Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｐｏｌ
ｙｍ Ｓｃｉ ２７７， ｐ８３〜８８（１９９９），
Ｆｉｇ．１（吸着温度３０℃）より引用）の吸着等温線
を示す。ＡＬＰＯ−５は相対蒸気圧０．２５〜０．４０
の範囲で吸着量が急激に上昇し、相対蒸気圧０．０５〜
０．３の範囲で吸脱着させることは可能であるが、相対
蒸気圧０．１５〜０．３０の範囲での吸着量変化は０．
１４ｇ／ｇである。
ブのＡＦＩ型（フレームワーク密度＝１７．３Ｔ／１，
０００Å3、細孔径７．３×７．３Å）ゼオライトであ
るＡＬＰＯ−５の吸着等温線（Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｐｏｌ
ｙｍ Ｓｃｉ ２７７， ｐ８３〜８８（１９９９），
Ｆｉｇ．１（吸着温度３０℃）より引用）の吸着等温線
を示す。ＡＬＰＯ−５は相対蒸気圧０．２５〜０．４０
の範囲で吸着量が急激に上昇し、相対蒸気圧０．０５〜
０．３の範囲で吸脱着させることは可能であるが、相対
蒸気圧０．１５〜０．３０の範囲での吸着量変化は０．
１４ｇ／ｇである。
【００４１】参考例２
図５にＦＡＵ型ゼオライト１３Ｘ（フレームワーク密度
＝１２．７Ｔ／１，０００Å３、細孔径７．４×７．４
×７．４Å）の２５℃の吸着等温線を示す（出典：蓄熱
・増熱技術（蓄熱・増熱技術編集委員会編）、株式会社
アイピーシー、P342）。ＦＡＵ構造である１３Ｘはフレ
ームワーク密度が１２．７Ｔ／１，０００Å３と小さ
く、かつ細孔径も７．４×７．４×７．４Åと１０Åよ
り小さく適しているが、図５に示すように極めて低い相
対蒸気圧域で吸着がおこり本発明で用いる相対蒸気圧域
での吸着量差は小さく、実用に耐えない。相対蒸気圧0.
05は図５では1.19Torr、相対蒸気圧0.20は4.75toor、相
対蒸気圧0.30は7.13Torrとなり、本発明で用いる0.05-
0.20の範囲、図５では1.19-4.75Torrでの吸着量差は約
0.06g/gである。これは13Xの微分吸着熱が全範囲におい
て65kJ/molより大きいため、極めて低相対蒸気圧域で吸
着がおこるためである。セ゛オライト13Xの微分吸着熱を図６
に示す（出典：蓄熱・増熱技術（蓄熱・増熱技術編集委
員会編）、株式会社アイピーシー、P342）。
＝１２．７Ｔ／１，０００Å３、細孔径７．４×７．４
×７．４Å）の２５℃の吸着等温線を示す（出典：蓄熱
・増熱技術（蓄熱・増熱技術編集委員会編）、株式会社
アイピーシー、P342）。ＦＡＵ構造である１３Ｘはフレ
ームワーク密度が１２．７Ｔ／１，０００Å３と小さ
く、かつ細孔径も７．４×７．４×７．４Åと１０Åよ
り小さく適しているが、図５に示すように極めて低い相
対蒸気圧域で吸着がおこり本発明で用いる相対蒸気圧域
での吸着量差は小さく、実用に耐えない。相対蒸気圧0.
05は図５では1.19Torr、相対蒸気圧0.20は4.75toor、相
対蒸気圧0.30は7.13Torrとなり、本発明で用いる0.05-
0.20の範囲、図５では1.19-4.75Torrでの吸着量差は約
0.06g/gである。これは13Xの微分吸着熱が全範囲におい
て65kJ/molより大きいため、極めて低相対蒸気圧域で吸
着がおこるためである。セ゛オライト13Xの微分吸着熱を図６
に示す（出典：蓄熱・増熱技術（蓄熱・増熱技術編集委
員会編）、株式会社アイピーシー、P342）。
【００４２】
【発明の効果】本発明で用いる吸着材は、従来のシリカ
ゲルやゼオライトと比較して同じ相対蒸気圧範囲におい
て吸着量がより多く変化するため、ほぼ同じ重量の吸着
材を用いてより多くの除湿効果を発生できる。更に、本
発明の、比較的低い相対蒸気圧の範囲で大きな吸脱着量
変化を示す吸着材を利用した吸着ヒートポンプまたは除
湿空調装置は、吸着材の吸脱着による水分吸着量の差が
大きく、低温度で吸着材の再生（脱着）が可能になるた
め、従来に比べて低温の熱源を利用して、効率よく吸着
ヒートポンプまたは除湿空調装置を駆動することができ
る。すなわち、本発明の吸着材によれば、１００℃以下
の比較的低温の熱源で駆動する吸着ヒートポンプおよび
除湿空調装置を提供できる。
ゲルやゼオライトと比較して同じ相対蒸気圧範囲におい
て吸着量がより多く変化するため、ほぼ同じ重量の吸着
材を用いてより多くの除湿効果を発生できる。更に、本
発明の、比較的低い相対蒸気圧の範囲で大きな吸脱着量
変化を示す吸着材を利用した吸着ヒートポンプまたは除
湿空調装置は、吸着材の吸脱着による水分吸着量の差が
大きく、低温度で吸着材の再生（脱着）が可能になるた
め、従来に比べて低温の熱源を利用して、効率よく吸着
ヒートポンプまたは除湿空調装置を駆動することができ
る。すなわち、本発明の吸着材によれば、１００℃以下
の比較的低温の熱源で駆動する吸着ヒートポンプおよび
除湿空調装置を提供できる。
【図１】吸着ヒートポンプの概念図である。
【図２】ＡＬＰＯ−３４の２５℃及び４０℃の水蒸気吸
着等温線である。
着等温線である。
【図３】ＡＬＰＯ−１８の２５℃及び４０℃の水蒸気吸
着等温線である。
着等温線である。
【図４】ＡＬＰＯ−５の水蒸気吸着等温線である。
【図５】ゼオライト１３Ｘの水蒸気吸着等温線である。
【図６】ゼオライト１３Ｘの微分吸着熱図である。
１ 吸着塔
２ 吸着塔
３ 吸着質配管
４ 蒸発器
５ 凝縮器
１１ 熱媒配管
１１１冷却水入口
１１２冷却水出口
１１３温水入口
１１４温水出口
１１５切り替えバルブ
１１６切り替えバルブ
２１ 熱媒配管
２１１冷却水入口
２１２冷却水出口
２１３温水入口
２１４温水出口
２１５切り替えバルブ
２１６切り替えバルブ
３０ 吸着質配管
３１ 制御バルブ
３２ 制御バルブ
３３ 制御バルブ
３４ 制御バルブ
３００室内機
３０１ポンプ
４１ 冷水配管（入口）
４２ 冷水配管（出口）
５１ 冷却水配管（入口）
５２ 冷却水配管（出口）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ０１Ｊ 20/34 Ｂ０１Ｊ 20/34 Ｇ
Ｂ６０Ｈ 1/32 ６２１ Ｂ６０Ｈ 1/32 ６２１Ｊ
3/00 3/00 Ａ
(72)発明者 武脇 隆彦
神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地
三菱化学株式会社内
(72)発明者 宅見 英昭
三重県四日市市東邦町１番地 三菱化学株
式会社内
(72)発明者 山崎 正典
茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目３番１号
三菱化学株式会社内
(72)発明者 渡辺 展
神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地
三菱化学株式会社内
Ｆターム(参考） 3L093 NN04 PP14 PP15
4D012 BA02 CB16 CD04 CG01 CG05
CG10 CK01
4D052 AA08 CD01 DA08 GB14 HA03
4G066 AA61B BA23 BA36 BA38
CA43 DA03 GA04
Claims (11)
- 【請求項１】 吸着質と、吸着質を吸脱着する吸着材を
備えた吸脱着部と、該吸脱着部に連結された吸着質の蒸
発を行う蒸発部と、該吸脱着部に連結された吸着質の凝
縮を行う凝縮部とを備えた吸着ヒートポンプにおいて、
該吸着材が Ａ）フレームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3
以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以下、 Ｂ）細孔径が３Å以上１０Å以下、かつ Ｃ）微分吸着熱が４０kJ/mol以上６５kJ/mol以下、であ
るゼオライトであることを特徴とする吸着ヒートポン
プ。 - 【請求項２】 該吸着材が、相対蒸気圧０．０５以上
０．３０以下の範囲に、相対蒸気圧が０．１５変化した
ときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／ｇ以上である相対
蒸気圧域を有する吸着材である請求項１記載の吸着ヒー
トポンプ。 - 【請求項３】 吸着材が、相対蒸気圧０．０５での吸着
量が０．０５ｇ／ｇ以下である請求項１又は２に記載の
吸着ヒートポンプ。 - 【請求項４】 該ゼオライトが、骨格構造にアルミニウ
ムとリンを含むゼオライトであることを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１項に記載の吸着ヒートポンプ。 - 【請求項５】 該ゼオライトがアルミノフォスフェート
である請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸着ヒート
ポンプ。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸
着ヒートポンプを車両室内の空調に使用することを特徴
とする車両用空調装置。 - 【請求項７】 吸着材により水分が吸着される処理空気
の経路と、加熱源によって加熱された後、前記水分吸着
後の吸着材中の水分を脱着して再生する再生空気の経路
とを有する除湿空調装置において、該吸着材が Ａ）フレームワーク密度が１０．０Ｔ／１，０００Å3
以上１６．０Ｔ／１，０００Å3以下、 Ｂ）細孔径が３Å以上１０Å以下、かつ Ｃ）微分吸着熱が４０kJ/mol以上６５kJ/mol以下である
ゼオライトであることを特徴とする除湿空調装置。 - 【請求項８】 該吸着材が、相対蒸気圧０．０５以上
０．３０以下の範囲に、相対蒸気圧が０．１５変化した
ときに水の吸着量変化が０．１８ｇ／ｇ以上である相対
蒸気圧域を有する吸着材である請求項７記載の除湿空調
装置。 - 【請求項９】 吸着材が、相対蒸気圧０．０５での吸着
量が０．０５ｇ／ｇ以下である請求項７又は８記載の除
湿空調装置。 - 【請求項１０】 該ゼオライトが骨格構造にアルミニウ
ムとリンを含むゼオライトであることを特徴とする請求
項７〜９項のいずれか１項に記載の除湿空調装置。 - 【請求項１１】 該ゼオライトがアルミノフォスフェー
トである請求項７〜１０のいずれか１項に記載の除湿空
調装置。
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