JP4654582B2 - Adsorption heat pump operation method, adsorption heat pump, humidity control air conditioner operation method, and humidity control air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、特定の吸着材、及びそれを用いた吸着ヒートポンプ又は調湿空調装置に関する。 The present invention relates to a specific adsorbent and an adsorption heat pump or humidity control air conditioner using the same.
吸着ヒートポンプは補助動力を用いることなく、低質熱エネルギーを熱源として作動させうる最も優れた排熱回収再生法のひとつであり、環境共生型熱エネルギー利用システムへの導入有力候補とされている。この作動過程においては、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。 Adsorption heat pump is one of the most excellent exhaust heat recovery and regeneration methods that can operate using low-quality thermal energy as a heat source without using auxiliary power, and is considered as a promising candidate for introduction into an environmentally symbiotic thermal energy utilization system. In this process of operation, to regenerate the adsorbate, eg, the adsorbent that has adsorbed water, the adsorbent is heated to desorb the adsorbate, and the dried adsorbent is cooled to the temperature used for adsorbate adsorption. And again used for adsorbate adsorption.
これまで、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、熱電併給プラント(コジェネレーションシステム)の一部として導入されるといった形で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、燃料電池では最終的に排熱・温熱の温度が100℃以下、現実的には80℃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ない。またこの低温熱エネルギーはエネルギー密度が小さく、そのため回収利用がコスト高となるなどの点で現状ではほとんどが未利用のまま環境へ廃棄されているが、この廃棄される低温熱エネルギーの総熱量は全排熱の90%以上を占め、このことが総合的なエネルギー利用率向上を妨げていることから、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。
一方、除湿空調装置、加湿空調装置等の調湿空調装置も、吸着ヒートポンプと同様、排熱回収再生法のひとつとして有望であるが、その駆動熱源として低温熱エネルギーを利用した例は知られていない。
So far, absorption heat pumps that use exhaust heat and heat at relatively high temperatures (over 120 ° C) as regeneration heat sources for adsorbents have already been introduced as part of a combined heat and power plant (cogeneration system). It has been put into practical use. However, in general, in cogeneration equipment and fuel cells, the exhaust heat / heat temperature is a relatively low temperature of 100 ° C or less, and practically 80 ° C or less. Cannot be used. In addition, this low-temperature thermal energy has a low energy density, so that the cost of collection and use is high, so most of it is discarded to the environment at present, but the total amount of low-temperature thermal energy discarded is Since it occupies 90% or more of the total exhaust heat, and this hinders the improvement of the overall energy utilization rate, effective use of low temperature exhaust heat of 100 ° C. or lower, and further 60 ° C. to 80 ° C. has been demanded. .
On the other hand, humidity control air conditioners such as dehumidification air conditioners and humidification air conditioners are also promising as one of the exhaust heat recovery and regeneration methods, similar to adsorption heat pumps, but examples using low-temperature thermal energy as a driving heat source are known. Absent.
吸着ヒートポンプや調湿空調装置においては、それぞれ動作原理が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℃である。これらの高温熱源を用いる際に使用する冷却側の熱源温度は、装置の設置可能な場所温度の制約によって決まる。例えば、工場や住宅などでは建物の外気温度となる。つまり、吸着ヒートポンプや調湿装置の操作温度範囲は、ビルなどに設置する場合には低温側が30℃〜35℃、高温側が60℃〜80℃程度である。また冷熱需要が増大する夏季には、外気温度の上昇が予想され、低温側の温度は上記以上となる可能性が高い。従って排熱を有効利用するためには、適用場の低温側熱源と高温側熱源の温度差が小さく、かつ低温側熱源が30℃以上、高温側熱源が80℃以下でも駆動できる装置が望まれている。 In the adsorption heat pump and the humidity control air conditioner, the adsorption characteristics required for the adsorbent differ depending on the available heat source temperature even if the operation principle is the same. For example, the exhaust heat temperature of gas engine cogeneration used as a heat source on the high temperature side or a polymer electrolyte fuel cell is 60 ° C to 80 ° C. The heat source temperature on the cooling side used when using these high-temperature heat sources is determined by the restriction of the place temperature where the apparatus can be installed. For example, in a factory or a house, the outside air temperature of the building is used. That is, the operating temperature range of the adsorption heat pump and the humidity control apparatus is about 30 ° C. to 35 ° C. on the low temperature side and about 60 ° C. to 80 ° C. on the high temperature side when installed in a building or the like. In summer when the demand for cold heat increases, the outside air temperature is expected to rise, and the temperature on the low temperature side is likely to be higher than the above. Therefore, in order to effectively use the exhaust heat, an apparatus that can be driven even when the temperature difference between the low temperature side heat source and the high temperature side heat source in the application field is small, the low temperature side heat source is 30 ° C. or higher, and the high temperature side heat source is 80 ° C. or lower is desired. ing.
これを可能とするためには、以下の吸着特性を有する材料が求められる。すなわち、(1)吸着時の相対蒸気圧と脱着時の相対蒸気圧の差が小さい範囲で吸着量差を持ち、また装置の小型化のためには、(2)上記(1)の範囲での吸着量差が大きく、さらに(3)高い相対圧で容易に脱着する吸着材である。 In order to make this possible, a material having the following adsorption characteristics is required. That is, (1) there is a difference in the amount of adsorption within the range where the difference between the relative vapor pressure during adsorption and the relative vapor pressure during desorption is small, and in order to reduce the size of the device, (2) (3) Adsorbent that is easily desorbed at a high relative pressure.
吸着ヒートポンプ又は調湿空調装置に用いる吸着材として、各種の吸着材の使用が検討されているが、諸種の問題点があり、その解決が望まれている。
吸着ヒートポンプや調湿空調装置用吸着材として従来より検討されているY型ゼオライトは相対蒸気圧がほぼ0に近い値であっても吸着物質を吸着するので、吸着物質を脱着させるには、相対蒸気圧をほぼ0にするために150℃〜200℃以上の高温が必要となる。したがって、Y型ゼオライトは、上述した低温廃熱を利用した吸着ヒートポンプや調湿装置に用いることが難しいという問題がある。
The use of various adsorbents as an adsorbent for use in an adsorption heat pump or a humidity control air conditioner has been studied, but there are various problems, and a solution is desired.
Y-type zeolite, which has been studied as an adsorbent for adsorption heat pumps and humidity control air conditioners, adsorbs adsorbed substances even when the relative vapor pressure is close to zero. A high temperature of 150 ° C. to 200 ° C. or higher is required to make the vapor pressure almost zero. Therefore, Y-type zeolite has a problem that it is difficult to use it in an adsorption heat pump or a humidity control apparatus using the low-temperature waste heat described above.
同様に検討されているA型シリカゲルは低い相対蒸気圧での吸着特性が充分でなく、また、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シリカ(FSM−10など)(特許文献1参照)は低い相対蒸気圧で吸着しないので、上述したコジェネレーション機器、燃料電池等の冷却水や太陽熱等により得られる熱を利用した吸着ヒートポンプや調湿空調装置を構成できないという問題がある。 Similarly, A-type silica gel, which has been studied, has insufficient adsorption characteristics at a low relative vapor pressure, and mesoporous silica synthesized using a micelle structure of a surfactant as a template (such as FSM-10) (see Patent Document 1). Is not adsorbed at a low relative vapor pressure, so that there is a problem that it is not possible to construct an adsorption heat pump or humidity control air conditioner using heat obtained from cooling water, solar heat or the like of the above-mentioned cogeneration equipment, fuel cell or the like.
さらに、従来の吸着材の中でもメソポーラスシリカは、その吸着特性の改善の要求のみならず、その構造が壊れやすく、しかも工業的に製造しにくくコストがかさむという問題も指摘されていた。Y型ゼオライトやA型シリカゲルは低コストで壊れにくいが性能が不十分である。 Further, among the conventional adsorbents, mesoporous silica is not only required to improve its adsorption characteristics, but also has a problem that its structure is fragile, and is difficult to manufacture industrially and is expensive. Y-type zeolite and A-type silica gel are low cost and difficult to break, but their performance is insufficient.
また、特許文献2には、除湿用空調装置の吸着材として、AlPO−nと称される、多孔質リン酸アルミニウム系ゼオライトを使用する事が開示されており、実施例としてAlPO4−5の吸着等温線が開示されている。しかし、これは疎水性がやや高く、25℃での相対湿度0.25では十分に水蒸気を吸着する事ができない。従って、低温排熱を有効に利用するための後述の本発明の条件である、”25℃の相対湿度0.12以上0.25以下の範囲で相対湿度が0.1変化したときの吸着量変化”が0.05g/g程度と吸着特性が劣るものである。 Patent Document 2 discloses that a porous aluminum phosphate zeolite called AlPO-n is used as an adsorbent for a dehumidifying air conditioner. As an example, adsorption of AlPO4-5 is disclosed. An isotherm is disclosed. However, it is slightly hydrophobic and cannot sufficiently adsorb water vapor at a relative humidity of 0.25 at 25 ° C. Therefore, the amount of adsorption when the relative humidity changes by 0.1 in the range of the relative humidity of 0.12 to 0.25 at 25 ° C., which is the condition of the present invention to be described later for effectively using the low-temperature exhaust heat. "Change" is about 0.05 g / g, and the adsorption characteristics are inferior.
また、特許文献3には、アルミニウム、リン、ヘテロ原子を有するゼオライトが吸着ヒートポンプ用の吸着材として有効であることが開示されている。但し、この発明は、具体的には低温排熱の中でも主に自動車用の100℃前後の比較的高い温度のものを用いる場合を主眼としたものであり、具体的に示されている例は、低温排熱を有効に利用する後述の本発明の条件である、”25℃の相対湿度0.12以上0.25以下の範囲で相対湿度が0.1変化したときの吸着量変化”が0.02g/g程度と吸着性能が不十分である。すなわち、脱着性能の点で不十分なために、後述する本発明の脱着性能の指標である、相対湿度が0.12の水蒸気吸着量が大きく、結果として吸着量変化が不十分である。又、該特許文献には、ヘテロ原子として、鉄を含む種々の原子が例示されているが、実施例に記載のものは、いずれもヘテロ原子としてSiを用いたものであり、かつフレームワーク密度が16以下のものである。 Patent Document 3 discloses that zeolite having aluminum, phosphorus, and hetero atoms is effective as an adsorbent for an adsorption heat pump. However, the present invention mainly focuses on the case of using a relatively high temperature of about 100 ° C. mainly for automobiles among low-temperature exhaust heat, and the examples specifically shown are “Adsorption amount change when relative humidity is changed by 0.1 in a range of relative humidity of 0.12 to 0.25 at 25 ° C.”, which is a condition of the present invention described later that effectively uses low-temperature exhaust heat. Adsorption performance is insufficient at about 0.02 g / g. That is, since the desorption performance is insufficient, the water vapor adsorption amount with a relative humidity of 0.12 which is an index of the desorption performance of the present invention described later is large, and as a result, the adsorption amount change is insufficient. Further, in this patent document, various atoms including iron are exemplified as heteroatoms, but those described in Examples all use Si as a heteroatom and have a framework density. Is 16 or less.
また、特許文献4には、その実施例にAlPO−H6の吸着等温線が開示されている。これは、吸着等温線で示される吸着特性の点で、後述する本発明の条件である、”25℃の相対湿度0.12以上0.25以下の範囲で相対湿度が0.1変化したときの吸着量変化”が0.12g/g以上を満足し、低温排熱を有効に利用可能なものであるが、本発明者等の検討によれば、耐久性の点で問題があることが判明した。すなわち、本発明者等の検討によれば、水蒸気の吸着状態と脱着状態で構造が変化するゼオライトは、その構造が不安定となるため、繰り返しの使用に伴い吸着特性が低下したり、或いは構造破壊により使用不可能となる。該特許文献に記載のAlPO−H6は水蒸気の吸着状態であり、脱着するとAlPO−Dという構造に変化する。このことは、例えば、Molecular Sieves Science and Technology Volume 1 (Springer 1998)のP160に記載されている。従って、該特許文献に記載のAlPO−H6は、水蒸気の吸脱着の繰り返しにおいての耐久性が不十分であり、好ましくない。
本発明は、吸着質を低温側熱源が30℃以上、高温側熱源が80℃以下でも駆動できる比較的低相対蒸気圧域で吸脱着しうる吸着ヒートポンプ用又は調湿空調装置用に適した吸着材、およびそれを用いた効率の良い吸着ヒートポンプまたは調湿空調装置の提供を目的としてなされたものである。 The present invention is an adsorption suitable for adsorption heat pumps or humidity control air conditioners that can adsorb and desorb the adsorbate in a relatively low relative vapor pressure range that can be driven even when the low-temperature side heat source is 30 ° C. or higher and the high-temperature side heat source is 80 ° C. or less. It was made for the purpose of providing a material and an efficient adsorption heat pump or humidity control air conditioner using the same.
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、骨格構造に特定の原子を含み、特定の相対蒸気圧範囲での水の吸着量差が特定の範囲にあり、かつ水蒸気の吸脱
着において実質的に構造変化がないゼオライトが、吸着質の吸脱着を装置の駆動源とする吸着ヒートポンプまたは調湿空調装置の吸着材に適することを見いだした。
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、前記吸脱着部に連結された吸着質の蒸発を行う蒸発部と、前記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の運転方法であって、該吸着材が骨格構造にアルミニウムとリンとガリウムとを含むゼオライトからなり、ゼオライトのフレームワーク密度が16.0T/1,000Å3 より大きく、19.0T/1,000Å3 以下であり、水蒸気の吸着状態と脱着状態のXRD測定で2θ=15度以下の最大ピークのピークトップの位置の吸着状態と脱着状態との相違が、2θで表した場合に0.2度以下となり、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有するInternational Zeolite Association (IZA)が定めるコードにおいてAFI構造を有するゼオライトであり、かつ該吸脱着部の再生工程で50℃以上80℃以下の熱媒を吸着材に供給して吸着している吸着質を脱着させ、吸着工程の吸着塔を30〜40℃に冷却して吸着質を吸着させること、を特徴とする吸着ヒートポンプの運転方法に存する。他の要旨は、吸着質を吸脱着可能な吸着材を備えた吸脱着部と、吸着材を再生させるための熱供給機構を有する調湿空調装置の動作方法であって、前記吸着材が骨格構造にアルミニウムとリンとガリウムとを含むゼオライトからなり、ゼオライトのフレームワーク密度が16.0T/1,000Å3 より大きく、19.0T/1,000Å3 以下であり、水蒸気の吸着状態と脱着状態のXRD測定で2θ=15度以下の最大ピークのピークトップの位置の吸着状態と脱着状態との相違が、2θで表した場合に0.2度以下となり、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有するInternational Zeolite Association (IZA)が定めるコードにおいてAFI構造を有するゼオライトであり、かつ前記吸脱着部に熱供給機構から80℃以下の熱を吸着部に供給して吸着材を再生させることを特徴とする調湿空調装置の動作方法に存する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention include a specific atom in the skeleton structure, a water adsorption amount difference in a specific relative vapor pressure range is in a specific range, and water vapor It has been found that zeolite having substantially no structural change in the adsorption / desorption of is suitable as an adsorbent for an adsorption heat pump or humidity control air conditioner using adsorption / desorption of adsorbate as a drive source of the apparatus.
That is, the gist of the present invention is that an adsorbate, an adsorption / desorption portion having an adsorbent for adsorbing / desorbing the adsorbate, an evaporation portion for evaporating the adsorbate coupled to the adsorption / desorption portion, and the adsorption / desorption portion An operation method of an adsorption heat pump including a condensing unit that condenses connected adsorbates, wherein the adsorbent is made of zeolite containing aluminum, phosphorus, and gallium in a skeleton structure, and the framework density of the zeolite is 16 greater than .0T / 1,000Å 3, and at 19.0T / 1,000Å 3 or less, and the adsorption state of the position of the peak top of the 2 [Theta] = 15 degrees or less of the maximum peak in the XRD measurement of the desorption state and the adsorption state of the water vapor The difference from the desorption state is 0.2 degrees or less when expressed in 2θ, and the relative vapor pressure is 0 in the range of the water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C. between 0.12 and 0.25. .1 In International Zeolite Association (IZA) is zeolite having the AFI structure in code stipulated, and absorbing the desorption portion of the regeneration step adsorption change in water when made into having a 0.12 g / g or more relative vapor pressure range the heating medium 50 ° C. or higher 80 ° C. or less is supplied to the adsorbent to desorb the adsorbate adsorbed, characterized Rukoto, was adsorbed adsorbate by cooling the adsorption tower of the adsorption step to 30 to 40 ° C. And the operation method of the adsorption heat pump. Another gist is an operation method of a humidity control air conditioner having an adsorption / desorption part having an adsorbent capable of adsorbing and desorbing adsorbate and a heat supply mechanism for regenerating the adsorbent, wherein the adsorbent is a skeleton. structure consists zeolite containing aluminum and phosphorus and gallium, the framework density of the zeolite is greater than 16.0T / 1,000Å 3, and at 19.0T / 1,000Å 3 or less, desorption state and the adsorption state of the water vapor The difference between the adsorption state and the desorption state at the peak top position of the maximum peak of 2θ = 15 degrees or less in the XRD measurement of this is 0.2 degrees or less when expressed in 2θ, and the water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C. International Zeolite Associati having a relative vapor pressure range where the amount of water adsorbed is 0.12 g / g or more when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the range of 0.12 to 0.25 in on (IZA) is a zeolite having an AFI structure , and the adsorbent is regenerated by supplying heat from the heat supply mechanism to the adsorption / desorption portion at 80 ° C. or less to the adsorption portion. The operation method of the air conditioner exists.
本発明の、相対蒸気圧0.12以上、0.25以下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及び調湿空調装置は、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及び調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、80℃以下の比較的低温の熱源で駆動する吸着ヒートポンプ及び調湿空調装置を提供できる。又、本発明の吸着ヒートポンプは、低温の熱で効率良く駆動するため、コジェネレーションシステム等の排熱を有効に活用でき、一層の省エネルギー化を図ることができる。 The adsorption heat pump and humidity control air conditioner using the adsorbent exhibiting a large change in the adsorption / desorption amount in the range of the relative vapor pressure of 0.12 or more and 0.25 or less of the present invention is the moisture adsorption amount by adsorption / desorption of the adsorbent. Since the difference is large and the adsorbent can be regenerated (desorbed) at a low temperature, it is possible to efficiently drive the adsorption heat pump and the humidity control air conditioner using a heat source having a temperature lower than that of the prior art. That is, according to the adsorbent of the present invention, it is possible to provide an adsorption heat pump and a humidity control air conditioner that are driven by a relatively low temperature heat source of 80 ° C. or less. In addition, since the adsorption heat pump of the present invention is driven efficiently by low-temperature heat, exhaust heat from a cogeneration system or the like can be effectively used, and further energy saving can be achieved.
以下、本発明について更に詳細に説明する。
<吸着ヒートポンプと吸着特性>
吸着ヒートポンプの操作蒸気圧範囲は、高温熱源温度Thigh、低温熱源温度Tlow1、低温熱源温度Tlow2および冷熱生成温度Tcoolから求められる脱着側相対蒸気圧φ1と吸着側相対蒸気圧φ2によって決定される。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Adsorption heat pump and adsorption characteristics>
The operating vapor pressure range of the adsorption heat pump is determined by the desorption side relative vapor pressure φ1 and the adsorption side relative vapor pressure φ2 obtained from the high temperature heat source temperature High, the low temperature heat source temperature Tlow1, the low temperature heat source temperature Tlow2, and the cold heat generation temperature Tcool.
φ1とφ2は次式により算出でき、φ1とφ2との間が操作可能な相対蒸気圧範囲である。
脱着側相対蒸気圧φ1=平衡蒸気圧(Tlow1)/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。上記の式中、平衡蒸気圧(Tlow1)、(Thigh)、(Tcool)及び(Tlow2)は、夫々、上記の各温度(Tlow1)、(Thigh)、(Tcool)及び(Tlow2)における平衡蒸気圧を示し、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。
φ1 and φ2 can be calculated by the following equation, and the range between φ1 and φ2 is an operable relative vapor pressure range.
Desorption side relative vapor pressure φ1 = equilibrium vapor pressure (Tlow1) / equilibrium vapor pressure (High)
Adsorption side relative vapor pressure φ2 = equilibrium vapor pressure (Tcool) / equilibrium vapor pressure (Tlow2)
Here, the high temperature heat source temperature High is the temperature of the heat medium heated when desorbing the adsorbate from the adsorbent to regenerate the adsorbent, the low temperature heat source temperature Tlow1 is the temperature of the adsorbate in the condensing part, and the low temperature heat source temperature Tlow2. Means the temperature of the heat medium to be cooled when the adsorbent after regeneration is used for adsorption, and the cold generation temperature Tcool means the temperature of the adsorbate in the evaporation section, that is, the temperature of the generated cold. In the above formula, the equilibrium vapor pressures (Tlow1), (High), (Tcool), and (Tlow2) are the equilibrium vapor pressures at the respective temperatures (Tlow1), (High), (Tcool), and (Tlow2), respectively. The equilibrium vapor pressure can be obtained from the temperature using the equilibrium vapor pressure curve of the adsorbate.
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。吸着側相対蒸気圧φ2は、冷熱生成温度(Tcool)が10℃、低温熱源温度(Tlow2)が35℃の場合は0.22となり、冷熱生成温度(Tcool)が8℃、低温熱源温度(Tlow2)が30℃の場合は0.25となる。脱着側相対蒸気圧φ1は、低温熱源温度(Tcool)が30℃、高温熱源温度(Thigh)が70℃の場合は0.14となり、低温熱源温度(Tcool)が35℃、高温熱源温度(Thigh)が80℃の場合は0.12となる。 Hereinafter, the operating vapor pressure range when the adsorbate is water will be exemplified. The adsorption side relative vapor pressure φ2 is 0.22 when the cold heat generation temperature (Tcool) is 10 ° C. and the low temperature heat source temperature (Tlow2) is 35 ° C., the cold heat generation temperature (Tcool) is 8 ° C., and the low temperature heat source temperature (Tlow2). ) Is 0.25 when it is 30 ° C. The desorption side relative vapor pressure φ1 is 0.14 when the low temperature heat source temperature (Tcool) is 30 ° C. and the high temperature heat source temperature (High) is 70 ° C., the low temperature heat source temperature (Tcool) is 35 ° C., and the high temperature heat source temperature (High). ) Is 80 ° C., it is 0.12.
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工場排熱等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=0.12〜0.25、好ましくは、0.13〜0.25、さらに限定すればφ1〜φ2=0.14〜0.22となると考えられる。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。 From the above, a gas engine cogeneration, if using a solid polymer electrolyte fuel cell or plant exhaust heat or the like for driving the adsorption heat pump, operating the relative water vapor pressure range φ1~φ2 = 0.12~0.25, preferably 0.13 to 0.25, and further limited to φ1 to φ2 = 0.14 to 0.22. That is, a material having a large change in adsorption amount within this operating humidity range is preferable.
次に吸着剤に求められる特性について説明する。
吸着ヒートポンプにより、5.0kW(=18,000kJ )の冷房能力を得る場合を想定する。ここで、5.0kWは木造南向き和室16畳程度の冷房能力である。水の蒸発潜熱量は約2500kJ /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0.12g/gである場合、吸着材は10.0kg必要となる。吸着材必要量Xkg=18000kJ/(2500kJ×0.12kg/kg×6回/hr)=10.0kg。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0.12g/gである場合6.0kg、0.15g/gである場合4.8kgとなる。吸着量は多い程良いが、吸着材の重量および容積は少ない程良い。これは一般的に、設置に必要な場所面積に制約を受ける場合が多いため、より小さな装置でより大きな性能を持つ装置が求められるからである。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るため、吸着量が0.12g/g以上であり、好ましくは0.14g/g以上、さらに好ましくは0.15g/g以上の吸着材が良い。吸着量変化が小さい場合には、必要とする吸着材の容積が大となり、装置が大型となり好ましくない。吸着量変化の上限は特に制限はないが、材料の制約から通常、0.3g/g程度以下である。
Next, characteristics required for the adsorbent will be described.
Assume that a cooling capacity of 5.0 kW (= 18,000 kJ) is obtained by an adsorption heat pump. Here, 5.0 kW is a cooling capacity of about 16 tatami mats facing the south of the wooden building. The amount of latent heat of vaporization of water is about 2500 kJ / kg, and if the adsorption / desorption switching cycle is 10 minutes (6 times / hour), if the adsorption amount is 0.12 g / g, the adsorbent needs 10.0 kg. Become. Necessary amount of adsorbent Xkg = 18000 kJ / (2500 kJ × 0.12 kg / kg × 6 times / hr) = 10.0 kg. Similarly, if the adsorption amount is 0.15 g / g, 8 kg is required. When the switching cycle is 6 minutes (10 times / hour), it is 6.0 kg when it is 0.12 g / g and 4.8 kg when it is 0.15 g / g. The larger the amount of adsorption, the better, but the smaller the weight and volume of the adsorbent, the better. This is because, in general, there are many restrictions on the place area required for installation, and thus a smaller apparatus and a larger performance apparatus are required. Since it is necessary to increase the amount of adsorption in order to satisfy both conflicting requirements, the amount of adsorption is 0.12 g / g or more, preferably 0.14 g / g or more, more preferably 0.15 g / g. The above adsorbents are good. When the change in the amount of adsorption is small, the required volume of the adsorbent becomes large and the apparatus becomes undesirably large. The upper limit of the change in adsorption amount is not particularly limited, but is usually about 0.3 g / g or less due to material restrictions.
さらに吸着材は、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。この点から、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有する必要がある。 Further, the adsorbent is preferably a material having a large change in adsorption amount in a narrow relative vapor pressure range. When the change in adsorption amount is large in a narrow relative vapor pressure range, the amount of adsorbent required to obtain the same adsorption amount under the same conditions is reduced, and the adsorption heat pump is driven even if the temperature difference between the cooling heat source and the heating heat source is small. Because it can. From this point, in the water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C., when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the range of 0.12 to 0.25, the change in water adsorption amount is 0.12 g / It is necessary to have a relative vapor pressure range of g or more.
また、吸着性能の点で示すと、上記の操作湿度範囲において、相対蒸気圧0.25において吸着量が0.12g/g以上、好ましくは0.15g/g以上であり、上限は特に限定されないが、通常0.3g/g以下であり、一方、脱着性能の点で示すと、相対蒸気圧0.12において吸着量が0.05g/g以下、好ましくは0.03g/g以下、さらに好ましくは0.02g/g以下であり、下限はできるだけ0に近いのが良いが、通常0.00001g/g以上の吸着材が好ましい。 In terms of adsorption performance, the adsorption amount is 0.12 g / g or more, preferably 0.15 g / g or more at a relative vapor pressure of 0.25 in the above operating humidity range, and the upper limit is not particularly limited. However, in terms of desorption performance, the adsorption amount is 0.05 g / g or less, preferably 0.03 g / g or less, and more preferably 0.03 g / g or less at a relative vapor pressure of 0.12. Is 0.02 g / g or less, and the lower limit is preferably as close to 0 as possible, but usually an adsorbent of 0.00001 g / g or more is preferable.
<調湿装置と吸着特性>
本発明において、調湿とは、空調空間の湿度を制御する技術であるので、除湿でも加湿でも良い。例えば、室内空調の場合には、高湿となる夏は除湿を目的とし、低湿となる冬は加湿を目的として用いることも可能である。また調湿空調装置は、除湿もしくは加湿機能を持つ装置であれば固定される物でも移動できる物でも良く、例えば建物に固定したデシカント空調装置や、室内に設置する小型の除湿器、加湿器等が含まれる。
<Humidity control device and adsorption characteristics>
In the present invention, humidity adjustment is a technique for controlling the humidity of the air-conditioned space, and therefore may be dehumidified or humidified. For example, in the case of indoor air conditioning, it can be used for the purpose of dehumidification in the summer when the humidity is high, and for the purpose of humidification in the winter when the humidity is low. The humidity control air conditioner may be a fixed or movable object as long as it has a dehumidifying or humidifying function. For example, a desiccant air conditioner fixed in a building, a small dehumidifier installed indoors, a humidifier, etc. Is included.
調湿空調の場合においても、吸着ヒートポンプと同様に脱着側相対蒸気圧φ1と吸着側相対蒸気圧φ2によって決定される。但し調湿空調の場合には一般に大気圧下の空気を用いた操作となるため、
φ1=処理後空気の絶対湿度/処理温度における飽和蒸気圧
φ2=処理前空気の絶対湿度/処理前温度における飽和蒸気圧
となる。すなわち処理前空気の相対湿度と処理後空気の相対湿度がそのまま相対蒸気圧となる。
調湿空調の一例として、夏期の除湿空調を考えた場合、JIS−C9612等に規定されている夏期の室内条件によれば、乾球温度27℃、湿球温度19℃が一般的であるが、このときの相対湿度は約50%である。一方夏期の外部絶対湿度は、21g/kgであることが同じく記載されている。この空気を80℃まで加熱するとその相対湿度は約7%となる。この操作では相対湿度7%から50%の間の空気が交互に接触することになる。この場合、操作相対水蒸気圧範囲はφ1〜φ2=0.07〜0.5となり、この範囲で吸着量の変化が大きい吸着材料が好ましい。
Also in the case of humidity control air conditioning, it is determined by the desorption side relative vapor pressure φ1 and the adsorption side relative vapor pressure φ2 as in the case of the adsorption heat pump. However, in the case of humidity control air conditioning, since it is generally an operation using air under atmospheric pressure,
φ1 = absolute humidity of air after treatment / saturated vapor pressure at treatment temperature φ2 = absolute humidity of air before treatment / saturated vapor pressure at temperature before treatment. That is, the relative humidity of the pre-treatment air and the post-treatment air are directly used as the relative vapor pressure.
As an example of humidity conditioning air conditioning, when considering dehumidifying air conditioning in the summer, the dry bulb temperature is 27 ° C. and the wet bulb temperature is 19 ° C., according to the summer indoor conditions specified in JIS-C9612 and the like. The relative humidity at this time is about 50%. On the other hand, it is also described that the external absolute humidity in summer is 21 g / kg. When this air is heated to 80 ° C., the relative humidity is about 7%. In this operation, air having a relative humidity of 7% to 50% alternately contacts. In this case, the operating relative water vapor pressure range is φ1 to φ2 = 0.07 to 0.5, and an adsorbent material having a large change in adsorption amount within this range is preferable.
しかし一般に除湿空調では初期の吸着熱による発熱によって、一時的に相対湿度が下がる事が知られている。そのため、実際の操作に於いては相対湿度50%以下に於いても吸着性能を有することが求められている。さらに吸着ヒートポンプの時と同じ理由から、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。これらを考慮すると、好ましくは上記の操作湿度範囲のうち、相対湿度0.12〜0.25においてより多くの水蒸気を吸着する材料が良い。 However, it is generally known that the relative humidity temporarily decreases in the dehumidifying air conditioning system due to heat generated by the initial adsorption heat. Therefore, in actual operation, it is required to have adsorption performance even at a relative humidity of 50% or less. Furthermore, for the same reason as in the case of the adsorption heat pump, the adsorbent is preferably a material having a large change in adsorption amount in a narrow relative vapor pressure range. Considering these, a material that adsorbs more water vapor at a relative humidity of 0.12 to 0.25 in the above operating humidity range is preferable.
又、吸着ヒートポンプと同様、調湿装置においても吸着量は多く、しかも吸着材の重量及び容積は少ないほど良いことから、吸着量変化が0.12g/g以上であり、好ましくは0.14g/g以上、さらに好ましくは0.15g/g以上の吸着材が良い。吸着量変化が小さい場合には、必要とする吸着材の容積が大となり、装置が大型となり好ましくない。吸着量の上限は特に制限はないが、材料の制約から通常、0.3g/g程度以下である。25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有する必要がある。 Similarly to the adsorption heat pump, since the adsorption amount is large in the humidity control apparatus and the weight and volume of the adsorbent are small, the adsorption amount change is 0.12 g / g or more, preferably 0.14 g / g. An adsorbent of g or more, more preferably 0.15 g / g or more is preferable. When the change in the amount of adsorption is small, the required volume of the adsorbent becomes large and the apparatus becomes undesirably large. The upper limit of the adsorption amount is not particularly limited, but is usually about 0.3 g / g or less due to material restrictions. When the relative vapor pressure is changed by 0.1 in the range of the water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C. within the range of 0.12 to 0.25, the relative change in water adsorption amount is 0.12 g / g or more. Must have a vapor pressure range.
また、吸着性能の変化点で示すと、上記の操作湿度範囲において、相対蒸気圧0.25において吸着量が0.12g/g以上、好ましくは0.15g/g以上であり、上限は特に限定されないが、通常0.3g/g以下であり、一方、脱着性能の点で示すと、相対蒸気圧0.1において吸着量が0.05g/g以下、好ましくは0.03g/g以下、さらに好ましくは0.02g/g以下であり、下限は通常0.00001g/g以上の吸着材が好ましい。 In terms of the change in adsorption performance, the adsorption amount is 0.12 g / g or more, preferably 0.15 g / g or more at a relative vapor pressure of 0.25 in the above operating humidity range, and the upper limit is particularly limited. Although not usually 0.3 g / g or less, on the other hand, in terms of desorption performance, the adsorption amount at a relative vapor pressure of 0.1 is 0.05 g / g or less, preferably 0.03 g / g or less. The adsorbent is preferably 0.02 g / g or less, and the lower limit is preferably 0.00001 g / g or more.
調湿装置において、吸着時の相対蒸気圧と脱着時の相対蒸気圧の差が小さい範囲で吸着量差を持つことにより、夏期の除湿のみならず、特定の湿度が要求される場合の調湿に使用が可能となる利点を有する。また狭い範囲内での吸着量の変化が大きい場合にはそれだけ吸脱着が速やかに行われるため、吸・脱着サイクルを短くすることが可能となり、装置のコンパクト化に繋がる利点がある。 Humidity control equipment has a difference in adsorption amount in a range where the difference between the relative vapor pressure during adsorption and the relative vapor pressure during desorption is small, so that humidity can be adjusted not only in summer but also when specific humidity is required. It has the advantage that it can be used. In addition, when the amount of adsorption in a narrow range is large, the adsorption / desorption is performed promptly. Therefore, the adsorption / desorption cycle can be shortened, and there is an advantage that leads to a compact apparatus.
本発明の特徴の1つは上記特性を有する吸着材を、吸着ヒートポンプの、吸着質の吸脱着部の吸着材として使用することである。即ち、比較的低い相対圧側の、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、低温熱源の温度下限に制限がある吸着ヒートポンプ、例えば工場の空調装置等に適している。
また本発明の他の特徴の1つは、調湿空調装置の吸着部へ、上記特性を有する吸着材を用いることにある。
One of the features of the present invention is to use an adsorbent having the above characteristics as an adsorbent for an adsorbate adsorption / desorption portion of an adsorption heat pump. That is, since a large amount of adsorption can be obtained with a relatively small change in relative vapor pressure on the relatively low relative pressure side, it is suitable for an adsorption heat pump, such as a factory air conditioner, where the temperature lower limit of the low-temperature heat source is limited.
Another feature of the present invention resides in the use of an adsorbent having the above characteristics for the adsorbing portion of the humidity control air conditioner.
吸着ヒートポンプ及び調湿空調装置は、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。吸着ヒートポンプ及び調湿空調装置においては吸着質は蒸気として吸着材に吸着される。吸着質には、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。 Adsorption heat pumps and humidity control air conditioners use the ability of adsorbents to adsorb and desorb adsorbate as a drive source. In the adsorption heat pump and the humidity control air conditioner, the adsorbate is adsorbed on the adsorbent as vapor. As the adsorbate, water, ethanol, acetone, or the like can be used, but water is most preferable from the viewpoint of safety, cost, and latent heat of vaporization.
<吸着材>
本発明の特徴であるヒートポンプ用吸着材又は調湿空調装置用吸着材は、骨格構造に少なくともアルミニウムとリンとガリウムとを含む結晶性ガリウムアルミノフォスフェートであるゼオライトで、水蒸気の吸脱着で実質的に構造変化が無いゼオライトである。吸着ヒートポンプや調湿空調装置用吸着材に用いる場合、水蒸気の吸脱着を安定的にくり返す必要がある。その際、前述の通り、水蒸気の吸着状態と脱着状態で構造が変化するゼオライトは、吸脱着をくり返すうちに構造の歪みが大きくなり、構造が不安定となり十分な性能が得られなくなる。したがって、吸着ヒートポンプや調湿空調装置の性能の点で、水蒸気の吸脱着のくり返しに対する耐久性が高いゼオライトであるためには、水蒸気の吸脱着で実質的に構造変化が無い事が重要である。水蒸気の吸脱着で実質的に構造の変化が無いとは、水蒸気の吸着状態と脱着状態のXRD測定の結果が実質的に同じである事を意味する。より定量的には、実施例記載の条件でXRD測定を行った場合、2θ=15度以下の最大ピーク(ピーク高さが最大)のピークトップの位置の吸着状態と脱着状態との相違が、2θで表した場合に0.2度以下である事を示す。水蒸気の吸脱着により実質的に構造変化しない事により、耐久性の高いゼオライトとなるのであるが、その耐久性の高さとは、例えば、実施例で示す耐久性テストの条件で吸脱着1,000回後の25℃の吸着等温線の相対湿度0.25の吸着量が、テスト前の70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上である。
<Adsorbent>
An adsorbent for heat pump or an adsorbent for humidity control air conditioner, which is a feature of the present invention, is a zeolite which is a crystalline gallium aluminophosphate containing at least aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure, and is substantially absorbed and desorbed by water vapor. This zeolite has no structural change. When used as an adsorption heat pump or an adsorbent for a humidity control air conditioner, it is necessary to repeat the adsorption and desorption of water vapor stably. At that time, as described above, the structure of the zeolite whose structure changes between the adsorption state and the desorption state of water vapor increases the distortion of the structure as the adsorption and desorption is repeated, and the structure becomes unstable, so that sufficient performance cannot be obtained. Therefore, in terms of the performance of adsorption heat pumps and humidity control air conditioners, it is important that there is substantially no structural change due to the adsorption and desorption of water vapor in order to have high durability against repeated adsorption and desorption of water vapor. . The fact that there is substantially no change in structure due to the adsorption / desorption of water vapor means that the results of XRD measurement in the adsorption state and the desorption state of water vapor are substantially the same. More quantitatively, when XRD measurement is performed under the conditions described in the examples, the difference between the adsorption state and the desorption state at the peak top position of the maximum peak (peak height is maximum) of 2θ = 15 degrees or less is When expressed in 2θ, it is 0.2 degrees or less. It becomes a highly durable zeolite by substantially no structural change due to the adsorption and desorption of water vapor. The high durability is, for example, the adsorption and desorption 1,000 under the conditions of the durability test shown in the Examples. The adsorption amount at a relative humidity of 0.25 of the adsorption isotherm at 25 ° C. after the rotation is 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more before the test.
また、そのフレームワーク密度が16.0T/1,000Å3 より大きく、19.0T/1,000Å3 以下が良く、好ましくは16.2T/1,000Å3 以上であり、一方、19.0T/1,000Å3 以下、さらには18.0T/1,000Å3 以下の範囲のゼオライトが好ましい。さらに、ゼオライトの少なくとも一つの細孔の構造が酸素8員環以上のものが好ましく、10員環以上がより好ましく、12員環以上が最も好ましい。酸素7員環以下の細孔のものは、水蒸気の細孔内外への拡散が不十分である場合があり、吸着や脱着の速度が遅かったり、吸着と脱着のヒステリシスが大きく吸着できても脱着がしにくいなどの問題が生じる場合がある。 Further, the framework density is greater than 16.0T / 1,000Å 3, good 19.0T / 1,000Å 3 or less, preferably 16.2T / 1,000Å 3 or more, whereas, 19.0T / 1,000 Å 3 or less, more 18.0T / 1,000Å 3 or less in the range of zeolites are preferred. Further, the structure of at least one pore of the zeolite is preferably an oxygen 8-membered ring or more, more preferably a 10-membered ring or more, and most preferably a 12-membered ring or more. In the case of pores with an oxygen seven-membered ring or less, the diffusion of water vapor into and out of the pores may be insufficient, and even if the adsorption / desorption rate is slow or the adsorption / desorption hysteresis is large, desorption is possible. Problems such as difficulty in peeling may occur.
かかるゼオライトを選択することで、上記の吸着性能を達成することができる。フレームワーク密度が小さすぎると吸着量差は大きくなる傾向があるが、適当な相対湿度範囲で吸脱着を起こさなかったり、構造が不安定である傾向があり耐久性に問題が生じる怖れがあり、大きすぎると吸着量差が小さ過ぎるため、本発明の性能を満足しない怖れがある。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。なおフレームワーク密度とゼオライトの構造との関係は、ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWARK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIERに示されている。 By selecting such zeolite, the above adsorption performance can be achieved. If the framework density is too small, the difference in adsorption amount tends to increase, but there is a risk that adsorption / desorption will not occur in an appropriate relative humidity range, or the structure will be unstable, resulting in durability problems. If the amount is too large, the difference in the amount of adsorption is too small, so that the performance of the present invention may not be satisfied. Here, the framework density means the number of elements constituting a skeleton other than oxygen per 1,000 cm 3 of the zeolite, and this value is determined by the structure of the zeolite. The relationship between framework density and zeolite structure is shown in ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWARK TYPES Fifth Revised Edition 2001 ELSEVIER.
このようなゼオライトの構造としては、International Zeolite Association(IZA) が定めるコードで示すと、AET、AFI、AFN、ANA、AST、ATN、ATS、ATT、BPH、BRE、CON、CZP、DFT、EDI、FER、LAU、LTL、MAZ、MEL、MFI、MOR、MWW,OSI,SAT、TER、VNI、VSV、ZONが挙げられ、好ましくは、AET、AFI、AST、ATSであり、さらに好ましくはAFIである。 The structure of such a zeolite is represented by a code defined by the International Zeolite Association (IZA). AET, AFI, AFN, ANA, AST, ATN, ATS, ATT, BPH, BRE, CON, CZP, DFT, EDI, FER, LAU, LTL, MAZ, MEL, MFI, MOR, MWW, OSI, SAT, TER, VNI, VSV, ZON are mentioned, preferably AET, AFI, AST, ATS, more preferably AFI. .
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の小さいものは、全体的な吸着量の観点からは好ましいが、より低湿度での吸着材として適しており、より高湿度での本発明における相対蒸気圧範囲における吸着性能の観点では、むしろ不適で、本発明ではむしろフレームワーク密度の大きいものの方が適している。これらの兼ね合いから、上記のフレームワーク密度が好ましい。 Framework density correlates with pore volume, and in general, lower framework density zeolites have greater pore volume and therefore higher adsorption capacity. Those with a low framework density are preferable from the viewpoint of the overall adsorption amount, but are suitable as adsorbents at lower humidity, and from the viewpoint of adsorption performance in the relative vapor pressure range in the present invention at higher humidity. Rather, it is rather unsuitable, and in the present invention, a framework with a higher framework density is more suitable. In view of these balances, the above-mentioned framework density is preferable.
本発明の吸着材は、骨格構造に少なくともアルミニウムとリンとガリウムとを含む結晶性ガリウムアルミノフォスフェートであるゼオライトで、結晶性ガリウムアルミノフォスフェートのガリウムは骨格内のアルミニウム、及び/又はリンと置換されている。
本発明で吸着材として用いるゼオライトとしては、骨格構造にアルミニウムとリンとガリウムを含むゼオライトであって、下記式(1)、(2)および(3)で表される原子の存在割合を有するものが好ましい。
The adsorbent of the present invention is a zeolite which is a crystalline gallium aluminophosphate containing at least aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure, and the gallium of the crystalline gallium aluminophosphate is substituted with aluminum and / or phosphorus in the skeleton. Has been.
The zeolite used as the adsorbent in the present invention is a zeolite containing aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure, and has an abundance ratio of atoms represented by the following formulas (1), (2) and (3) Is preferred.
0.001≦x≦0.3 ・・・(1)
(式中、xは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムの合計に対するガリウムのモル比を示す)
0.001 ≦ x ≦ 0.3 (1)
(Wherein x represents the molar ratio of gallium to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeletal structure)
0.3≦y≦0.6 ・・・(2)
(式中、yは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムの合計に対するアルミニウムのモル比を示す)
0.3 ≦ y ≦ 0.6 (2)
(Wherein y represents the molar ratio of aluminum to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure)
0.3≦z≦0.6 ・・・(3)
(式中、zは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムの合計に対するリンのモル比を示す)
そして、上記原子の存在割合のなかで、ガリウムの存在割合が、下記式(4)
0.3 ≦ z ≦ 0.6 (3)
(Wherein z represents the molar ratio of phosphorus to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure)
And among the above-mentioned proportions of atoms, the proportion of gallium is represented by the following formula (4).
0.003≦x≦0.2 ・・・(4)
(式中、xは上記と同義である)
で表されるものが好ましく、下記式(5)
0.003 ≦ x ≦ 0.2 (4)
(Wherein x is as defined above)
Is preferably represented by the following formula (5):
0.005≦x≦0.1 ・・・(5)
(式中、xは上記と同義である)で表されるものが更に好ましい。
0.005 ≦ x ≦ 0.1 (5)
(Wherein x is as defined above) is more preferred.
本発明における結晶性ガリウムアルミノフォスフェートの骨格構造内には、Ga、AlおよびP以外の他の元素が含まれていても良い。他の元素としては、例えば、ケイ素、リチウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、亜鉛、ゲルマニウム、砒素、スズ、カルシウム、硼素などがあげられる。通常、他の元素(M)とガリウム(Ga)のモル比(M/Ga)は3以下、好ましくは1.5以下、より好ましくは0.5以下である。M/Gaがこの範囲にない場合は、本発明における吸着性能が十分あらわれない。 The skeletal structure of the crystalline gallium aluminophosphate in the present invention may contain elements other than Ga, Al and P. Examples of other elements include silicon, lithium, magnesium, titanium, zirconium, vanadium, chromium, manganese, cobalt, nickel, palladium, copper, zinc, germanium, arsenic, tin, calcium, and boron. Usually, the molar ratio (M / Ga) of other elements (M) and gallium (Ga) is 3 or less, preferably 1.5 or less, more preferably 0.5 or less. When M / Ga is not in this range, the adsorption performance in the present invention does not appear sufficiently.
上記の原子の各モル比は、元素分析により決定するが、通常、元素分析は試料を塩酸水溶液で加熱溶解させ、ICP分析により決定できる。
更に、本発明で用いる吸着材は、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上、好ましくは0.14g/g以上、さらに好ましくは0.15g/g以上の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0.14以上0.22以下の範囲で相対蒸気圧が0.08変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上、好ましくは0.14g/g以上、さらに好ましくは0.15g/g以上の吸着材である。かかる吸着特性を持つことにより、前記の如く、30℃以上の低温側熱源と、80℃以下の高温側熱源で吸着ヒートポンプが駆動可能で、吸着量差が大であることにより、吸着ヒートポンプをコンパクトにできる。
上記の相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化上限は、高いほど好ましいが、材料の制限から通常、0.3g/g以下であり、相対蒸気圧が0.08変化したときの吸着量変化の上限は、通常0.29g/g以下である。
Each molar ratio of the above atoms is determined by elemental analysis. Usually, elemental analysis can be determined by ICP analysis after heating a sample with a hydrochloric acid aqueous solution.
Further, the adsorbent used in the present invention has a change in the amount of water adsorbed when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the range of the relative vapor pressure of 0.12 to 0.25 in the water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C. Is an adsorbent having a relative vapor pressure region of 0.12 g / g or more, preferably 0.14 g / g or more, more preferably 0.15 g / g or more, and preferably a relative vapor pressure of 0.14 or more and 0.22. When the relative vapor pressure is changed by 0.08 in the following range, the adsorption amount change of water is 0.12 g / g or more, preferably 0.14 g / g or more, more preferably 0.15 g / g or more. is there. By having such adsorption characteristics, as described above, the adsorption heat pump can be driven by a low temperature side heat source of 30 ° C. or higher and a high temperature side heat source of 80 ° C. or less, and the adsorption amount difference is large, thereby making the adsorption heat pump compact. Can be.
The upper limit of change in the amount of adsorption of water when the relative vapor pressure changes by 0.1 is preferably as high as possible, but is usually 0.3 g / g or less due to material limitations, and the relative vapor pressure changed by 0.08. The upper limit of the change in adsorption amount is usually 0.29 g / g or less.
また、本発明で用いる吸着材は、上記の条件に加え、水蒸気吸着等温線において本発明の下限の相対蒸気圧0.1での吸着量が0.05g/g以下、上限の相対蒸気圧0.25で0.15g/g以上であるものが更に好ましい。
本発明の吸着ヒートポンプ用又は調湿空調装置用吸着材は、基本的に上記ゼオライトからなるものであるが、その性能を損わない範囲で、他の吸着材と併用或は吸着材として使用するに当り必要に応じて他の成分を含んでもよい。
In addition to the above conditions, the adsorbent used in the present invention has an adsorption amount of 0.05 g / g or less at the lower limit relative vapor pressure 0.1 of the present invention and an upper limit relative vapor pressure of 0 in the water vapor adsorption isotherm. More preferably, it is 0.15 g / g or more at .25.
The adsorbent for adsorption heat pump or humidity control air conditioner of the present invention is basically composed of the above zeolite, but is used in combination with other adsorbents or as an adsorbent as long as the performance is not impaired. Other components may be included as needed.
<ガリウムアルミノフォスフェートの製造>
本発明における結晶性ガリウムアルミノフォスフェートの製造条件は特に限定さないが、通常、アルミニウム源、ガリウム源、リン源およびテンプレートを混合した後、水熱合成して製造される。以下、その一例を説明する。
<Manufacture of gallium aluminophosphate>
The production conditions of the crystalline gallium aluminophosphate in the present invention are not particularly limited, but it is usually produced by hydrothermal synthesis after mixing an aluminum source, a gallium source, a phosphorus source and a template. An example will be described below.
先ず、アルミニウム源、ガリウム源、リン源、および、テンプレートを混合する。
アルミニウム源:アルミニウム源は特に限定されず、通常、擬ベーマイト、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等のアルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、アルミナゾル、アルミン酸ナトリウムなどが挙げられるが、擬ベーマイトが取り扱い易い、反応性が高いの点で好ましい。
First, an aluminum source, a gallium source, a phosphorus source, and a template are mixed.
Aluminum source: The aluminum source is not particularly limited, and usually includes pseudoboehmite, aluminum isopropoxide, aluminum alkoxide such as aluminum triethoxide, aluminum hydroxide, alumina sol, sodium aluminate, etc., but pseudoboehmite is easy to handle. From the viewpoint of high reactivity.
ガリウム源:ガリウム源も特に限定されず、通常、硫酸ガリウム、硝酸ガリウム、リン酸ガリウム、塩化ガリウム、臭化ガリウム、水酸化ガリウム等が挙げられる。これらのうち、硝酸ガリウム、塩化ガリウムが好ましい。 Gallium source: The gallium source is not particularly limited, and usually includes gallium sulfate, gallium nitrate, gallium phosphate, gallium chloride, gallium bromide, gallium hydroxide, and the like. Of these, gallium nitrate and gallium chloride are preferable.
リン源:リン源としては通常リン酸が用いられるが、リン酸アルミニウムを用いてもよい。
その他の元素:ガリウムアルミノフォスフェートの骨格構造内には、上述の吸脱着特性を損なわない限りにおいて、他の元素が含まれていてもよい。他の元素としては、ケイ素、リチウム、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、鉄、パラジウム、銅、亜鉛、ゲルマニウム、砒素、スズ、カルシウム、硼素などが挙げられる。
Phosphorus source: Phosphoric acid is usually used as the phosphorus source, but aluminum phosphate may be used.
Other elements: The gallium aluminophosphate skeleton structure may contain other elements as long as the adsorption / desorption characteristics described above are not impaired. Examples of other elements include silicon, lithium, magnesium, titanium, zirconium, vanadium, chromium, manganese, cobalt, nickel, iron, palladium, copper, zinc, germanium, arsenic, tin, calcium, and boron.
テンプレート:テンプレートとしては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等の4級アンモニウム塩、モルホリン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−n−イソプロピルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ピペリジン、ピペラジン、シクロヘキシルアミン、2−メチルピリジン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、ジシクロヘキシルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、コリン、N,N’−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン、N−メチルジエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−メチルピペリジン、3−メチルピペリジン、N−メチルシクロヘキシルアミン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジン、キヌクリジン、N,N’−ジメチル−1,4−ジアザビシクロ−(2,2,2)オクタンイオン、ジ−n−ブチルアミン、ネオペンチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、イソプロピルアミン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン、ピロリジン、2−イミダゾリドン、ジ−イソプロピル−エチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、シクロペンチルアミン、N−メチル−n−ブチルアミン、ヘキサメチレンイミン、等の1級アミン、2級アミン、3級アミン、ポリアミンが挙げられる。これらは混合して用いてもよい。このなかでも、トリエチルアミン、イソプロピルアミン、ジ−n−イソプロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドが反応性の点で好ましく、工業的にはより安価なトリエチルアミンがより好ましい。これらは単独で使用しても良いし、2種以上組み合わせて用いても良い。 Template: As a template, quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, morpholine, di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tri-n-isopropylamine, Triethylamine, triethanolamine, piperidine, piperazine, cyclohexylamine, 2-methylpyridine, N, N-dimethylbenzylamine, N, N-diethylethanolamine, dicyclohexylamine, N, N-dimethylethanolamine, choline, N, N '-Dimethylpiperazine, 1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane, N-methyldiethanolamine, N-methylethanolamine, N-methylpiperidine, 3-methylpiperi , N-methylcyclohexylamine, 3-methylpyridine, 4-methylpyridine, quinuclidine, N, N′-dimethyl-1,4-diazabicyclo- (2,2,2) octane ion, di-n-butylamine, neo Pentylamine, di-n-pentylamine, isopropylamine, t-butylamine, ethylenediamine, pyrrolidine, 2-imidazolidone, di-isopropyl-ethylamine, dimethylcyclohexylamine, cyclopentylamine, N-methyl-n-butylamine, hexamethyleneimine, Primary amines such as secondary amines, secondary amines, tertiary amines, and polyamines. These may be used as a mixture. Among these, triethylamine, isopropylamine, di-n-isopropylamine, tri-n-propylamine, and tetraethylammonium hydroxide are preferable in terms of reactivity, and industrially cheaper triethylamine is more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
(水性ゲルの調製)
上述のアルミニウム源、ガリウム源、リン源およびテンプレートを混合して水性ゲルを調合する。混合順序は条件により異なるが、通常は、先ず、リン酸源、アルミニウム源を混合し、これにガリウム源と、テンプレートとを混合する。
ガリウムアルミノフォスフェートに係る水性ゲルの組成は、酸化物のモル比で表して、0.01≦GaO1.5 /P2 O5 ≦1.5であり、さらに合成のしやすさの観点からは0.02≦GaO1.5 /P2 O5 ≦1.0が好ましく、0.05≦GaO1.5 /P2 O5 ≦0.5がより好ましい。また、P2 O5 /Al2 O3 の比は、0.6以上1.7以下であり、さらに合成のしやすさの観点からは0.7以上1.6以下が好ましく、0.8以上1.5以下がより好ましい。また、水の割合の下限としては、Al2 O3 に対して、モル比で3以上であり、合成のしやすさの観点からは5以上が好ましく、10以上がより好ましい。水の割合の上限としては、200以下、合成のしやすさ、生産性の高さの観点からは150以下が好ましく、120以下がより好ましい。水性ゲルのpHは、4〜10であり、合成のしやすさの観点からは5〜9が好ましく、5.5〜8.5がより好ましい。
(Preparation of aqueous gel)
An aqueous gel is prepared by mixing the above-mentioned aluminum source, gallium source, phosphorus source and template. The mixing order varies depending on conditions, but usually, a phosphoric acid source and an aluminum source are first mixed, and a gallium source and a template are mixed therewith.
The composition of the aqueous gel according to gallium aluminophosphate is 0.01 ≦ GaO 1.5 / P 2 O 5 ≦ 1.5 in terms of the molar ratio of the oxide, and is 0 from the viewpoint of ease of synthesis. 0.02 ≦ GaO 1.5 / P 2 O 5 ≦ 1.0 is preferable, and 0.05 ≦ GaO 1.5 / P 2 O 5 ≦ 0.5 is more preferable. Further, the ratio of P 2 O 5 / Al 2 O 3 is 0.6 or more and 1.7 or less, and is preferably 0.7 or more and 1.6 or less from the viewpoint of easy synthesis. More preferably, it is 1.5 or less. The lower limit of the proportion of water, relative to Al 2 O 3, is 3 or more in molar ratio, preferably 5 or more from the viewpoint of easiness of synthesis, and more preferably 10 or more. The upper limit of the ratio of water is preferably 200 or less, preferably 150 or less, and more preferably 120 or less from the viewpoint of ease of synthesis and high productivity. The pH of the aqueous gel is 4 to 10, preferably 5 to 9 and more preferably 5.5 to 8.5 from the viewpoint of ease of synthesis.
なお、各水性ゲル中には、所望により、上記以外の成分を共存させても良い。このような成分としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物や塩、アルコール等の親水性有機溶媒が挙げられる。
(水熱合成)
水熱合成は、水性ゲルを耐圧容器に入れ、自己発生圧下、または結晶化を阻害しない気体の加圧下で、攪拌または静置状態で所定温度を保持することにより、行われる。水熱合成の条件は、100〜300℃であり、合成のしやすさの観点からは150〜250℃が好ましく、170〜220℃がより好ましい。
In addition, in each aqueous gel, you may coexist components other than the above as desired. Examples of such components include hydrophilic organic solvents such as hydroxides and salts of alkali metals and alkaline earth metals, and alcohols.
(Hydrothermal synthesis)
Hydrothermal synthesis is carried out by placing an aqueous gel in a pressure-resistant container and maintaining a predetermined temperature under stirring or standing under self-generated pressure or a pressurized gas that does not inhibit crystallization. The conditions for hydrothermal synthesis are 100 to 300 ° C, preferably 150 to 250 ° C, and more preferably 170 to 220 ° C from the viewpoint of ease of synthesis.
反応時間は、3時間〜30日であり、合成のしやすさの観点からは5時間〜15日が好ましく、7時間〜7日がより好ましい。水熱合成後、生成物を分離し、水洗、乾燥し、焼成等の方法により、含有する有機物の一部、又は全部を空気などを用いる焼成により除去し、係る結晶性ガリウムアルミノフォスフェートを得る。
本発明の特徴の1つは上記特性を有する吸着材を、吸着ヒートポンプの吸着質の吸脱着部の吸着材として、或いは、調湿空調装置の吸脱着部の吸着材として使用することである。即ち、比較的低い相対圧側の、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、低温熱源の温度下限に制限がある吸着ヒートポンプや調湿空調装置、例えば工場の空調装置等に適している。
The reaction time is from 3 hours to 30 days, preferably from 5 hours to 15 days, more preferably from 7 hours to 7 days, from the viewpoint of ease of synthesis. After hydrothermal synthesis, the product is separated, washed with water, dried, and part or all of the organic matter contained is removed by firing using air or the like by a method such as firing to obtain such crystalline gallium aluminophosphate. .
One of the features of the present invention is to use an adsorbent having the above characteristics as an adsorbent for an adsorbate adsorption / desorption part of an adsorption heat pump or as an adsorbent for an adsorption / desorption part of a humidity control air conditioner. That is, since a large amount of adsorption can be obtained with a relatively small change in relative vapor pressure on the relatively low relative pressure side, an adsorption heat pump or humidity control air conditioner with a lower temperature limit of the low-temperature heat source, such as a factory air conditioner, etc. Suitable for
<吸着ヒートポンプの作用>
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。
<Adsorption heat pump action>
Hereinafter, although the action of the adsorption heat pump of the present invention using the above-described adsorbent will be specifically described with the adsorption heat pump having the apparatus configuration shown in FIG. 1, the adsorption heat pump of the present invention is not limited to this.
The conceptual diagram of an example of the adsorption heat pump of this invention is shown in FIG. The adsorption heat pump shown in FIG. 1 includes an adsorbent capable of adsorbing and desorbing adsorbate, and
図1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。
As shown in FIG. 1, the adsorption towers 1 and 2 filled with the adsorbent are connected to each other by an
The evaporator 4 and the
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。
A
温水は切り替えバルブ115、116、215、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112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る。
The hot water is introduced from the
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。
The operation method of the adsorption heat pump will be described with reference to FIG. In the first stroke, the
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。吸着塔の冷却水の温度と蒸発器で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は蒸発器で生成する冷水温度における吸着質の平衡蒸気圧を、吸着塔の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0.12以上、好ましくは0.15以上となる温度条件で吸着ヒートポンプを運転する。
When the adsorption tower 2 is cooled, cooling water cooled by a heat exchanger such as a cooling tower is introduced through the
再生工程にある吸着塔1は通常40〜100℃、好ましくは50〜80℃、更に好ましくは60〜70℃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。凝縮器の冷却水の温度と温水の温度との関係から脱着側相対蒸気圧φ1(ここでφ1は凝縮器の冷却水の温度における吸着質の平衡蒸気圧を、温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、φ1は吸着材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が吸着材が急激に水蒸気を吸着する相対蒸気圧より大きいと、吸着材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0.14以下、好ましくは0.10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0.12g/g以上、好ましくは0.14g/g以上、さらに好ましくは0.15g/g以上となるように運転する。以上が第1行程である。
The
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31〜34及び切り替えバルブ115、116、215、及び216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行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。
In the next second step, the evaporators are similarly switched by switching the
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。
<調湿空調装置の作用>
次に、上記した吸着材を用いる本発明の調湿空調装置の作用について説明する。
最初に調湿空調装置の概念について、図2を用いて説明する。図2に示す調湿空調装置は、吸着質を吸脱着可能な吸着材と、吸着材を備えた吸脱着部である吸着部61と、吸着材を再生させるための機構63を備え、必要により調湿されるための空気62を流通させるための空気経路、或いは、調湿された空気を強制排気させるための装置を備えている。吸着部は吸着材と調湿させるための空気とが充分に接触可能な形状となっていれば良く、ハニカム構造を持つロータ形状等が用いられる。吸着材を再生させるための機構63は、除湿用途の場合には吸着材の再生のために必要な80℃程度の熱を吸着部に供給できる熱供給機構であれば良く、装置の内部で電気加熱などによって熱を発生させる場合にはヒーター、加熱コイル等の熱源、熱を充分に吸着部に伝えるためのブロア等の機構、装置外部から熱源を得る場合には該高温ガスを供給する配管等の機構となる。外部熱源は吸着ヒートポンプと同様特に限定されず、例えば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る。加湿用途の場合には再吸湿させるための高湿度空気が流通する経路であれば良い。
Here, the operation method in the case where two adsorption towers are installed has been described. However, by properly desorbing the adsorbate adsorbed by the adsorbent, one of the adsorption towers can maintain a state in which the adsorbate can be adsorbed. If possible, any number of adsorption towers may be installed.
<Operation of humidity control air conditioner>
Next, the operation of the humidity control air conditioner of the present invention using the above adsorbent will be described.
First, the concept of the humidity control air conditioner will be described with reference to FIG. The humidity control air conditioner shown in FIG. 2 includes an adsorbent capable of adsorbing and desorbing adsorbate, an adsorbing
次に、除湿装置を用いて調湿の作用(動作方法)について具体的に説明するが、これに限定されるものではない。
図3に除湿装置の一例としてデシカント空調装置の概念図を示す。デシカント空調装置は処理空気経路71と、再生空気経路72と、吸着材を付着させたデシカントロータ73と、2つの顕熱交換器74、75と、加熱源からの熱供給機構76と、加湿器77を主な構成機器とする。処理空気はデシカントロータ73で除湿され、デシカントの水分吸着熱によって温度上昇される。その後第1の顕熱交換器74で再生空気と熱交換して冷却した後、加湿器77で加湿して空調空間78に供給する。この一方で、再生空気は外部空間から取り入れられ、前記第1の顕熱交換器74で処理空気と熱交換して温度上昇した後、熱供給機構76によって加熱して相対湿度を下げて、デシカントロータ73を通過させ、デシカントロータ73の水分を脱着再生する。再生後の再生空気の顕熱分は加熱前の再生空気と第2の顕熱交換器75で熱交換して回収した後、外部79に放出する。
Next, although the action (operation method) of humidity control using a dehumidifier will be specifically described, the present invention is not limited to this.
FIG. 3 shows a conceptual diagram of a desiccant air conditioner as an example of a dehumidifier. The desiccant air conditioner includes a
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何等限定されるものではない。
[実施例1]
水47gと85%リン酸23gの混合物に、擬ベーマイト(25%水含有、コンデア製)12.6gを加えて攪拌した。これを3時間攪拌し、これに硝酸ガリウム8水和物8gを水51gに溶かした水溶液を加え、さらにトリエチルアミン14.2gを混合して3時間攪拌した。得られた反応原料混合物をテフロン(登録商標)製内筒の入った200ccのステンレス製オートクレーブに仕込み、静止状態で200℃で3時間反応させた。反応後、冷却し、デカンテーションにて上澄みを除いて、沈殿物を回収した。この沈殿物を水で3回洗浄した後、濾別し、120℃で乾燥した。その後、こうして得られたテンプレートが含まれたサンプル3gを採取し、縦型の石英焼成管に入れ、200ml/分の空気気流下、1℃/分で550℃まで昇温し、そのまま550℃で6時間焼成を行い、こうして得られた結晶性ガリウムアルミノフォスフェートのXRDを測定したところ、AFI型のいわゆるGAPO−5であった。また、塩酸水溶液で加熱溶解させ、ICP分析により元素分析を行ったところ、骨格構造のアルミニウム、リンとガリウムの合計に対する各成分の構成割合(モル比)は、ガリウムが3.7%、アルミニウムが45.5%、リンが50.8%であった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by the following Examples.
[Example 1]
To a mixture of 47 g of water and 23 g of 85% phosphoric acid, 12.6 g of pseudoboehmite (containing 25% water, manufactured by Condea) was added and stirred. This was stirred for 3 hours, and an aqueous solution obtained by dissolving 8 g of gallium nitrate octahydrate in 51 g of water was added thereto, and further 14.2 g of triethylamine was mixed and stirred for 3 hours. The obtained reaction raw material mixture was charged into a 200 cc stainless steel autoclave containing a Teflon (registered trademark) inner cylinder and reacted at 200 ° C. for 3 hours in a stationary state. After the reaction, the reaction mixture was cooled, the supernatant was removed by decantation, and the precipitate was recovered. The precipitate was washed three times with water, filtered off and dried at 120 ° C. Thereafter, 3 g of the sample containing the template thus obtained was collected, put into a vertical quartz fired tube, heated to 550 ° C. at 1 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, and kept at 550 ° C. After baking for 6 hours and measuring the XRD of the crystalline gallium aluminophosphate thus obtained, it was an AFI type GAPO-5. In addition, when the elemental analysis was performed by ICP analysis after heating and dissolving in an aqueous hydrochloric acid solution, the composition ratio (molar ratio) of each component with respect to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure was 3.7% for gallium and aluminum. It was 45.5% and phosphorus was 50.8%.
図4は、このゼオライトを吸着等温線測定装置(ベルソーブ18:日本ベル(株))により測定して得られた25℃における水蒸気吸着等温線である。なお、吸着等温線の測定は、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秒で行った。 FIG. 4 is a water vapor adsorption isotherm at 25 ° C. obtained by measuring this zeolite with an adsorption isotherm measuring apparatus (Belsorb 18: Nippon Bell Co., Ltd.). The measurement of the adsorption isotherm was performed at an air hot bath temperature of 50 ° C., an adsorption temperature of 25 ° C., an initial introduction pressure of 3.0 torr, an introduction pressure set point of 0, a saturated vapor pressure of 23.76 mmHg, and an equilibration time of 500 seconds.
図4から相対蒸気圧0.20付近において急激に水蒸気を吸着しており、相対蒸気圧範囲0.12〜0.25で相対蒸気圧が0.1変化した時の最大吸着量変化量は0.16g/gであり、相対蒸気圧範囲が0.14から0.22での吸着量変化は0.15g/gであることがわかる。この様な特性を有するGAPO−5は、本発明で用いる吸着材のうち、最も好ましいものの一つである。 From FIG. 4, water vapor is adsorbed suddenly in the vicinity of the relative vapor pressure of 0.20, and the maximum amount of adsorption change when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the relative vapor pressure range of 0.12 to 0.25 is 0. It can be seen that the change in adsorption amount is 0.15 g / g when the relative vapor pressure range is 0.14 to 0.22 in the range of 0.16 g / g. GAPO-5 having such characteristics is one of the most preferable adsorbents used in the present invention.
また、水蒸気の吸脱着においての構造変化を調べるために、in−situでのXRD測定を行った。下記の条件でのXRD測定を行った。
ゼオライトを下記装置内にセットし、湿度0%の窒素雰囲気下で室温(25℃)から150℃まで昇温速度5℃/minで昇温し、ゼオライトに吸着した水を脱離させた。その後、湿度0%の窒素雰囲気下で150℃から45℃まで降温速度5℃/minで降温して、45℃において脱着状態のXRDを測定した。その後、装置内に水蒸気を含む窒素を導入し、45℃における相対湿度70%での状態での水蒸気吸着状態のXRDを測定した。この結果を図6に示す。
In addition, in-situ XRD measurement was performed in order to examine the structural change during the adsorption and desorption of water vapor. XRD measurement was performed under the following conditions.
Zeolite was set in the following apparatus, and the temperature was raised from room temperature (25 ° C.) to 150 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min in a nitrogen atmosphere with a humidity of 0% to desorb water adsorbed on the zeolite. Thereafter, the temperature was decreased from 150 ° C. to 45 ° C. at a temperature decrease rate of 5 ° C./min in a nitrogen atmosphere with a humidity of 0%, and the XRD in a desorbed state was measured at 45 ° C. Thereafter, nitrogen containing water vapor was introduced into the apparatus, and XRD in a water vapor adsorption state at a relative humidity of 70% at 45 ° C. was measured. The result is shown in FIG.
XRD測定条件
装置:
RINT2000
Ultima+シリーズ
(リガク社製)
Goniometer Ultima+水平ゴニオメータ
Attachment X線DSC
Monochromater 固定モノクロメータ
Scanning Mode 2Theta/Theta
Scanning Type Continuos Scanning
X−Ray 40kV/50mA
発散スリット 1/2°
発散縦制限スリット 10mm
散乱スリット 1°
受光スリット 0.3mm
モノクロ受光スリット なし
XRD measurement conditions Equipment:
RINT2000
Ultimate + series (Rigaku)
Goniometer Ultimate + Horizontal goniometer Attachment X-ray DSC
Monochromator Fixed Monochromator Scanning Mode 2 Theta / Theta
Scanning Type Continuos Scanning
X-Ray 40kV / 50mA
Divergence slit 1/2 °
Divergence length restriction slit 10mm
Scattering slit 1 °
Receiving slit 0.3mm
Monochrome light receiving slit None
これから、水の吸脱着で構造がほとんど変化していない事がわかる。2θ=15度以下の最大ピークのピーク位置は吸脱着において0.08度の変化であった。
また、このゼオライトを以下に示す方法で耐久性テストを行った。
(耐久性テスト)
ゼオライトを90℃に保たれた真空容器内に入れ、80℃の飽和水蒸気雰囲気と5℃の飽和水蒸気雰囲気にそれぞれ90秒曝す操作を繰り返した。80℃の飽和水蒸気雰囲気に曝される事により、ゼオライトに水が吸着し、5℃の飽和水蒸気雰囲気で吸着したものの大半が脱着し、5℃に保った水だめに移動する。これを1,000回繰り返した。
この耐久性テストの前後において、上記の条件で25℃の吸着等温線を測定し、変化を調べた。その結果、相対湿度0.25における吸着量は耐久性テスト後は耐久性テスト前の75%であり、変化は小さかった。
From this, it can be seen that the structure has hardly changed due to the adsorption and desorption of water. The peak position of the maximum peak at 2θ = 15 degrees or less was a change of 0.08 degrees in adsorption / desorption.
In addition, a durability test was performed on the zeolite by the following method.
(Durability test)
The operation of placing the zeolite in a vacuum vessel maintained at 90 ° C. and exposing it to a saturated steam atmosphere at 80 ° C. and a saturated steam atmosphere at 5 ° C. for 90 seconds was repeated. By being exposed to a saturated water vapor atmosphere at 80 ° C., water is adsorbed on the zeolite, and most of the adsorbed in the saturated water vapor atmosphere at 5 ° C. is desorbed and moves to a water reservoir maintained at 5 ° C. This was repeated 1,000 times.
Before and after this durability test, the adsorption isotherm at 25 ° C. was measured under the above conditions to examine the change. As a result, the adsorption amount at a relative humidity of 0.25 was 75% after the durability test and before the durability test, and the change was small.
[比較例1]
水38.4gと85%リン酸17.6gの混合物に、擬ベーマイト(25%水含有、コンデア製)10.3gをゆっくりと加えて攪拌した。これを3時間攪拌し、これに水36.6gを加え、さらにトリエチルアミン11.6gを混合して3時間攪拌し、以下の組成を有する反応原料混合物を得た。
[Comparative Example 1]
To a mixture of 38.4 g of water and 17.6 g of 85% phosphoric acid, 10.3 g of pseudoboehmite (containing 25% water, manufactured by Condea) was slowly added and stirred. The mixture was stirred for 3 hours, 36.6 g of water was added thereto, 11.6 g of triethylamine was further mixed and stirred for 3 hours, and a reaction raw material mixture having the following composition was obtained.
Al2 O3 :P2 O5 :1.5トリエチルアミン:60H2 O
上記の反応原料混合物をテフロン(登録商標)製内筒の入った200ccのステンレス製オートクレーブに仕込み、静置状態で200℃で12時間反応させた。反応後冷却して、デカンテーションにより上澄みを除いて、沈殿物を回収した。その沈殿物を水で3回洗浄した後濾別し、120℃で乾燥した。こうして得られたテンプレートが含まれたサンプル3gを採取し、縦型の石英焼成管に入れ、200ml/分の空気気流下、1℃/分で550℃まで昇温し、そのまま550℃で6時間焼成を行った。こうして得られた結晶性アルミノフォスフェートのXRDを測定したところ、AFI型のいわゆるAlPO−5(骨格構造にAl、Pを含有)であった。
Al 2 O 3 : P 2 O 5 : 1.5 Triethylamine: 60H 2 O
The reaction raw material mixture was charged into a 200 cc stainless steel autoclave containing a Teflon (registered trademark) inner cylinder, and allowed to react at 200 ° C. for 12 hours in a stationary state. After the reaction, the reaction mixture was cooled, the supernatant was removed by decantation, and the precipitate was collected. The precipitate was washed three times with water, filtered off and dried at 120 ° C. A 3 g sample containing the template thus obtained was collected, placed in a vertical quartz fired tube, heated to 550 ° C. at 1 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, and kept at 550 ° C. for 6 hours. Firing was performed. When the XRD of the crystalline aluminophosphate thus obtained was measured, it was an AFI type so-called AlPO-5 (the framework structure contains Al and P).
図5は、このゼオライトを吸着等温線測定装置(ベルソーブ18:日本ベル(株))により測定して得られた25℃における水蒸気吸着等温線である。なお、吸着等温線の測定は、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秒で行った。 FIG. 5 is a water vapor adsorption isotherm at 25 ° C. obtained by measuring this zeolite with an adsorption isotherm measuring apparatus (Belsorb 18: Nippon Bell Co., Ltd.). The measurement of the adsorption isotherm was performed at an air hot bath temperature of 50 ° C., an adsorption temperature of 25 ° C., an initial introduction pressure of 3.0 torr, an introduction pressure set point of 0, a saturated vapor pressure of 23.76 mmHg, and an equilibration time of 500 seconds.
図5から、相対蒸気圧範囲0.12〜0.25の吸着量変化量は0.03g/gしかないことがわかる。この様な特性を有するAlPO−5は、本発明の吸着材に適しない。 FIG. 5 shows that the amount of change in the adsorption amount in the relative vapor pressure range of 0.12 to 0.25 is only 0.03 g / g. AlPO-5 having such characteristics is not suitable for the adsorbent of the present invention.
[比較例2]
擬ベーマイト8.16gに水20gを加えたものを攪拌しながら、85%リン酸13.8gに水20gを加えた溶液を滴下して加えたのち、2時間攪拌を続けた。これに、DPA(ジプロピルアミン)6.6gを滴下して加え、2時間攪拌した。これの半分の量の出発混合物を、テフロン(登録商標)で内張りされた100mlACに仕込み、110℃で4日間水熱合成を行った。これを濾過、水洗、乾燥してXRDを測定すると、AlPO−C(APC)構造であった。
これを空気気流下260℃で6時間焼成した後、XRDを測定すると、AlPO−D(APD)であった。
これの水蒸気吸脱着での構造変化を調べる為、実施例1と同じ条件で測定を行った。その結果を図7に示した。これから、吸脱着でXRDピーク位置が変化し、吸着状態ではAlPO−H6、脱着状態ではAlPO−Dの構造であり、構造変化が生じている事がわかる。2θ=15度以下の最大ピークのピーク位置は吸脱着において0.34度変化した。
[Comparative Example 2]
While a solution obtained by adding 20 g of water to 8.16 g of pseudoboehmite was added dropwise, a solution obtained by adding 20 g of water to 13.8 g of 85% phosphoric acid was added dropwise, and stirring was continued for 2 hours. To this, 6.6 g of DPA (dipropylamine) was added dropwise and stirred for 2 hours. Half of this starting mixture was charged into 100 ml AC lined with Teflon (registered trademark) and subjected to hydrothermal synthesis at 110 ° C. for 4 days. When this was filtered, washed with water, dried and XRD was measured, it was an AlPO-C (APC) structure.
When this was calcined at 260 ° C. for 6 hours under an air stream and then XRD was measured, it was AlPO-D (APD).
In order to examine the structural change in the water vapor adsorption and desorption, the measurement was performed under the same conditions as in Example 1. The results are shown in FIG. From this, it can be seen that the XRD peak position is changed by adsorption / desorption, and the structure is AlPO-H6 in the adsorbed state and AlPO-D in the desorbed state. The peak position of the maximum peak at 2θ = 15 degrees or less changed by 0.34 degrees during adsorption / desorption.
次に、実施例1と同じ方法で耐久性テストを行った。同様に25℃の吸着等温線で耐久テスト前後の相対湿度0.25での吸着量を比較すると、耐久テスト後はテスト前の28%に大きく低下した。すなわち、吸脱着の繰り返しにより、構造が大きく壊れており、安定性に問題がある事がわかる。これから、吸脱着で構造変化するものは、耐久性に問題があり不適当であることが確かめられた。 Next, a durability test was performed in the same manner as in Example 1. Similarly, when the adsorption amount at a relative humidity of 0.25 before and after the durability test is compared with an adsorption isotherm of 25 ° C., it greatly decreased to 28% after the durability test. That is, it can be seen that the structure is greatly broken by repeated adsorption and desorption, and there is a problem in stability. From this, it was confirmed that the structure that changes in structure due to adsorption / desorption has a problem in durability and is inappropriate.
上述のように、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現できる。 As described above, since the adsorbent used in the present invention changes more in the same relative vapor pressure range than the conventional silica gel and zeolite, more dehumidification is achieved by using an adsorbent having substantially the same weight. An effect can be expressed.
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)
61 吸着部
62 空気経路
63 熱供給機構
71 処理空気経路
72 再生空気経路
73 デシカントロータ
74、75 顕熱交換器
76 熱供給機構
77 加湿器
DESCRIPTION OF
42 Cold water piping (exit)
51 Cooling water piping (inlet)
52 Cooling water piping (exit)
61
Claims (12)
前記吸着材が、骨格構造にアルミニウムとリンとガリウムとを含むゼオライトからなり、ゼオライトのフレームワーク密度が16.0T/1,000Å3より大きく、19.0T/1,000Å3 以下であり、水蒸気の吸着状態と脱着状態のXRD測定で2θ=15度以下の最大ピークのピークトップの位置の吸着状態と脱着状態との相違が、2θで表した場合に0.2度以下となり、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有する、International Zeolite Association (IZA)が定めるコードにおいてAFI構造を有するゼオライトであり、かつ
前記吸脱着部の再生工程で50℃以上80℃以下の熱媒を供給して吸着材に吸着している吸着質を脱着させ、吸着工程の吸着塔を30〜40℃に冷却して吸着質を吸着させること、を特徴とする吸着ヒートポンプの運転方法。 An adsorption / desorption part having an adsorbent for adsorbing and desorbing the adsorbate, an evaporation part for evaporating the adsorbate connected to the adsorption / desorption part, and a condensing part for condensing the adsorbate connected to the adsorption / desorption part An operation method of an adsorption heat pump comprising:
The adsorbent consists of a zeolite containing aluminum and phosphorus and gallium in the skeleton structure, the framework density of the zeolite is greater than 16.0T / 1,000Å 3, and at 19.0T / 1,000Å 3 or less, the water vapor The difference between the adsorption state and the desorption state at the peak top position of the maximum peak of 2θ = 15 degrees or less in XRD measurement of the adsorption state and the desorption state is 0.2 degrees or less when expressed in 2θ, and at 25 ° C. In the measured water vapor adsorption isotherm, when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the range of 0.12 or more and 0.25 or less, the change in the amount of adsorption of water is 0.12 g / g or more. to have a, International zeolite Association (IZA) is zeolite having the AFI structure in code stipulated, and 50 ° C. or higher 80 ° C. or less of the heat medium in the regeneration step of the adsorption-desorption unit Supplied to desorb the adsorbate adsorbed on the adsorbent, the method of operating the adsorption heat pump according to claim, be adsorbed adsorbate by cooling the adsorption tower of the adsorption step to 30 to 40 ° C..
0.001≦x≦0.3 ・・・(1)
(式中、xは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムとの合計に対するガリウムのモル比を示す)
0.3≦y≦0.6 ・・・(2)
(式中、yは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムとの合計に対するアルミニウムのモル比を示す)
0.3≦z≦0.6 ・・・(3)
(式中、zは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムとの合計に対するリンのモル比を示す)
で表される原子の存在割合を有するものであることを特徴とする請求項1に記載の吸着ヒートポンプの運転方法。 Zeolite containing aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure is represented by the following formulas (1), (2) and (3)
0.001 ≦ x ≦ 0.3 (1)
(Wherein x represents the molar ratio of gallium to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeletal structure)
0.3 ≦ y ≦ 0.6 (2)
(Wherein y represents the molar ratio of aluminum to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure)
0.3 ≦ z ≦ 0.6 (3)
(Wherein z represents the molar ratio of phosphorus to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure)
The operation method of the adsorption heat pump according to claim 1, which has an abundance ratio of atoms represented by:
0.001≦x≦0.3 …(4)
0.3 ≦y≦0.6 …(5)
0.3 ≦z≦0.6 …(6)
(式中、x、yおよびzは、それぞれ骨格構造に含まれるアルミニウム、リンおよびガリウムの原子の合計に対するアルミニウム、リンおよびガリウムの原子の割合を示す) An adsorption / desorption part having an adsorbent for adsorbing and desorbing the adsorbate, an evaporation part for evaporating the adsorbate connected to the adsorption / desorption part, and a condensing part for condensing the adsorbate connected to the adsorption / desorption part a suction pump having bets, the temperature of the heat medium to be heated when reproducing the adsorbent to desorb the adsorbate from the adsorbent and 50 ° C. or higher 80 ° C. or less, the adsorbent skeleton structure to consist zeolite containing aluminum and phosphorus and gallium, the framework density of greater 19.0T / 1,000Å 3 the range from 16.0T / 1,000Å 3, water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C. The line has a region where the relative vapor pressure is 0.12 or more and 0.25 or less, and when the relative vapor pressure is changed by 0.1, the water adsorption amount change is 0.12 g / g or more, and Aluminum contained in the skeletal structure An adsorption heat pump characterized in that, and phosphorus and gallium are zeolites having an AFI structure in a code defined by the International Zeolite Association (IZA) satisfying the following formulas (4), (5) and (6):
0.001 ≦ x ≦ 0.3 (4)
0.3 ≦ y ≦ 0.6 (5)
0.3 ≦ z ≦ 0.6 (6)
(Wherein, x, y, and z represent the ratio of aluminum, phosphorus, and gallium atoms to the total of aluminum, phosphorus, and gallium atoms contained in the skeleton structure, respectively)
前記吸着材が骨格構造にアルミニウムとリンとガリウムとを含むゼオライトからなり、
ゼオライトのフレームワーク密度が16.0T/1,000Å3 より大きく、19.0T/1,000Å3 以下であり、水蒸気の吸着状態と脱着状態のXRD測定で2θ=15度以下の最大ピークのピークトップの位置の吸着状態と脱着状態との相違が、2θで表した場合に0.2度以下となり、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有するInternational Zeolite Association (IZA)が定めるコードにおいてAFI構造を有するゼオライトであり、かつ前記吸脱着部に熱供給機構から80℃以下の熱を吸着部に供給して吸着材を再生させること、を特徴とする調湿空調装置の動作方法。 An operation method of a humidity control air conditioner having an adsorption / desorption part having an adsorbent capable of adsorbing and desorbing adsorbate, and a heat supply mechanism for regenerating the adsorbent,
The adsorbent is made of zeolite containing aluminum, phosphorus and gallium in a skeleton structure,
Framework density of the zeolite is greater than 16.0T / 1,000Å 3, 19.0T / 1,000Å 3 or less, a peak of 2 [Theta] = 15 degrees or less of the maximum peak in the XRD measurement of the desorption state and the adsorption state of the water vapor The difference between the adsorption state and the desorption state at the top position is 0.2 degrees or less when expressed in 2θ, and the relative vapor pressure is 0.12 or more and 0.25 or less in the water vapor adsorption isotherm measured at 25 ° C. A zeolite having an AFI structure in a code defined by the International Zeolite Association (IZA) having a relative vapor pressure range of 0.12 g / g or more when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the range; And the operation | movement method of a humidity control air conditioner which regenerates an adsorbent by supplying the heat | fever below 80 degreeC to a adsorption | suction part to the adsorption / desorption part from a heat supply mechanism.
0.001≦x≦0.3 ・・・(1)
(式中、xは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムとの合計に対するガリウムのモル比を示す)
0.3≦y≦0.6 ・・・(2)
(式中、yは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムとの合計に対するアルミニウムのモル比を示す)
0.3≦z≦0.6 ・・・(3)
(式中、zは骨格構造のアルミニウムとリンとガリウムとの合計に対するリンのモル比を示す)
で表される原子の存在割合を有するものである請求項6又は7に記載の調湿空調装置の動作方法。 Zeolite containing aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure is represented by the following formulas (1), (2) and (3)
0.001 ≦ x ≦ 0.3 (1)
(Wherein x represents the molar ratio of gallium to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeletal structure)
0.3 ≦ y ≦ 0.6 (2)
(Wherein y represents the molar ratio of aluminum to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure)
0.3 ≦ z ≦ 0.6 (3)
(Wherein z represents the molar ratio of phosphorus to the total of aluminum, phosphorus and gallium in the skeleton structure)
The operation method of the humidity control air conditioner according to claim 6 or 7 , wherein the operation ratio of the humidity control air conditioner is represented by:
前記吸着材を再生させるために前記吸脱着部へ前記熱供給機構から供給される熱の温度が80℃以下であり、
前記吸着材が、骨格構造にアルミニウムとリンとガリウムとを含むゼオライトからなり、そのゼオライトのフレームワーク密度が16.0T/1,000Å3 より大きく、19.0T/1,000Å3 以下であり、水蒸気の吸着状態と脱着状態のXRD測定で2θ=15度以下の最大ピークのピークトップの位置の吸着状態と脱着状態との相違が、2θで表した場合に0.2度以下となり、25℃で測定した水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.12以上0.25以下の範囲で相対蒸気圧が0.1変化したときに水の吸着量変化が0.12g/g以上の相対蒸気圧域を有し、かつ骨格構造に含まれるアルミニウム、リン、およびガリウムが下記式(4)(5)および(6)を満足するものであるInternational Zeolite Association (IZA)が定めるコードにおいてAFI構造を有するセオライトであること、を特徴とする調湿空調装置。
0.001≦x≦0.3 …(4)
0.3 ≦y≦0.6 …(5)
0.3 ≦z≦0.6 …(6)
(式中、x、yおよびzは、それぞれ骨格構造に含まれるアルミニウム、リンおよびガリウムの原子の合計に対するアルミニウム、リンおよびガリウムの原子の割合を示す) A humidity control air conditioner having an adsorption / desorption portion provided with an adsorbent, and a heat supply mechanism to the adsorption / desorption portion,
In order to regenerate the adsorbent, the temperature of heat supplied from the heat supply mechanism to the adsorption / desorption part is 80 ° C. or less,
The adsorbent is made of zeolite containing aluminum, phosphorus and gallium in a skeleton structure, and the zeolite has a framework density of more than 16.0T / 1,000Å3 and less than 19.0T / 1,000Å3 , The difference between the adsorption state and the desorption state at the peak top position of the maximum peak of 2θ = 15 degrees or less in XRD measurement in the adsorption state and the desorption state is 0.2 degrees or less when expressed in 2θ, and measured at 25 ° C. In the water vapor adsorption isotherm, when the relative vapor pressure changes by 0.1 in the range of 0.12 to 0.25, the change in the amount of water adsorption is 0.12 g / g or more. Defined by the International Zeolite Association (IZA) in which aluminum, phosphorus, and gallium included in the skeleton structure satisfy the following formulas (4), (5), and (6) A humidity control air conditioner characterized in that the cord is a theolite having an AFI structure .
0.001 ≦ x ≦ 0.3 (4)
0.3 ≦ y ≦ 0.6 (5)
0.3 ≦ z ≦ 0.6 (6)
(Wherein, x, y, and z represent the ratio of aluminum, phosphorus, and gallium atoms to the total of aluminum, phosphorus, and gallium atoms contained in the skeleton structure, respectively)
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