JP2015075267A - Desiccant air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デシカント空調システムに関するものであり、詳しくは、吸着材を利用した除湿装置と、水の蒸発潜熱を利用した間接式気化冷却装置とを組み合わせてなるデシカント空調システムに関するものである。 The present invention relates to a desiccant air conditioning system, and more particularly, to a desiccant air conditioning system in which a dehumidifying device using an adsorbent is combined with an indirect evaporative cooling device using the latent heat of vaporization of water.
デシカント空調システムは、吸着材の吸脱着機能を利用して湿度調節を行うシステムであり、コジェネレーションシステム等の低温排熱を利用することにより、エネルギー消費量を低減可能な各種の冷却装置、冷暖房装置、除湿・加湿装置として、環境問題への貢献が期待されている。 The desiccant air conditioning system is a system that adjusts humidity using the adsorption / desorption function of adsorbents. Various cooling devices that can reduce energy consumption by using low-temperature exhaust heat such as cogeneration systems, air conditioning As a device and dehumidifying / humidifying device, contribution to environmental problems is expected.
例えば、除湿装置として構成されたデシカント空調システムは、円柱状のハニカム構造体に吸着材を担持させたローター(吸着素子)と、除湿すべき空気をローターの半円部に通過させる一方の送風路と、吸着材再生用の空気をローターの他の半円部に通過させる他方の送風路とから主に構成され、ローターを回転させながら、一方の送風路を流れる空気から吸着材に水蒸気を吸着させることにより除湿空気を生成し、他方の送風路を流れる昇温された空気により吸着材から水蒸気を脱着することにより吸着材を再生する様になされている(特許文献1,2参照)。 For example, a desiccant air conditioning system configured as a dehumidifying device includes a rotor (adsorbing element) in which an adsorbent is supported on a cylindrical honeycomb structure, and one air passage that allows air to be dehumidified to pass through the semicircular portion of the rotor. And the other air passage that allows the adsorbent regeneration air to pass through the other semicircular part of the rotor, and adsorbs water vapor from the air flowing through one air passage to the adsorbent while rotating the rotor. By generating the dehumidified air, the adsorbent is regenerated by desorbing water vapor from the adsorbent with the heated air flowing through the other air passage (see Patent Documents 1 and 2).
また、昨今は、水の蒸発潜熱を利用した間接式気化冷却装置と上記のようなローター型の除湿装置とを組み合わせることにより、省エネルギー化を図り且つ除湿された低温空気を生成する空調システムも提案されている。間接式気化冷却装置(蒸気冷却アッセンブリ)は、蒸発用の水が供給される湿潤壁を内面に備え且つ作動用空気が送気される複数の冷却ダクト(蒸発冷却器チューブの二次チャンネル)と、これら冷却ダクトの間に設けられ且つ被冷却空気が送気されて低温空気を送り出す被冷却ダクト(一次チャンネル)とから構成されている。そして、上記の空調システムでは、ローター(乾燥剤ホイール)で除湿された空気を間接式気化冷却装置に供給するようにしている(特許文献3参照)。 Recently, an air-conditioning system that saves energy and generates dehumidified low-temperature air by combining an indirect evaporative cooling device that uses the latent heat of vaporization of water with the rotor-type dehumidifying device as described above has also been proposed. Has been. An indirect evaporative cooling device (steam cooling assembly) includes a plurality of cooling ducts (secondary channels of an evaporative cooler tube) having a wet wall to which evaporating water is supplied on the inner surface and air for operation is fed. The cooling duct (primary channel) is provided between the cooling ducts and sends out the low-temperature air by sending the cooling air. And in said air conditioning system, the air dehumidified with the rotor (desiccant wheel) is supplied to an indirect vaporization cooling device (refer patent document 3).
ところで、上記のような間接式気化冷却装置を利用した空調システムでは、十分な冷却効果を得るためには作動用空気として一層低湿度の空気を供給するのが望ましいが、活性アルミナやシリカゲルを使用したローターは除湿量が小さいため、間接式気化冷却装置で生成される低温空気の量が装置規模に比べて少ないと言う問題がある。また、ローターの吸着材として一般的なゼオライトを使用した場合には、吸着材の脱着再生に例えば90℃以上の高温空気が必要となり、ヒーターを配置しなければならないため、運転コストに問題が生じる。 By the way, in the air conditioning system using the indirect evaporative cooling device as described above, it is desirable to supply air of lower humidity as the working air in order to obtain a sufficient cooling effect, but activated alumina or silica gel is used. Since the dehumidified amount of the rotor is small, there is a problem that the amount of low-temperature air generated by the indirect evaporative cooling device is smaller than the device scale. In addition, when a general zeolite is used as the adsorbent for the rotor, high temperature air of, for example, 90 ° C. or more is required for desorption and regeneration of the adsorbent, and a heater must be disposed, which causes a problem in operating cost. .
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸着材を利用した除湿装置と、水の蒸発潜熱を利用した間接式気化冷却装置とを組み合わせてなるデシカント空調システムであって、一層低温で且つ低湿度の空調用空気をより低コストで生成できるデシカント空調システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is a desiccant air conditioning system that is a combination of a dehumidifying device using an adsorbent and an indirect evaporative cooling device using the latent heat of vaporization of water. Then, it is providing the desiccant air-conditioning system which can produce | generate the air for air-conditioning of lower temperature and low humidity at lower cost.
上記の課題を解決するため、本発明においては、除湿装置において吸着工程で得られる除湿空気を間接式気化冷却装置へ供給すると共に、間接式気化冷却装置において除湿空気の一部を作動用空気として利用し、除湿空気の他の一部を被冷却空気として利用して空調用の低温空気を生成する。その際、間接式気化冷却装置において冷却用に使用されて温度の下がった水を除湿装置の吸着工程の領域に供給することにより、吸着材の吸着作用を促進させ、そして、コジェネレーション装置から供給される温水を除湿装置の脱着工程の領域に供給することにより、吸着材の脱着作用を促進させるようにした。 In order to solve the above problems, in the present invention, dehumidified air obtained in the adsorption process in the dehumidifying device is supplied to the indirect evaporative cooling device, and part of the dehumidified air is used as working air in the indirect evaporative cooling device. The other part of the dehumidified air is used as air to be cooled to generate low-temperature air for air conditioning. At that time, the water used for cooling in the indirect evaporative cooling device is supplied to the adsorption process area of the dehumidifying device by supplying water that has cooled down, thereby promoting the adsorption action of the adsorbent and supplying it from the cogeneration device. By supplying the heated water to the desorption process area of the dehumidifier, the desorption action of the adsorbent was promoted.
すなわち、本発明の要旨は、吸着材を利用して除湿空気を生成する除湿装置と、水の蒸発潜熱を利用して低温空気を生成する間接式気化冷却装置とを組み合わせてなるデシカント空調システムであって、除湿装置は、吸着工程で得られる除湿空気を間接式気化冷却装置へ供給する給気路と、脱着工程で得られる湿潤空気を系外へ排出する排気路とを備え、間接式気化冷却装置は、蒸発用の水が供給される湿潤壁を内側に備え且つ除湿装置の給気路から除湿空気の一部が作動用空気として送気される冷却ダクトと、当該冷却ダクトに接して設けられ且つ除湿装置の給気路から除湿空気の他の一部が被冷却空気として送気されて空調用の低温空気を送り出す被冷却ダクトとを備え、除湿装置には、間接式気化冷却装置の冷却ダクトの湿潤壁から排出される水を吸着工程の領域に供給し、コジェネレーション装置から供給される温水を脱着工程の領域に供給する水流路が付設されていることを特徴とするデシカント空調システムに存する。 That is, the gist of the present invention is a desiccant air conditioning system that combines a dehumidifying device that generates dehumidified air using an adsorbent and an indirect evaporative cooling device that generates low-temperature air using the latent heat of vaporization of water. The dehumidifier has an air supply path for supplying dehumidified air obtained in the adsorption process to the indirect evaporative cooling device, and an exhaust path for discharging the humid air obtained in the desorption process out of the system. The cooling device has a wet wall to which evaporation water is supplied, and a cooling duct in which a part of the dehumidified air is supplied as working air from an air supply path of the dehumidifying device, and is in contact with the cooling duct. And a cooling duct that sends out low-temperature air for air conditioning by supplying another part of the dehumidifying air from the air supply passage of the dehumidifying apparatus as cooled air, and the dehumidifying apparatus includes an indirect evaporative cooling device Drain from the wet wall of the cooling duct Is the water supply to the region of the adsorption step lies in desiccant air-conditioning system, characterized in that the cogeneration water passage for supplying the area of the desorption step hot water supplied from the device is attached.
本発明に係るデシカント空調システムによれば、除湿装置で得られた除湿空気の一部を間接式気化冷却装置の作動用空気として使用するため、間接式気化冷却装置における冷却効果を向上でき、また、間接式気化冷却装置で発生する温度の下がった水を除湿装置の吸着工程に使用するため、除湿装置における吸着効果を向上でき、しかも、コジェネレーション装置から供給される温水を除湿装置の脱着工程に使用するため、フロン等の冷媒を使用した冷却装置やヒーターを使用するシステムに比べて、一層低温で且つ低湿度の空調用空気を低コストで生成することができる。 According to the desiccant air conditioning system according to the present invention, a part of the dehumidified air obtained by the dehumidifying device is used as the operating air of the indirect evaporative cooling device, so that the cooling effect in the indirect evaporative cooling device can be improved. In addition, since the water with a reduced temperature generated by the indirect evaporative cooling device is used for the dehumidification device adsorption process, the adsorption effect of the dehumidification device can be improved, and the hot water supplied from the cogeneration device can be removed from the dehumidification device. Therefore, air-conditioning air having a lower temperature and lower humidity can be generated at lower cost than a system using a cooling device or a heater using a refrigerant such as Freon.
本発明に係るデシカント空調システム(以下、「空調システム」と略記する。)の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、その趣旨を越えない限り、以下の実施形態に限定されるものではない。 An embodiment of a desiccant air conditioning system (hereinafter abbreviated as “air conditioning system”) according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, unless the meaning is exceeded.
本発明の空調システムは、図1及び図2に示すように、吸着材を利用して除湿空気を生成する除湿装置1と、水の蒸発潜熱を利用して低温空気を生成する間接式気化冷却装置2とを組み合わせて構成され、コジェネレーション装置等で得られる温水を使用するようになされている。なお、図においては、後述する除湿装置1の給気路、排気路、気流切替用のダンパー、送風機、水流路のポンプ等の機器を省略している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the air conditioning system of the present invention includes a dehumidifying device 1 that generates dehumidified air using an adsorbent, and indirect evaporative cooling that generates low-temperature air using latent heat of water evaporation. It is configured in combination with the device 2 and uses hot water obtained by a cogeneration device or the like. In the figure, devices such as an air supply path, an exhaust path, an airflow switching damper, a blower, and a water flow path pump of the dehumidifier 1 to be described later are omitted.
上記の除湿装置1は、吸着材を担持させてなる吸着素子を備え且つ当該吸着素子を加熱・冷却可能に構成される。例えば、図1に示すように、除湿装置1は、少なくとも1組のプレートフィン型の吸着素子1a,吸着素子1bを備えており、各吸着素子1a,1bは、各々、平板状に形成され且つ表面に吸着材が塗布された多数の吸着シートを平行かつ並列に配列し、冷水または温水が流れる熱媒流路を各吸着シートに貫通させて構成されている。プレートフィン型の吸着素子1a,1bは、熱交換効率に優れているためコジェネレーション等の低温廃熱を利用するのに適している。
The dehumidifying apparatus 1 includes an adsorbing element that carries an adsorbent and is configured to be able to heat and cool the adsorbing element. For example, as shown in FIG. 1, the dehumidifying device 1 includes at least one pair of plate fin
除湿装置1の吸着素子としては、上記のプレートフィン型の吸着素子1a,1bの他、図示しないが、コルゲートフィン型やローター型の素子を使用することもできる。コルゲートフィン型の吸着素子は、冷水または温水が供給される入口側ヘッダーと、冷水または温水を排出する出口側ヘッダーと、これらヘッダーの間に平行かつ並列に架け渡され且つ熱媒体が流れる複数の直管状の熱媒流路と、これら熱媒流路の間に挿入された多数の吸着シートとから構成され、各吸着シートは、その長さ方向に沿ってジグザグに屈曲する帯状に形成され且つ表面に吸着材が塗布されている。
As the adsorbing element of the dehumidifying device 1, in addition to the plate fin
また、ローター型の吸着素子は、略波板状に形成された吸着シート及び略平板状に形成された吸着シートを交互に直径方向に沿って積層状態に配列されることにより、すなわち、ハニカムシートを軸の周りに多数積層することにより、構造開口形状が略三角形の通気用のセルが多数設けられた円柱状(例えば短軸円柱状)のハニカム構造体であり、一方の端面から他方の端面へ通気可能に構成されることにより水蒸気を吸脱着するように構成されている。なお、ローター型の吸着素子を使用する場合は、吸脱着操作の際にローターに冷風、温風を供給する手段が配置される。上記のようなプレートフィン型、コルゲートフィン型、ローター型の素子の基本的な構造は、例えば特開2007−144417号公報に開示されている。 Further, the rotor-type adsorption element is formed by alternately arranging an adsorption sheet formed in a substantially corrugated plate shape and an adsorption sheet formed in a substantially flat plate shape along a diametrical direction, that is, a honeycomb sheet. Is a cylindrical honeycomb structure (for example, a short-axis columnar) honeycomb structure in which a large number of ventilation cells having a substantially triangular opening are provided by laminating a plurality of layers around an axis, and from one end surface to the other end surface It is configured to absorb and desorb water vapor by being configured to be able to vent. In the case of using a rotor-type adsorption element, means for supplying cold air and hot air to the rotor during the adsorption / desorption operation is disposed. The basic structure of the plate fin type, corrugated fin type, and rotor type elements as described above is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-144417.
図示しないが、除湿装置1においては、吸着素子1a,1bでの吸脱着操作を交互に繰り返すが、吸着素子1aにおいて吸着操作を行う際は、吸着素子1aを通過した空気(除湿空気)を間接式気化冷却装置2に送気し、かつ、吸着素子1bを通過した空気(湿潤空気)を系外に排気し、また、吸着素子1bにおいて吸着操作を行う際は、吸着素子1bを通過した空気(除湿空気)を間接式気化冷却装置2に送気し、かつ、吸着素子1aを通過した空気(湿潤空気)を系外に排気するため、空気流路が設けられ且つ切替ダンパーによって除湿空気と湿潤空気の流れを切り替え可能に構成されている。
Although not shown, in the dehumidifying device 1, the adsorption / desorption operations by the
すなわち、除湿装置1は、吸着工程で得られる除湿空気を間接式気化冷却装置へ供給する給気路と、脱着工程で得られる湿潤空気を系外へ排出する排気路とを備えている。図1において吸着素子1aの下流側に実線で示す矢印、および、図2において吸着素子1bの下流側に実線で示す矢印がそれぞれ除湿空気の流れを表しており、また、図1において吸着素子1aの下流側に鎖線で示す矢印、および、図2において吸着素子1bの下流側に鎖線で示す矢印がそれぞれ排気される湿潤空気の流れを表している。図1は、吸着素子1aが吸着工程にある状態を示す図であり、図2は、吸着素子1bが吸着工程にある状態を示す図であり、図1と図2においては、空気および水の流れは異なるが、装置構成は同様である。
That is, the dehumidifier 1 includes an air supply path that supplies dehumidified air obtained in the adsorption process to the indirect evaporative cooling apparatus, and an exhaust path that discharges wet air obtained in the desorption process to the outside of the system. In FIG. 1, an arrow indicated by a solid line on the downstream side of the
間接式気化冷却装置2は、水の蒸発潜熱を利用して低温空気を生成する装置であり、蒸発用の水が供給される湿潤壁24を内側に備え且つ除湿装置1の給気路から除湿空気の一部が作動用空気として送気される冷却ダクト22と、当該冷却ダクトに接して設けられ且つ除湿装置1の給気路から除湿空気の他の一部が被冷却空気として送気されて低温空気を送り出す被冷却ダクト23とを備えている。
The indirect evaporative cooling device 2 is a device that generates low-temperature air using the latent heat of vaporization of water. The indirect vaporization cooling device 2 includes a
具体的には、図1に示すように、間接式気化冷却装置2は、作動用空気を取り入れる吸気ダクト21と、当該吸気ダクトに連続し且つ熱伝導性の仕切り壁を隔てて当該吸気ダクトに隣接して設けられた冷却ダクト22と、熱伝導性の仕切り壁を隔てて冷却ダクト22に隣接して設けられ且つ被冷却空気が送気される被冷却ダクト23とから構成され、冷却ダクト22の内側は、水が供給される湿潤壁24として構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the indirect evaporative cooling device 2 includes an
冷却ダクト22の湿潤壁24は、繊維集合体のマットや多孔性の成形材料で構成され、その表面には、水の蒸発を促進させるための多数の穴が開口された押えプレートが配置されている。図においては、ダクト構造を模式的に表しているが、通常、間接式気化冷却装置2においては、吸気ダクト21、冷却ダクト22及び被冷却ダクト23の組み合わせが複数組構成され、吸気ダクト21及び被冷却ダクト23の送風方向に対して冷却ダクト22の送風方向が直交する状態に各ダクトが配置されている。なお、冷却ダクト22の湿潤壁24には、後述する流路64(水流路)を通じて水が供給されるようになされている。上記のような間接式気化冷却装置の本体自体の構造は、特表2010−526981号公報、特開2010−121920号公報等に開示されている。
The
また、除湿装置1では、吸着素子1a,1bの吸着操作における冷却、脱着操作における加熱にそれぞれ冷水および温水を使用するため、本発明の空調システムにおいては、水を循環させるための幾つかの流路が設けられている。すなわち、除湿装置1には、間接式気化冷却装置2の冷却ダクト22の湿潤壁24から排出される水を吸着工程の領域に供給し、コジェネレーション装置3から供給される温水を脱着工程の領域に供給する水流路が付設されている。
Further, in the dehumidifier 1, cold water and hot water are used for cooling in the adsorption operation of the
具体的には、間接式気化冷却装置2の冷却ダクト22の後端には、湿潤壁24で蒸発しなかった水を取り出す流路61が接続され、斯かる流路61は、除湿装置1の吸着工程にある一方の吸着素子1a(図1)の熱媒流路の一端(図1において下端)に繋ぎ込まれた流路62、および、吸着工程にある他方の吸着素子1b(図2)の熱煤流路の一端(図2において上端)に繋ぎ込まれた流路66に対し、四方切替弁4を介して接続されている。吸着素子1aの熱媒流路の他端(図1において上端)には、当該吸着素子の冷却(又は加熱)に使用された水を取り出す流路63が接続され、斯かる流路63は、間接式気化冷却装置2の冷却ダクト22の湿潤壁24に繋ぎ込まれた流路64、および、コジェネレーション装置3へ温水を戻す流路68に対し、四方切替弁5を介して接続されている。なお、符号7は、メンテナンスにおいて使用する排水路を示している。
Specifically, the rear end of the cooling
また、コジェネレーション装置3(給湯装置)には、脱着用の温水を供給するための流路65が接続され、斯かる流路65は、除湿装置1の脱着工程にある他方の吸着素子1b(図1)の熱媒流路の一端(図1において上端)に繋ぎ込まれた流路66、および、脱着工程にある一方の吸着素子1a(図2)の熱媒流路の一端(図2において下端)に対し、前述の四方切替弁4を介して接続されている。吸着素子1bの熱媒流路の他端(図1において下端)には、当該吸着素子の加熱(又は冷却)に使用された水を取り出す流路67が接続され、斯かる流路67は、コジェネレーション装置3に温水を戻す前述の流路68、および、間接式気化冷却装置2の冷却ダクト22の湿潤壁24に繋ぎ込まれた前述の流路64に対し、四方切替弁5を介して接続されている。
The cogeneration apparatus 3 (hot water supply apparatus) is connected to a
なお、本発明で用いられる温水としては、太陽熱温水、自動車、工場などから排出される熱で生成される温水も利用できるが、温度、流量などが安定しているコジェネレーション装置3から排出される温水が好ましい。周知の通り、コジェネレーション装置3は、内燃機関や外燃機関等の排熱を利用して温熱や冷熱を取り出す熱電併給システムであり、熱交換器によって低質廃熱を例えば60〜70℃の温水として取り出すことができる。 In addition, as the hot water used in the present invention, solar hot water, hot water generated by heat discharged from an automobile, a factory, or the like can be used, but discharged from the cogeneration apparatus 3 having a stable temperature, flow rate, and the like. Hot water is preferred. As is well known, the cogeneration apparatus 3 is a combined heat and power supply system that takes out heat and cold using exhaust heat from an internal combustion engine, an external combustion engine, and the like, and uses low-temperature waste heat by, for example, hot water at 60 to 70 ° C. by a heat exchanger. Can be taken out as.
ところで、より低温の空調用空気を間接式気化冷却装置2で生成するには、除湿装置1の吸着素子1a,1bにおける常温域での優れた吸着能力、および、低い温度域での急速な脱着能力とが求められる。そこで、本発明の空調システムにおいては、特定の吸着特性を有する吸着材が除湿装置1に使用される。
By the way, in order to generate cooler air-conditioning air by the indirect evaporative cooling device 2, the
上記の吸着材としては、以下の特性を有するゼオライトが挙げられる。すなわち、40℃の水蒸気吸着等温線における相対蒸気圧が0.05以上で吸着量が0.1g/g以下であり且つ相対蒸気圧が0.05以上0.3以下の範囲で相対蒸気圧が0.15変化したときの水蒸気吸着量変化が0.15g/g以上のゼオライト。あるいは、55℃の水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.03のときの吸着量が0.1g/g以下であり且つ相対蒸気圧が0.15変化したときに水蒸気吸着量変化が0.15g/g以上のゼオライト。あるいは、35℃の水蒸気吸着等温線において相対蒸気圧が0.17のときの吸着量が0.10g/g以上であるゼオライト。もしくは、35℃の吸着過程での水蒸気吸着等温線における相対蒸気圧が0.17のときの水蒸気吸着量と75℃の脱着過程での水蒸気吸着等温線における相対蒸気圧が0.15のときの水蒸気吸着量との差が0.07g/g以上であるゼオライト。上記のような特性を備えていることにより、例えば温度35℃、相対湿度40%の外気を除湿装置1の吸着領域(吸着素子1a又は1b)に供給することにより、温度40℃、相対湿度12%の除湿空気を生成することができ、また、温度35℃、相対湿度40%の外気を除湿装置1の脱着領域(吸着素子1b又は1a)に供給しながら、これを更に約70℃に加熱することにより、容易に脱着再生することができる。
Examples of the adsorbent include zeolite having the following characteristics. That is, the relative vapor pressure in the water vapor adsorption isotherm at 40 ° C. is 0.05 or more, the adsorption amount is 0.1 g / g or less, and the relative vapor pressure is 0.05 or more and 0.3 or less. Zeolite whose water vapor adsorption amount change when 0.15 changes is 0.15 g / g or more. Alternatively, in the water vapor adsorption isotherm at 55 ° C., when the relative vapor pressure is 0.03, the adsorption amount is 0.1 g / g or less, and when the relative vapor pressure changes by 0.15, the change in water vapor adsorption amount is 0.1. 15 g / g or more of zeolite. Alternatively, a zeolite having an adsorption amount of 0.10 g / g or more when the relative vapor pressure is 0.17 in a 35 ° C. water vapor adsorption isotherm. Alternatively, when the relative vapor pressure in the water vapor adsorption isotherm in the adsorption process at 35 ° C. is 0.17 and the relative vapor pressure in the water vapor adsorption isotherm in the desorption process at 75 ° C. is 0.15 A zeolite having a difference from the water vapor adsorption amount of 0.07 g / g or more. By providing the above characteristics, for example, by supplying outside air having a temperature of 35 ° C. and a relative humidity of 40% to the adsorption region (
上記のような特性を有するゼオライトとしては、骨格構造にAlとPを含むアルミノフォスフェート類が挙げられる。アルミノフォスフェート類は、IZA(International Zeolite Association)の定める結晶性アルミノフォスフェートである。 Examples of the zeolite having the above characteristics include aluminophosphates containing Al and P in the skeleton structure. The aluminophosphates are crystalline aluminophosphates defined by IZA (International Zeolite Association).
結晶性アルミノフォスフェートは、骨格構造を構成する原子がアルミニウム及びリンであり、その一部が他の原子(Me)で置換されていてもよい。中でも、I)アルミニウムがヘテロ原子(Me1:但し、Me1は周期表第三または第四周期に属し、2A族、7A族、8族、1B族、2B族、3B族(Alを除く)の元素から選ばれる少なくとも一種類の元素を示す。)で一部置換されたMe−アルミノフォスフェート、II)リンがヘテロ原子(Me2:但し、Me2は周期表第三または第四周期に属する4B族元素)で置換されたMe−アルミノフォスフェート、あるいは、III)アルミニウムとリンの両方がヘテロ原子(それぞれMe1、Me2)で置換されたMe−アルミノフォスフェートが吸着特性の点から好ましい。
In the crystalline aluminophosphate, atoms constituting the skeleton structure are aluminum and phosphorus, and a part thereof may be substituted with another atom (Me). Among them, I) Aluminum is a heteroatom (Me1: where Me1 belongs to the third or fourth period of the periodic table, elements of Group 2A, Group 7A,
骨格構造を構成しているMe、Al及びPの構成割合(モル比)は、通常、以下の式(1−1)〜(3−1)のモル比であり、好ましくは、式(1−2)〜(3−2)である。xの値が上記の範囲より小さい場合は、吸着質の圧力が低い領域での吸着量が小さくなったり、合成が困難となる傾向があり、上記の範囲より大きい場合は、合成時に不純物が混入しやすい傾向がある。また、y、zの値が上記の範囲外の場合は合成が困難である。 The constituent ratio (molar ratio) of Me, Al, and P constituting the skeleton structure is usually a molar ratio of the following formulas (1-1) to (3-1), and preferably the formula (1- 2) to (3-2). If the value of x is smaller than the above range, the amount of adsorption in the region where the pressure of adsorbate is low tends to be small or the synthesis tends to be difficult. If it is larger than the above range, impurities are mixed during synthesis. It tends to be easy to do. Further, when the values of y and z are out of the above ranges, synthesis is difficult.
Me−アルミノフォスフェートにおいて、Meは、1種でも2種以上含まれていてもよく、好ましいMe(Me1,Me2)は、周期表第3、第4周期に属する元素である。Me1は、2価の状態でイオン半径が3以上、0.8nm以下であるのが好ましく、更に好ましくは、2価、4配位の状態でイオン半径が0.4以上、7nm以下である。上記の中でも、合成の容易さ、吸着特性の点から、Me1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、鉄、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、パラジウム、銅、亜鉛、ガリウム、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。Me2は、周期表第三または第四周期に属する4B族元素であり、好ましくはケイ素である。 In Me-aluminophosphate, Me may be contained singly or in combination of two or more, and preferred Me (Me1, Me2) is an element belonging to the third and fourth periods of the periodic table. Me1 preferably has an ionic radius of 3 to 0.8 nm in a divalent state, and more preferably has an ionic radius of 0.4 to 7 nm in a divalent and tetracoordinate state. Among the above, in terms of ease of synthesis and adsorption characteristics, Me1 includes silicon, lithium, magnesium, titanium, zirconium, vanadium, iron, chromium, manganese, cobalt, nickel, palladium, copper, zinc, gallium, germanium. Arsenic, tin, calcium, boron and the like. Me2 is a group 4B element belonging to the third or fourth period of the periodic table, and is preferably silicon.
上記のアルミノフォスフェート類のフレームワーク密度(FD)は、通常は13T/nm3以上、20T/nm3以下、好ましくは13.5T/nm3以上であり、更に好ましくは14T/nm3以上であり、上限は19T/nm3以下が好ましい。上記の範囲未満では、構造が不安定となる傾向があり耐久性が低下する。一方、上記の範囲を越えると吸着容量が小さくなり、吸着材としての使用に適さなくなる傾向がある。なお、FD(T/nm3)は、単位体積(nm3)当たりに存在するT原子(ゼオライトの1nm3当たりの酸素以外の骨格を構成する元素の数)を意味する。 The framework density (FD) of the aluminophosphates is usually 13 T / nm 3 or more, 20 T / nm 3 or less, preferably 13.5 T / nm 3 or more, and more preferably 14 T / nm 3 or more. Yes, the upper limit is preferably 19 T / nm 3 or less. If it is less than the above range, the structure tends to be unstable, and the durability is lowered. On the other hand, if the above range is exceeded, the adsorption capacity becomes small and tends to be unsuitable for use as an adsorbent. Note that FD (T / nm 3 ) means T atoms (number of elements constituting a skeleton other than oxygen per 1 nm 3 of zeolite) present per unit volume (nm 3 ).
また、アルミノフォスフェート類の構造としては、IZAが定めるコードで、AEI、AEL、AET、AFI、AFN、AFR、AFS、AFT、AFX、ATO、ATS、CHA、ERI、LEV、VFIが挙げられるが、中でも、吸着特性、耐久性の点から、AFI、CHAが好ましい。結晶性アルミノフォスフェート類の構造は、XRD(Cu−Kα線使用)を測定することにより確認できる。本発明においては、吸着特性の観点から、骨格構造にAl、P、Fe及びMe3(スズ及び/又はチタン)を含む結晶性アルミノフォスフェートであるAFI型のFAPO、または、骨格構造にAl、P及びSiを含む結晶性アルミノフォスフェートであるCHA型のSAPOが好ましい。Me3(スズ及び/又はチタン)を含むAFI型のFAPOの場合、Me3/Feのモル比が0.25<Me3/Fe<1.0、好ましくは0.5<Me3/Fe<1.0であり、特に、Me3としてはスズが好ましい。なお、FAPOやSAPOは1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。 The structure of aluminophosphates is a code defined by IZA and includes AEI, AEL, AET, AFI, AFN, AFR, AFS, AFT, AFX, ATO, ATS, CHA, ERI, LEV, and VFI. Among these, AFI and CHA are preferable from the viewpoint of adsorption characteristics and durability. The structure of crystalline aluminophosphates can be confirmed by measuring XRD (using Cu—Kα rays). In the present invention, from the viewpoint of adsorption characteristics, AFI type FAPO which is a crystalline aluminophosphate containing Al, P, Fe and Me3 (tin and / or titanium) in the skeleton structure, or Al, P in the skeleton structure. And CHA type SAPO, which is a crystalline aluminophosphate containing Si and Si. In the case of AFI-type FAPO containing Me3 (tin and / or titanium), the molar ratio of Me3 / Fe is 0.25 <Me3 / Fe <1.0, preferably 0.5 <Me3 / Fe <1.0. In particular, Me3 is preferably tin. FAPO and SAPO can be used alone or in combination of two or more.
アルミノフォスフェート類は、通常、アルミニウム源、リン源、必要に応じてSi,FeなどのMe源、及びテンプレートを混合した後、水熱合成して製造される。斯かる製造方法は、特開2007−144417号公報などに記載された公知の方法である。 Aluminophosphates are usually produced by hydrothermal synthesis after mixing an aluminum source, a phosphorus source, and a Me source such as Si and Fe, if necessary, and a template. Such a manufacturing method is a known method described in JP-A-2007-144417.
アルミニウム源としては、特に限定されるものではないが、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く反応性が高いので好ましい。 Although it does not specifically limit as an aluminum source, Usually, pseudoboehmite, aluminum alkoxide, such as aluminum isopropoxide, aluminum triethoxide, aluminum hydroxide, alumina sol, sodium aluminate etc. are mentioned, but pseudoboehmite. Is preferable because it is easy to handle and has high reactivity.
Meとしては、上記のアルミノフォスフェート類におけるヘテロ原子を意味し、好ましくは、Si,Fe,Co,Mg、Zn、Ti、Snなどである。これらのMe源としては通常これらの硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などの無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩、あるいは有機金属化合物のかたちで用いられる。場合によっては、コロイド状の水酸化物等を用いてもよい。 Me means a heteroatom in the aluminophosphates described above, and preferably Si, Fe, Co, Mg, Zn, Ti, Sn, and the like. These Me sources are usually used in the form of inorganic acid salts such as sulfates, nitrates and phosphates, organic acid salts such as acetates and oxalates, or organic metal compounds. In some cases, a colloidal hydroxide or the like may be used.
ケイ素源としては、fumedシリカ、シリカゾル、コロイダルシリカ、水ガラス、ケイ酸エチル、ケイ酸メチルなどが用いられる。また、リン源としては、通常は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。 As the silicon source, fumed silica, silica sol, colloidal silica, water glass, ethyl silicate, methyl silicate, or the like is used. As the phosphorus source, phosphoric acid is usually used, but aluminum phosphate may be used.
AFIの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。中でも、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一層好ましい。 Examples of AFI templates include 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-methylpiperidine, -Methylcyclohexylamine, 3-methylpyridine, 4-methylpyridine, quinuclidine, N, N'-dimethyl-1,4-diazabicyclo- (2,2,2) octane ion, di-n-butylamine, neopentylamine, Primary such as di-n-pentylamine, isopropylamine, t-butylamine, ethylenediamine, pyrrolidine, 2-imidazolidone, di-isopropyl-ethylamine, dimethylcyclohexylamine, cyclopentylamine, N-methyl-n-butylamine, hexamethyleneimine Examples include amines, secondary amines, tertiary amines, and polyamines. These may be used alone or in combination of two or more. 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.
CHAのテンプレートとしては、(1)ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物、(2)シクロアルキルアミン、および(3)アルキルアミン、の3つの群のうち、2つ以上の群から各群につき1種以上の化合物を選択して用いるのが好ましい。 As a template for CHA, each of two or more groups of (1) an alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a heteroatom, (2) a cycloalkylamine, and (3) an alkylamine is used. It is preferable to select and use one or more compounds per group.
(1)ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物:
ヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物の複素環は通常5〜7員環であって、好ましくは6員環である。複素環に含まれるヘテロ原子の個数は通常3個以下、好ましくは2個以下である。ヘテロ原子の種類は窒素以外は特に限定されないが、窒素に加えて酸素を含むものが好ましい。ヘテロ原子の位置は特に限定されないが、ヘテロ原子が相互に隣り合わないものが好ましい。また、分子量で通常、250以下、好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下である。このようなヘテロ原子として窒素を含む脂環式複素環化合物として、モルホリン、N−メチルモルホリン、ピペリジン、ピペラジン、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−メチルピペリジン、3−メチルピペリジン、キヌクリジン、ピロリジン、N−メチルピロリドン、ヘキサメチレンイミンなどが挙げられ、モルホリン、ヘキサメチレンイミン、ピペリジンが好ましく、モルホリンが特に好ましい。
(1) Alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a hetero atom:
The heterocyclic ring of the alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a hetero atom is usually a 5- to 7-membered ring, and preferably a 6-membered ring. The number of heteroatoms contained in the heterocycle is usually 3 or less, preferably 2 or less. The type of heteroatom is not particularly limited except nitrogen, but preferably includes oxygen in addition to nitrogen. The positions of the heteroatoms are not particularly limited, but those where the heteroatoms are not adjacent to each other are preferable. The molecular weight is usually 250 or less, preferably 200 or less, more preferably 150 or less. Examples of the alicyclic heterocyclic compound containing nitrogen as a hetero atom include morpholine, N-methylmorpholine, piperidine, piperazine, N, N′-dimethylpiperazine, 1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane, N-methylpiperidine, 3-methylpiperidine, quinuclidine, pyrrolidine, N-methylpyrrolidone, hexamethyleneimine and the like can be mentioned, morpholine, hexamethyleneimine and piperidine are preferable, and morpholine is particularly preferable.
(2)シクロアルキルアミン:
シクロアルキルアミンのシクロアルキル基の個数はアミン1分子に2以下であって、好ましくは1である。また、シクロアルキル基の炭素数は通常5〜7で、好ましくは6である。シクロアルキルのシクロ環の数は特に限定されないが、通常1が好ましい。また、シクロアルキル基がアミン化合物の窒素原子と結合しているのが好ましい。また、分子量で通常、250以下、好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下である。このようなシクロアルキルアミンとしては、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N−メチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン等があげられ、シクロヘキシルアミンが好ましい。
(2) Cycloalkylamine:
The number of cycloalkyl groups of the cycloalkylamine is 2 or less, preferably 1 per amine molecule. Moreover, carbon number of a cycloalkyl group is 5-7 normally, Preferably it is 6. The number of cycloalkyl cyclo rings is not particularly limited, but is usually preferably 1. Moreover, it is preferable that the cycloalkyl group has couple | bonded with the nitrogen atom of the amine compound. The molecular weight is usually 250 or less, preferably 200 or less, more preferably 150 or less. Examples of such cycloalkylamine include cyclohexylamine, dicyclohexylamine, N-methylcyclohexylamine, N, N-dimethylcyclohexylamine, and cyclohexylamine is preferred.
(3)アルキルアミン:
アルキルアミンのアルキル基は鎖式アルキル基であって、アミン1分子に何個入っていてもよいが、3個が特に好ましい。アルキル基の炭素数は4以下が好ましく、1分子中の全アルキル基の炭素数の合計が10以下であるのがより好ましい。また、分子量で通常、250以下、好ましくは200以下、さらに好ましくは150以下である。このようなアルキルアミンとしては、ジーn−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−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、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、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、ジ−n−ブチルアミン、ネオペンチルアミン、ジー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、ジ−イソプロピル−エチルアミン、N−メチル−n−ブチルアミン等があげられ、ジーn−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、トリ−イソプロピルアミン、トリエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、イソプロピルアミン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン、ジ−イソプロピル−エチルアミン、N−メチル−n−ブチルアミンが好ましく、トリエチルアミンが特に好ましい。
(3) Alkylamine:
The alkyl group of the alkylamine is a chain alkyl group, and any number may be contained in one amine molecule, but three is particularly preferable. The number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 4 or less, and the total number of carbon atoms of all alkyl groups in one molecule is more preferably 10 or less. The molecular weight is usually 250 or less, preferably 200 or less, more preferably 150 or less. Examples of such alkylamines include di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tri-isopropylamine, triethylamine, triethanolamine, N, N-diethylethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N- Examples include methyldiethanolamine, N-methylethanolamine, di-n-butylamine, neopentylamine, di-n-pentylamine, isopropylamine, t-butylamine, ethylenediamine, di-isopropyl-ethylamine, N-methyl-n-butylamine. Di-n-propylamine, tri-n-propylamine, tri-isopropylamine, triethylamine, di-n-butylamine, isopropylamine, t-butylamine, ethylenediamine, diisopropyl-ethyl Amine, N- methyl -n- butylamine are preferred, triethylamine being particularly preferred.
(1)〜(3)のテンプレートの好ましい組み合わせ:
好ましい組み合わせとしては、モルホリン、トリエチルアミンおよびシクロヘキシルアミンから2種以上、中でもモルホリン、トリエチルアミンを含む場合がより好ましい。これらのテンプレート各群の混合比率は、条件に応じて選択する必要がある。2種のテンプレートを混合させるときは、通常、混合させる2種のテンプレートのモル比が1:20から20:1、好ましくは1:10から10:1、さらに好ましくは1:5から5:1である。3種のテンプレートを混合させるときは、通常、3種目のテンプレートのモル比は、上記のモル比で混合された2種のテンプレートに対して1:20から20:1、好ましくは1:10から10:1、さらに好ましくは1:5から5:1である。
Preferred combinations of templates (1) to (3):
As a preferable combination, two or more kinds from morpholine, triethylamine and cyclohexylamine, more preferably morpholine and triethylamine are included. The mixing ratio of each group of these templates needs to be selected according to conditions. When mixing two templates, the molar ratio of the two templates to be mixed is usually 1:20 to 20: 1, preferably 1:10 to 10: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1. It is. When mixing three templates, the molar ratio of the third template is usually from 1:20 to 20: 1, preferably from 1:10 to the two templates mixed in the above molar ratio. 10: 1, more preferably 1: 5 to 5: 1.
上記のように、アルミニウム源、リン源、必要に応じてMe源及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Me源と、テンプレートとを混合する。 As described above, an aqueous gel is prepared by mixing an aluminum source, a phosphorus source, and, if necessary, a Me source and a template. Although the mixing order varies depending on the conditions, usually, the phosphoric acid source and the aluminum source are first mixed, and the Me source and the template are mixed therewith.
MeAPOに係る水性ゲルの組成は、酸化物のモル比で表して、0.01≦MeOx(xはMeが2価の場合は1、3価の場合は1.5)/P2O5≦1.5であり、さらに合成のし易さの観点からは0.02≦MeO/P2O5≦1.0が好ましく、0.05≦MeO/P2O5≦0.8がより好ましい。また、P2O5/Al2O3の比は、0.6以上1.7以下であり、さらに合成のし易さの観点からは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。水の割合の下限としては、Al2O3に対して、モル比で3以上であり、合成のし易さの観点からは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、合成のし易さや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、合成のし易さの観点からは5〜9が好ましく、5.5〜8.5がより好ましい。 The composition of the aqueous gel related to MeAPO is expressed as a molar ratio of oxide, and 0.01 ≦ MeOx (x is 1 when Me is divalent and 1.5 when trivalent) / P 2 O 5 ≦ 1.5, and 0.02 ≦ MeO / P 2 O 5 ≦ 1.0 is preferable from the viewpoint of ease of synthesis, and 0.05 ≦ MeO / P 2 O 5 ≦ 0.8 is more preferable. . The ratio of P 2 O 5 / Al 2 O 3 is 0.6 or more and 1.7 or less, and 0.7 to 1.6 or less is preferable from the viewpoint of ease of synthesis, and 0.8 More preferably, it is 1.5 or less. The lower limit of the ratio of water is 3 or more in terms of molar ratio with respect to Al 2 O 3 , preferably 5 or more, and more preferably 10 or more from the viewpoint of ease of synthesis. The upper limit of the ratio of water is 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。 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.
水熱合成においては、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において、攪拌または静置状態で所定温度を保持する。水熱合成の条件は、100〜300℃であり、合成のし易さの観点からは120〜250℃が好ましく、150〜220℃がより好ましい。反応時間は、3時間〜30日であり、合成のし易さの観点からは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、有機物を除去することにより、骨格に少なくともAlとPを含む結晶性アルミノフォスフェート類を得ることができる。 In hydrothermal synthesis, an aqueous gel is placed in a pressure resistant container, and a predetermined temperature is maintained under stirring or standing in a self-generated pressure or under pressure of a gas that does not inhibit crystallization. The hydrothermal synthesis conditions are 100 to 300 ° C, and 120 to 250 ° C is preferable and 150 to 220 ° C is more preferable from the viewpoint of ease of synthesis. The reaction time is 3 to 30 days, preferably 5 to 15 days, more preferably 7 to 7 days from the viewpoint of ease of synthesis. After hydrothermal synthesis, crystalline aluminophosphates containing at least Al and P in the skeleton can be obtained by separating the product, washing with water, drying, and removing organic matter by a method such as firing.
吸着素子1a,1bの製造方法は、通常、素子構造体(吸着材を担持する組立体)に対し、吸着材、バインダー、水などの溶剤からなる水系分散液を塗布するか、素子構造体を上記の水系分散液に浸漬させる等の方法により吸着材を塗布した後、乾燥または焼成することにより製造するか、あるいは、構造体を構成するフィン(素子)に同様に塗布、乾燥または焼成の後、素子構造体に組み立てることにより製造できる。中でも、素子構造体または素子を水系分散液に浸漬させる方法がメソポアを生成し易い点で好ましい。
The adsorbing
因に、除湿装置1の吸着素子1a,1bの吸着材として好適に使用される結晶性アルミノフォスフェートは、図3において、Z01のグラフ(−▲−)、Z02のグラフ(−■−)、Z06のグラフ(実線)で示すような吸着特性を備えている。図3中、Z02は、CHA型のSAPOの水蒸気吸着等温線を示したものであり、Z01及びZ06は、AFI型のFAPOの水蒸気吸着等温線を示したものである。なお、図3においては、これらの他に、アルミノフォスフェート類であるZ05(−×−)、Y型ゼオライト(−◆−)、活性炭(−*−)、シリカゲル(−●−)の各吸着特性を併せて表記している。
Incidentally, the crystalline aluminophosphate suitably used as the adsorbent of the adsorbing
本発明の空調システムにおける空調用の低温空気の生成操作は以下の通りである。すなわち、除湿装置1に例えば温度35℃、相対湿度40%の外気を供給すると、図1に示すように、吸着工程にある吸着素子1aにおいては、吸着材が空気中の水蒸気を吸着し、相対湿度20〜5%の除湿空気が生成される。その際、除湿装置1の吸着素子1aに対応する空気流路は、間接式気化冷却装置2に向けて流路構成されており、吸着素子1aを通過した除湿空気が間接式気化冷却装置2に送気される。
The operation of generating low-temperature air for air conditioning in the air conditioning system of the present invention is as follows. That is, when outside air having a temperature of 35 ° C. and a relative humidity of 40% is supplied to the dehumidifying device 1, for example, in the
間接式気化冷却装置2においては、除湿装置1から供給された除湿空気の一部が吸気ダクト21に送気され、除湿空気の他の一部が被冷却ダクト23に送気される。冷却ダクト22では、流路64から供給された水が湿潤壁24に浸透して当該冷却ダクト内で蒸発し、その気化潜熱により、被冷却ダクト23では、当該被冷却ダクトを通過する除湿空気が冷却され、例えば10℃の空調用の低温空気が生成される。なお、吸気ダクト21から冷却ダクト22に送気された空気は、湿潤な空気となり、冷却ダクト22の他端から系外に排気される。
In the indirect evaporative cooling device 2, a part of the dehumidified air supplied from the dehumidifying device 1 is supplied to the
また、上記のように間接式気化冷却装置2において低温空気を生成する間、湿潤壁24で蒸発しなかった水も冷却ダクト22内の水の蒸発によって例えば10℃程度に冷却されており、斯かる水は、冷却ダクト22の端部から流路61を通じて取り出され、四方切替弁4、流路62を介して除湿装置1の吸着素子1aの熱煤流路に冷却水として導入される。これにより、吸着素子1aで発生する吸着熱を除去し、吸着材の吸着機能を更に高めることができる。そして、吸着素子1aの熱煤流路を通過した水は、流路63、四方切替弁5及び流路64を介して間接式気化冷却装置2の冷却ダクト22の湿潤壁24に循環される。なお、湿潤壁24において蒸発した水を補うため、給水路8から流路64に適宜給水される。
Further, while the low temperature air is generated in the indirect evaporative cooling device 2 as described above, the water that has not evaporated on the
一方、除湿装置1においては、吸着素子1aが吸着工程にある間は吸着素子1bが脱着工程にあり、斯かる吸着素子1bにおいては、当該吸着素子の加熱操作により、吸着材に吸着された水蒸気を脱着する。その際、コジェネレーション装置3では、例えば70℃の温水が製造され、斯かる温水は、流路65、四方切替弁4及び流路66を介して吸着素子1bの熱煤流路に供給される。
On the other hand, in the dehumidifier 1, the
また、除湿装置1においては、吸着素子1aの吸着機能が低下すると、吸着素子1aの吸着工程と吸着素子1bの脱着工程とを切り替える。その場合、図2に示すように、切替ダンパーの切替操作により、除湿装置1の吸着素子1bに対応する空気流路が間接式気化冷却装置2に向けて流路構成され、吸着素子1bを通過して得られた除湿空気が間接式気化冷却装置2に送気される。同時に、水流路の四方切替弁4及び四方切替弁5が切り替えられる。
Moreover, in the dehumidifier 1, when the adsorption function of the
図2に示す流路の設定においては、間接式気化冷却装置2の冷却ダクト22で例えば10℃程度に冷却された水が流路61を通じて取り出され、四方切替弁4、流路66を介して除湿装置1の吸着素子1bの熱煤流路に冷却水として導入される。これにより、吸着素子1bで発生する吸着熱を除去し、吸着材の吸着機能を高めることができる。更に、コジェネレーション装置3で生成された温水は、流路65、四方切替弁4及び流路62を介して吸着素子1aの熱煤流路に供給される。これにより、吸着素子1aを加熱し、吸着材の脱着機能を促進することができる。
In the setting of the flow path shown in FIG. 2, water cooled to about 10 ° C., for example, in the cooling
上記のように、本発明の空調システムにおいては、除湿装置1の吸着素子1aと吸着素子1bとで吸着工程と脱着工程を交互に切り替えながら、吸着工程で得られる除湿空気を間接式気化冷却装置2へ供給すると共に、間接式気化冷却装置2において除湿空気の一部を作動用空気として利用し、除湿空気の他の一部を被冷却空気として利用して空調用の低温空気を生成する。その際、間接式気化冷却装置2において冷却用に使用されて温度の下がった水を除湿装置1の吸着工程の領域(例えば吸着素子1a)に対して供給することにより、吸着材の吸着作用を促進させ、そして、コジェネレーション装置3から供給される温水を間接式気化冷却装置2の脱着工程の領域(例えば吸着素子1b)に対して供給することにより、吸着材の脱着作用を促進させる。
As described above, in the air conditioning system according to the present invention, the dehumidified air obtained in the adsorption process is indirectly converted to the evaporative cooling apparatus while the adsorption process and the desorption process are alternately switched between the
すなわち、本発明の空調システムにおいては、除湿装置1で得られた除湿空気の一部を間接式気化冷却装置2の作動用空気として使用するため、間接式気化冷却装置2における冷却効果を向上でき、また、間接式気化冷却装置2で発生する温度の下がった水を除湿装置1の吸着工程に使用するため、除湿装置1における吸着効果を向上できる。しかも、コジェネレーション装置3から供給される温水を除湿装置1の脱着工程に使用するため、フロン等の冷媒を使用した冷却装置やヒーターを使用するシステムに比べて、一層低温で且つ低湿度の空調用空気を低コストで生成することができる。殊に、除湿装置1において、吸着材として特定の吸着特性を備えたゼオライトを使用することにより、装置構成を小型化でき且つより一層低温の空調用空気を生成することができる。 That is, in the air conditioning system of the present invention, a part of the dehumidified air obtained by the dehumidifying device 1 is used as the operating air for the indirect evaporative cooling device 2, so that the cooling effect in the indirect evaporative cooling device 2 can be improved. In addition, since the water having a lowered temperature generated in the indirect vaporization cooling device 2 is used in the adsorption process of the dehumidification device 1, the adsorption effect in the dehumidification device 1 can be improved. In addition, since the hot water supplied from the cogeneration device 3 is used for the desorption process of the dehumidifying device 1, the air conditioning has a lower temperature and lower humidity than a system using a cooling device or a heater using a refrigerant such as chlorofluorocarbon. Industrial air can be generated at low cost. In particular, in the dehumidifying apparatus 1, by using zeolite having a specific adsorption characteristic as the adsorbent, the apparatus configuration can be reduced in size and air for air conditioning at a lower temperature can be generated.
1 :除湿装置
1a:吸着素子
1b:吸着素子
2 :間接式気化冷却装置
21:吸気ダクト
22:冷却ダクト
23:被冷却ダクト
24:湿潤壁
3 :コジェネレーション装置(熱源)
4 :四方切替弁
5 :四方切替弁
61〜68:流路(水流路)
7 :排水路
8 :給水路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1:
4: Four-way switching valve 5: Four-way switching valve 61-68: Flow path (water flow path)
7: Drainage channel 8: Water supply channel
Claims (6)
Priority Applications (1)
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JP2013211015A JP2015075267A (en) | 2013-10-08 | 2013-10-08 | Desiccant air conditioning system |
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2013
- 2013-10-08 JP JP2013211015A patent/JP2015075267A/en active Pending
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