吸着式ヒートポンプ
【課題】ゼオライトと有機バインダーを含む塗膜を設けてなる吸着素子を用いた熱交換器を使用した吸着式ヒートポンプであって、装置内に発生した酸の中和手段を有した吸着式ヒートポンプを提供する。
【解決手段】吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する吸着式ヒートポンプであって、該吸脱着器は、熱交換器と、該熱交換器によって加熱可能な吸着素子とを有しており、該吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜とを有しており、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が存在している吸着式ヒートポンプ。
【解決手段】吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する吸着式ヒートポンプであって、該吸脱着器は、熱交換器と、該熱交換器によって加熱可能な吸着素子とを有しており、該吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜とを有しており、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が存在している吸着式ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着材としてゼオライトを用いた吸着式ヒートポンプであって、該吸着材のゼオライトの劣化、及び該吸着式ヒートポンプに用いる吸着素子や装置の腐食の発生を抑制した、高性能で性能の安定性に優れる吸着式ヒートポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリカゲルやゼオライトなどの吸着材を、基材上に塗布、又は充填した吸着素子が知られており、このような吸着素子を用いた熱交換器がデシカント空調や吸着式ヒートポンプに利用されている。
【０００３】
基材となるシートや熱交換器のフィンに吸着材を密着させるために、バインダーが用いられる。このバインダーは、水ガラスやシリケート、リン酸アルミニウム等の無機バインダーと、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の有機バインダーとに大別される。
【０００４】
有機バインダーを用いることにより、シートやフィンに吸着材が強固に接着される。特許文献１には、アルミニウムフィンに粘着性のアクリルバインダーを塗布し、その表面に２０〜３５メッシュ（粒径が約４５０〜８５０μｍ）の粉体状シリカゲルを付着させた吸着式冷凍機の熱交換部材が記載されている。
【０００５】
特許文献２及び３には、ガラス転移温度（Ｔｇ）が３５℃以上の樹脂バインダー、具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂や、酢酸ビニル樹脂等のバインダーを用いてＡＬＰＯ系ゼオライトを付着させた吸着シート及び素子が記載されている。この素子を用いた熱交換器を有する吸着式ヒートポンプ及びデシカント空調装置も記載されている。
【０００６】
特許文献１〜３に記載される有機バインダーを用いた吸着素子を内蔵した吸着式ヒートポンプにあっては、特許文献４に記載されているように、有機バインダーの熱分解物や、有機バインダーに含まれている低分子量物がガスとして放出され、ヒートポンプの機能が損なわれることがある。
【０００７】
無機バインダーを用いた吸着素子を内蔵した吸着式ヒートポンプにあっては、アルミニウム等の金属材料の腐食による水素放出や、アルカリ炭酸塩からの二酸化炭素の放出が起こりやすく、これにより吸着式ヒートポンプの出力が低下することがある。
【０００８】
特許文献５には、耐熱性が改良されアウトガスの少ないエポキシ樹脂バインダーが記載されている。この有機バインダーを用いることにより、有機バインダーからのガス放出による内圧低下が防止される。しかしながら、一部の有機成分が長期にわたって徐々に加水分解して酸が生成し、装置内部が腐食する。
【０００９】
特許文献１〜３に記載される吸着素子は、吸着材と有機バインダーとで形成された塗膜よりなる吸着層の熱伝導率が低いため、これを用いた熱交換器の伝熱性能が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３０１４６９号公報
【特許文献２】特開２００７−１９０５４６号公報
【特許文献３】特開２００９−１０６７９９号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１０／０４０３３５号
【特許文献５】特開２０１１−２４０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、ゼオライトと有機バインダーを含む塗膜を設けてなる吸着素子を用いた熱交換器を使用した吸着式ヒートポンプであって、装置内に発生した酸の中和手段を有した吸着式ヒートポンプを提供することを目的とする。また、本発明は、その一態様において、伝熱性能が改善された吸着式ヒートポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは鋭意検討の結果、ゼオライトと有機バインダーを含む塗膜を設けてなる吸着素子を用いた熱交換器を使用した吸着式ヒートポンプのケーシング内の水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、特定の水酸化物の粒子或いは水和反応によりこの水酸化物を形成し得る粒子を存在させることによって、有機バインダーに由来する酸が中和されることを見出した。また、この粒子を塗膜内に存在させた場合には、該塗膜の熱伝導率が向上することができることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づいて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
［１］ 吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する吸着式ヒートポンプであって、該吸脱着器は、熱交換器と、該熱交換器によって加熱又は冷却可能な吸着素子とを有しており、該吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜とを有しており、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が存在している吸着式ヒートポンプ。
【００１５】
［２］ 前記粒子が、該水酸化物の脱水物を含んでいることを特徴とする［１］に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１６】
［３］ 前記水酸化物の脱水物が酸化物であることを特徴とする［２］に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１７】
［４］ 前記水酸化物が水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、および水酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする［１］ないし［３］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１８】
［５］ 前記粒子の少なくとも一部が、酸化マグネシウムである［１］ないし［４］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１９】
［６］ 前記凝縮器及び蒸発器が一体型である［１］ないし［５］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２０】
［７］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記熱交換器の前記塗膜中に存在している［１］ないし［６］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２１】
［８］ 前記熱交換器の塗膜中の水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子の量が、１０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下である［７］に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２２】
［９］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記塗膜以外の場所で、かつ吸着質である水蒸気の流路の少なくとも一部に存在している［１］ないし［６］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２３】
［１０］ 前記熱交換器は、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含まない第１の塗膜と、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含む第２の塗膜とを有する［１］ないし［６］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２４】
［１１］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を収容した容器が設置されている［１］ないし［１０］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２５】
［１２］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が水蒸気流通用配管に配置されている［１］ないし［１１］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２６】
［１３］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記吸着質に対して０．１ｗｔ％以上の量存在してなる［１］ないし［１２］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の吸着式ヒートポンプにあっては、有機バインダーの加水分解で発生した酸が、水酸化物又は水和反応によって水酸化物を形成する粒子によって中和されるため、酸によるゼオライトの劣化や、装置の腐食が抑制される。これにより、ゼオライトの吸着性能を長期に亘り維持すると共に、装置内の環境を最適な状態に保つことが出来る。
【００２８】
該粒子、ゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜は、該粒子の熱伝導率が高いので、塗膜の熱伝導率が向上し、吸着式ヒートポンプを小型化したり高性能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一般的な吸着式ヒートポンプの構成例を示す系統図である。
【図２】実施の形態に係る吸着式ヒートポンプの吸脱着器内の吸着素子の構成図である。
【図３】図２の吸着素子の一部の断面斜視図である。
【図４】酸トラップ器の断面図である。
【図５】酸トラップ器の設置例を示す断面図である。
【図６】別の酸トラップ器の設置例を示す断面図である。
【図７】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図８】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図９】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１０】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１１】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１２】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１３】実施例で用いた実験装置を示す模式的断面図である。
【図１４】実施例で用いた実験装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態の例について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
本発明の吸着式ヒートポンプ(以下、単に「ヒートポンプ」と称す場合がある。)は、駆動源として熱を用い、熱媒体（冷媒或いは熱媒）として水(水蒸気)を用いる。本発明の吸着式ヒートポンプは、吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する。凝縮器と蒸発器とは併用（一体化）されていてもよい。該吸脱着器は熱交換器と、該熱交換器によって加熱又は冷却される吸着素子とを有する。この吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜を有する。吸着式ヒートポンプのケーシング中の水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子(以下、「酸トラップ粒子」と称す場合がある。)が存在する。
【００３２】
＜酸トラップ粒子＞
本発明において、酸の中和機能を担うのは酸トラップ粒子である。酸トラップ粒子は、有機バインダーの加水分解で発生した酢酸やギ酸等のカルボン酸を中和することができ、しかも中和反応で水以外のガスが発生することはなく、このため、吸着式ヒートポンプ内の真空度を低下させることがない。
【００３３】
ただし、水への溶解度の大きい水酸化物は塩基性が強く、周囲のゼオライトの破壊や、熱交換器のフィンの腐食を引き起こす。このような水酸化物は、潮解するものも多く、粒子の形状を失い、塗膜の空隙を埋めて、塗膜中の水蒸気拡散を妨げる懸念がある。水への溶解度の大きい水酸化物は塗膜を形成するための水系スラリー中で粒子の形状を維持できず、中和機能を発揮できない問題もある。
【００３４】
よって、本発明では、酸トラップ粒子として、２０℃の水に対する溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下の水難溶性の水酸化物及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を用いる。この溶解度は、２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下であればよいが、より好ましくは１５ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下、特に好ましくは１０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である。ただし、水に対する溶解度が過度に低いものは、酸の中和効果も低いため、通常０．５ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以上である。
【００３５】
上記の溶解度の条件を満たす水酸化物のうち、粒子での入手が容易なことから、水酸化物の粒子としては水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛等の水酸化物粒子が好ましい。これらの酸トラップ粒子は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３６】
また、本発明で用いる酸トラップ粒子は、その水酸化物の脱水物である酸化物を含んでいることが好ましい。これは、一般に、水酸化物よりも、その脱水物である酸化物の方が、熱伝導率が高いため、酸トラップ粒子が脱水物を含むことにより、塗膜の熱伝導率を効率的に高めることが可能となることによる。従って、例えば、酸トラップ粒子が水酸化マグネシウムの粒子とする場合、酸化マグネシウム粒子を使用し、少なくともその一部が水酸化マグネシウムであるのが好ましい。このような水酸化マグネシウムとしては、酸化マグネシウムに意図的に添加したもの、或いは酸化マグネシウムが水和反応により変化したものが挙げられる。また、同様に、酸トラップ粒子が水酸化アルミニウムであればアルミナやベーマイトを、水酸化亜鉛であれば酸化亜鉛を含んでいることが好ましい。
【００３７】
吸着式ヒートポンプの内部に酸トラップ粒子を設置する場合、水酸化マグネシウム等の水酸化物は空気中の二酸化炭素を吸収し、炭酸塩となっている場合があり、この炭酸塩は吸着式ヒートポンプ内で二酸化炭素を除々に放出して出力低下を起こすことがある。酸トラップ粒子として酸化物粒子を使用すると、表面が吸着式ヒートポンプ内の使用環境下で水和反応により水酸化物となり、かつ上記炭酸塩を形成するリスクが減るので、好適である。
【００３８】
このように脱水物を含む酸トラップ粒子の場合、酸中和反応速度の観点から、気相と接触する表層部が水酸化物であることが好ましく、熱伝導の観点からは、粒子のコア部分が脱水物である粒子が好ましい。このような粒子は、酸化物の粒子に水を反応させ、表面を水酸化物に転化させることで得ることができる。このような粒子は、酸化物粒子を用いて吸着素子を作製した後に、使用環境中にて自然に表面が水酸化されることで得られたものが好ましい。
【００３９】
本発明で用いる酸トラップ粒子の熱伝導率は、５Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であることが好ましく、１０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であることがより好ましい。酸化マグネシウムや酸化亜鉛の熱伝導率は４５〜６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）であることから、酸トラップ粒子がこれらの脱水物を含むことで、塗膜の熱伝導率を効率的に高めることが出来る。なお、酸トラップ粒子の熱伝導率の上限には特に制限はないが、通常１００Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下である。
【００４０】
酸トラップ粒子の粒子径は、酸中和速度の観点からは小さいほうがよいが、熱伝導の観点からは大きい方がよく、平均粒子径として１〜３００μｍが好ましく、５〜１００μｍがより好ましい。酸トラップ粒子の平均粒子径はレーザー回折・散乱法により求めた値である。
【００４１】
［酸トラップ粒子の設置形態］
本発明の吸着式ヒートポンプは、このような酸トラップ粒子を、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に存在させたものである。酸トラップ粒子は、熱交換器の吸着素子の基材上にゼオライトと有機バインダーを用いて形成された塗膜中に存在させてもよい。この場合、ゼオライトと酸トラップ粒子とが長時間接触するとゼオライトを劣化させる恐れがあるので、ゼオライトと酸トラップ粒子とを接触させないようにすることが好ましい。
【００４２】
ゼオライトと酸トラップ粒子とを接触させない形態としては、ゼオライトと有機バインダーとを含む層とは別に、酸トラップ粒子の層を形成する形態が挙げられる。例えば、基材上に、酸トラップ粒子層と、ゼオライトと有機バインダーとを含む塗膜層とを積層した吸着素子とすることもできる。その際の積層の順序は、酸トラップ粒子層が外側（表層側）の場合、塗膜層が外側の場合の何れでも良いが、酸トラップ粒子層が外側である場合は、吸着質である水(水蒸気)が塗膜層中のゼオライトに吸着されるのを阻害しないように、酸トラップ粒子層が水蒸気を透過するように、貫通孔が設けられているような構成とする必要がある。この場合、貫通孔を有する酸トラップ粒子層の形成方法には特に制限はなく、例えば、酸トラップ粒子層を塗膜層に密着させるために使用するバインダーと酸トラップ粒子の量比や、酸トラップ粒子の粒径を調整する等の公知の方法により貫通孔を有する層を形成することができる。
【００４３】
酸トラップ粒子層の形成に用いるバインダーは、有機系でも、無機系でも良く、例えばアクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の有機バインダーや、水ガラスやシリケート、リン酸アルミニウム等の無機バインダーを用いることができる。有機バインダーの場合は、ゼオライトを含む塗膜を構成する有機バインダーと同じものを用いるのが好ましい。
【００４４】
酸トラップ粒子の造粒物を、ゼオライトと有機バインダーとを含む塗膜間に充填することにより酸トラップ粒子を存在させてもよく、このようなものとして、基材上にゼオライトと有機バインダーの塗膜を形成した吸着素子同士の間に酸トラップ粒子の造粒物を充填したものが挙げられる。
【００４５】
本発明においては、吸着素子の塗膜以外の箇所に酸トラップ粒子を存在させてもよい。この場合の酸トラップ粒子の存在形態としては、例えば、吸着式ヒートポンプ内の一部に酸トラップ粒子含有塗膜を形成する形態、酸トラップ粒子の充填層を設ける等の形態が挙げられる。有機バインダーの加水分解で発生した酸は、吸着質である水蒸気に同伴して吸着式ヒートポンプ内を移送されるので、酸トラップ粒子の設置箇所は、水蒸気と十分接触可能な配置であれば特に限定されない。酸トラップ粒子の設置箇所としては、熱交換器が収容された耐圧ベッセル（チャンバー）内、凝縮器及び／又は蒸発器などが挙げられる。凝縮器と蒸発器とが別個に設けられ、これらが配管で接続された構成の吸着式ヒートポンプでは、該配管に酸トラップ粒子が配置されてもよい。
【００４６】
酸トラップ粒子を吸着素子の塗膜以外の箇所に存在させる場合は、その存在量の上限は特に制限はないが、下限は、吸着式ヒートポンプ内の吸着質である水(水蒸気)の量に対して、０．１ｗｔ％以上、好ましくは１ｗｔ％以上、より好ましくは５ｗｔ％以上、更に好ましくは１０ｗｔ％以上の量存在していることが望ましい。
【００４７】
本発明において、酸トラップ粒子は、好ましくは酸化マグネシウム粒子として吸着式ヒートポンプ内に設けられ、吸着式ヒートポンプの使用時に少なくとも一部（主に粒子表面）で加水分解が起きて水酸化マグネシウムとなるものとして使用されることが好ましい。以下の説明では、「酸トラップ粒子」を「水酸化マグネシウム」と記載して本発明の酸トラップ粒子の設置態様を説明するが、以下において、「水酸化マグネシウム」は、このように酸化マグネシウムとして設けられた、使用時に水和反応により水酸化マグネシウムになるものを含み、このようなものが本発明において好適である。
【００４８】
水酸化マグネシウムは粉体として設置されていてもよく、バインダーを用いて、ペレットやハニカムなどの形状に造粒ないし成形して凝集体として設置されてもよい。凝集体とすることにより取り扱い性を高めることができる。
【００４９】
水酸化マグネシウム等の酸トラップ粒子を造粒ないし成形して凝集体とする場合、その好適な大きさの範囲は、吸着式ヒートポンプ内の酸の発生量や発生速度によって異なるが、金属を腐食する前に速やかに酸を中和する観点から、凝集体は大きいほど好ましい。
【００５０】
凝集体中の酸トラップ粒子の量（ｇ）は、酸トラップ粒子の水酸化物或いは水和反応で生成する水酸化物の量が、少なくとも下式から求められる量があれば十分である。
［（吸着式ヒートポンプ内の有機バインダーの炭素量（ｇ））・（酸トラップ粒子の平均の分子量（ｇ／ｍｏｌ）)・０．０５）／（炭素の原子量（ｇ／ｍｏｌ）］・（酸トラップ粒子の平均の価数）
つまり、吸着式ヒートポンプ内の有機バインダ−の炭素原子の５％がギ酸に変化した場合でも、中和できる量の酸トラップ粒子が存在していれば十分である。
【００５１】
凝集体の形状は、凝集体の表面積が大きくなるようなものが好ましい。例えば、球形の場合は、粒径が小さい方がよい。凝集体及び、粉体の形状は、球形に限らず、表面に凹凸がある形状でもよい。このような表面凹凸のあるものであれば、酸含有蒸気との接触面積を大きくして酸の中和反応効率を高めることができる。
【００５２】
凝集体の内部へ酸含有蒸気が拡散できると中和反応効率が向上することから、凝集体は空隙が多い多孔質体であることが好ましい。
【００５３】
凝集体の製造方法には特に制限はなく、酸トラップ粒子を、前述の酸トラップ粒子層の形成に用いるバインダーとして例示した無機、有機のバインダーを用いて常法に従って成形ないし造粒することにより製造することができる。
【００５４】
水酸化マグネシウム粉やその凝集体は、そのままで吸着式ヒートポンプ内に設置することもできるが、液状の水とは接触しないように配置することが好ましい。これは、液状の水と酸トラップ粒子を直接接触させると、塩基性となった液体の水が、吸着式ヒートポンプ内の金属部分へ流動してこれを腐食させるおそれがあるからである。このため、水酸化マグネシウム粉やその凝集体は適当な容器内に収容して設置してもよい。この容器は吸着式ヒートポンプ内に適当な箇所に載置する他、適当な箇所に吊り下げてもよい。
【００５５】
この容器は樹脂製であってもよいが、容器からのガス発生の抑制の観点からは、ガラス又は金属製であることが好ましく、加工性や、吸着式ヒートポンプ内での設置後の破壊に対する耐久性の点では、より好ましくは金属製が適しており、特に好ましくは、吸脱着器、凝縮器、蒸発器などの容器材質と同じものが好ましい。
【００５６】
この容器はパンチングメタルのような多孔質材や、網で形成されたものであってもよく、この場合には、容器内の水酸化マグネシウムに対して全方位から水蒸気が接触するようになる。吸着式ヒートポンプの運搬や設置などの傾きや衝撃で、吸着式ヒートポンプ内で移動して、吸着素子やバルブなどの他の部材を破壊しないように、この容器は設置箇所に固定されていることが望ましい。
【００５７】
各種の支持体に水酸化マグネシウムを付着させて吸着式ヒートポンプ内に設置してもよい。この「支持体」とは、熱交換器のフィン（後述の吸着素子の基体）や、熱交換器以外の場所に金属や繊維質の板、棒、シート、構造体などの水酸化マグネシウムを付着させて設置する「被付着体」となるものを示す。
【００５８】
支持体の形状には特に制限はなく、板状（平板状であってもよく、曲面や段差を有するものであってもよい）、球状、棒状、その他の各種の異形形状が挙げられる。例えば、このような形状の金属製の支持体の表面に水酸化マグネシウム層を設けることができる。
【００５９】
また、紙、金属、セラミック、ガラス、炭素製等の繊維質のシート（不織布や織布）に水酸化マグネシウムを含浸させたり、表面層として設けることもできる。
【００６０】
この支持体は立体的な構造体としてもよい。例えば、長方形のシートを円柱状に巻いて、管状としたものでもよい。より好ましくは、支持体をハニカム形状にしてその表面に形成する水酸化マグネシウム層の表面積を大きくしたものが挙げられる。
【００６１】
金属製の支持体に水酸化マグネシウム層を設けた場合、その支持体の一部を表出させておき、この支持体の表出部分が熱の伝達媒体をかねるようにしてもよい。このようにすることで、水酸化マグネシウム層の結露を防止することができる。この場合、支持体の表出部に吸着式ヒートポンプの駆動に要する熱媒（例えば温水、例えば冷却水の出口以降の熱媒）から熱を供給することができる。同様の観点から、管状の支持体の外表面に水酸化マグネシウム層を形成し、管内に熱媒を通すようにすることもできる。
【００６２】
これらの水酸化マグネシウムの粉体、凝集体、或いは水酸化マグネシウムを支持体に付着させたものの場合は、水酸化マグネシウムの飛散や、結露水の影響を抑えるため、水蒸気（気体）は透過するが、水（結露水、液体）は透過しないような素材、具体的には透湿防水フィルム（シート）等で覆うことも可能である。このような透湿防水フィルム（シート）の例としては、商品名「ＫＴＦ」（三菱樹脂（株）製品）、「タイベック」（デュポン社製品）等が挙げられる。
【００６３】
気相中に水酸化マグネシウムを存在させる際に、水酸化マグネシウムに液体の水が付着してその水が、水酸化マグネシウムの存在する容器の外にこぼれないことが望ましい。これは、水酸化マグネシウムに接した水は、アルカリ成分を含む水となり、その水が飛散したり、気化したりすることで、吸着式ヒートポンプの構成材料である金属やゼオライトをおかす恐れがあるためである。より好ましくは、液体の水が水酸化マグネシウムに触れない構造がよい。
【００６４】
また、結露防止のために、例えば、水酸化マグネシウムの存在する容器や水酸化マグネシウムが、気相中において、水蒸気のあるその空間と同じ温度以上であることが好ましい。そのための水酸化マグネシウムの設置方法は、吸着素子と同等温度が供給される構造がよい。吸着素子としての吸着脱着効率のよさから、塗布型熱交換器が提案されているが、その場合は、吸脱着器内に設ける場合、フィンの一部が、吸着材層ではなく水酸化マグネシウム層からなることが好ましい。
【００６５】
容器は、水酸化マグネシウムに液体の水が付着した場合、その水が、水酸化マグネシウムを収容する容器内にとどまる構造を有することが望ましい。そのため、水酸化マグネシウムを保持する容器は、容器の底に水がたまる空間を有することが好ましい。
【００６６】
吸着式ヒートポンプにおいて、凝縮器と吸脱着器との連結、蒸発器と吸脱着器との連結が、バルブだけではなく、配管などによって細かくなった形状の場合、その途中の水蒸気の経路に水酸化マグネシウムを設置してもよい。この場合、水酸化マグネシウムの部位のみ単独でメンテナンスができるように、水酸化マグネシウム設置部の上流側及び／又は下流側の両方にバルブを取り付けてもよい。
【００６７】
［吸着素子］
本発明で使用する吸着素子は、基材上に、吸着層となる、ゼオライトと有機バインダーとを含む塗膜を設けてなるものであり、本発明の特徴である酸トラップ粒子は、該塗膜中に存在させることができる。ただし、酸トラップ粒子は、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に存在させてあればよく、必ずしもこの塗膜中に含有されていなくてもよい。
【００６８】
＜基材＞
吸着素子の塗膜の被着体である基材の形状は特に限定されず、シート状、板状、又はプレートフィン型、エロフィンチューブ型、コルゲート型など、既存の熱交換器に適用されるものを特に制限なく使用できる。また、その材質も特に制限は無く、金属、セラミックス、グラファイト、樹脂、その他ＣＦＲＰなどの複合材などのいずれも使用することが出来る。
【００６９】
＜ゼオライト＞
吸着素子の塗膜に使用されるゼオライトは、吸着式ヒートポンプ、デシカント空調等の用途に使用できるゼオライトであれば特に制限はなく、合成ゼオライトであっても天然ゼオライトであってもよい。
【００７０】
ゼオライトとしては、容易に吸着し且つ低温域で容易に脱着し得るアルミノシリケート類、アルミノフォスフェート類が特に好ましい。このようなゼオライトとしては、骨格構造に少なくともＡｌとＰを含む結晶性アルミノフォスフェート類（ＡＬＰＯ系ゼオライト）があり、International Zeolite Association（ＩＺＡ）が定める骨格構造を示すコードで、ＣＨＡ型やＡＦＩ型が好ましく、例えば、具体的にはＳＡＰＯ−３４、ＦＡＰＯ−５、ＡＬＰＯ−５、特公平１−５７０４１号、特開２００３−１８３０２０号、特開２００４−１３６２６９号等の公報に記載された公知の合成法に従って製造されたシリコアルミノフォスフェート（ＳＡＰＯ）等のＡＬＰＯ系ゼオライトを好ましく使用することが出来る。ゼオライトは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００７１】
ゼオライトは、その粒子径が小さいほどその比表面積が大きくなることにより、吸着速度が向上するが、小さすぎると、塗膜形成のための有機バインダーの必要量の増加や、ゼオライト表面の被覆割合の増大などの問題が起こる。よって、ゼオライトの平均粒子径は、１〜１００μｍの範囲が好ましく、スラリーを塗布することで塗膜を形成する場合は、スラリー中でのゼオライトの沈降防止の観点から、１〜２０μｍの範囲であることが特に好ましい。
【００７２】
ここで、ゼオライトの平均粒子径はレーザー回折・散乱法により求めた値である。
【００７３】
＜有機バインダー＞
吸着素子の塗膜に使用される有機バインダーは、実用上必要な耐熱性や接着性を満たしていれば特に制限はない。有機バインダーとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル、ポリエーテルサルフォン、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、シリコーン樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリオレフィン、ポリスチレン、ラテックス、セルロース、マレイミド化合物等が挙げられる。有機バインダーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００７４】
吸着素子の形態や被着体の種類によって、最適な有機バインダーは異なるが、一般には塗膜の強度維持の観点から、硬化により凝集力を高められる熱硬化性の樹脂が好ましい。例えば、被着体が銅やアルミニウムなどの金属である場合は、有機バインダーとしてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの誘導体であることが好ましい。
【００７５】
これらの有機バインダーは溶剤等に希釈して用いてもよいが、ゼオライトの表面を露出させ、吸着阻害の少ない塗膜を得るという観点から、水系の乳化物（水系スラリー）として使用することが好ましい。
【００７６】
＜その他の添加剤＞
吸着素子の塗膜は、水酸化物粒子、ゼオライトおよび有機バインダー以外の各種の添加剤を含有することが可能である。例えば、塗膜形成時のハンドリング性向上や性能の安定化の目的で、レオロジー添加剤、界面活性剤、消泡剤、硬化剤、酸化防止剤、ｐＨ調整剤、防錆剤などの各種添加剤を含むことができる。
【００７７】
＜塗膜組成＞
吸着素子の塗膜におけるゼオライトの含有率は、６０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下が好ましい。塗膜のゼオライトの含有率が多すぎると、塗膜中の水酸化物粒子や有機バインダーが相対的に少なくなり、十分な熱伝導率向上効果、酸中和効果、及び塗膜の強度が得られ難い。一方、塗膜中のゼオライトが少なすぎると、十分な吸着量と吸着速度が得られ難い。
【００７８】
塗膜が酸トラップ粒子を含む場合、塗膜中の酸トラップ粒子の含有率は、その機能発現の観点から１０ｗｔ％以上が好ましく、ゼオライト及び有機バインダーの必要な含有率を確保する観点から、３０ｗｔ％以下が好ましい。
【００７９】
塗膜中の有機バインダーの含有率は、５〜３０ｗｔ％が好ましい。有機バインダーの含有率が少な過ぎると、十分な塗膜の強度を得られず、多過ぎると、塗膜の空隙率が減少し、吸脱着速度を低下させるので好ましくない。
【００８０】
＜塗膜の空隙率＞
該塗膜は多孔質であり、空隙率が３０％以上であることが好ましく、４０％以上がより好ましい。空隙率が小さすぎると、吸着層となる塗膜中の連通孔の割合が低くなり、吸着速度が低下するという問題が起こる。空隙率の上限については特に制限はないが、空隙が塗膜中の粒子間に出来るとすると、通常６０％以下である。塗膜の空隙率の測定方法としては、例えば、ゼオライトの細孔に入り込まないシリコーンオイルなどを塗膜に含浸させて、その含浸前後の重量変化から空隙率を求める液浸法が挙げられる。この方法は、空隙率がある程度大きい塗膜であれば、孔が連通孔となることから有効な測定方法である。
【００８１】
＜塗膜の厚み＞
本発明において、塗膜の厚みは、薄すぎると塗膜の熱伝導率向上の効果が小さくなり、ゼオライトの担持量も少なくなる。また、厚すぎるとクラックが発生しやすいという問題があるため、塗膜の厚みは１０μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましく、３０μｍ〜８００μｍの範囲がより好ましい。
【００８２】
＜塗膜形成方法＞
ゼオライト及び有機バインダーを含み、必要に応じてさらに酸トラップ粒子を含む塗膜は、ゼオライトと有機バインダーと、必要に応じて酸トラップ粒子を所定の割合で含む塗布用組成物、好ましくは水系スラリーを、基材に塗布して、乾燥、硬化させることにより形成することができる。この塗布用組成物は、前述のその他の添加剤を含んでいてもよい。
【００８３】
塗布方法としては、公知の方法が挙げられ、例えばディップ（含浸、浸漬）、ナイフ、スプレー、ロールコート、転動造粒、スクリーン印刷、パッド印刷、オフセット印刷等が挙げられる。
【００８４】
本発明の吸着式ヒートポンプにおいて、上記のような吸着素子を用いた熱交換器は、予め熱交換器として組み立てられた後、上述の塗布用組成物を塗布して塗膜を形成することにより製造されたものであってもよく、予め該塗膜を形成した後熱交換器に組み立てられたものであってもよい。
【００８５】
［吸着式ヒートポンプの構成の具体例］
以下、本発明の吸着式ヒートポンプの一例について、図１〜３を参照して具体的に説明するが、図１〜３は本発明の吸着式ヒートポンプの構成の一例を示す図であって、本発明の吸着式ヒートポンプは図１〜３に示されるものに限定されるものではない。
【００８６】
図１に示す吸着式ヒートポンプは、吸着材に吸着質（この実施の形態では水蒸気）を吸着する操作、及び、熱交換器からの温熱により吸着材から吸着質を脱着する操作を繰り返すと共に、吸着質の吸着操作により発生した熱を熱媒に伝達する吸脱着ユニット１及び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と共に、発生した吸着質の蒸気が吸脱着ユニット１及び２に回収される蒸発器４と、吸脱着ユニット１及び２で脱着された吸着質の蒸気を外部の冷熱により凝縮させると共に、凝縮した吸着質を蒸発器４に供給し且つ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とを備えている。
【００８７】
該吸脱着ユニット１及び２は、吸着素子と、該吸着素子を加熱及び冷却可能な熱交換器とを有する。
【００８８】
この吸着素子は、基体と、該基体の表面に形成されたゼオライト含有塗膜とを有する。この塗膜は、ゼオライトを有機バインダーを用いて該基体表面に付着させることにより形成されている。吸着式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が得られるように、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が得られるように条件設定される。
【００８９】
吸脱着ユニット１，２は、それぞれ、装置の外殻を構成する耐圧ベッセル（チャンバー）と、該ベッセル内に配置された、図２に示される吸脱着器１０とを有する。吸脱着器１０は、伝熱チューブよりなる熱交換器１１及び該熱交換器１１に取り付けられたフィン１２とを有する。この実施の形態では、熱交換器１１を構成するチューブは、つづら折り状に配設されており、図３のようにフィン１２を貫通している。
【００９０】
フィン１２は、板状の基体１２ａと、該基体１２ａの表面に形成された塗膜１２ｂとからなり、基体１２ａが熱交換器１１を構成するチューブに対し接触するか又は溶接、ろう付け等により固着されている。フィン１２は、相互間に間隔をあけて多数枚配設されている。
【００９１】
本発明の一形態では、フィン１２のうち多くのものは、塗膜１２ｂがゼオライトとバインダーとからなり、吸着素子を構成しており、フィン１２のうち他のものは、基体１２ａ上に酸トラップ粒子を含み、且つ酸トラップ粒子を含まない塗膜１２ｂを形成したものである。
【００９２】
この酸トラップ粒子を含み、且つ酸トラップ粒子を含まない塗膜は、酸トラップ粒子を有機バインダーによって基体１２ａに塗着させることにより形成される。
【００９３】
酸トラップ粒子含有塗膜を有したフィン１２の設置枚数は、吸着素子を構成するフィン１２の枚数よりも少ない。例えば、１０〜１０００枚の吸着素子を構成するフィン１２に対し１枚の割合で酸トラップ粒子含有塗膜を有したフィン１２が配置される。
【００９４】
本発明の別の一形態では、すべてのフィン１２又は一部のフィン１２の塗膜１２ｂが、ゼオライトと、酸トラップ粒子と、有機バインダーとを含んでいる。
【００９５】
図１に示す吸脱着ユニット１，２内にそれぞれこのように構成された吸脱着器１０が設置されており、その熱交換器に、温熱媒又は冷熱媒を流すための熱媒配管１ａ，２ａが接続されている。
【００９６】
該熱媒配管１ａ及び２ａ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。熱媒配管１ａ及び２ａは、それぞれ吸脱着ユニット１及び２内の吸着素子を加熱又は冷却するための加熱源又は冷却源となる熱媒を流すための配管である。熱媒としては、特に限定されないが、水(温水又は冷却水)を使用するのが、安全且つ簡便であり、好ましい。
【００９７】
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、各吸脱着ユニット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、各吸脱着ユニット１及び／又は２の熱交換器１１を通過し、出口１１２及び／又は２１２より導出される。温水の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。
【００９８】
吸脱着ユニット１及び２の耐圧ベッセルは水蒸気の入口ポート及び出口ポートを有しており、該入口ポートは配管３Ａ，３Ｂによって蒸発器４に接続されている。水蒸気出口ポートは配管３Ｃ，３Ｄによって凝縮器５に接続されている。各配管３Ａ〜３Ｄには、制御バルブ３ａ〜３ｄが設けられている。
【００９９】
凝縮器５と蒸発器４の間には凝縮器５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６が設けられている。
【０１００】
蒸発器４で冷却されることにより生じた冷水は、循環配管４ａ，４ｂ及びポンプ３０１によって室内機３００に循環通水される。室内機３００は、室内空間（空調空間）の空気と熱交換する。
【０１０１】
凝縮器５には冷却水の流入配管５ａと流出配管５ｂとが接続されている。
【０１０２】
図１に示される吸着式ヒートポンプの運転方法について以下に説明する。
【０１０３】
第１工程では、制御バルブ３ａ及び３ｄを閉鎖、制御バルブ３ｂ及び３ｃを開放し、吸脱着ユニット１において再生（脱着）工程を行い、吸脱着ユニット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、熱媒配管１ａには温水を、熱媒配管２ａには冷却水を流通させる。冷却塔等の熱交換器によって冷やされた冷却水を熱媒配管２ａを通して導入し、吸脱着ユニット２の熱交換器１１に流通させ、吸着素子を通常３０〜４０℃程度に冷却する。制御バルブ３ｂの開操作により蒸発器４からの水蒸気が吸脱着ユニット２に流れ込み、該ユニット２内の吸着素子に吸着される。
【０１０４】
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。吸脱着ユニット２の冷却水の温度と蒸発器４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４で生成する冷水温度における吸着質の平衡蒸気圧を、吸脱着ユニット２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、吸脱着ユニット２内の吸着材が最も多く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、吸着材が最も多く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。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０．１２ｇ／ｇ−吸着材以上、好ましくは０．１５ｇ／ｇ−吸着材以上となる温度条件で吸着式ヒートポンプを運転する。
【０１０５】
再生工程にある吸脱着ユニット１の吸着素子は、通常４０〜９０℃、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５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。吸脱着ユニット１から凝縮器５へ水蒸気が移動し、凝縮されて水となる。凝縮水は、戻し配管６により蒸発器４へ戻される。凝縮器５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５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、吸脱着ユニット１の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。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。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０．１４ｇ／ｇ−吸着材以下、好ましくは０．１０ｇ／ｇ−吸着材以下となる温度条件で吸着式ヒートポンプを運転する。
【０１０６】
なお、吸着式ヒートポンプは、特に、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−吸着材以上、好ましくは０．１５ｇ／ｇ−吸着材以上となるように運転することが好ましい。
【０１０７】
以上が第１工程である。
【０１０８】
次の第２工程では、吸脱着ユニット１が吸着工程、吸脱着ユニット２が再生工程となるように、制御バルブ３ａ〜３ｄ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。第２工程では、バルブ３ａ，３ｄが開、バルブ３ｂ，３ｃが閉とされ、蒸発器４からの蒸気が吸脱着ユニット１に導入される。吸脱着ユニット２で脱着した水蒸気が凝縮器５へ導入される。吸脱着ユニット１の熱交換器には冷却水が通水され、吸脱着ユニット２の熱交換器には温水が通水される。
【０１０９】
以上の第１及び第２工程を順次切り替えることで吸着式ヒートポンプの連続運転を行うことができる。
【０１１０】
この運転を継続すると、塗膜１２ｂ中の有機バインダーが徐々に分解し、酸が生成する。この酸は、揮散してガス状となる。このガス状の酸は、塗膜１２ｂ中の酸トラップ粒子に収着される。このため、ヒートポンプ内の酸濃度が低くなり、ゼオライトの劣化や機器の腐食が防止される。
【０１１１】
図１では２基の吸脱着ユニットを設置しているが、１基又は３基以上設置してもよい。
【０１１２】
上記実施の形態では、酸トラップ粒子をフィン１２に存在させているが、酸トラップ粒子はフィン１２以外の箇所に配置されてもよい。
【０１１３】
例えば、図４のように、酸トラップ粒子１４ｃを容器１４ａの上部に配置した酸トラップ器１４を吸脱着ユニット１，２内に設置してもよい。
【０１１４】
酸トラップ器１４の容器１４ａの中段ないしそれよりも上位の箇所にパンチングメタル、メッシュ又はスクリーン等よりなる透水性支持部材１４ｂが設けられ、その上側に酸トラップ粒子１４ｃが充填されている。容器１４ａの底部には、酸トラップ粒子１４ｃと接触してから落下したときに水が溜る。
【０１１５】
この水は、水酸化物を含んだアルカリ性であるため、容器１４ａ内に溜め、容器１４ａ外に流出させないようにする。容器１４ａの底部に溜った水は、吸脱着ユニットのメンテナンスの時や、運転プログラムに組み込まれている真空引き動作の際には、蒸発していく。また、吸脱着ユニットのメンテナンスの時など、予め容器１４ａにバルブ付きの水抜き管を接続しておく等して、適宜のタイミングで水抜きを行ってもよい。容器１４ａは、図示のように上部側が大径となる形状であってもよく、上下方向において等径であってもよく、その形状は限定されない。
【０１１６】
酸トラップ器１４は、吸脱着ユニット１，２内に固定設置されてもよく、吊り下げ状に設置されてもよい。吊り下げ状に設置するために、容器１４ａに吊支用のワイヤやハンドル（取っ手）を設けてもよい。
【０１１７】
図５のように、吸着式ヒートポンプの吸脱着ユニット等のベッセル１５の底部に開口１５ｅを設け、この開口１５ｅに臨むように酸トラップ器１４を設置してもよい。
【０１１８】
本発明では、水蒸気が通る配管の途中に酸トラップ粒子の充填層を形成してもよい。
【０１１９】
図６はその一例を示すものであり、配管３Ａ〜３Ｄのうち少なくとも１本の配管（図６では配管３Ａ）途中に酸トラップ器１６を設けている。この酸トラップ器１６は、筒軸心方向を上下方向としたキャニスタ１６ａと、該キャニスタ１６ａの上下方向の途中に設けられたパンチングメタル、メッシュ又はスクリーン等よりなる透水性支持部材１６ｂと、その上側に充填された酸トラップ粒子１６ｃとを有する。一方の配管は支持部材１６ｂ上の酸トラップ粒子１６ｃよりも上側に接続され、他方の配管は支持部材１６ｂよりも下側に接続されており、酸性ガスを含んだ水蒸気が酸トラップ粒子１６ｃの充填層を通過し、酸が吸収される。
【０１２０】
キャニスタ１６ａは、支持部材１６ｂよりも下側に接続された配管３Ａよりもさらに下方にまで延在しており、酸トラップ粒子１６ｃと接触して生じたアルカリ水がキャニスタ１６ａの底部に溜るように構成されている。
【０１２１】
キャニスタ１６ａの底部に溜った水を抜き出すためのバルブ付き水抜き管をキャニスタ１６ａの底部に接続してもよい。
【０１２２】
図示は省略するが、酸トラップ器としては、金属、セラミックなどよりなる板状の基板と、該基板の表面に形成された酸トラップ粒子含有塗膜からなる板状のものを用いてもよい。この板状の酸トラップ器は、例えばベッセル内又は配管内に吊支するか又は固定設置される。その設置形態については特に限定されない。
【０１２３】
図１では凝縮器と蒸発器とを別個に設けているが、１個のベッセル内に蒸発器、吸脱着器及び凝縮器を設置した構成の吸着式ヒートポンプを用いることも可能である。
【０１２４】
図７〜１２を参照して、かかる吸着式ヒートポンプの一例について説明する。
【０１２５】
図７の吸着式ヒートポンプ２０は、耐圧ベッセル２１内を仕切板２２，２３によって凝縮室２４、吸脱着室２５、蒸発室２６の３室に区画している。
【０１２６】
仕切板２２，２３には開閉弁２２ａ，２３ａが設けられている。
【０１２７】
最上位の凝縮室２４に凝縮器２７が設置され、中段の吸脱着室２５に吸脱着器１０が設置され、最下段の蒸発室２６に蒸発器２９が設置されている。
【０１２８】
凝縮器２７は、冷却水が通水される伝熱チューブ２７ａと、該伝熱チューブ２７ａの下側に設置された集水トレー２７ｂとを有する。
【０１２９】
蒸発器２９は、温水が通水される伝熱チューブ２９ａと、該伝熱チューブ２９ａに水を注ぎかける散水器２９ｂとを有する。
【０１３０】
蒸発室２６内の底部に溜った水は、ポンプ３０によって散水器２９ｂに供給される。
【０１３１】
前記凝縮器２７のトレー２７ｂ内の水は配管３１によって蒸発室２６に導入される。
【０１３２】
この吸着式ヒートポンプ２０は吸着工程と脱着工程とを交互に行う。吸着工程にあっては、図示の通り、弁２２ａを閉、弁２３ａを開とし、吸脱着器１０の熱交換器１１に冷却水を流す。また、蒸発器２９の伝熱チューブ２９ａに水を通水し、散水器２９ｂから散水する。発生した水蒸気は、吸脱着室２５内に入り、吸脱着器１０に吸着される。伝熱チューブ２９ａを流れる水は、蒸発潜熱によって冷却される。
【０１３３】
脱着工程にあっては、弁２２ａを開、弁２３ａを閉とし、吸脱着器１０の熱交換器１１に温水を流す。また、凝縮器２７の伝熱チューブ２７ａに冷却水を通水する。吸脱着器１０から発生した水蒸気は、凝縮室２４内で凝縮し、トレー２７ｂに集水され、配管３１を介して蒸発室２６に返送される。
【０１３４】
この吸着式ヒートポンプ２０の室２４〜２６の少なくとも１つに図４に示した酸トラップ器１４等の酸トラップ器を設けることが好ましい。
【０１３５】
図８の吸着式ヒートポンプ２０Ａは、ベッセル２１の側面に内方へ凹陥する凹所２１ａを設けることにより、室２４，２５，２６を区画している。この凹所２１ａを備えた吸着式ヒートポンプ２０Ａにあっては、凝縮室２４及び／又は吸脱着室２５の底面に前記図５のようにして酸トラップ器１４を設置することができる。図４等の酸トラップ器を室２４〜２６の少なくとも１つに設置してもよい。図８のその他の構成は図７と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【０１３６】
図９の吸着式ヒートポンプ２０Ｂは、仕切板２２，２３を省略したこと以外は図７の吸着式ヒートポンプ２０と同一構成であり、同一符号は同一部分を示している。この場合も、ベッセル２１内の任意の箇所に図４等の酸トラップ器を設けることが好ましい。
【０１３７】
図１０の吸着式ヒートポンプ２０Ｃは、１個の伝熱チューブ２９ａを蒸発器としてだけではなく凝縮器としても使用するようにした凝縮器・蒸発器一体型吸着式ヒートポンプであり、上記の伝熱チューブ２７ａ及び集水トレー２７ｂは省略されている。その他の構成は図９と同一であり、同一符号は同一部分を示している。ベッセル２１内に図４等に示す酸トラップ器を設置することが好ましい。
【０１３８】
蒸発工程では伝熱チューブ２９ａに水を通水すると共に、散水器２９ｂから水を散水する。凝縮工程では、伝熱チューブ２９ａに冷却水を流し、ベッセル２１内の水蒸気を凝縮させる。
【０１３９】
図１１，１２は、単一のベッセル内に複数（この場合は２個）の吸脱着室を並設した構造を有した吸着式ヒートポンプ２０Ｄ，２０Ｅを示している。
【０１４０】
図１１，１２において、ベッセル２１内に縦仕切板３３を設けることにより２室の吸脱着室２５Ａ，２５Ｂを設け、各室２５Ａ，２５Ｂの天井部に弁２２ａ，２２ｂを設け、底面部に弁２３ａ，２３ｂを設けている。
【０１４１】
伝熱チューブ２７ａ，２９ａにそれぞれ連続的に通水すると共に、一方、吸脱着室２５Ａで弁２２ａを閉、弁２３ａを開とし、吸着工程を行い、他方の吸脱着室２５Ｂで弁２２ｂを開、弁２３ｂを閉とし、脱着工程を行っている。
【０１４２】
弁２２ａ，２３ａ及び弁２２ｂ，２３ｂの開閉を図９と逆とすることにより、吸脱着室２５Ａで脱着工程が行われ、吸脱着室２５Ｂで吸着工程が行われる。従って、吸着式ヒートポンプ２０Ｄは弁２２ａ，２３ａ及び弁２２ｂ，２３ｂの開閉を切り替えることにより、連続して伝熱チューブ２９ａより冷水を得る。
【０１４３】
図１２の吸着式ヒートポンプ２０Ｅは、ベッセル２１に凹所２１ａを設けて凝縮室２４、吸脱着室２５Ａ，２５Ｂ及び蒸発室２６を区画するようにしたこと以外は図１１と同一構造を有しており、図１１の吸着式ヒートポンプ２０Ｄと同様に連続して冷水供給が可能である。
【０１４４】
図１１，１２のその他の構成は図７，８と同一であり、同一符号は同一部分を示している。図１１，１２でも、図４等に示す酸トラップ器を設置することが好ましい。図１２の場合は、図１５に示す形態でも酸トラップ器を設置することができる。
【０１４５】
上記実施の形態では、吸脱着器１０が図２，３の構造のものであり、且つ一部のフィンが酸トラップ粒子含有塗膜を有し、その他のフィンはゼオライト含有塗膜を有したものとなっている。ただし、酸トラップ粒子を一部又はすべてのゼオライト含有塗膜に含有させてもよい。
【実施例】
【０１４６】
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【０１４７】
＜実施例１＞
［スラリーの調製］
ゼオライトとして、ＡＬＰＯ系ゼオライトであるＡＱＳＯＡ(登録商標：以後省略)−Ｚ０２（三菱樹脂（株）製品名、平均粒子径３μｍ）を８ｇ、酸化マグネシウムＲＦ−９８（宇部マテリアルズ（株）商品名、酸化マグネシウム純度９７．５％、熱伝導率約５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）、平均粒子径５８μｍ、水酸化マグネシウムの２０℃の溶解度９．６ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ）を２ｇ、イオン交換水１２ｇを混合した。この際、吸着熱により温度が上昇するが、十分に冷ました後に有機バインダーとしてｊＥＲ１２５６（三菱化学（株）商品名、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）の水系エマルジョン（平均粒子径０．５μｍ、固形分４５ｗｔ％）を固形分換算で１ｇ（実際の添加量２．２ｇ）添加し、均一に混合した。さらに、この混合液に硬化剤としてアジピン酸ジヒドラジド（東京化成社製）を０．１ｇ添加し、酸化マグネシウム粒子の沈降防止のためにＴＡＦＩＧＥＬ ＰＵＲ６１（ＭＵＮＺＩＮＧ ＣＨＥＭＩＥ社製、不揮発分：２５ｗｔ％、ウレタン系増粘剤）を２倍に希釈した水溶液０．２ｇを添加して、スラリーを調製した。
【０１４８】
［塗膜の形成］
上記スラリーを、キャスト法によりアルミニウム板上に１ｍｍの厚さに塗布した後、１６０℃で１時間加熱して硬化させた。形成された塗膜は、厚さ１ｍｍで、ゼオライトの含有率は７２ｗｔ％、酸化マグネシウム粒子（表層は水酸化マグネシウムとなっている。）の含有率は１８ｗｔ％、有機バインダーの含有率は１０ｗｔ％の多孔質膜であり、シリコーンオイルを用いた液浸法により求めた空隙率は５０．２ｗｔ％である。
【０１４９】
［塗膜のみかけ熱伝導率の測定］
上記のアルミニウム板から塗膜を剥離し、φ１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の塗膜試験片を切り出した。得られた塗膜試験片を用いて、塗膜のみかけ熱伝導率の測定を行った。
【０１５０】
塗膜のみかけ熱伝導率は、ＤＳＣ（パーキンエルマー社製 示差走査熱量計ＤＳＣ−７型）によって求めた比熱と、レーザーフラッシュ法（アルバック理工社製 熱定数測定装置ＴＣ−９０００型）によって求めた熱拡散率および密度の積で算出した。何れの測定も絶乾状態で行った。また、測定温度は室温（約２０℃）であった。
【０１５１】
その結果、塗膜のみかけ熱伝導率は、０．１７１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【０１５２】
［塗膜の酸中和機能の確認］
上記のアルミニウム板から塗膜を剥離し、乳鉢ですり潰して粉末にした。図１３に示すように、この塗膜粉６１を５ｇ採り、２０ｍｌのガラス瓶６２に入れ、更にこのガラス瓶６２を２５０ｍｌのガラス瓶６３の中にいれて、２０ｍｌのガラス瓶６２の外側にギ酸水溶液（イオン交換水１００ｍｌに９０％ギ酸３０ｍｇを添加したもの）６４を１０ｍｌ注入した。２０ｍｌのガラス瓶６２は上部が開放であり、２５０ｍｌのガラス瓶６３には蓋をして、全体を８０℃の恒温槽（エスペック製「ＳＨ−２４１」）に入れて、ギ酸水溶液のｐＨと電気伝導度の経時変化を記録した。結果を表１に示す。
【０１５３】
ｐＨと電気伝導度の測定は、ギ酸水溶液を取り出し、２１℃以上２５℃以下になるように水冷した後に、（株）堀場製作所製ｐＨメータＤ−５４（ｐＨ電極９６１１−１０Ｄ、導電率電極９３８２−１０Ｄ）を用いて測定し、測定後は再び液を戻した。
【０１５４】
表１には、比較対照用に、ガラス瓶６２内に塗膜粉を入れなかった場合と、ガラス瓶２内に酸化マグネシウムのみを１ｇ入れて同様に測定を行った結果を併記した。
【０１５５】
＜比較例１＞
酸化マグネシウム粒子をＡＱＳＯＡ−Ｚ０２に置き換えた以外は、実施例１と同様の手順でスラリーを調製し、同様に塗膜を形成して各種測定を行ったところ、塗膜のみかけ熱伝導率は０．１３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、酸中和機能は表１に示す通りであった。
【０１５６】
【表１】
【０１５７】
以上の結果から次のことが分かる。
【０１５８】
実施例１の塗膜のみかけ熱伝導率は、比較例の１．３倍であり、熱伝導率向上の効果が認められた。
【０１５９】
実施例１では、時間とともにギ酸水溶液のｐＨが中性側へ変化しており、電気伝導度も低下していることから、水溶液中のギ酸が、塗膜中の酸化マグネシウム粒子（表層は水酸化マグネシウムとなっている。）と反応して中和されたことが分かる。
【０１６０】
＜実施例２＞
塗膜粉の代りに以下の酸化マグネシウム粉５ｇを用い、また、ギ酸水溶液として、以下のものを５０ｇ用い、恒温槽を９０℃に保ったこと以外は実施例１と同様に実験を行い、２３０時間後のギ酸水溶液のｐＨと電気伝導度を測定し、結果を表２に示した
【０１６１】
酸化マグネシウム粉：和光純薬工業（株）製。純度９９．９％、平均粒子径１０μｍ
ギ酸水溶液：イオン交換水と純度９９％のギ酸を用い、ギ酸濃度が１１０ｍｇ／ｌになるように混合したもの。ｐＨ値３．３、電気伝導度２３．２ｍＳ／ｍ
【０１６２】
＜実施例３＞
酸化マグネシウムの量を１ｇとしたこと以外は、実施例２と同様に実験を行って、結果を表２に示した。
【０１６３】
＜比較例２＞
酸化マグネシウムを用いず、ガラス瓶６２を空のままガラス瓶６３内に入れたこと以外は実施例２と同様に実験を行い、結果を表２に示した。
【０１６４】
表２には、予め実験により測定したギ酸水溶液のギ酸濃度とｐＨ値との関係から求めた近似式（ｐＨ＝−０．０２８２８Ｌｎ（濃度ｍｇ／ｌ）＋４．６２９１）を用いて、ギ酸水溶液のｐＨ値から算出したギ酸水溶液のギ酸濃度を併記した。
【０１６５】
【表２】
【０１６６】
＜実施例４＞
実施例２で用いたものと同じ酸化マグネシウム５ｇと、実施例２で用いたものと同じギ酸水溶液４０ｇを用い、図１４に示す実験装置で実験を行った。
【０１６７】
１０００ｍｌ容量のガラス製４ツ口のセパラブルフラスコ７０内に、酸化マグネシウム７０とギ酸水溶液７２とが接しないように共存させて、８０℃でギ酸水溶液の還流を行い、ギ酸水溶液７２のｐＨ値の時間変化を測定した。
【０１６８】
酸化マグネシウム７１は、５０ｍｌ容量のガラスビーカー７３内に５ｇ入れ、そのビーカー７３を網７４にいれ、網７４に針金７５をつけて、セパラブルフラスコ７０の一つの口７０ａに固定した。その口７０ａには、ゴム栓７０ｂを設置して、外気と遮断した。
【０１６９】
その他のセパラブルフラスコ７０の口７０ｃ，７０ｄには、それぞれ、ギ酸水溶液７２の液温を測定する温度計７６と、蒸気を冷却するための冷却管７７を設け、系内を密閉した。
【０１７０】
これらを、オイルバス７９にいれ、ギ酸水溶液を攪拌するための撹拌子８０ａとスターラー８０を設置して、ギ酸水溶液８０℃を保ちながら還流を行った。所定時間が経過したら、ギ酸水溶液をピペットで抜き取り、２１℃以上３０℃以下になるように水冷した後、実施例１と同じ測定器を用いて、ｐＨと電気伝導度を測定した。表３には、実施例２と同様にしてｐＨ値から算出したギ酸濃度を併記した。
【０１７１】
その結果、表３に示すように、時間経過とともにｐＨ値が大きくなっていき、１０時間でｐＨ値が４．０に達した。
【０１７２】
【表３】
【０１７３】
実施例２〜４より、ギ酸水溶液中のギ酸が揮散して、系内の酸化マグネシウムと反応し、実施例２では、ギ酸濃度は約４０％低減され、実施例４では、１０時間後に約９０％低減されたことが分かる。
【０１７４】
以上の結果から、本発明によれば、吸着式ヒートポンプ内で発生したギ酸等の酸が、吸着式ヒートポンプ内に設置した酸化マグネシウムにより中和除去されることが分かる。
【符号の説明】
【０１７５】
１，２ 吸脱着ユニット
１ａ，２ａ 熱媒配管
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 吸着質配管
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 制御バルブ
６ 戻し配管
１０ 吸脱着器
１１ 伝熱チューブ
１２ フィン
１２ａ 基体
１２ｂ 塗膜
１４，１６ 酸トラップ器
１４ｃ，１６ｃ 酸トラップ粒子
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 吸着式ヒートポンプ
２１ 耐圧ベッセル
２２，２３ 仕切板
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ 開閉弁
２４ 凝縮室
２５，２５Ａ，２５Ｂ 吸脱着室
２６ 蒸発室
２７ 凝縮器
２９ 蒸発器
６１ 塗膜粉
６２，６３ ガラス瓶
６４ ギ酸水溶液
７０ セパラブルフラスコ
７１ 酸化マグネシウム粉
７２ ギ酸水溶液
７６ 温度計
７７ 冷却管
７９ オイルバス
８０ スターラー
１１５ 切替バルブ
１１６ 切替バルブ
２１５ 切替バルブ
２１６ 切替バルブ
３００ 室内機
３０１ ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着材としてゼオライトを用いた吸着式ヒートポンプであって、該吸着材のゼオライトの劣化、及び該吸着式ヒートポンプに用いる吸着素子や装置の腐食の発生を抑制した、高性能で性能の安定性に優れる吸着式ヒートポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリカゲルやゼオライトなどの吸着材を、基材上に塗布、又は充填した吸着素子が知られており、このような吸着素子を用いた熱交換器がデシカント空調や吸着式ヒートポンプに利用されている。
【０００３】
基材となるシートや熱交換器のフィンに吸着材を密着させるために、バインダーが用いられる。このバインダーは、水ガラスやシリケート、リン酸アルミニウム等の無機バインダーと、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の有機バインダーとに大別される。
【０００４】
有機バインダーを用いることにより、シートやフィンに吸着材が強固に接着される。特許文献１には、アルミニウムフィンに粘着性のアクリルバインダーを塗布し、その表面に２０〜３５メッシュ（粒径が約４５０〜８５０μｍ）の粉体状シリカゲルを付着させた吸着式冷凍機の熱交換部材が記載されている。
【０００５】
特許文献２及び３には、ガラス転移温度（Ｔｇ）が３５℃以上の樹脂バインダー、具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂や、酢酸ビニル樹脂等のバインダーを用いてＡＬＰＯ系ゼオライトを付着させた吸着シート及び素子が記載されている。この素子を用いた熱交換器を有する吸着式ヒートポンプ及びデシカント空調装置も記載されている。
【０００６】
特許文献１〜３に記載される有機バインダーを用いた吸着素子を内蔵した吸着式ヒートポンプにあっては、特許文献４に記載されているように、有機バインダーの熱分解物や、有機バインダーに含まれている低分子量物がガスとして放出され、ヒートポンプの機能が損なわれることがある。
【０００７】
無機バインダーを用いた吸着素子を内蔵した吸着式ヒートポンプにあっては、アルミニウム等の金属材料の腐食による水素放出や、アルカリ炭酸塩からの二酸化炭素の放出が起こりやすく、これにより吸着式ヒートポンプの出力が低下することがある。
【０００８】
特許文献５には、耐熱性が改良されアウトガスの少ないエポキシ樹脂バインダーが記載されている。この有機バインダーを用いることにより、有機バインダーからのガス放出による内圧低下が防止される。しかしながら、一部の有機成分が長期にわたって徐々に加水分解して酸が生成し、装置内部が腐食する。
【０００９】
特許文献１〜３に記載される吸着素子は、吸着材と有機バインダーとで形成された塗膜よりなる吸着層の熱伝導率が低いため、これを用いた熱交換器の伝熱性能が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３０１４６９号公報
【特許文献２】特開２００７−１９０５４６号公報
【特許文献３】特開２００９−１０６７９９号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１０／０４０３３５号
【特許文献５】特開２０１１−２４０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、ゼオライトと有機バインダーを含む塗膜を設けてなる吸着素子を用いた熱交換器を使用した吸着式ヒートポンプであって、装置内に発生した酸の中和手段を有した吸着式ヒートポンプを提供することを目的とする。また、本発明は、その一態様において、伝熱性能が改善された吸着式ヒートポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは鋭意検討の結果、ゼオライトと有機バインダーを含む塗膜を設けてなる吸着素子を用いた熱交換器を使用した吸着式ヒートポンプのケーシング内の水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、特定の水酸化物の粒子或いは水和反応によりこの水酸化物を形成し得る粒子を存在させることによって、有機バインダーに由来する酸が中和されることを見出した。また、この粒子を塗膜内に存在させた場合には、該塗膜の熱伝導率が向上することができることを見出した。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づいて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【００１４】
［１］ 吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する吸着式ヒートポンプであって、該吸脱着器は、熱交換器と、該熱交換器によって加熱又は冷却可能な吸着素子とを有しており、該吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜とを有しており、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が存在している吸着式ヒートポンプ。
【００１５】
［２］ 前記粒子が、該水酸化物の脱水物を含んでいることを特徴とする［１］に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１６】
［３］ 前記水酸化物の脱水物が酸化物であることを特徴とする［２］に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１７】
［４］ 前記水酸化物が水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、および水酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする［１］ないし［３］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１８】
［５］ 前記粒子の少なくとも一部が、酸化マグネシウムである［１］ないし［４］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００１９】
［６］ 前記凝縮器及び蒸発器が一体型である［１］ないし［５］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２０】
［７］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記熱交換器の前記塗膜中に存在している［１］ないし［６］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２１】
［８］ 前記熱交換器の塗膜中の水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子の量が、１０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下である［７］に記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２２】
［９］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記塗膜以外の場所で、かつ吸着質である水蒸気の流路の少なくとも一部に存在している［１］ないし［６］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２３】
［１０］ 前記熱交換器は、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含まない第１の塗膜と、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含む第２の塗膜とを有する［１］ないし［６］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２４】
［１１］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を収容した容器が設置されている［１］ないし［１０］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２５】
［１２］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が水蒸気流通用配管に配置されている［１］ないし［１１］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【００２６】
［１３］ 前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記吸着質に対して０．１ｗｔ％以上の量存在してなる［１］ないし［１２］の何れかに記載の吸着式ヒートポンプ。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の吸着式ヒートポンプにあっては、有機バインダーの加水分解で発生した酸が、水酸化物又は水和反応によって水酸化物を形成する粒子によって中和されるため、酸によるゼオライトの劣化や、装置の腐食が抑制される。これにより、ゼオライトの吸着性能を長期に亘り維持すると共に、装置内の環境を最適な状態に保つことが出来る。
【００２８】
該粒子、ゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜は、該粒子の熱伝導率が高いので、塗膜の熱伝導率が向上し、吸着式ヒートポンプを小型化したり高性能化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一般的な吸着式ヒートポンプの構成例を示す系統図である。
【図２】実施の形態に係る吸着式ヒートポンプの吸脱着器内の吸着素子の構成図である。
【図３】図２の吸着素子の一部の断面斜視図である。
【図４】酸トラップ器の断面図である。
【図５】酸トラップ器の設置例を示す断面図である。
【図６】別の酸トラップ器の設置例を示す断面図である。
【図７】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図８】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図９】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１０】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１１】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１２】吸着式ヒートポンプの一例を示す断面図である。
【図１３】実施例で用いた実験装置を示す模式的断面図である。
【図１４】実施例で用いた実験装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態の例について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
本発明の吸着式ヒートポンプ(以下、単に「ヒートポンプ」と称す場合がある。)は、駆動源として熱を用い、熱媒体（冷媒或いは熱媒）として水(水蒸気)を用いる。本発明の吸着式ヒートポンプは、吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する。凝縮器と蒸発器とは併用（一体化）されていてもよい。該吸脱着器は熱交換器と、該熱交換器によって加熱又は冷却される吸着素子とを有する。この吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜を有する。吸着式ヒートポンプのケーシング中の水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子(以下、「酸トラップ粒子」と称す場合がある。)が存在する。
【００３２】
＜酸トラップ粒子＞
本発明において、酸の中和機能を担うのは酸トラップ粒子である。酸トラップ粒子は、有機バインダーの加水分解で発生した酢酸やギ酸等のカルボン酸を中和することができ、しかも中和反応で水以外のガスが発生することはなく、このため、吸着式ヒートポンプ内の真空度を低下させることがない。
【００３３】
ただし、水への溶解度の大きい水酸化物は塩基性が強く、周囲のゼオライトの破壊や、熱交換器のフィンの腐食を引き起こす。このような水酸化物は、潮解するものも多く、粒子の形状を失い、塗膜の空隙を埋めて、塗膜中の水蒸気拡散を妨げる懸念がある。水への溶解度の大きい水酸化物は塗膜を形成するための水系スラリー中で粒子の形状を維持できず、中和機能を発揮できない問題もある。
【００３４】
よって、本発明では、酸トラップ粒子として、２０℃の水に対する溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下の水難溶性の水酸化物及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を用いる。この溶解度は、２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下であればよいが、より好ましくは１５ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下、特に好ましくは１０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である。ただし、水に対する溶解度が過度に低いものは、酸の中和効果も低いため、通常０．５ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以上である。
【００３５】
上記の溶解度の条件を満たす水酸化物のうち、粒子での入手が容易なことから、水酸化物の粒子としては水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛等の水酸化物粒子が好ましい。これらの酸トラップ粒子は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３６】
また、本発明で用いる酸トラップ粒子は、その水酸化物の脱水物である酸化物を含んでいることが好ましい。これは、一般に、水酸化物よりも、その脱水物である酸化物の方が、熱伝導率が高いため、酸トラップ粒子が脱水物を含むことにより、塗膜の熱伝導率を効率的に高めることが可能となることによる。従って、例えば、酸トラップ粒子が水酸化マグネシウムの粒子とする場合、酸化マグネシウム粒子を使用し、少なくともその一部が水酸化マグネシウムであるのが好ましい。このような水酸化マグネシウムとしては、酸化マグネシウムに意図的に添加したもの、或いは酸化マグネシウムが水和反応により変化したものが挙げられる。また、同様に、酸トラップ粒子が水酸化アルミニウムであればアルミナやベーマイトを、水酸化亜鉛であれば酸化亜鉛を含んでいることが好ましい。
【００３７】
吸着式ヒートポンプの内部に酸トラップ粒子を設置する場合、水酸化マグネシウム等の水酸化物は空気中の二酸化炭素を吸収し、炭酸塩となっている場合があり、この炭酸塩は吸着式ヒートポンプ内で二酸化炭素を除々に放出して出力低下を起こすことがある。酸トラップ粒子として酸化物粒子を使用すると、表面が吸着式ヒートポンプ内の使用環境下で水和反応により水酸化物となり、かつ上記炭酸塩を形成するリスクが減るので、好適である。
【００３８】
このように脱水物を含む酸トラップ粒子の場合、酸中和反応速度の観点から、気相と接触する表層部が水酸化物であることが好ましく、熱伝導の観点からは、粒子のコア部分が脱水物である粒子が好ましい。このような粒子は、酸化物の粒子に水を反応させ、表面を水酸化物に転化させることで得ることができる。このような粒子は、酸化物粒子を用いて吸着素子を作製した後に、使用環境中にて自然に表面が水酸化されることで得られたものが好ましい。
【００３９】
本発明で用いる酸トラップ粒子の熱伝導率は、５Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であることが好ましく、１０Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上であることがより好ましい。酸化マグネシウムや酸化亜鉛の熱伝導率は４５〜６０Ｗ／（Ｋ・ｍ）であることから、酸トラップ粒子がこれらの脱水物を含むことで、塗膜の熱伝導率を効率的に高めることが出来る。なお、酸トラップ粒子の熱伝導率の上限には特に制限はないが、通常１００Ｗ／（Ｋ・ｍ）以下である。
【００４０】
酸トラップ粒子の粒子径は、酸中和速度の観点からは小さいほうがよいが、熱伝導の観点からは大きい方がよく、平均粒子径として１〜３００μｍが好ましく、５〜１００μｍがより好ましい。酸トラップ粒子の平均粒子径はレーザー回折・散乱法により求めた値である。
【００４１】
［酸トラップ粒子の設置形態］
本発明の吸着式ヒートポンプは、このような酸トラップ粒子を、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に存在させたものである。酸トラップ粒子は、熱交換器の吸着素子の基材上にゼオライトと有機バインダーを用いて形成された塗膜中に存在させてもよい。この場合、ゼオライトと酸トラップ粒子とが長時間接触するとゼオライトを劣化させる恐れがあるので、ゼオライトと酸トラップ粒子とを接触させないようにすることが好ましい。
【００４２】
ゼオライトと酸トラップ粒子とを接触させない形態としては、ゼオライトと有機バインダーとを含む層とは別に、酸トラップ粒子の層を形成する形態が挙げられる。例えば、基材上に、酸トラップ粒子層と、ゼオライトと有機バインダーとを含む塗膜層とを積層した吸着素子とすることもできる。その際の積層の順序は、酸トラップ粒子層が外側（表層側）の場合、塗膜層が外側の場合の何れでも良いが、酸トラップ粒子層が外側である場合は、吸着質である水(水蒸気)が塗膜層中のゼオライトに吸着されるのを阻害しないように、酸トラップ粒子層が水蒸気を透過するように、貫通孔が設けられているような構成とする必要がある。この場合、貫通孔を有する酸トラップ粒子層の形成方法には特に制限はなく、例えば、酸トラップ粒子層を塗膜層に密着させるために使用するバインダーと酸トラップ粒子の量比や、酸トラップ粒子の粒径を調整する等の公知の方法により貫通孔を有する層を形成することができる。
【００４３】
酸トラップ粒子層の形成に用いるバインダーは、有機系でも、無機系でも良く、例えばアクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂等の有機バインダーや、水ガラスやシリケート、リン酸アルミニウム等の無機バインダーを用いることができる。有機バインダーの場合は、ゼオライトを含む塗膜を構成する有機バインダーと同じものを用いるのが好ましい。
【００４４】
酸トラップ粒子の造粒物を、ゼオライトと有機バインダーとを含む塗膜間に充填することにより酸トラップ粒子を存在させてもよく、このようなものとして、基材上にゼオライトと有機バインダーの塗膜を形成した吸着素子同士の間に酸トラップ粒子の造粒物を充填したものが挙げられる。
【００４５】
本発明においては、吸着素子の塗膜以外の箇所に酸トラップ粒子を存在させてもよい。この場合の酸トラップ粒子の存在形態としては、例えば、吸着式ヒートポンプ内の一部に酸トラップ粒子含有塗膜を形成する形態、酸トラップ粒子の充填層を設ける等の形態が挙げられる。有機バインダーの加水分解で発生した酸は、吸着質である水蒸気に同伴して吸着式ヒートポンプ内を移送されるので、酸トラップ粒子の設置箇所は、水蒸気と十分接触可能な配置であれば特に限定されない。酸トラップ粒子の設置箇所としては、熱交換器が収容された耐圧ベッセル（チャンバー）内、凝縮器及び／又は蒸発器などが挙げられる。凝縮器と蒸発器とが別個に設けられ、これらが配管で接続された構成の吸着式ヒートポンプでは、該配管に酸トラップ粒子が配置されてもよい。
【００４６】
酸トラップ粒子を吸着素子の塗膜以外の箇所に存在させる場合は、その存在量の上限は特に制限はないが、下限は、吸着式ヒートポンプ内の吸着質である水(水蒸気)の量に対して、０．１ｗｔ％以上、好ましくは１ｗｔ％以上、より好ましくは５ｗｔ％以上、更に好ましくは１０ｗｔ％以上の量存在していることが望ましい。
【００４７】
本発明において、酸トラップ粒子は、好ましくは酸化マグネシウム粒子として吸着式ヒートポンプ内に設けられ、吸着式ヒートポンプの使用時に少なくとも一部（主に粒子表面）で加水分解が起きて水酸化マグネシウムとなるものとして使用されることが好ましい。以下の説明では、「酸トラップ粒子」を「水酸化マグネシウム」と記載して本発明の酸トラップ粒子の設置態様を説明するが、以下において、「水酸化マグネシウム」は、このように酸化マグネシウムとして設けられた、使用時に水和反応により水酸化マグネシウムになるものを含み、このようなものが本発明において好適である。
【００４８】
水酸化マグネシウムは粉体として設置されていてもよく、バインダーを用いて、ペレットやハニカムなどの形状に造粒ないし成形して凝集体として設置されてもよい。凝集体とすることにより取り扱い性を高めることができる。
【００４９】
水酸化マグネシウム等の酸トラップ粒子を造粒ないし成形して凝集体とする場合、その好適な大きさの範囲は、吸着式ヒートポンプ内の酸の発生量や発生速度によって異なるが、金属を腐食する前に速やかに酸を中和する観点から、凝集体は大きいほど好ましい。
【００５０】
凝集体中の酸トラップ粒子の量（ｇ）は、酸トラップ粒子の水酸化物或いは水和反応で生成する水酸化物の量が、少なくとも下式から求められる量があれば十分である。
［（吸着式ヒートポンプ内の有機バインダーの炭素量（ｇ））・（酸トラップ粒子の平均の分子量（ｇ／ｍｏｌ）)・０．０５）／（炭素の原子量（ｇ／ｍｏｌ）］・（酸トラップ粒子の平均の価数）
つまり、吸着式ヒートポンプ内の有機バインダ−の炭素原子の５％がギ酸に変化した場合でも、中和できる量の酸トラップ粒子が存在していれば十分である。
【００５１】
凝集体の形状は、凝集体の表面積が大きくなるようなものが好ましい。例えば、球形の場合は、粒径が小さい方がよい。凝集体及び、粉体の形状は、球形に限らず、表面に凹凸がある形状でもよい。このような表面凹凸のあるものであれば、酸含有蒸気との接触面積を大きくして酸の中和反応効率を高めることができる。
【００５２】
凝集体の内部へ酸含有蒸気が拡散できると中和反応効率が向上することから、凝集体は空隙が多い多孔質体であることが好ましい。
【００５３】
凝集体の製造方法には特に制限はなく、酸トラップ粒子を、前述の酸トラップ粒子層の形成に用いるバインダーとして例示した無機、有機のバインダーを用いて常法に従って成形ないし造粒することにより製造することができる。
【００５４】
水酸化マグネシウム粉やその凝集体は、そのままで吸着式ヒートポンプ内に設置することもできるが、液状の水とは接触しないように配置することが好ましい。これは、液状の水と酸トラップ粒子を直接接触させると、塩基性となった液体の水が、吸着式ヒートポンプ内の金属部分へ流動してこれを腐食させるおそれがあるからである。このため、水酸化マグネシウム粉やその凝集体は適当な容器内に収容して設置してもよい。この容器は吸着式ヒートポンプ内に適当な箇所に載置する他、適当な箇所に吊り下げてもよい。
【００５５】
この容器は樹脂製であってもよいが、容器からのガス発生の抑制の観点からは、ガラス又は金属製であることが好ましく、加工性や、吸着式ヒートポンプ内での設置後の破壊に対する耐久性の点では、より好ましくは金属製が適しており、特に好ましくは、吸脱着器、凝縮器、蒸発器などの容器材質と同じものが好ましい。
【００５６】
この容器はパンチングメタルのような多孔質材や、網で形成されたものであってもよく、この場合には、容器内の水酸化マグネシウムに対して全方位から水蒸気が接触するようになる。吸着式ヒートポンプの運搬や設置などの傾きや衝撃で、吸着式ヒートポンプ内で移動して、吸着素子やバルブなどの他の部材を破壊しないように、この容器は設置箇所に固定されていることが望ましい。
【００５７】
各種の支持体に水酸化マグネシウムを付着させて吸着式ヒートポンプ内に設置してもよい。この「支持体」とは、熱交換器のフィン（後述の吸着素子の基体）や、熱交換器以外の場所に金属や繊維質の板、棒、シート、構造体などの水酸化マグネシウムを付着させて設置する「被付着体」となるものを示す。
【００５８】
支持体の形状には特に制限はなく、板状（平板状であってもよく、曲面や段差を有するものであってもよい）、球状、棒状、その他の各種の異形形状が挙げられる。例えば、このような形状の金属製の支持体の表面に水酸化マグネシウム層を設けることができる。
【００５９】
また、紙、金属、セラミック、ガラス、炭素製等の繊維質のシート（不織布や織布）に水酸化マグネシウムを含浸させたり、表面層として設けることもできる。
【００６０】
この支持体は立体的な構造体としてもよい。例えば、長方形のシートを円柱状に巻いて、管状としたものでもよい。より好ましくは、支持体をハニカム形状にしてその表面に形成する水酸化マグネシウム層の表面積を大きくしたものが挙げられる。
【００６１】
金属製の支持体に水酸化マグネシウム層を設けた場合、その支持体の一部を表出させておき、この支持体の表出部分が熱の伝達媒体をかねるようにしてもよい。このようにすることで、水酸化マグネシウム層の結露を防止することができる。この場合、支持体の表出部に吸着式ヒートポンプの駆動に要する熱媒（例えば温水、例えば冷却水の出口以降の熱媒）から熱を供給することができる。同様の観点から、管状の支持体の外表面に水酸化マグネシウム層を形成し、管内に熱媒を通すようにすることもできる。
【００６２】
これらの水酸化マグネシウムの粉体、凝集体、或いは水酸化マグネシウムを支持体に付着させたものの場合は、水酸化マグネシウムの飛散や、結露水の影響を抑えるため、水蒸気（気体）は透過するが、水（結露水、液体）は透過しないような素材、具体的には透湿防水フィルム（シート）等で覆うことも可能である。このような透湿防水フィルム（シート）の例としては、商品名「ＫＴＦ」（三菱樹脂（株）製品）、「タイベック」（デュポン社製品）等が挙げられる。
【００６３】
気相中に水酸化マグネシウムを存在させる際に、水酸化マグネシウムに液体の水が付着してその水が、水酸化マグネシウムの存在する容器の外にこぼれないことが望ましい。これは、水酸化マグネシウムに接した水は、アルカリ成分を含む水となり、その水が飛散したり、気化したりすることで、吸着式ヒートポンプの構成材料である金属やゼオライトをおかす恐れがあるためである。より好ましくは、液体の水が水酸化マグネシウムに触れない構造がよい。
【００６４】
また、結露防止のために、例えば、水酸化マグネシウムの存在する容器や水酸化マグネシウムが、気相中において、水蒸気のあるその空間と同じ温度以上であることが好ましい。そのための水酸化マグネシウムの設置方法は、吸着素子と同等温度が供給される構造がよい。吸着素子としての吸着脱着効率のよさから、塗布型熱交換器が提案されているが、その場合は、吸脱着器内に設ける場合、フィンの一部が、吸着材層ではなく水酸化マグネシウム層からなることが好ましい。
【００６５】
容器は、水酸化マグネシウムに液体の水が付着した場合、その水が、水酸化マグネシウムを収容する容器内にとどまる構造を有することが望ましい。そのため、水酸化マグネシウムを保持する容器は、容器の底に水がたまる空間を有することが好ましい。
【００６６】
吸着式ヒートポンプにおいて、凝縮器と吸脱着器との連結、蒸発器と吸脱着器との連結が、バルブだけではなく、配管などによって細かくなった形状の場合、その途中の水蒸気の経路に水酸化マグネシウムを設置してもよい。この場合、水酸化マグネシウムの部位のみ単独でメンテナンスができるように、水酸化マグネシウム設置部の上流側及び／又は下流側の両方にバルブを取り付けてもよい。
【００６７】
［吸着素子］
本発明で使用する吸着素子は、基材上に、吸着層となる、ゼオライトと有機バインダーとを含む塗膜を設けてなるものであり、本発明の特徴である酸トラップ粒子は、該塗膜中に存在させることができる。ただし、酸トラップ粒子は、吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に存在させてあればよく、必ずしもこの塗膜中に含有されていなくてもよい。
【００６８】
＜基材＞
吸着素子の塗膜の被着体である基材の形状は特に限定されず、シート状、板状、又はプレートフィン型、エロフィンチューブ型、コルゲート型など、既存の熱交換器に適用されるものを特に制限なく使用できる。また、その材質も特に制限は無く、金属、セラミックス、グラファイト、樹脂、その他ＣＦＲＰなどの複合材などのいずれも使用することが出来る。
【００６９】
＜ゼオライト＞
吸着素子の塗膜に使用されるゼオライトは、吸着式ヒートポンプ、デシカント空調等の用途に使用できるゼオライトであれば特に制限はなく、合成ゼオライトであっても天然ゼオライトであってもよい。
【００７０】
ゼオライトとしては、容易に吸着し且つ低温域で容易に脱着し得るアルミノシリケート類、アルミノフォスフェート類が特に好ましい。このようなゼオライトとしては、骨格構造に少なくともＡｌとＰを含む結晶性アルミノフォスフェート類（ＡＬＰＯ系ゼオライト）があり、International Zeolite Association（ＩＺＡ）が定める骨格構造を示すコードで、ＣＨＡ型やＡＦＩ型が好ましく、例えば、具体的にはＳＡＰＯ−３４、ＦＡＰＯ−５、ＡＬＰＯ−５、特公平１−５７０４１号、特開２００３−１８３０２０号、特開２００４−１３６２６９号等の公報に記載された公知の合成法に従って製造されたシリコアルミノフォスフェート（ＳＡＰＯ）等のＡＬＰＯ系ゼオライトを好ましく使用することが出来る。ゼオライトは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００７１】
ゼオライトは、その粒子径が小さいほどその比表面積が大きくなることにより、吸着速度が向上するが、小さすぎると、塗膜形成のための有機バインダーの必要量の増加や、ゼオライト表面の被覆割合の増大などの問題が起こる。よって、ゼオライトの平均粒子径は、１〜１００μｍの範囲が好ましく、スラリーを塗布することで塗膜を形成する場合は、スラリー中でのゼオライトの沈降防止の観点から、１〜２０μｍの範囲であることが特に好ましい。
【００７２】
ここで、ゼオライトの平均粒子径はレーザー回折・散乱法により求めた値である。
【００７３】
＜有機バインダー＞
吸着素子の塗膜に使用される有機バインダーは、実用上必要な耐熱性や接着性を満たしていれば特に制限はない。有機バインダーとしては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル、ポリエーテルサルフォン、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、シリコーン樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリオレフィン、ポリスチレン、ラテックス、セルロース、マレイミド化合物等が挙げられる。有機バインダーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００７４】
吸着素子の形態や被着体の種類によって、最適な有機バインダーは異なるが、一般には塗膜の強度維持の観点から、硬化により凝集力を高められる熱硬化性の樹脂が好ましい。例えば、被着体が銅やアルミニウムなどの金属である場合は、有機バインダーとしてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、又はこれらの誘導体であることが好ましい。
【００７５】
これらの有機バインダーは溶剤等に希釈して用いてもよいが、ゼオライトの表面を露出させ、吸着阻害の少ない塗膜を得るという観点から、水系の乳化物（水系スラリー）として使用することが好ましい。
【００７６】
＜その他の添加剤＞
吸着素子の塗膜は、水酸化物粒子、ゼオライトおよび有機バインダー以外の各種の添加剤を含有することが可能である。例えば、塗膜形成時のハンドリング性向上や性能の安定化の目的で、レオロジー添加剤、界面活性剤、消泡剤、硬化剤、酸化防止剤、ｐＨ調整剤、防錆剤などの各種添加剤を含むことができる。
【００７７】
＜塗膜組成＞
吸着素子の塗膜におけるゼオライトの含有率は、６０ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下が好ましい。塗膜のゼオライトの含有率が多すぎると、塗膜中の水酸化物粒子や有機バインダーが相対的に少なくなり、十分な熱伝導率向上効果、酸中和効果、及び塗膜の強度が得られ難い。一方、塗膜中のゼオライトが少なすぎると、十分な吸着量と吸着速度が得られ難い。
【００７８】
塗膜が酸トラップ粒子を含む場合、塗膜中の酸トラップ粒子の含有率は、その機能発現の観点から１０ｗｔ％以上が好ましく、ゼオライト及び有機バインダーの必要な含有率を確保する観点から、３０ｗｔ％以下が好ましい。
【００７９】
塗膜中の有機バインダーの含有率は、５〜３０ｗｔ％が好ましい。有機バインダーの含有率が少な過ぎると、十分な塗膜の強度を得られず、多過ぎると、塗膜の空隙率が減少し、吸脱着速度を低下させるので好ましくない。
【００８０】
＜塗膜の空隙率＞
該塗膜は多孔質であり、空隙率が３０％以上であることが好ましく、４０％以上がより好ましい。空隙率が小さすぎると、吸着層となる塗膜中の連通孔の割合が低くなり、吸着速度が低下するという問題が起こる。空隙率の上限については特に制限はないが、空隙が塗膜中の粒子間に出来るとすると、通常６０％以下である。塗膜の空隙率の測定方法としては、例えば、ゼオライトの細孔に入り込まないシリコーンオイルなどを塗膜に含浸させて、その含浸前後の重量変化から空隙率を求める液浸法が挙げられる。この方法は、空隙率がある程度大きい塗膜であれば、孔が連通孔となることから有効な測定方法である。
【００８１】
＜塗膜の厚み＞
本発明において、塗膜の厚みは、薄すぎると塗膜の熱伝導率向上の効果が小さくなり、ゼオライトの担持量も少なくなる。また、厚すぎるとクラックが発生しやすいという問題があるため、塗膜の厚みは１０μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましく、３０μｍ〜８００μｍの範囲がより好ましい。
【００８２】
＜塗膜形成方法＞
ゼオライト及び有機バインダーを含み、必要に応じてさらに酸トラップ粒子を含む塗膜は、ゼオライトと有機バインダーと、必要に応じて酸トラップ粒子を所定の割合で含む塗布用組成物、好ましくは水系スラリーを、基材に塗布して、乾燥、硬化させることにより形成することができる。この塗布用組成物は、前述のその他の添加剤を含んでいてもよい。
【００８３】
塗布方法としては、公知の方法が挙げられ、例えばディップ（含浸、浸漬）、ナイフ、スプレー、ロールコート、転動造粒、スクリーン印刷、パッド印刷、オフセット印刷等が挙げられる。
【００８４】
本発明の吸着式ヒートポンプにおいて、上記のような吸着素子を用いた熱交換器は、予め熱交換器として組み立てられた後、上述の塗布用組成物を塗布して塗膜を形成することにより製造されたものであってもよく、予め該塗膜を形成した後熱交換器に組み立てられたものであってもよい。
【００８５】
［吸着式ヒートポンプの構成の具体例］
以下、本発明の吸着式ヒートポンプの一例について、図１〜３を参照して具体的に説明するが、図１〜３は本発明の吸着式ヒートポンプの構成の一例を示す図であって、本発明の吸着式ヒートポンプは図１〜３に示されるものに限定されるものではない。
【００８６】
図１に示す吸着式ヒートポンプは、吸着材に吸着質（この実施の形態では水蒸気）を吸着する操作、及び、熱交換器からの温熱により吸着材から吸着質を脱着する操作を繰り返すと共に、吸着質の吸着操作により発生した熱を熱媒に伝達する吸脱着ユニット１及び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と共に、発生した吸着質の蒸気が吸脱着ユニット１及び２に回収される蒸発器４と、吸脱着ユニット１及び２で脱着された吸着質の蒸気を外部の冷熱により凝縮させると共に、凝縮した吸着質を蒸発器４に供給し且つ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とを備えている。
【００８７】
該吸脱着ユニット１及び２は、吸着素子と、該吸着素子を加熱及び冷却可能な熱交換器とを有する。
【００８８】
この吸着素子は、基体と、該基体の表面に形成されたゼオライト含有塗膜とを有する。この塗膜は、ゼオライトを有機バインダーを用いて該基体表面に付着させることにより形成されている。吸着式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が得られるように、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が得られるように条件設定される。
【００８９】
吸脱着ユニット１，２は、それぞれ、装置の外殻を構成する耐圧ベッセル（チャンバー）と、該ベッセル内に配置された、図２に示される吸脱着器１０とを有する。吸脱着器１０は、伝熱チューブよりなる熱交換器１１及び該熱交換器１１に取り付けられたフィン１２とを有する。この実施の形態では、熱交換器１１を構成するチューブは、つづら折り状に配設されており、図３のようにフィン１２を貫通している。
【００９０】
フィン１２は、板状の基体１２ａと、該基体１２ａの表面に形成された塗膜１２ｂとからなり、基体１２ａが熱交換器１１を構成するチューブに対し接触するか又は溶接、ろう付け等により固着されている。フィン１２は、相互間に間隔をあけて多数枚配設されている。
【００９１】
本発明の一形態では、フィン１２のうち多くのものは、塗膜１２ｂがゼオライトとバインダーとからなり、吸着素子を構成しており、フィン１２のうち他のものは、基体１２ａ上に酸トラップ粒子を含み、且つ酸トラップ粒子を含まない塗膜１２ｂを形成したものである。
【００９２】
この酸トラップ粒子を含み、且つ酸トラップ粒子を含まない塗膜は、酸トラップ粒子を有機バインダーによって基体１２ａに塗着させることにより形成される。
【００９３】
酸トラップ粒子含有塗膜を有したフィン１２の設置枚数は、吸着素子を構成するフィン１２の枚数よりも少ない。例えば、１０〜１０００枚の吸着素子を構成するフィン１２に対し１枚の割合で酸トラップ粒子含有塗膜を有したフィン１２が配置される。
【００９４】
本発明の別の一形態では、すべてのフィン１２又は一部のフィン１２の塗膜１２ｂが、ゼオライトと、酸トラップ粒子と、有機バインダーとを含んでいる。
【００９５】
図１に示す吸脱着ユニット１，２内にそれぞれこのように構成された吸脱着器１０が設置されており、その熱交換器に、温熱媒又は冷熱媒を流すための熱媒配管１ａ，２ａが接続されている。
【００９６】
該熱媒配管１ａ及び２ａ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。熱媒配管１ａ及び２ａは、それぞれ吸脱着ユニット１及び２内の吸着素子を加熱又は冷却するための加熱源又は冷却源となる熱媒を流すための配管である。熱媒としては、特に限定されないが、水(温水又は冷却水)を使用するのが、安全且つ簡便であり、好ましい。
【００９７】
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、各吸脱着ユニット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、各吸脱着ユニット１及び／又は２の熱交換器１１を通過し、出口１１２及び／又は２１２より導出される。温水の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。
【００９８】
吸脱着ユニット１及び２の耐圧ベッセルは水蒸気の入口ポート及び出口ポートを有しており、該入口ポートは配管３Ａ，３Ｂによって蒸発器４に接続されている。水蒸気出口ポートは配管３Ｃ，３Ｄによって凝縮器５に接続されている。各配管３Ａ〜３Ｄには、制御バルブ３ａ〜３ｄが設けられている。
【００９９】
凝縮器５と蒸発器４の間には凝縮器５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６が設けられている。
【０１００】
蒸発器４で冷却されることにより生じた冷水は、循環配管４ａ，４ｂ及びポンプ３０１によって室内機３００に循環通水される。室内機３００は、室内空間（空調空間）の空気と熱交換する。
【０１０１】
凝縮器５には冷却水の流入配管５ａと流出配管５ｂとが接続されている。
【０１０２】
図１に示される吸着式ヒートポンプの運転方法について以下に説明する。
【０１０３】
第１工程では、制御バルブ３ａ及び３ｄを閉鎖、制御バルブ３ｂ及び３ｃを開放し、吸脱着ユニット１において再生（脱着）工程を行い、吸脱着ユニット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、熱媒配管１ａには温水を、熱媒配管２ａには冷却水を流通させる。冷却塔等の熱交換器によって冷やされた冷却水を熱媒配管２ａを通して導入し、吸脱着ユニット２の熱交換器１１に流通させ、吸着素子を通常３０〜４０℃程度に冷却する。制御バルブ３ｂの開操作により蒸発器４からの水蒸気が吸脱着ユニット２に流れ込み、該ユニット２内の吸着素子に吸着される。
【０１０４】
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。吸脱着ユニット２の冷却水の温度と蒸発器４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４で生成する冷水温度における吸着質の平衡蒸気圧を、吸脱着ユニット２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、吸脱着ユニット２内の吸着材が最も多く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、吸着材が最も多く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。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０．１２ｇ／ｇ−吸着材以上、好ましくは０．１５ｇ／ｇ−吸着材以上となる温度条件で吸着式ヒートポンプを運転する。
【０１０５】
再生工程にある吸脱着ユニット１の吸着素子は、通常４０〜９０℃、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５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。吸脱着ユニット１から凝縮器５へ水蒸気が移動し、凝縮されて水となる。凝縮水は、戻し配管６により蒸発器４へ戻される。凝縮器５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５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、吸脱着ユニット１の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。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。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０．１４ｇ／ｇ−吸着材以下、好ましくは０．１０ｇ／ｇ−吸着材以下となる温度条件で吸着式ヒートポンプを運転する。
【０１０６】
なお、吸着式ヒートポンプは、特に、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−吸着材以上、好ましくは０．１５ｇ／ｇ−吸着材以上となるように運転することが好ましい。
【０１０７】
以上が第１工程である。
【０１０８】
次の第２工程では、吸脱着ユニット１が吸着工程、吸脱着ユニット２が再生工程となるように、制御バルブ３ａ〜３ｄ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。第２工程では、バルブ３ａ，３ｄが開、バルブ３ｂ，３ｃが閉とされ、蒸発器４からの蒸気が吸脱着ユニット１に導入される。吸脱着ユニット２で脱着した水蒸気が凝縮器５へ導入される。吸脱着ユニット１の熱交換器には冷却水が通水され、吸脱着ユニット２の熱交換器には温水が通水される。
【０１０９】
以上の第１及び第２工程を順次切り替えることで吸着式ヒートポンプの連続運転を行うことができる。
【０１１０】
この運転を継続すると、塗膜１２ｂ中の有機バインダーが徐々に分解し、酸が生成する。この酸は、揮散してガス状となる。このガス状の酸は、塗膜１２ｂ中の酸トラップ粒子に収着される。このため、ヒートポンプ内の酸濃度が低くなり、ゼオライトの劣化や機器の腐食が防止される。
【０１１１】
図１では２基の吸脱着ユニットを設置しているが、１基又は３基以上設置してもよい。
【０１１２】
上記実施の形態では、酸トラップ粒子をフィン１２に存在させているが、酸トラップ粒子はフィン１２以外の箇所に配置されてもよい。
【０１１３】
例えば、図４のように、酸トラップ粒子１４ｃを容器１４ａの上部に配置した酸トラップ器１４を吸脱着ユニット１，２内に設置してもよい。
【０１１４】
酸トラップ器１４の容器１４ａの中段ないしそれよりも上位の箇所にパンチングメタル、メッシュ又はスクリーン等よりなる透水性支持部材１４ｂが設けられ、その上側に酸トラップ粒子１４ｃが充填されている。容器１４ａの底部には、酸トラップ粒子１４ｃと接触してから落下したときに水が溜る。
【０１１５】
この水は、水酸化物を含んだアルカリ性であるため、容器１４ａ内に溜め、容器１４ａ外に流出させないようにする。容器１４ａの底部に溜った水は、吸脱着ユニットのメンテナンスの時や、運転プログラムに組み込まれている真空引き動作の際には、蒸発していく。また、吸脱着ユニットのメンテナンスの時など、予め容器１４ａにバルブ付きの水抜き管を接続しておく等して、適宜のタイミングで水抜きを行ってもよい。容器１４ａは、図示のように上部側が大径となる形状であってもよく、上下方向において等径であってもよく、その形状は限定されない。
【０１１６】
酸トラップ器１４は、吸脱着ユニット１，２内に固定設置されてもよく、吊り下げ状に設置されてもよい。吊り下げ状に設置するために、容器１４ａに吊支用のワイヤやハンドル（取っ手）を設けてもよい。
【０１１７】
図５のように、吸着式ヒートポンプの吸脱着ユニット等のベッセル１５の底部に開口１５ｅを設け、この開口１５ｅに臨むように酸トラップ器１４を設置してもよい。
【０１１８】
本発明では、水蒸気が通る配管の途中に酸トラップ粒子の充填層を形成してもよい。
【０１１９】
図６はその一例を示すものであり、配管３Ａ〜３Ｄのうち少なくとも１本の配管（図６では配管３Ａ）途中に酸トラップ器１６を設けている。この酸トラップ器１６は、筒軸心方向を上下方向としたキャニスタ１６ａと、該キャニスタ１６ａの上下方向の途中に設けられたパンチングメタル、メッシュ又はスクリーン等よりなる透水性支持部材１６ｂと、その上側に充填された酸トラップ粒子１６ｃとを有する。一方の配管は支持部材１６ｂ上の酸トラップ粒子１６ｃよりも上側に接続され、他方の配管は支持部材１６ｂよりも下側に接続されており、酸性ガスを含んだ水蒸気が酸トラップ粒子１６ｃの充填層を通過し、酸が吸収される。
【０１２０】
キャニスタ１６ａは、支持部材１６ｂよりも下側に接続された配管３Ａよりもさらに下方にまで延在しており、酸トラップ粒子１６ｃと接触して生じたアルカリ水がキャニスタ１６ａの底部に溜るように構成されている。
【０１２１】
キャニスタ１６ａの底部に溜った水を抜き出すためのバルブ付き水抜き管をキャニスタ１６ａの底部に接続してもよい。
【０１２２】
図示は省略するが、酸トラップ器としては、金属、セラミックなどよりなる板状の基板と、該基板の表面に形成された酸トラップ粒子含有塗膜からなる板状のものを用いてもよい。この板状の酸トラップ器は、例えばベッセル内又は配管内に吊支するか又は固定設置される。その設置形態については特に限定されない。
【０１２３】
図１では凝縮器と蒸発器とを別個に設けているが、１個のベッセル内に蒸発器、吸脱着器及び凝縮器を設置した構成の吸着式ヒートポンプを用いることも可能である。
【０１２４】
図７〜１２を参照して、かかる吸着式ヒートポンプの一例について説明する。
【０１２５】
図７の吸着式ヒートポンプ２０は、耐圧ベッセル２１内を仕切板２２，２３によって凝縮室２４、吸脱着室２５、蒸発室２６の３室に区画している。
【０１２６】
仕切板２２，２３には開閉弁２２ａ，２３ａが設けられている。
【０１２７】
最上位の凝縮室２４に凝縮器２７が設置され、中段の吸脱着室２５に吸脱着器１０が設置され、最下段の蒸発室２６に蒸発器２９が設置されている。
【０１２８】
凝縮器２７は、冷却水が通水される伝熱チューブ２７ａと、該伝熱チューブ２７ａの下側に設置された集水トレー２７ｂとを有する。
【０１２９】
蒸発器２９は、温水が通水される伝熱チューブ２９ａと、該伝熱チューブ２９ａに水を注ぎかける散水器２９ｂとを有する。
【０１３０】
蒸発室２６内の底部に溜った水は、ポンプ３０によって散水器２９ｂに供給される。
【０１３１】
前記凝縮器２７のトレー２７ｂ内の水は配管３１によって蒸発室２６に導入される。
【０１３２】
この吸着式ヒートポンプ２０は吸着工程と脱着工程とを交互に行う。吸着工程にあっては、図示の通り、弁２２ａを閉、弁２３ａを開とし、吸脱着器１０の熱交換器１１に冷却水を流す。また、蒸発器２９の伝熱チューブ２９ａに水を通水し、散水器２９ｂから散水する。発生した水蒸気は、吸脱着室２５内に入り、吸脱着器１０に吸着される。伝熱チューブ２９ａを流れる水は、蒸発潜熱によって冷却される。
【０１３３】
脱着工程にあっては、弁２２ａを開、弁２３ａを閉とし、吸脱着器１０の熱交換器１１に温水を流す。また、凝縮器２７の伝熱チューブ２７ａに冷却水を通水する。吸脱着器１０から発生した水蒸気は、凝縮室２４内で凝縮し、トレー２７ｂに集水され、配管３１を介して蒸発室２６に返送される。
【０１３４】
この吸着式ヒートポンプ２０の室２４〜２６の少なくとも１つに図４に示した酸トラップ器１４等の酸トラップ器を設けることが好ましい。
【０１３５】
図８の吸着式ヒートポンプ２０Ａは、ベッセル２１の側面に内方へ凹陥する凹所２１ａを設けることにより、室２４，２５，２６を区画している。この凹所２１ａを備えた吸着式ヒートポンプ２０Ａにあっては、凝縮室２４及び／又は吸脱着室２５の底面に前記図５のようにして酸トラップ器１４を設置することができる。図４等の酸トラップ器を室２４〜２６の少なくとも１つに設置してもよい。図８のその他の構成は図７と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【０１３６】
図９の吸着式ヒートポンプ２０Ｂは、仕切板２２，２３を省略したこと以外は図７の吸着式ヒートポンプ２０と同一構成であり、同一符号は同一部分を示している。この場合も、ベッセル２１内の任意の箇所に図４等の酸トラップ器を設けることが好ましい。
【０１３７】
図１０の吸着式ヒートポンプ２０Ｃは、１個の伝熱チューブ２９ａを蒸発器としてだけではなく凝縮器としても使用するようにした凝縮器・蒸発器一体型吸着式ヒートポンプであり、上記の伝熱チューブ２７ａ及び集水トレー２７ｂは省略されている。その他の構成は図９と同一であり、同一符号は同一部分を示している。ベッセル２１内に図４等に示す酸トラップ器を設置することが好ましい。
【０１３８】
蒸発工程では伝熱チューブ２９ａに水を通水すると共に、散水器２９ｂから水を散水する。凝縮工程では、伝熱チューブ２９ａに冷却水を流し、ベッセル２１内の水蒸気を凝縮させる。
【０１３９】
図１１，１２は、単一のベッセル内に複数（この場合は２個）の吸脱着室を並設した構造を有した吸着式ヒートポンプ２０Ｄ，２０Ｅを示している。
【０１４０】
図１１，１２において、ベッセル２１内に縦仕切板３３を設けることにより２室の吸脱着室２５Ａ，２５Ｂを設け、各室２５Ａ，２５Ｂの天井部に弁２２ａ，２２ｂを設け、底面部に弁２３ａ，２３ｂを設けている。
【０１４１】
伝熱チューブ２７ａ，２９ａにそれぞれ連続的に通水すると共に、一方、吸脱着室２５Ａで弁２２ａを閉、弁２３ａを開とし、吸着工程を行い、他方の吸脱着室２５Ｂで弁２２ｂを開、弁２３ｂを閉とし、脱着工程を行っている。
【０１４２】
弁２２ａ，２３ａ及び弁２２ｂ，２３ｂの開閉を図９と逆とすることにより、吸脱着室２５Ａで脱着工程が行われ、吸脱着室２５Ｂで吸着工程が行われる。従って、吸着式ヒートポンプ２０Ｄは弁２２ａ，２３ａ及び弁２２ｂ，２３ｂの開閉を切り替えることにより、連続して伝熱チューブ２９ａより冷水を得る。
【０１４３】
図１２の吸着式ヒートポンプ２０Ｅは、ベッセル２１に凹所２１ａを設けて凝縮室２４、吸脱着室２５Ａ，２５Ｂ及び蒸発室２６を区画するようにしたこと以外は図１１と同一構造を有しており、図１１の吸着式ヒートポンプ２０Ｄと同様に連続して冷水供給が可能である。
【０１４４】
図１１，１２のその他の構成は図７，８と同一であり、同一符号は同一部分を示している。図１１，１２でも、図４等に示す酸トラップ器を設置することが好ましい。図１２の場合は、図１５に示す形態でも酸トラップ器を設置することができる。
【０１４５】
上記実施の形態では、吸脱着器１０が図２，３の構造のものであり、且つ一部のフィンが酸トラップ粒子含有塗膜を有し、その他のフィンはゼオライト含有塗膜を有したものとなっている。ただし、酸トラップ粒子を一部又はすべてのゼオライト含有塗膜に含有させてもよい。
【実施例】
【０１４６】
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【０１４７】
＜実施例１＞
［スラリーの調製］
ゼオライトとして、ＡＬＰＯ系ゼオライトであるＡＱＳＯＡ(登録商標：以後省略)−Ｚ０２（三菱樹脂（株）製品名、平均粒子径３μｍ）を８ｇ、酸化マグネシウムＲＦ−９８（宇部マテリアルズ（株）商品名、酸化マグネシウム純度９７．５％、熱伝導率約５０Ｗ／（Ｋ・ｍ）、平均粒子径５８μｍ、水酸化マグネシウムの２０℃の溶解度９．６ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ）を２ｇ、イオン交換水１２ｇを混合した。この際、吸着熱により温度が上昇するが、十分に冷ました後に有機バインダーとしてｊＥＲ１２５６（三菱化学（株）商品名、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）の水系エマルジョン（平均粒子径０．５μｍ、固形分４５ｗｔ％）を固形分換算で１ｇ（実際の添加量２．２ｇ）添加し、均一に混合した。さらに、この混合液に硬化剤としてアジピン酸ジヒドラジド（東京化成社製）を０．１ｇ添加し、酸化マグネシウム粒子の沈降防止のためにＴＡＦＩＧＥＬ ＰＵＲ６１（ＭＵＮＺＩＮＧ ＣＨＥＭＩＥ社製、不揮発分：２５ｗｔ％、ウレタン系増粘剤）を２倍に希釈した水溶液０．２ｇを添加して、スラリーを調製した。
【０１４８】
［塗膜の形成］
上記スラリーを、キャスト法によりアルミニウム板上に１ｍｍの厚さに塗布した後、１６０℃で１時間加熱して硬化させた。形成された塗膜は、厚さ１ｍｍで、ゼオライトの含有率は７２ｗｔ％、酸化マグネシウム粒子（表層は水酸化マグネシウムとなっている。）の含有率は１８ｗｔ％、有機バインダーの含有率は１０ｗｔ％の多孔質膜であり、シリコーンオイルを用いた液浸法により求めた空隙率は５０．２ｗｔ％である。
【０１４９】
［塗膜のみかけ熱伝導率の測定］
上記のアルミニウム板から塗膜を剥離し、φ１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の塗膜試験片を切り出した。得られた塗膜試験片を用いて、塗膜のみかけ熱伝導率の測定を行った。
【０１５０】
塗膜のみかけ熱伝導率は、ＤＳＣ（パーキンエルマー社製 示差走査熱量計ＤＳＣ−７型）によって求めた比熱と、レーザーフラッシュ法（アルバック理工社製 熱定数測定装置ＴＣ−９０００型）によって求めた熱拡散率および密度の積で算出した。何れの測定も絶乾状態で行った。また、測定温度は室温（約２０℃）であった。
【０１５１】
その結果、塗膜のみかけ熱伝導率は、０．１７１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【０１５２】
［塗膜の酸中和機能の確認］
上記のアルミニウム板から塗膜を剥離し、乳鉢ですり潰して粉末にした。図１３に示すように、この塗膜粉６１を５ｇ採り、２０ｍｌのガラス瓶６２に入れ、更にこのガラス瓶６２を２５０ｍｌのガラス瓶６３の中にいれて、２０ｍｌのガラス瓶６２の外側にギ酸水溶液（イオン交換水１００ｍｌに９０％ギ酸３０ｍｇを添加したもの）６４を１０ｍｌ注入した。２０ｍｌのガラス瓶６２は上部が開放であり、２５０ｍｌのガラス瓶６３には蓋をして、全体を８０℃の恒温槽（エスペック製「ＳＨ−２４１」）に入れて、ギ酸水溶液のｐＨと電気伝導度の経時変化を記録した。結果を表１に示す。
【０１５３】
ｐＨと電気伝導度の測定は、ギ酸水溶液を取り出し、２１℃以上２５℃以下になるように水冷した後に、（株）堀場製作所製ｐＨメータＤ−５４（ｐＨ電極９６１１−１０Ｄ、導電率電極９３８２−１０Ｄ）を用いて測定し、測定後は再び液を戻した。
【０１５４】
表１には、比較対照用に、ガラス瓶６２内に塗膜粉を入れなかった場合と、ガラス瓶２内に酸化マグネシウムのみを１ｇ入れて同様に測定を行った結果を併記した。
【０１５５】
＜比較例１＞
酸化マグネシウム粒子をＡＱＳＯＡ−Ｚ０２に置き換えた以外は、実施例１と同様の手順でスラリーを調製し、同様に塗膜を形成して各種測定を行ったところ、塗膜のみかけ熱伝導率は０．１３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、酸中和機能は表１に示す通りであった。
【０１５６】
【表１】
【０１５７】
以上の結果から次のことが分かる。
【０１５８】
実施例１の塗膜のみかけ熱伝導率は、比較例の１．３倍であり、熱伝導率向上の効果が認められた。
【０１５９】
実施例１では、時間とともにギ酸水溶液のｐＨが中性側へ変化しており、電気伝導度も低下していることから、水溶液中のギ酸が、塗膜中の酸化マグネシウム粒子（表層は水酸化マグネシウムとなっている。）と反応して中和されたことが分かる。
【０１６０】
＜実施例２＞
塗膜粉の代りに以下の酸化マグネシウム粉５ｇを用い、また、ギ酸水溶液として、以下のものを５０ｇ用い、恒温槽を９０℃に保ったこと以外は実施例１と同様に実験を行い、２３０時間後のギ酸水溶液のｐＨと電気伝導度を測定し、結果を表２に示した
【０１６１】
酸化マグネシウム粉：和光純薬工業（株）製。純度９９．９％、平均粒子径１０μｍ
ギ酸水溶液：イオン交換水と純度９９％のギ酸を用い、ギ酸濃度が１１０ｍｇ／ｌになるように混合したもの。ｐＨ値３．３、電気伝導度２３．２ｍＳ／ｍ
【０１６２】
＜実施例３＞
酸化マグネシウムの量を１ｇとしたこと以外は、実施例２と同様に実験を行って、結果を表２に示した。
【０１６３】
＜比較例２＞
酸化マグネシウムを用いず、ガラス瓶６２を空のままガラス瓶６３内に入れたこと以外は実施例２と同様に実験を行い、結果を表２に示した。
【０１６４】
表２には、予め実験により測定したギ酸水溶液のギ酸濃度とｐＨ値との関係から求めた近似式（ｐＨ＝−０．０２８２８Ｌｎ（濃度ｍｇ／ｌ）＋４．６２９１）を用いて、ギ酸水溶液のｐＨ値から算出したギ酸水溶液のギ酸濃度を併記した。
【０１６５】
【表２】
【０１６６】
＜実施例４＞
実施例２で用いたものと同じ酸化マグネシウム５ｇと、実施例２で用いたものと同じギ酸水溶液４０ｇを用い、図１４に示す実験装置で実験を行った。
【０１６７】
１０００ｍｌ容量のガラス製４ツ口のセパラブルフラスコ７０内に、酸化マグネシウム７０とギ酸水溶液７２とが接しないように共存させて、８０℃でギ酸水溶液の還流を行い、ギ酸水溶液７２のｐＨ値の時間変化を測定した。
【０１６８】
酸化マグネシウム７１は、５０ｍｌ容量のガラスビーカー７３内に５ｇ入れ、そのビーカー７３を網７４にいれ、網７４に針金７５をつけて、セパラブルフラスコ７０の一つの口７０ａに固定した。その口７０ａには、ゴム栓７０ｂを設置して、外気と遮断した。
【０１６９】
その他のセパラブルフラスコ７０の口７０ｃ，７０ｄには、それぞれ、ギ酸水溶液７２の液温を測定する温度計７６と、蒸気を冷却するための冷却管７７を設け、系内を密閉した。
【０１７０】
これらを、オイルバス７９にいれ、ギ酸水溶液を攪拌するための撹拌子８０ａとスターラー８０を設置して、ギ酸水溶液８０℃を保ちながら還流を行った。所定時間が経過したら、ギ酸水溶液をピペットで抜き取り、２１℃以上３０℃以下になるように水冷した後、実施例１と同じ測定器を用いて、ｐＨと電気伝導度を測定した。表３には、実施例２と同様にしてｐＨ値から算出したギ酸濃度を併記した。
【０１７１】
その結果、表３に示すように、時間経過とともにｐＨ値が大きくなっていき、１０時間でｐＨ値が４．０に達した。
【０１７２】
【表３】
【０１７３】
実施例２〜４より、ギ酸水溶液中のギ酸が揮散して、系内の酸化マグネシウムと反応し、実施例２では、ギ酸濃度は約４０％低減され、実施例４では、１０時間後に約９０％低減されたことが分かる。
【０１７４】
以上の結果から、本発明によれば、吸着式ヒートポンプ内で発生したギ酸等の酸が、吸着式ヒートポンプ内に設置した酸化マグネシウムにより中和除去されることが分かる。
【符号の説明】
【０１７５】
１，２ 吸脱着ユニット
１ａ，２ａ 熱媒配管
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 吸着質配管
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 制御バルブ
６ 戻し配管
１０ 吸脱着器
１１ 伝熱チューブ
１２ フィン
１２ａ 基体
１２ｂ 塗膜
１４，１６ 酸トラップ器
１４ｃ，１６ｃ 酸トラップ粒子
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 吸着式ヒートポンプ
２１ 耐圧ベッセル
２２，２３ 仕切板
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ 開閉弁
２４ 凝縮室
２５，２５Ａ，２５Ｂ 吸脱着室
２６ 蒸発室
２７ 凝縮器
２９ 蒸発器
６１ 塗膜粉
６２，６３ ガラス瓶
６４ ギ酸水溶液
７０ セパラブルフラスコ
７１ 酸化マグネシウム粉
７２ ギ酸水溶液
７６ 温度計
７７ 冷却管
７９ オイルバス
８０ スターラー
１１５ 切替バルブ
１１６ 切替バルブ
２１５ 切替バルブ
２１６ 切替バルブ
３００ 室内機
３０１ ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する吸着式ヒートポンプであって、
該吸脱着器は、熱交換器と、該熱交換器によって加熱又は冷却可能な吸着素子とを有しており、
該吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜とを有しており、
吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が存在している吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記水酸化物の粒子が、該水酸化物の脱水物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項３】
前記水酸化物の脱水物が酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記水酸化物が水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、および水酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記粒子の少なくとも一部が、酸化マグネシウムである請求項１ないし４の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項６】
前記凝縮器及び蒸発器が一体型である請求項１ないし５の何れか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項７】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記熱交換器の前記塗膜中に存在している請求項１ないし６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項８】
前記熱交換器の塗膜中の水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子の量が、１０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下である請求項７に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項９】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記塗膜以外の場所で、かつ吸着質である水蒸気の流路の少なくとも一部に存在している請求項１ないし６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１０】
前記熱交換器は、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含まない第１の塗膜と、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含む第２の塗膜とを有する請求項１ないし６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１１】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を収容した容器が設置されている請求項１ないし１０の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１２】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が水蒸気流通用配管に配置されている請求項１ないし１１の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１３】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記吸着質に対して０．１ｗｔ％以上の量存在してなる請求項１ないし１２の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１】
吸脱着器、凝縮器、及び蒸発器を有する吸着式ヒートポンプであって、
該吸脱着器は、熱交換器と、該熱交換器によって加熱又は冷却可能な吸着素子とを有しており、
該吸着素子は、基体と、該基体に設けられたゼオライト及び有機バインダーを含む塗膜とを有しており、
吸着質である水蒸気の存在する部分の少なくとも一部に、２０℃の溶解度が２０ｍｇ／１００ｃｍ３−Ｈ２Ｏ以下である水酸化物、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が存在している吸着式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記水酸化物の粒子が、該水酸化物の脱水物を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項３】
前記水酸化物の脱水物が酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項４】
前記水酸化物が水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、および水酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記粒子の少なくとも一部が、酸化マグネシウムである請求項１ないし４の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項６】
前記凝縮器及び蒸発器が一体型である請求項１ないし５の何れか1項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項７】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記熱交換器の前記塗膜中に存在している請求項１ないし６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項８】
前記熱交換器の塗膜中の水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子の量が、１０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下である請求項７に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項９】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記塗膜以外の場所で、かつ吸着質である水蒸気の流路の少なくとも一部に存在している請求項１ないし６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１０】
前記熱交換器は、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含まない第１の塗膜と、前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を含む第２の塗膜とを有する請求項１ないし６の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１１】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子を収容した容器が設置されている請求項１ないし１０の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１２】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が水蒸気流通用配管に配置されている請求項１ないし１１の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【請求項１３】
前記水酸化物の粒子、及び／又は水和反応によって該水酸化物を形成し得る粒子が、前記吸着質に対して０．１ｗｔ％以上の量存在してなる請求項１ないし１２の何れか１項に記載の吸着式ヒートポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５３８４２（Ｐ２０１３−５３８４２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７５０５１（Ｐ２０１２−１７５０５１）
【出願日】平成２４年８月７日（２０１２．８．７）
【出願人】（０００００６１７２）三菱樹脂株式会社 (1,977)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月７日（２０１２．８．７）
【出願人】（０００００６１７２）三菱樹脂株式会社 (1,977)
【Ｆターム（参考）】
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