JP5418401B2 - 吸着剤ブロックの製造方法 - Google Patents
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Description
その中で、従来は利用価値がなく捨てていた廃熱を回収及び再利用する技術が注目を集めている。その一つが、吸着式ヒートポンプである。
吸着式ヒートポンプは、吸着質(例えば水、メタノール等)が吸着剤(例えばシリカゲル、活性炭等)に対して吸脱着する際に生じる潜熱の移動を利用することで、例えば100℃以下の低質な熱エネルギーを利用可能な冷熱に変換する技術である。脱着時に必要な温熱は、吸着剤によっては例えば60℃程度の比較的低い温度でも良い。このため、種々の低温廃熱からエネルギーを回収できる技術として、多くの研究がなされてきた。
吸着剤としては、吸着量及び吸着速度が大きいという点で、活性炭繊維が優れている。
しかしながら、活性炭繊維は、その形態から嵩密度が低く、熱交換器に少量しか充填することができない。
そこで、活性炭繊維の吸着性能を低下させずに、活性炭繊維を高密度で充填できるようにしたい。
本実施形態にかかる吸着式ヒートポンプは、吸着剤が吸着質を吸脱着することで、熱源からの低温廃熱等の温熱から冷熱を生成する吸着式ヒートポンプである。
本吸着式ヒートポンプでは、以下のようにして温熱から冷熱を生成する。
一方、吸着質を吸着した吸着剤を、温熱を用いて加熱すれば、気体の吸着質が吸着剤から脱着する。そして、脱着した気体の吸着質を、例えば冷却水などを用いて冷やせば、凝縮して、液体の吸着質に戻る。これを脱着過程という。
このため、本吸着式ヒートポンプは、図4に示すように、液体の吸着質を蒸発させて気体の吸着質にする蒸発器1と、気体の吸着質を凝縮させて液体の吸着質にする凝縮器2と、吸着質を吸脱着しうる吸着剤3を有する2つの吸着器4、5とを備える。
そして、蒸発器1と凝縮器2とは、第1流路6によって接続されている。また、蒸発器1及び凝縮器2の一方の側(図4中、左側)に一の吸着器4が接続されている。つまり、蒸発器1の一方の側と一の吸着器4とは、第2流路7によって接続されており、凝縮器2の一方の側と一の吸着器4とは、第3流路8によって接続されている。さらに、蒸発器1及び凝縮器2の他方の側(図4中、右側)に他の吸着器5が接続されている。つまり、凝縮器2の他方の側と他の吸着器5とは、第4流路9によって接続されており、蒸発器1の他方の側と他の吸着器5とは、第5流路10によって接続されている。また、第2流路7、第3流路8、第4流路9及び第5流路10には、それぞれ、流路の開閉を行なうバルブ11〜14が設けられている。なお、蒸発器1、凝縮器2、吸着器4、5及び各流路6〜10は、内部に密閉された空間を有し、吸着式ヒートポンプの使用時には、この空間は通常減圧された状態になっている。
ここで、吸着剤3は、特定の温度以上では吸着質の脱着が支配的に起こり、それよりも低い温度では吸着が支配的に起こる。
つまり、吸着器4、5に備えられる吸着剤3に吸着質を吸着させる吸着過程では、管状部材17に、吸着質の吸着が支配的になる温度に制御しうる熱搬送媒体としての流体を流す。ここでは、冷却水を熱搬送媒体として流し、吸着剤3を冷却することによって、吸着剤3に吸着質を吸着させる。
例えば、図4に示すように、バルブ11、13を開いた状態とし、バルブ12、14を閉じた状態とした場合には、一方の吸着器4(図4中、左側)は蒸発器1に接続され、他方の吸着器5(図4中、右側)は凝縮器2に接続される。この場合、一方の吸着器4には、冷却水を流して、吸着剤3を冷却し、他方の吸着器5には、廃熱などから回収した温熱を流体によって搬送して、吸着剤3を加熱する。これにより、一方の吸着器4に備えられる吸着剤3に吸着質が吸着し、他方の吸着器5に備えられる吸着剤3から吸着質が脱着する。つまり、蒸発器1に接続された一方の吸着器4は、吸着過程となり、凝縮器2に接続された他方の吸着器5は、脱着過程となる。
なお、ここでは、一方の吸着器4の吸着過程と他方の吸着器5の脱着過程とが同時に行なわれ、一方の吸着器4の脱着過程と他方の吸着器5の吸着過程とが同時に行なわれ、これらが繰り返し行なわれるようにしているが、これに限られるものではない。例えば、一方の吸着器4の吸着過程と他方の吸着器5の吸着過程とが同時に行なわれ、一方の吸着器4の脱着過程と他方の吸着器5の脱着過程とが同時に行なわれ、これらが繰り返し行なわれるようにしても良い。つまり、吸着過程と脱着過程とを段階的に行なうようにしても良い。この場合、吸着過程では、バルブ11、14を開いた状態とし、バルブ12、13を閉じた状態とし、両方の吸着器4、5に冷却水を流して、吸着剤3を冷却すれば良い。一方、脱着過程では、バルブ12、13を開いた状態とし、バルブ11、14を閉じた状態とし、両方の吸着器4、5に廃熱などから回収した温熱を流体によって搬送して、吸着剤3を加熱すれば良い。
そこで、本実施形態では、図1、図3に示すように、まず吸着剤としての活性炭繊維3を筒状の金属シート18で被覆して吸着剤ブロック19を作製し、この吸着剤ブロック19を吸着器4、5に備えられる管状部材17に接するように設けることによって、吸着器4、5に吸着剤としての活性炭繊維3を充填するようにしている。
ここでは、活性炭繊維3は、吸着質に対する親和性を付与する処理が施されている。本実施形態では、吸着質は水であるため、活性炭繊維3は、親水化処理が施されている。なお、吸着質として、メタノール、エタノールなどのアルコールを用いる場合には、活性炭繊維3は、アルコールに対する親和性を付与する処理が施されたものとなる。
まず、図2(A)、(B)に示すように、複数の活性炭繊維3を金属シート18で筒状に被覆する。これを被覆工程という。
次に、図1(A)、(B)、図2(C)に示すように、複数の活性炭繊維3を被覆した筒状の金属シート18を一方向に圧延し、切断する。これを圧延・切断工程という。これにより、一方向に向きが揃っている複数の活性炭繊維3と、複数の活性炭繊維3の外周を被覆し、一方向を軸方向とする筒状の金属シート18とを備える吸着剤ブロック19が製造される。
次に、吸着質に対する親和性を付与された活性炭繊維3に、吸着質と同一の液体を含ませる。本実施形態では、親水化処理を施した活性炭繊維3のかたまり(チョップ状ないしトウ状のもの)に水を含ませる。これにより、活性炭繊維間を水で満たして空気を追い出す。
次に、図2(A)、(B)に示すように、複数の活性炭繊維3を金属シート18で筒状に被覆する。本実施形態では、水を含ませて空気を追い出した活性炭繊維3のかたまりを、塑性変形する金属シート18、好ましくは延性及び熱伝導性の高い金属シート18で円筒状に巻いて周囲(外周)を覆う。なお、金属シート18としては、例えば銅やアルミなどからなり、薄い膜状のものを用いれば良い。なお、円筒状に巻かれた金属シート18の継ぎ目は、例えば、融着、半田付け、接着剤等でつなぎ合わせる。
本実施形態では、活性炭繊維3のかたまりを包み込んだ筒状の金属シート18を、側面をガイド20で押さえながら、ロール21で圧延する。ここでは、活性炭繊維3のかたまりを包み込んだ筒状の金属シート18を、ロール21とガイド20とによって形成された空間から一方向へ引き抜くことによって圧延する。このような一方向への圧延によって、筒状の金属シート18は、四方から圧力を加えられて、径が小さくされながら、引き延ばされ、これと同時に、活性炭繊維3間の水が追い出され、複数の活性炭繊維3は、伸張方向に揃えられ、押し固められることになる。各活性炭繊維3は円柱状なので、一方向に向きを揃えて押し固めてやれば、充填密度を高めることができる。
その後、柱状に引き延ばされた成形体を所望の長さに切断する。
上述のようにして吸着剤ブロック19を製造することで、バインダや高温加熱処理を用いることなく、複数の活性炭繊維3の向きが一方向に揃い、高密度化されることになる。このような吸着剤ブロック19を用いることで、活性炭繊維3の吸着性能を低下させずに、活性炭繊維3が高密度に充填された吸着器4、5を実現することができる。
したがって、本実施形態にかかる吸着剤ブロック及びその製造方法、吸着器、吸着式ヒートポンプによれば、活性炭繊維3の吸着性能を低下させずに、活性炭繊維3を高密度で充填できるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
また、例えば、吸着器の構成は、上述の実施形態のものに限られるものではなく、少なくとも、一方向に向きが揃っている複数の活性炭繊維と、複数の活性炭繊維の外周を被覆し、一方向を軸方向とする筒状の金属シートとを備える吸着剤ブロックを含むものであれば良い。
2 凝縮器
3 活性炭繊維(吸着剤)
4、5 吸着器
6 第1流路
7 第2流路
8 第3流路
9 第4流路
10 第5流路
11〜14 バルブ
15〜17 管状部材
18 金属シート
19 吸着剤ブロック
20 ガイド
21 ロール
Claims (2)
- 複数の活性炭繊維を金属シートで筒状に被覆し、
前記複数の活性炭繊維を被覆した筒状の前記金属シートが、四方から圧力を加えられ、径が小さくされながら、一方向へ引き延ばされるように、筒状の前記金属シートを圧延し、切断して、前記複数の活性炭繊維と、前記複数の活性炭繊維の外周を被覆した筒状の前記金属シートとを備える吸着剤ブロックを製造することを特徴とする吸着剤ブロックの製造方法。 - 前記複数の活性炭繊維を前記金属シートで被覆する前に、
前記活性炭繊維に、吸着質に対する親和性を付与する処理を施し、
前記吸着質に対する親和性を付与された前記活性炭繊維に前記吸着質と同一の液体を含ませることを特徴とする、請求項1に記載の吸着剤ブロックの製造方法。
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