JP2001239156A - ヒートポンプ用吸着剤並びにこれを用いたヒートポンプ - Google Patents
ヒートポンプ用吸着剤並びにこれを用いたヒートポンプInfo
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- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 合成ゼオライトを用いて極めて効率よく熱交
換をするヒートポンプ用吸着剤を提供する。 【解決手段】 本発明は、合成ゼオライト中の交換可能
な総電荷の３３．３％以上を他の金属イオンで置換した
金属置換合成ゼオライトからなるヒートポンプ用吸着剤
である。置換する他の金属イオンは2価の金属イオンか
らなり、例えばＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ
２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ ２＋、Ｃｄ
２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋又はＰｂ２＋から
選ばれた少なくとも１種の金属イオンである。あるい
は、他の金属イオンがＫ＋又はＡｇ＋の１価の金属イオ
ンからなるヒートポンプ用吸着剤である。
換をするヒートポンプ用吸着剤を提供する。 【解決手段】 本発明は、合成ゼオライト中の交換可能
な総電荷の３３．３％以上を他の金属イオンで置換した
金属置換合成ゼオライトからなるヒートポンプ用吸着剤
である。置換する他の金属イオンは2価の金属イオンか
らなり、例えばＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ
２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ ２＋、Ｃｄ
２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋又はＰｂ２＋から
選ばれた少なくとも１種の金属イオンである。あるい
は、他の金属イオンがＫ＋又はＡｇ＋の１価の金属イオ
ンからなるヒートポンプ用吸着剤である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ用吸
着剤に関し、特に合成ゼオライト中の交換可能な総電荷
の３３．３％以上を他の金属イオンで置換してなる金属
置換合成ゼオライトをヒートポンプ用吸着剤として提供
するものである。
着剤に関し、特に合成ゼオライト中の交換可能な総電荷
の３３．３％以上を他の金属イオンで置換してなる金属
置換合成ゼオライトをヒートポンプ用吸着剤として提供
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯＰ３において、我が国は、室温ガス
排出量の削減目標を、2012年までに90年レベルの6％減
と設定した。その後、既に1990年当時より約15％エネル
ギー消費が増加しており、目標として掲げた2012年まで
の残り11年間で20％に及ぶ排出削減を行わなければなら
ない。先進国はそれでも、エネルギー消費の伸びは抑え
てきているが、中国などのエネルギー消費は、急上昇し
ている。削減目標は、地球的には達成が困難で、環境の
悪化は深刻な事態になる可能性がある。これらの解決方
法としては、例えば化石燃料を用いない自然エネルギー
等を利用する技術開発を行うことである。これらは、太
陽光、熱、風力、温度差発電、核融合など種々の試みが
なされている。また、蓄熱などの熱の有効利用などがあ
る。
排出量の削減目標を、2012年までに90年レベルの6％減
と設定した。その後、既に1990年当時より約15％エネル
ギー消費が増加しており、目標として掲げた2012年まで
の残り11年間で20％に及ぶ排出削減を行わなければなら
ない。先進国はそれでも、エネルギー消費の伸びは抑え
てきているが、中国などのエネルギー消費は、急上昇し
ている。削減目標は、地球的には達成が困難で、環境の
悪化は深刻な事態になる可能性がある。これらの解決方
法としては、例えば化石燃料を用いない自然エネルギー
等を利用する技術開発を行うことである。これらは、太
陽光、熱、風力、温度差発電、核融合など種々の試みが
なされている。また、蓄熱などの熱の有効利用などがあ
る。
【０００３】それらに対して1978年、Tchernevにより太
陽熱ゼオライトヒートポンプが提唱(D.I.Tchernev,The
use of zeolites for solar cooling.Proc.5th Int. Co
nf.on Zeolite.Rees,L.B.Sand and F.A.Mumpton eds.,P
ergamon,Oxford,479,1978)され、以後多くのこの種研究
がなされいる。例えば、ヒートポンプ（特開昭50-10374
4号公報）、太陽熱を利用のゼオライト製氷冷蔵装置
（特開昭59-56068号公報）、ケミカルヒートポンプの熱
媒の排気方法（特開昭59-129360号公報）、ケミカルヒ
ートポンプの製造方法（特開昭59-129362号公報）、給
湯器（特開昭60-20052号公報）、ケミカルヒートポンプ
式給湯器の作動方法（特開昭60-99966号公報）、ケミカ
ルヒートポンプ式給湯器（特開昭60-99967号公報）、ケ
ミカルヒートポンプの駆動方法（特開昭60-126562号公
報）、ケミカルヒートポンプ（特開昭60-226674号公
報）、低品位の熱源によって作動されるヒートポンプ
（特開昭61-502008号公報）、可逆冷熱発生器（特開平1
-277180号公報）、ヒートポンプ式空気調和機（特開平2
-217729号公報）、吸着式ヒートポンプ（特開平4-22576
2号公報）、サーモサイフォンを利用した回転モジュー
ル型吸着式ヒートポンプ（特開平4-309760号公報）、吸
着式ヒートポンプ（特開平5-322364号公報）、熱の貯蔵
及び利用ないし冷気の調製法、並びに吸着装置（特開平
5-196318号公報）、化学蓄熱型ヒートポンプ（特開平6-
117724号公報）、ヒートポンプ装置（特開平6-331233号
公報）、固体吸収体を使用した冷却及び加熱装置（特開
平7-120100号公報）、化学的ヒートポンプ用の吸着剤ブ
ロックとその製造方法（特表平7-504360号公報）、ケミ
カルヒートポンプ（特開平9-152222号公報）、化学蓄熱
式吸気冷却装置（特開平10-89798号公報）、蒸気吸放出
材料（特開平11-114410号公報）等である。
陽熱ゼオライトヒートポンプが提唱(D.I.Tchernev,The
use of zeolites for solar cooling.Proc.5th Int. Co
nf.on Zeolite.Rees,L.B.Sand and F.A.Mumpton eds.,P
ergamon,Oxford,479,1978)され、以後多くのこの種研究
がなされいる。例えば、ヒートポンプ（特開昭50-10374
4号公報）、太陽熱を利用のゼオライト製氷冷蔵装置
（特開昭59-56068号公報）、ケミカルヒートポンプの熱
媒の排気方法（特開昭59-129360号公報）、ケミカルヒ
ートポンプの製造方法（特開昭59-129362号公報）、給
湯器（特開昭60-20052号公報）、ケミカルヒートポンプ
式給湯器の作動方法（特開昭60-99966号公報）、ケミカ
ルヒートポンプ式給湯器（特開昭60-99967号公報）、ケ
ミカルヒートポンプの駆動方法（特開昭60-126562号公
報）、ケミカルヒートポンプ（特開昭60-226674号公
報）、低品位の熱源によって作動されるヒートポンプ
（特開昭61-502008号公報）、可逆冷熱発生器（特開平1
-277180号公報）、ヒートポンプ式空気調和機（特開平2
-217729号公報）、吸着式ヒートポンプ（特開平4-22576
2号公報）、サーモサイフォンを利用した回転モジュー
ル型吸着式ヒートポンプ（特開平4-309760号公報）、吸
着式ヒートポンプ（特開平5-322364号公報）、熱の貯蔵
及び利用ないし冷気の調製法、並びに吸着装置（特開平
5-196318号公報）、化学蓄熱型ヒートポンプ（特開平6-
117724号公報）、ヒートポンプ装置（特開平6-331233号
公報）、固体吸収体を使用した冷却及び加熱装置（特開
平7-120100号公報）、化学的ヒートポンプ用の吸着剤ブ
ロックとその製造方法（特表平7-504360号公報）、ケミ
カルヒートポンプ（特開平9-152222号公報）、化学蓄熱
式吸気冷却装置（特開平10-89798号公報）、蒸気吸放出
材料（特開平11-114410号公報）等である。
【０００４】これらに使用されている吸着剤は、ゼオラ
イト、モレキュラーシーブ、セピオライト、シリカゲ
ル、活性炭、吸着性粘土鉱物、活性アルミナ、多孔性炭
素繊維、金属多孔体、メソ多孔体などが提案されてい
る。それらの中で、ゼオライト系ヒートポンプが多く開
発され提案されている。
イト、モレキュラーシーブ、セピオライト、シリカゲ
ル、活性炭、吸着性粘土鉱物、活性アルミナ、多孔性炭
素繊維、金属多孔体、メソ多孔体などが提案されてい
る。それらの中で、ゼオライト系ヒートポンプが多く開
発され提案されている。
【０００５】係るゼオライト−水系ヒートポンプのメリ
ットは、100〜200℃付近の低温の熱源と室温付近の熱
源の2つのみで動く。基本的に電力などの他の熱源が
要らない。蓄熱容量が大きい。ゼオライトと水とい
う環境問題的に安全で安価な物質で構成できる。蓄熱
のための断熱装置が要らない。吸着材として、非晶質
物質に比べて、熱膨張性が無く、何度でも繰り返し使用
でき、耐久性が高くメンテナンスが簡単であるなどの特
徴を有している。
ットは、100〜200℃付近の低温の熱源と室温付近の熱
源の2つのみで動く。基本的に電力などの他の熱源が
要らない。蓄熱容量が大きい。ゼオライトと水とい
う環境問題的に安全で安価な物質で構成できる。蓄熱
のための断熱装置が要らない。吸着材として、非晶質
物質に比べて、熱膨張性が無く、何度でも繰り返し使用
でき、耐久性が高くメンテナンスが簡単であるなどの特
徴を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様にゼオライト−水系ヒートポンプの多くの特徴がある
にも係わらず未だに実用化されていないのが現状であ
る。今までに実用化に至らなかった理由としては、幾つ
か考えられるが、その一つはゼオライト水のエントロピ
ー状態やゼオライトの脱水挙動など十分に且つ正しく議
論されてこなかったことによると考えられる。従って、
前記の開発の殆どがナトリウムタイプのゼオライトのみ
を使用して研究されているのが現状である。
様にゼオライト−水系ヒートポンプの多くの特徴がある
にも係わらず未だに実用化されていないのが現状であ
る。今までに実用化に至らなかった理由としては、幾つ
か考えられるが、その一つはゼオライト水のエントロピ
ー状態やゼオライトの脱水挙動など十分に且つ正しく議
論されてこなかったことによると考えられる。従って、
前記の開発の殆どがナトリウムタイプのゼオライトのみ
を使用して研究されているのが現状である。
【０００７】本発明者らは、上記問題に鑑み鋭意検討を
した結果、ヒートポンプ用吸着剤として、合成ゼオライ
ト中のナトリウムイオンをイオン交換により他の金属イ
オンで３３．３％以上置換してなる金属置換合成ゼオラ
イトをヒートポンプ用として使用することにより極めて
効率よく熱交換をすることを知見するに至り、本発明を
完成させた。
した結果、ヒートポンプ用吸着剤として、合成ゼオライ
ト中のナトリウムイオンをイオン交換により他の金属イ
オンで３３．３％以上置換してなる金属置換合成ゼオラ
イトをヒートポンプ用として使用することにより極めて
効率よく熱交換をすることを知見するに至り、本発明を
完成させた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、合
成ゼオライト中の交換可能な総電荷の３３．３％以上を
他の金属イオンで置換してなる金属置換合成ゼオライト
からなることを特徴とするヒートポンプ用吸着剤に係る
ものである。
成ゼオライト中の交換可能な総電荷の３３．３％以上を
他の金属イオンで置換してなる金属置換合成ゼオライト
からなることを特徴とするヒートポンプ用吸着剤に係る
ものである。
【０００９】また、本発明は、他の金属イオンが2価の
金属イオンからなる前記のヒートポンプ用吸着剤に係る
ものである。更にまた、本発明は、2価の金属イオンと
してはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２ ＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ
２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ
２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋又はＰｂ２＋から選ばれた少
なくとも１種の金属イオンである前記のヒートポンプ用
吸着剤に係るものである。また、本発明は、他の金属イ
オンがＫ＋又はＡｇ＋の１価の金属イオンからなる前記
のヒートポンプ用吸着剤に係るものである。
金属イオンからなる前記のヒートポンプ用吸着剤に係る
ものである。更にまた、本発明は、2価の金属イオンと
してはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２ ＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ
２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ
２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋又はＰｂ２＋から選ばれた少
なくとも１種の金属イオンである前記のヒートポンプ用
吸着剤に係るものである。また、本発明は、他の金属イ
オンがＫ＋又はＡｇ＋の１価の金属イオンからなる前記
のヒートポンプ用吸着剤に係るものである。
【００１０】更にまた、本発明は、金属置換合成ゼオラ
イトの平均粒子径は０．１〜１０μｍである前記のヒー
トポンプ用吸着剤に係るものである。また、本発明の金
属置換合成ゼオライトは、顆粒状に造粒したものである
前記のヒートポンプ用吸着剤に係るものである。更にま
た、本発明の合成ゼオライトは、Ａ型ゼオライト、Ｘ型
ゼオライト、Ｙ型ゼオライト又はＰ型ゼオライトから選
ばれた少なくとも１種の合成ゼオライトである前記のヒ
ートポンプ用吸着剤に係るものである。また、本発明
は、前記のヒートポンプ用吸着剤を用いることを特徴と
するヒートポンプに係るものである。
イトの平均粒子径は０．１〜１０μｍである前記のヒー
トポンプ用吸着剤に係るものである。また、本発明の金
属置換合成ゼオライトは、顆粒状に造粒したものである
前記のヒートポンプ用吸着剤に係るものである。更にま
た、本発明の合成ゼオライトは、Ａ型ゼオライト、Ｘ型
ゼオライト、Ｙ型ゼオライト又はＰ型ゼオライトから選
ばれた少なくとも１種の合成ゼオライトである前記のヒ
ートポンプ用吸着剤に係るものである。また、本発明
は、前記のヒートポンプ用吸着剤を用いることを特徴と
するヒートポンプに係るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を更に詳細に説明す
る。本発明のヒートポンプ用吸着剤は、合成ゼオライト
中の交換可能な総電荷の３３．３％以上を他の金属イオ
ンで置換してなる金属置換合成ゼオライトからなること
を特徴とするものである。
る。本発明のヒートポンプ用吸着剤は、合成ゼオライト
中の交換可能な総電荷の３３．３％以上を他の金属イオ
ンで置換してなる金属置換合成ゼオライトからなること
を特徴とするものである。
【００１２】係る合成ゼオライトとは、ゼオライト構造
を有しそのカチオンが交換可能なものである。このイオ
ン交換前の原体である合成ゼオライトは、例えばＡ型、
Ｘ型、Ｙ型又はＰ型ゼオライトが好ましい。その他とし
てモルデナイト、アナルサイム、ソーダライト、クリノ
プチロライト、エリオナイト又はチャバサイト等が使用
可能である。前記イオン交換前の原体の合成ゼオライト
において、カチオンは、ナトリウム、カリウムその他の
場合もあるが、通常ナトリウムである。
を有しそのカチオンが交換可能なものである。このイオ
ン交換前の原体である合成ゼオライトは、例えばＡ型、
Ｘ型、Ｙ型又はＰ型ゼオライトが好ましい。その他とし
てモルデナイト、アナルサイム、ソーダライト、クリノ
プチロライト、エリオナイト又はチャバサイト等が使用
可能である。前記イオン交換前の原体の合成ゼオライト
において、カチオンは、ナトリウム、カリウムその他の
場合もあるが、通常ナトリウムである。
【００１３】本発明に使用するヒートポンプ用吸着剤
は、合成ゼオライト中のカチオンであるナトリウムイオ
ンが他の金属イオンとイオン交換された金属置換型ゼオ
ライトを用いている。この交換率は、合成ゼオライト中
の交換性の電荷の３３．３％以上、好ましくは４０％以
上としている。
は、合成ゼオライト中のカチオンであるナトリウムイオ
ンが他の金属イオンとイオン交換された金属置換型ゼオ
ライトを用いている。この交換率は、合成ゼオライト中
の交換性の電荷の３３．３％以上、好ましくは４０％以
上としている。
【００１４】交換する他の金属イオンとしては、Ｋ＋又
はＡｇ＋の１価の金属イオン、又は2価の金属イオンで
ある。交換する2価の金属イオンとしてはＭｇ２＋、Ｃ
ａ２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎ
ｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓ
ｎ２＋又はＰｂ２＋から選ばれた少なくとも１種の金属
イオンである。この中で、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋が
特に好ましい。 Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋が好ましい理由
は、後述又は実施例に記載した様に、置換後に含まれる
含水量が高いことによる。また、 Ｋ＋置換合成ゼオラ
イトは、２００〜３００℃程度の高温でも結晶構造が壊
れることなく安定であるため、好ましい。
はＡｇ＋の１価の金属イオン、又は2価の金属イオンで
ある。交換する2価の金属イオンとしてはＭｇ２＋、Ｃ
ａ２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎ
ｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓ
ｎ２＋又はＰｂ２＋から選ばれた少なくとも１種の金属
イオンである。この中で、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋が
特に好ましい。 Ｍｇ２＋、Ｃｏ２＋が好ましい理由
は、後述又は実施例に記載した様に、置換後に含まれる
含水量が高いことによる。また、 Ｋ＋置換合成ゼオラ
イトは、２００〜３００℃程度の高温でも結晶構造が壊
れることなく安定であるため、好ましい。
【００１５】合成ゼオライトのイオン交換体は、容易に
調製することができる。例えばＡ型ゼオライトとイオン
交換すべき金属の可溶性塩水溶液と充分に接触させるこ
とにより得られ、 金属塩としては塩化物、硝酸塩、硫
酸塩又は有機酸塩等が挙げられる。本発明のヒートポン
プ用吸着剤としての金属置換合成ゼオライトは、平均粒
子径０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、更に
好ましくは２〜８μｍである。
調製することができる。例えばＡ型ゼオライトとイオン
交換すべき金属の可溶性塩水溶液と充分に接触させるこ
とにより得られ、 金属塩としては塩化物、硝酸塩、硫
酸塩又は有機酸塩等が挙げられる。本発明のヒートポン
プ用吸着剤としての金属置換合成ゼオライトは、平均粒
子径０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、更に
好ましくは２〜８μｍである。
【００１６】これは、金属置換合成ゼオライトの粒径が
微細すぎると、真空ポンプでヒートポンプ系内を真空に
する際にゼオライトが飛散してしまい好ましくない。ま
た、大粒径のゼオライトにおいては、原体の合成が困難
である。以上の理由により、粒径の範囲が決められる。
微細すぎると、真空ポンプでヒートポンプ系内を真空に
する際にゼオライトが飛散してしまい好ましくない。ま
た、大粒径のゼオライトにおいては、原体の合成が困難
である。以上の理由により、粒径の範囲が決められる。
【００１７】また、本発明のヒートポンプ用吸着剤とし
ての金属置換合成ゼオライトは、顆粒状に造粒したもの
であってもよい。この時の造粒の大きさは、平均で１０
〜１００μｍ、好ましくは１０〜３０μｍまで造粒した
ものである。造粒の方法は、通常工業的に行われている
方法でよい。
ての金属置換合成ゼオライトは、顆粒状に造粒したもの
であってもよい。この時の造粒の大きさは、平均で１０
〜１００μｍ、好ましくは１０〜３０μｍまで造粒した
ものである。造粒の方法は、通常工業的に行われている
方法でよい。
【００１８】次に、ゼオライト−水系ヒートポンプにつ
いて説明する。このゼオライト−水系ヒートポンプは使
用する合成ゼオライトのＮａイオンを他の金属イオンで
置換する置換率を高くすることにより、極めて効率のよ
いヒートポンプを設計することができる。
いて説明する。このゼオライト−水系ヒートポンプは使
用する合成ゼオライトのＮａイオンを他の金属イオンで
置換する置換率を高くすることにより、極めて効率のよ
いヒートポンプを設計することができる。
【００１９】ここで、置換率を高くすると、何故ヒート
ポンプとして使用する場合好ましいかを説明する。合成
時、Ａ型ゼオライトはＮａＡｌＳｉＯ８・ｎＨ２Ｏの組
成を持っている。このゼオライト結晶構造中の珪酸塩フ
レームワーク中の空隙には、ＮａイオンとＨ２Ｏ分子が
詰まっている。この水分子の着・脱により熱交換が行わ
れる。この熱交換が、本ヒートポンプシステムの原理で
ある。その場合Ａ型ゼオライトでは、水分子１モルあた
り６０−６７ｋＪ程度の熱交換（以後、水和エンタルピ
ー、ΔＨ、とする）が可能であり、この値は、交換性陽
イオンの種類には余り依存しない。すなわち、熱交換の
総量は、空隙内の水分子の数に依存するところが大き
い。
ポンプとして使用する場合好ましいかを説明する。合成
時、Ａ型ゼオライトはＮａＡｌＳｉＯ８・ｎＨ２Ｏの組
成を持っている。このゼオライト結晶構造中の珪酸塩フ
レームワーク中の空隙には、ＮａイオンとＨ２Ｏ分子が
詰まっている。この水分子の着・脱により熱交換が行わ
れる。この熱交換が、本ヒートポンプシステムの原理で
ある。その場合Ａ型ゼオライトでは、水分子１モルあた
り６０−６７ｋＪ程度の熱交換（以後、水和エンタルピ
ー、ΔＨ、とする）が可能であり、この値は、交換性陽
イオンの種類には余り依存しない。すなわち、熱交換の
総量は、空隙内の水分子の数に依存するところが大き
い。
【００２０】そこで、熱交換を評価するためのＱ値（熱
交換能）を表現すると、熱交換能Ｑは下記の式になる。 Ｑ＝ΔＨｈ×Δｍｈ ［式中、Ｑ：熱交換能（ ｋＪ／ｋｇ（ゼオライ
ト））、ΔＨｈ：水和エンタルピー （ｋＪ／mol
（水）），Δｍｈ：水和量 （モル（水）／ｋｇ（ゼオ
ライト））］
交換能）を表現すると、熱交換能Ｑは下記の式になる。 Ｑ＝ΔＨｈ×Δｍｈ ［式中、Ｑ：熱交換能（ ｋＪ／ｋｇ（ゼオライ
ト））、ΔＨｈ：水和エンタルピー （ｋＪ／mol
（水）），Δｍｈ：水和量 （モル（水）／ｋｇ（ゼオ
ライト））］
【００２１】すなわち，ゼオライト１０００ｇあたりの
熱交換容量Ｑは、ゼオライト中の有効な水分量をＷ％と
すると、 Ｑ＝ΔＨ・(Ｗ/100)・(1000/18) =0.55・ΔＨ・Ｗ （k
J/kg） と与えられる。
熱交換容量Ｑは、ゼオライト中の有効な水分量をＷ％と
すると、 Ｑ＝ΔＨ・(Ｗ/100)・(1000/18) =0.55・ΔＨ・Ｗ （k
J/kg） と与えられる。
【００２２】前述の理由から、ヒートポンプ用のゼオラ
イトとしての能力が高いものは、水和エンタルピーの絶
対値が大きく、かつ、水の含有量の高いものということ
が出来る。このとき、水和エンタルピーの値は、組成に
よっては大きくは変わらないので、ヒートポンプ用のゼ
オライトの能力は主として含水量に依存する。従って含
水量を増すことが重要である。ゼオライトは、交換性陽
イオンを容易に置換できるので、１価の陽イオン（Naな
ど）を２価の陽イオンで置換すると、陽イオンの数が半
分になり、水の入る余地を増加させ，含水量を増すこと
が出来る。
イトとしての能力が高いものは、水和エンタルピーの絶
対値が大きく、かつ、水の含有量の高いものということ
が出来る。このとき、水和エンタルピーの値は、組成に
よっては大きくは変わらないので、ヒートポンプ用のゼ
オライトの能力は主として含水量に依存する。従って含
水量を増すことが重要である。ゼオライトは、交換性陽
イオンを容易に置換できるので、１価の陽イオン（Naな
ど）を２価の陽イオンで置換すると、陽イオンの数が半
分になり、水の入る余地を増加させ，含水量を増すこと
が出来る。
【００２３】３価の陽イオンなど、より多価の陽イオン
を導入すればさらに良いはずであるが、一般に３価以上
の陽イオンを導入することは困難である。従って、ここ
においては，２価の陽イオン、例えば、Ｍｇ２＋、Ｃａ
２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ
２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ
２＋又はＰｂ２＋等の金属イオンである。この中で、Ｋ
＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２ ＋が適している。
を導入すればさらに良いはずであるが、一般に３価以上
の陽イオンを導入することは困難である。従って、ここ
においては，２価の陽イオン、例えば、Ｍｇ２＋、Ｃａ
２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ
２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ
２＋又はＰｂ２＋等の金属イオンである。この中で、Ｋ
＋、Ｍｇ２＋、Ｃｏ２ ＋が適している。
【００２４】このように、陽イオン（金属イオン）の置
換率を高くすることにより、よりゼオライト内の水分の
含有量を多くさせることができる。このようにして構成
する水分量の多いゼオライトをヒートポンプ用吸着剤と
して用いると、例えば１ｋｇ当たりの交換可能な熱量が
多くなり、従来にない効率のよいヒートポンプを作成す
ることができるものである。
換率を高くすることにより、よりゼオライト内の水分の
含有量を多くさせることができる。このようにして構成
する水分量の多いゼオライトをヒートポンプ用吸着剤と
して用いると、例えば１ｋｇ当たりの交換可能な熱量が
多くなり、従来にない効率のよいヒートポンプを作成す
ることができるものである。
【００２５】次に、図面を参照して、本発明に係るヒー
トポンプ（装置）を説明する。図１は本発明の吸着剤を
用いたヒートポンプの構成説明図である。ヒートポンプ
１０は加熱用ヒータ１５を設置した水槽１１内に複数本
のゼオライトベッド１３を配設している。そして、ゼオ
ライトベッド１３と水受け２０とを連絡するパイプ２
１、および真空ポンプ３０に連絡するパイプ２３により
ヒートポンプ系を形成している。なお、パイプ２３途上
には真空ゲージ３３を配設している。また、符号１から
６はパイプ開閉用のコックである。ヒートポンプ１０
は、金属置換合成ゼオライト粉末をガラス管に充填し
て、ゼオライトべッド１３を形成する。複数のゼオライ
トべッド１３をヒータ１５を設置した水槽１１に入れ水
溜に接続する。まず、真空ポンプ３０によりヒートポン
プ系内を真空排気する。
トポンプ（装置）を説明する。図１は本発明の吸着剤を
用いたヒートポンプの構成説明図である。ヒートポンプ
１０は加熱用ヒータ１５を設置した水槽１１内に複数本
のゼオライトベッド１３を配設している。そして、ゼオ
ライトベッド１３と水受け２０とを連絡するパイプ２
１、および真空ポンプ３０に連絡するパイプ２３により
ヒートポンプ系を形成している。なお、パイプ２３途上
には真空ゲージ３３を配設している。また、符号１から
６はパイプ開閉用のコックである。ヒートポンプ１０
は、金属置換合成ゼオライト粉末をガラス管に充填し
て、ゼオライトべッド１３を形成する。複数のゼオライ
トべッド１３をヒータ１５を設置した水槽１１に入れ水
溜に接続する。まず、真空ポンプ３０によりヒートポン
プ系内を真空排気する。
【００２６】次に、ヒータ１５により水槽１１ないの水
を温め、ゼオライトベッド１３を湯の中で加熱する。加
熱によりゼオライトベッド１３内の金属置換合成ゼオラ
イト粉末は脱水する。この時、ゼオライトから脱水した
水蒸気は、パイプ２１通過途上室温で冷やされて、水受
け２０の中で凝縮し水として貯えられる。脱水の後、水
受け２０に連絡するコック２を閉じ、水槽１１の湯を除
き、室温の水に取り替え、ゼオライトを室温に冷却す
る。冷却後、コック２を開くと、超真空状態になってい
るゼオライトは、水溜まりの水を蒸発させて、吸収し始
める。この時、水溜まりの水の上部は急速な蒸発によ
り、蒸発熱を奪われ数分後に凍り始める。それからはゆ
っくり冷えて、過冷却状態になる。そして、−１２℃ま
で冷却したとき、一瞬にして、水溜全体が凍った。
を温め、ゼオライトベッド１３を湯の中で加熱する。加
熱によりゼオライトベッド１３内の金属置換合成ゼオラ
イト粉末は脱水する。この時、ゼオライトから脱水した
水蒸気は、パイプ２１通過途上室温で冷やされて、水受
け２０の中で凝縮し水として貯えられる。脱水の後、水
受け２０に連絡するコック２を閉じ、水槽１１の湯を除
き、室温の水に取り替え、ゼオライトを室温に冷却す
る。冷却後、コック２を開くと、超真空状態になってい
るゼオライトは、水溜まりの水を蒸発させて、吸収し始
める。この時、水溜まりの水の上部は急速な蒸発によ
り、蒸発熱を奪われ数分後に凍り始める。それからはゆ
っくり冷えて、過冷却状態になる。そして、−１２℃ま
で冷却したとき、一瞬にして、水溜全体が凍った。
【００２７】この実施の形態はヒートポンプ系内を真空
排気した場合を示しているが、ヒートポンプ系内は、常
圧でもよい。例えば、１００℃の低温でゼオライトを脱
水する場合は、真空が好ましい。また、１６０℃の高温
でゼオライトを脱水する場合は、ヒートポンプ系内を必
ずしも真空にする必要はなく、常圧でもよい。これは、
ゼオライトの脱水量に関係があり、低温（１００℃以
下）で脱水する場合は、ヒートポンプ系内を真空にしな
ければ、十分な水分量（約１５〜１７ｗｔ％）の脱水を
することができないのに対し、高温（１６０℃）で脱水
する場合は、ヒートポンプ系内が必ずしも真空でなくと
も十分な水分量（約１５〜１７ｗｔ％）の脱水をするこ
とができるからである。
排気した場合を示しているが、ヒートポンプ系内は、常
圧でもよい。例えば、１００℃の低温でゼオライトを脱
水する場合は、真空が好ましい。また、１６０℃の高温
でゼオライトを脱水する場合は、ヒートポンプ系内を必
ずしも真空にする必要はなく、常圧でもよい。これは、
ゼオライトの脱水量に関係があり、低温（１００℃以
下）で脱水する場合は、ヒートポンプ系内を真空にしな
ければ、十分な水分量（約１５〜１７ｗｔ％）の脱水を
することができないのに対し、高温（１６０℃）で脱水
する場合は、ヒートポンプ系内が必ずしも真空でなくと
も十分な水分量（約１５〜１７ｗｔ％）の脱水をするこ
とができるからである。
【００２８】以上説明した本発明のヒートポンプ用吸着
剤並びにこれを用いたヒートポンプは、様々な分野に使
用することができる。例えばコンピュータのＩＣ基盤等
の冷却、寒冷地の温熱利用、ドライフラワー、低温乾
燥、住宅の冷暖房等である。
剤並びにこれを用いたヒートポンプは、様々な分野に使
用することができる。例えばコンピュータのＩＣ基盤等
の冷却、寒冷地の温熱利用、ドライフラワー、低温乾
燥、住宅の冷暖房等である。
【００２９】（実施例）以下、実施例を示し本発明をさ
らに具体的に説明する。この実施例における陽イオン交
換率（電荷交換率）の測定法は、原子吸光法によりアル
カリ、アルカリ土類金属、Ａｌ、Ｓｉを定量分析し、交
換を行った金属Ｍｎ＋およびＮａ＋のモル比をそれぞれ
ｍＭ、ｍＮａとすると、陽イオン交換率は ｎ×ｍＭ／（ ｎ×ｍＭ＋ ｍＮａ）×１００（％） となる。また、含水量の測定方法として、含水量は、熱
重量分析（ＴＧ）により８００℃における脱水率として
求めた。
らに具体的に説明する。この実施例における陽イオン交
換率（電荷交換率）の測定法は、原子吸光法によりアル
カリ、アルカリ土類金属、Ａｌ、Ｓｉを定量分析し、交
換を行った金属Ｍｎ＋およびＮａ＋のモル比をそれぞれ
ｍＭ、ｍＮａとすると、陽イオン交換率は ｎ×ｍＭ／（ ｎ×ｍＭ＋ ｍＮａ）×１００（％） となる。また、含水量の測定方法として、含水量は、熱
重量分析（ＴＧ）により８００℃における脱水率として
求めた。
【００３０】実施例１ （１） 合成ゼオライトの化学分析と陽イオン交換率
（電荷交換率）、含水量（ｗｔ％）を表１に示す。
（電荷交換率）、含水量（ｗｔ％）を表１に示す。
【表１】
【００３１】この結果によると、ＭｇとＣｏを置換した
合成ゼオライト（サンプルＭｇ−Ａ，Ｃｏ−Ａ）が含水
量が高いことが分かる。これは、 ＭｇとＣｏを置換し
た合成ゼオライトは、大量の水分を含み、ヒートポンプ
用吸着剤として使用する場合、高い熱交換能を有するこ
とを示している。
合成ゼオライト（サンプルＭｇ−Ａ，Ｃｏ−Ａ）が含水
量が高いことが分かる。これは、 ＭｇとＣｏを置換し
た合成ゼオライトは、大量の水分を含み、ヒートポンプ
用吸着剤として使用する場合、高い熱交換能を有するこ
とを示している。
【００３２】（２） 次いで、表２に表１のサンプルを
大気中（常圧下）で加熱した時の脱水率(wt%)を示す。
加熱方法は、上記表１のサンプルを磁製ルツボ中に秤量
し、電気炉で昇温して所望温度になったところで、１時
間保った後、デシケータ中で放冷しサンプル重量を測定
した。
大気中（常圧下）で加熱した時の脱水率(wt%)を示す。
加熱方法は、上記表１のサンプルを磁製ルツボ中に秤量
し、電気炉で昇温して所望温度になったところで、１時
間保った後、デシケータ中で放冷しサンプル重量を測定
した。
【表２】
【００３３】この結果より、 ＭｇとＣｏを置換した合
成ゼオライト（サンプルＭｇ−Ａ，Ｃｏ−Ａ）は比較的
低温(25〜200℃）からの脱水率が高いことが分かる。こ
れは、ヒートポンプ用吸着剤として使用する場合、低温
での加熱で高い熱交換能を持つことを示している。
成ゼオライト（サンプルＭｇ−Ａ，Ｃｏ−Ａ）は比較的
低温(25〜200℃）からの脱水率が高いことが分かる。こ
れは、ヒートポンプ用吸着剤として使用する場合、低温
での加熱で高い熱交換能を持つことを示している。
【００３４】（３） 脱水温度毎のＱ値（熱交換能）の
関係を表３に示す。
関係を表３に示す。
【表３】
【００３５】また、上記関係を図２のグラフに示してい
る。なお、サンプルK-Aは熱安定性が良いので３５０℃
までのデータを示している。
る。なお、サンプルK-Aは熱安定性が良いので３５０℃
までのデータを示している。
【００３６】実施例２（Ｍｇ置換合成ゼオライトの置換
率による含水率の特性測定） Ｎａ−Ａ型合成ゼオライトを、Ｍｇイオンで置換した。
その結果を表４に示す。脱水温度は１００℃で、1時間
ロータリーポンプで真空引きして行った。
率による含水率の特性測定） Ｎａ−Ａ型合成ゼオライトを、Ｍｇイオンで置換した。
その結果を表４に示す。脱水温度は１００℃で、1時間
ロータリーポンプで真空引きして行った。
【表４】
【００３７】これによると、Ｍｇ置換３７．７３％合成
ゼオライトに対し、 Ｍｇ置換６７．８５％合成ゼオラ
イトの含水率（水分量）の差は、２．１９ｗｔ％であ
る。さらに、水の全量との比率にすると８．１ｗｔ％の
増加となり、Ｍｇの置換が多いほど、高い熱交換能を有
することがわかる。
ゼオライトに対し、 Ｍｇ置換６７．８５％合成ゼオラ
イトの含水率（水分量）の差は、２．１９ｗｔ％であ
る。さらに、水の全量との比率にすると８．１ｗｔ％の
増加となり、Ｍｇの置換が多いほど、高い熱交換能を有
することがわかる。
【００３８】実施例３ 実施例１のＭｇ置換Ａ型ゼオライト（サンプル名：Ｍｇ
−Ａ）（日本化学工業(株)製、商品名「ゼオスターＧＡ
−１００Ｐ」）３５０ｇを6本の外径３ｃｍのガラス管
（１３）に入れ、水が入っている水槽（１１）に接続し
た。・・図１参照
−Ａ）（日本化学工業(株)製、商品名「ゼオスターＧＡ
−１００Ｐ」）３５０ｇを6本の外径３ｃｍのガラス管
（１３）に入れ、水が入っている水槽（１１）に接続し
た。・・図１参照
【００３９】次いで、ヒートポンプ系内を真空排気し、
真空状態をゲージ３３で確認した。次いで、水槽１１の
ヒータ１５で約１００℃まで加熱した。この時、ガラス
管内のゼオライトは脱水され、ゼオライトから脱水した
水蒸気は、パイプ２１通過途上室温で冷やされ、水受け
２０中で凝縮し水として貯えられる。脱水の後、コック
２を閉じ、水槽１１の湯を除き、室温の水に取り替え
る。脱水されたＭｇ置換Ａ型ゼオライトは室温まで冷却
される。
真空状態をゲージ３３で確認した。次いで、水槽１１の
ヒータ１５で約１００℃まで加熱した。この時、ガラス
管内のゼオライトは脱水され、ゼオライトから脱水した
水蒸気は、パイプ２１通過途上室温で冷やされ、水受け
２０中で凝縮し水として貯えられる。脱水の後、コック
２を閉じ、水槽１１の湯を除き、室温の水に取り替え
る。脱水されたＭｇ置換Ａ型ゼオライトは室温まで冷却
される。
【００４０】冷却後、コック２を開くと、真空状態にな
っているゼオライトは、水溜まりの水を蒸発させて、吸
収し始める。この時、水溜まりの水の上部は急速な蒸発
により、蒸発熱を奪われ数分後に凍り始める。ゆっくり
冷えて、過冷却状態になり、−１２℃になって一瞬にし
て、水溜全体が凍った。
っているゼオライトは、水溜まりの水を蒸発させて、吸
収し始める。この時、水溜まりの水の上部は急速な蒸発
により、蒸発熱を奪われ数分後に凍り始める。ゆっくり
冷えて、過冷却状態になり、−１２℃になって一瞬にし
て、水溜全体が凍った。
【００４１】実施例４〜６ 実施例３のＭｇ置換Ａ型ゼオライト（サンプル名：Ｍｇ
−Ａ）の代わりに下記表５の金属置換合成ゼオライトを
使用した他は、実施例３と同様に行った結果、実施例３
と同様に水を凍らせることができた。
−Ａ）の代わりに下記表５の金属置換合成ゼオライトを
使用した他は、実施例３と同様に行った結果、実施例３
と同様に水を凍らせることができた。
【表５】
【００４２】比較例１ 実施例２のＭｇ置換Ａ型ゼオライト（サンプル名：Ｍｇ
−Ａ）の代わりに実施例１の表１に示されているサンプ
ルNa-Aを使用して、実施例３と同様の実験を行った。そ
の結果、水を凍らせるのに非常に時間がかかり、効率が
悪いことがわかった。
−Ａ）の代わりに実施例１の表１に示されているサンプ
ルNa-Aを使用して、実施例３と同様の実験を行った。そ
の結果、水を凍らせるのに非常に時間がかかり、効率が
悪いことがわかった。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のヒートポ
ンプ用吸着剤は、合成ゼオライトを金属置換したもので
あるが、ゼオライト中に含まれる含水量が多いため、そ
の水和エンタルピーの絶対値が大きく、熱交換能が極め
て高い。よって、従来無い効率の高いヒートポンプを作
成することができる。これにより、本発明のヒートポン
プ用吸着剤を用いれば、広い分野でヒートポンプを実際
に使用することが可能となり、エネルギー資源の節約に
寄与することができる。
ンプ用吸着剤は、合成ゼオライトを金属置換したもので
あるが、ゼオライト中に含まれる含水量が多いため、そ
の水和エンタルピーの絶対値が大きく、熱交換能が極め
て高い。よって、従来無い効率の高いヒートポンプを作
成することができる。これにより、本発明のヒートポン
プ用吸着剤を用いれば、広い分野でヒートポンプを実際
に使用することが可能となり、エネルギー資源の節約に
寄与することができる。
【図１】ヒートポンプの構成説明図。
【図２】脱水温度と熱交換能との関係を示すグラフ。
１，２，３，４，５，６ コック １０ ヒートポンプ １１ 水槽 １３ ゼオライトベッド １５ ヒータ ２０ 水受け ３０ 真空ポンプ ３３ 真空ゲージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 輿水 仁 大阪府大阪市中央区北浜１丁目５番５号大 阪平和ビル 日本化学工業株式会社大阪化 学品部内 (72)発明者 三田 宗雄 東京都江東区亀戸９丁目11番１号 日本化 学工業株式会社研究開発本部内 Ｆターム(参考） 3L093 NN04 RR03 4G066 AA62B BA09 BA20 CA43 EA20 FA26 GA01 4G073 BA05 BA10 BA11 BA12 BA13 BA32 BA40 BA44 BA48 BA49 BA52 BA53 BA64 BA65 BA66 BD21 CZ02 CZ04 CZ05 CZ26 FD08 FD26 GA11 GA39 UA06
Claims (8)
- 【請求項１】 合成ゼオライト中の交換可能な総電荷の
３３．３％以上を他の金属イオンで置換してなる金属置
換合成ゼオライトからなることを特徴とするヒートポン
プ用吸着剤。 - 【請求項２】 前記他の金属イオンが2価の金属イオン
からなる請求項１記載のヒートポンプ用吸着剤。 - 【請求項３】 前記2価の金属イオンがＭｇ２＋、Ｃａ
２＋、Ｂａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ
２＋、Ｃｕ２＋、Ｃｄ２＋、Ｚｎ２＋、Ｇｅ ２＋、Ｓｎ
２＋又はＰｂ２＋から選ばれた少なくとも１種の金属イ
オンである請求項２記載のヒートポンプ用吸着剤。 - 【請求項４】 前記他の金属イオンがＫ＋又はＡｇ＋の
１価の金属イオンからなる請求項１記載のヒートポンプ
用吸着剤。 - 【請求項５】 前記金属置換合成ゼオライトの平均粒子
径は０．１〜１０μｍである請求項１乃至４のいずれか
の項に記載のヒートポンプ用吸着剤。 - 【請求項６】 前記金属置換合成ゼオライトは顆粒状に
造粒したものである請求項１乃至５のいずれかの項に記
載のヒートポンプ用吸着剤。 - 【請求項７】 合成ゼオライトは、Ａ型ゼオライト、Ｘ
型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト又はＰ型ゼオライトから
選ばれた少なくとも１種の合成ゼオライトである請求項
１乃至６のいずれかの項に記載のヒートポンプ用吸着
剤。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかの項に記載の
ヒートポンプ用吸着剤を用いることを特徴とするヒート
ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000056253A JP3974738B2 (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | ヒートポンプ用吸着剤並びにこれを用いたヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000056253A JP3974738B2 (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | ヒートポンプ用吸着剤並びにこれを用いたヒートポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001239156A true JP2001239156A (ja) | 2001-09-04 |
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|---|---|
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-
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- 2000-03-01 JP JP2000056253A patent/JP3974738B2/ja not_active Expired - Fee Related
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