JP5831843B2 - Gas sorption recovery element, method for manufacturing gas sorption recovery element, and gas sorption recovery device - Google Patents

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本願発明は、ガス収着回収素子、ガス収着回収素子の製造方法及びガス収着回収装置に関する。詳しくは、し尿処理や堆肥製造工程等において生成されるガスを効率よく収着(吸収あるいは吸着)し、濃縮して回収することができるとともに、所要の濃度で脱着することができるガス収着回収素子等に関する。   The present invention relates to a gas sorption recovery element, a method for manufacturing a gas sorption recovery element, and a gas sorption recovery apparatus. Specifically, gas sorption recovery that can efficiently sorb (absorb or adsorb) the gas generated in human waste processing, compost manufacturing process, etc., concentrate and recover, and desorb at the required concentration It relates to elements and the like.

たとえば、し尿処理や堆肥製造工程等において生じる種々のガスは悪臭の原因となる。このため、種々の手法を用いて上記ガスを回収し、処理する装置が提案されている。   For example, various gases generated in human waste processing, compost manufacturing processes, and the like cause malodor. For this reason, apparatuses for recovering and processing the gas using various techniques have been proposed.

たとえば、低い濃度で大量のガスを回収する手法として、上記ガスを収着する機能をもった収着剤、たとえば、活性炭やゼオライト等をハニカム状の多孔質体に担持したハニカムロータに、ガスを一旦収着させ、これを少量の加熱空気等のキャリヤガスで脱着させることにより回収し、その後燃焼処理等する手法が採用されることが多い。   For example, as a technique for recovering a large amount of gas at a low concentration, a sorbent having a function of sorbing the gas, for example, a honeycomb rotor in which activated carbon, zeolite or the like is supported on a honeycomb porous body, gas is supplied. In many cases, a method of once sorbing and recovering this by desorbing it with a small amount of carrier gas such as heated air and then performing a combustion treatment or the like is often employed.

特開2001−310110号公報JP 2001-310110 A

上記特許文献1に記載されているガス収着方法では、収着ロータをその回転方向に対して順に、収着ゾーン、第1脱着ゾーン、第2脱着ゾーンに分割し、第1ヒータで加熱した空気等のキャリヤガスを上記第1脱着ゾーンに通し、第1脱着ゾーンを通ったキャリヤガスを第2ヒータで再度加熱して第2脱着ゾーンに通して収着ガスを収着剤から脱着するように構成されている。   In the gas sorption method described in Patent Document 1, the sorption rotor is divided into a sorption zone, a first desorption zone, and a second desorption zone in order with respect to the rotation direction, and heated by the first heater. A carrier gas such as air is passed through the first desorption zone, the carrier gas that has passed through the first desorption zone is heated again by the second heater, and is passed through the second desorption zone so that the sorption gas is desorbed from the sorbent. It is configured.

上記手法においては、収着ガスを回収する空気等のキャリヤガスを収着ロータの外部で加熱して、上記ロータに保持した収着剤に作用させるように構成されているため、装置が大掛かりになる。また、加熱されたキャリヤガスの温度が、ガス収着剤内部を流動する間に低下するため、収着剤の全体を所定の脱着温度にするまでにかなりの時間を要する。このため、収着剤の全体を所定温度に加熱して収着ガスを回収することはできない。この結果、ガスの脱着効率が低くなる。また、高沸点のガスを回収するには、キャリヤガスを2度加熱して収着剤に作用させる必要があり、脱着させるためのエネルギ効率も低い。   In the above-described method, since the carrier gas such as air for collecting the sorbed gas is heated outside the sorption rotor and acts on the sorbent held in the rotor, the apparatus is large-scale. Become. Further, since the temperature of the heated carrier gas decreases while flowing inside the gas sorbent, it takes a considerable time to bring the entire sorbent to a predetermined desorption temperature. For this reason, the sorbent cannot be recovered by heating the entire sorbent to a predetermined temperature. As a result, the gas desorption efficiency is lowered. Further, in order to recover the high boiling point gas, it is necessary to heat the carrier gas twice to act on the sorbent, and the energy efficiency for desorption is low.

一方、収着したガスを燃料や、燃料電池に供給して発電に利用する場合、所定濃度のガスを脱着させる必要がある。ところが、脱着率が低く、所要の濃度の脱着ガスを得ることは困難であった。   On the other hand, when the sorbed gas is supplied to fuel or a fuel cell and used for power generation, it is necessary to desorb a gas having a predetermined concentration. However, the desorption rate is low, and it is difficult to obtain a desorption gas having a required concentration.

本願発明は、上記従来の問題を解決し、脱着ガスの濃度を高めることができるとともに、ガスの脱着率を高めることができ、さらに、脱着させる際のエネルギ効率が高いガス収着回収素子を提供することを課題としている。   The present invention provides a gas sorption recovery element that solves the above-mentioned conventional problems, can increase the concentration of desorbed gas, can increase the desorption rate of gas, and has high energy efficiency when desorbing. The challenge is to do.

本願発明は、連続気孔を有するとともに熱伝導性を有する多孔質体の各気孔表面にガス収着剤層を設け、上記ガス収着剤層を加熱することにより、上記ガス収着剤層に収着されたガスを脱着させるように構成されたガス収着回収素子であって、上記多孔質体は、外殻と、中空又は/及び導電性材料からなる芯部とを有する骨格を備え、上記骨格が一体的に連続する3次元網目構造を構成しているとともに、一部又は全部が多孔質発熱体を構成しており、上記多孔質発熱体は、Ni又はNiを主成分とする合金によって形成された第1の外殻の所定部分に、Crと合金化した発熱性を有する部分を有するとともに、上記ガス収着回収素子を、少なくとも200℃以上に加熱することにより、上記ガス収着剤層に収着されたガスを脱着させるように構成されたものである。
In the present invention, a gas sorbent layer is provided on each pore surface of a porous body having continuous pores and thermal conductivity, and the gas sorbent layer is heated so as to be accommodated in the gas sorbent layer. A gas sorption / recovery element configured to desorb an attached gas, wherein the porous body includes an outer shell and a skeleton having a hollow or / and a core portion made of a conductive material, The skeleton constitutes a three-dimensional network structure in which the skeleton is continuously integrated, and part or all of it constitutes a porous heating element. The porous heating element is made of Ni or an alloy containing Ni as a main component. The predetermined portion of the formed first outer shell has a heat-generating portion alloyed with Cr, and the gas sorption recovery element is heated to at least 200 ° C. or more, whereby the gas sorbent To desorb the gas sorbed on the layer It is composed of.

本願発明においては、連続気孔を有するとともに熱伝導性を有する多孔質体の各気孔表面にガス吸着剤層が設けられる。本願発明に係る多孔質体においては、上記連続気孔内でガスを流動させて収着させることができる。上記多孔質体の気孔率は、少なくとも90%以上、より好ましくは95%以上のものを採用するのが良い。上記気孔率の多孔質体を採用することにより、上記気孔内でガスを円滑に流動させて収着することができる。また、上記多孔質体は熱伝導性を有するため、ガスを脱着させる際に、上記多孔質体を介して収着剤層の全域を所定温度まで迅速に加熱することが可能となる。このため、短時間に収着したガスを脱着させることが可能となり、脱着初期において高い濃度のガスを生成することが可能となる。   In the present invention, a gas adsorbent layer is provided on each pore surface of a porous body having continuous pores and thermal conductivity. In the porous body according to the present invention, gas can be flowed and sorbed in the continuous pores. The porous body should have a porosity of at least 90% or more, more preferably 95% or more. By adopting the porous body having the porosity, gas can be smoothly flowed and sorbed in the pores. In addition, since the porous body has thermal conductivity, the entire sorbent layer can be rapidly heated to a predetermined temperature via the porous body when the gas is desorbed. For this reason, it is possible to desorb the gas that has been sorbed in a short time, and it is possible to generate a high-concentration gas in the initial stage of desorption.

また、収着性能を高めるため、比表面積が1000m2/m3以上の多孔質体を採用するのが好ましい。比表面積が上記の値以上のものを採用することにより、多量の収着剤を気孔表面に保持させること可能となる。 In order to improve the sorption performance, it is preferable to employ a porous body having a specific surface area of 1000 m 2 / m 3 or more. By employing a material having a specific surface area equal to or larger than the above value, a large amount of sorbent can be held on the pore surface.

ゼオライト等の収着剤は、脱着初期に、脱着可能量の多くの部分が脱着される特性を有する。また、加熱温度を高めるほど脱着ガスの濃度が高まるとともに、脱着率も大きくなる。従来は、150℃程度の温度で脱着させるものが多く、脱着時間も長く設定されることが多かった。この間キャリヤガスが気孔内を流動させられるため、その分脱着ガスの濃度が低下した。   Sorbents such as zeolite have the property that a large portion of the desorbable amount is desorbed at the initial stage of desorption. Further, the higher the heating temperature, the higher the concentration of the desorption gas and the higher the desorption rate. Conventionally, many are desorbed at a temperature of about 150 ° C., and the desorption time is often set to be long. During this time, since the carrier gas was allowed to flow in the pores, the concentration of the desorption gas was lowered accordingly.

一方、脱着したガスを燃料に利用したり、脱着したガスを燃料電池に供給して発電を行うような場合、所定の濃度の脱着ガスを生成する必要がある。上記従来の手法では、脱着時のガス濃度が低いため、燃焼効率や発電効率を高めることができなかった。   On the other hand, when the desorbed gas is used as fuel, or when the desorbed gas is supplied to the fuel cell to generate power, it is necessary to generate a desorbed gas having a predetermined concentration. In the conventional method described above, since the gas concentration at the time of desorption is low, combustion efficiency and power generation efficiency cannot be increased.

多孔質体を200℃以上に加熱して収着したガスを脱着させると、非常に短時間で、しかも従来の脱着率よりも高い脱着率で収着したガスを脱着することができる。特に、脱着初期に高い濃度のガスを生成することが可能となった。この脱着初期における高い濃度の脱着ガスを利用することにより、所要の濃度のガスを容易に生成することが可能となる。より好ましくは、250℃以上に加熱して、ガスを脱着させるのが良い。また、上記の加熱温度まで加熱するとともに所定時間保持した後、キャリヤガスを流して脱着ガスを回収することにより、濃度の高いガスを回収することが可能となる。上記保持時間は、収着剤やガスの種類、必要なガスの濃度等に応じて設定できる。   When the sorbed gas is desorbed by heating the porous body to 200 ° C. or higher, the sorbed gas can be desorbed in a very short time and at a desorption rate higher than the conventional desorption rate. In particular, it became possible to generate a high concentration gas at the initial stage of desorption. By using the desorption gas having a high concentration at the initial stage of desorption, a gas having a required concentration can be easily generated. More preferably, the gas is desorbed by heating to 250 ° C. or higher. In addition, after heating to the above heating temperature and holding for a predetermined time, the carrier gas is flowed to recover the desorption gas, whereby a high concentration gas can be recovered. The holding time can be set according to the kind of the sorbent or gas, the required gas concentration, and the like.

上記ガス収着剤層を構成する材料は、少なくとも200℃以上の温度で収着したガスを脱着できれば特に限定されることはない。たとえば、上記ガス収着剤層を、ゼオライト粉末を、バインダを介して気孔表面にコーティングして形成することができる。また、ガスの流動を阻害しない範囲であれば、上記ガス収着剤層の厚みも特に限定されることはない。たとえば、ガス収着剤層の厚みを、気孔孔径の2分の1以下に設定することができる。また、活性炭、メソポーラスシリカ等を収着剤として採用できる。   The material constituting the gas sorbent layer is not particularly limited as long as the gas sorbed at a temperature of at least 200 ° C. can be desorbed. For example, the gas sorbent layer can be formed by coating the surface of pores with a zeolite powder through a binder. Further, the thickness of the gas sorbent layer is not particularly limited as long as it does not inhibit the gas flow. For example, the thickness of the gas sorbent layer can be set to half or less of the pore diameter. Further, activated carbon, mesoporous silica or the like can be used as a sorbent.

また、上記収着剤をコーティングするバインダも、少なくとも200℃以上の耐熱性を有するものを採用するのが好ましい。たとえば、PTFEバインダ(ポリテトラフルオロエチレンバインダ)を採用することができる。さらに、250℃以上の耐熱性を有するPTFEバインダを採用するのがより好ましい。   Moreover, it is preferable to employ a binder having a heat resistance of at least 200 ° C. as the binder for coating the sorbent. For example, a PTFE binder (polytetrafluoroethylene binder) can be employed. Furthermore, it is more preferable to employ a PTFE binder having a heat resistance of 250 ° C. or higher.

本願発明では、上記多孔質体の一部又は全部を多孔質発熱体から構成している。
In the present invention, part or all of the porous body is composed of a porous heating element .

ガス収着剤層を設ける多孔質体自体を発熱させることにより、ガス収着剤層を直接加熱して収着されたガスを脱着させることができる。また、収着されたガスを脱着させる際のエネルギ効率がきわめて高い。しかも、通電した多孔質発熱体の全域を、所定温度に迅速に加熱することができる。このため、短時間にガス収着剤層を所定温度まで加熱することが可能となり、ガスの脱着率を高めて、所要の濃度で多量のガスを脱着させることができる。しかも、キャリヤガスを加熱する装置を別途設ける必要がないことから、装置の小型化を図ることもできる。   By heating the porous body itself provided with the gas sorbent layer, the gas sorbent layer can be directly heated to desorb the sorbed gas. Also, the energy efficiency when desorbing the sorbed gas is very high. In addition, the entire region of the energized porous heating element can be quickly heated to a predetermined temperature. For this reason, it becomes possible to heat a gas sorbent layer to predetermined temperature in a short time, the desorption rate of gas can be raised, and a lot of gas can be desorbed by required concentration. In addition, since it is not necessary to separately provide a device for heating the carrier gas, the device can be downsized.

さらに、キャリヤガスを流すことなく、ガス収着剤層を所定温度まで加熱してガスを脱着させ、その後にキャリヤガスを流すように構成できる。この手法を用いることにより、脱着初期において、これまでにない濃度の脱着ガスを生成することが可能となる。   Further, the gas sorbent layer can be heated to a predetermined temperature to desorb the gas without flowing the carrier gas, and then the carrier gas can be flowed. By using this method, it is possible to generate a desorption gas having an unprecedented concentration at the initial stage of desorption.

上記多孔質体の全部を発熱体とする必要はなく、収着回収素子の形態や加熱温度に応じて、多孔質体の一部を発熱体とすることもできる。   It is not necessary that the entire porous body is a heating element, and a part of the porous body can be a heating element depending on the form of the sorption recovery element and the heating temperature.

収着したガスを短時間に脱着させるには、多孔質体の全域を迅速に加熱する必要がある。加熱したキャリヤガスを用いて脱着させる場合や、多孔質体の一部を発熱体とした構成では、多孔質体の全域を短時間に所要温度まで加熱することが困難な場合がある。   In order to desorb the sorbed gas in a short time, it is necessary to quickly heat the entire area of the porous body. In the case of desorption using a heated carrier gas or a configuration in which a part of the porous body is a heating element, it may be difficult to heat the entire area of the porous body to a required temperature in a short time.

記多孔質体内に、板状金属から形成された熱伝導部材を設けることができる。上記熱伝導部材は、たとえば、銅等の熱伝導性が高い材料で形成することができる。上記熱伝導部材を設けることにより、多孔質体内の熱伝導性が高まり、多孔質体の全域を200℃以上の温度に迅速に加熱することが可能となる。このため、短時間に多量のガスを脱着することが可能となる。
On SL porous body can Rukoto provided heat conducting member formed of sheet metal. The said heat conductive member can be formed with a material with high heat conductivity, such as copper, for example. By providing the heat conducting member, the heat conductivity in the porous body is increased, and the entire area of the porous body can be rapidly heated to a temperature of 200 ° C. or higher. For this reason, a large amount of gas can be desorbed in a short time.

多孔質体を発熱体とした場合、多孔質発熱体の一部から通電すると、多孔質発熱体の一部に大きな電流が流れ、多孔質発熱体を均一に加熱することができない恐れがある。上記不都合を回避するために上記多孔質発熱体を、連続気孔を有する多孔質導電体を備えて構成するとともに、この多孔質導電体を介して通電できるように構成するのが好ましい。
When the porous body is used as a heating element, if a current is supplied from a part of the porous heating element, a large current flows through the part of the porous heating element, and the porous heating element may not be heated uniformly. To avoid the above inconveniences, the porous heating element, as well as configured with a porous conductive material having a continuous pore, preferably configured to be energized through the porous conductive material.

上記多孔質導電体は、上記多孔質発熱体より抵抗率の小さい多孔質体、たとえば、Ni(ニッケル)、Cu(銅)等で形成することができる。上記多孔質導電体は、多孔質発熱体のように高い温度で発熱しないため、給電のための配線を容易に接続することができる。上記多孔質導電体の抵抗率は、多孔質発熱体の抵抗率の100分の1以下に設定するのが好ましい。   The porous conductor can be formed of a porous body having a resistivity lower than that of the porous heating element, such as Ni (nickel) or Cu (copper). Since the porous conductor does not generate heat at a high temperature unlike the porous heating element, wiring for power feeding can be easily connected. The resistivity of the porous conductor is preferably set to 1/100 or less of the resistivity of the porous heating element.

上記多孔質発熱体と上記多孔質導電体とを別体の多孔質体から形成して溶接やかしめ等によって接合することができる。また上記多孔質発熱体と上記多孔質導電体とを共通の多孔質体から一体形成するのが好ましい。上記構成を採用することにより、上記ガス収着回収素子内の多孔質構造及び気孔率を一定にすることが可能となり、収着ガスを流動させた際の流動抵抗をガス収着回収素子内で均一にすることができる。このため、収着ガスの流動を阻害することなく、しかも、流動する収着ガスをガス収着剤層に効率よく収着させることができる。また、脱着する際のキャリヤガスの流動も均一になり、収着ガスを効率よく脱着して回収することができる。
The porous heating element and the porous conductor can be formed from separate porous bodies and joined together by welding, caulking, or the like. Further , it is preferable that the porous heating element and the porous conductor are integrally formed from a common porous body. By adopting the above configuration, it becomes possible to make the porous structure and the porosity in the gas sorption and recovery element constant, and the flow resistance when the sorption gas is made flow in the gas sorption and recovery element. It can be made uniform. For this reason, the flowing sorption gas can be efficiently sorbed to the gas sorbent layer without hindering the flow of the sorption gas. Further, the flow of the carrier gas at the time of desorption becomes uniform, and the sorption gas can be efficiently desorbed and recovered.

上記多孔質発熱体は、上記共通の多孔質体の所定領域を発熱体化することにより形成することができる。上記発熱体化する部位及び領域の大きさや数は特に限定されることはない。
The porous heat-generating body can be formed by heating the body of a predetermined region of the common porous body. There are no particular limitations on the size and number of regions and regions that form the heating element .

たとえば、少なくとも2以上の多孔質発熱体を備え、選択した1又は2以上の発熱体に通電して発熱させることができるように構成することができる。   For example, at least two or more porous heating elements can be provided, and the selected one or more heating elements can be energized to generate heat.

上記構成を採用することにより、ガス収着回収素子内の所要の部分を発熱させることが可能となる。これにより、収着ガスの脱着量を容易に調節することが可能になり、後に設けられるガス焼却装置やガス分解装置の能力等に応じて供給するガス量を調節できる。また、一部の発熱体が溶断等によって発熱しなくなった場合にも、他の発熱体に給電することによりガス収着回収素子の機能を維持することも可能となる。   By adopting the above configuration, it is possible to generate heat in a required portion in the gas sorption recovery element. Thereby, it becomes possible to easily adjust the desorption amount of the sorbed gas, and the amount of gas to be supplied can be adjusted in accordance with the capacity of the gas incinerator or gas decomposition apparatus provided later. Even when some of the heating elements do not generate heat due to fusing or the like, the function of the gas sorption recovery element can be maintained by supplying power to the other heating elements.

また、発熱体化する手法も特に限定されることはない。たとえば、上記共通の多孔質体として、上記多孔質導電体を構成できる金属多孔質体を採用し、この金属多孔質体の所定領域を合金化することにより、上記多孔質発熱体を形成することができる。 Further , the method for forming the heating element is not particularly limited. For example, the porous heating element is formed by adopting a metal porous body that can constitute the porous conductor as the common porous body, and alloying a predetermined region of the metal porous body. Can do.

上記多孔質発熱体の形態は特に限定されることはない。たとえば、シート状又は板状の多孔質体を採用することができる。シート状又は板状の多孔質体を採用することにより、所要の領域を容易に発熱体化あるいは導電体化することができる。   The form of the porous heating element is not particularly limited. For example, a sheet-like or plate-like porous body can be adopted. By adopting a sheet-like or plate-like porous body, a required region can be easily converted into a heating element or a conductor.

さらに、2以上のガス収着回収素子を組み合わせることにより、所要の形態及び大きさのガス分解回収素子を構成することができる。この場合、対接する発熱体及び/又は上記導電体を電気的に接続することができる。この構成を採用することにより、種々の形態のガス収着回収素子を形成することができる。また、一体的に形成するのが不可能な形態のガス収着回収素子を構成することも可能となる。特に、シート状又は板状のガス収着回収素子を複数積層することにより、所要の部位を発熱させて収着ガスを脱着できる立体的なガス収着回収装置を容易に構成することができる。なお、組み合わされるガス収着回収素子の数及び形態は特に限定されることはなく、同一形態のガス収着回収素子のみならず、異なる形態のガス収着回収素子を組み合わせることができる。たとえば、気孔率やガス収着特性の異なるガス収着回収素子を組み合わせることも可能となる。   Further, by combining two or more gas sorption / recovery elements, a gas decomposition / recovery element having a required form and size can be configured. In this case, the heating element and / or the conductor that are in contact with each other can be electrically connected. By adopting this configuration, various forms of gas sorption and recovery elements can be formed. It is also possible to configure a gas sorption / recovery element in a form that cannot be formed integrally. In particular, by stacking a plurality of sheet-like or plate-like gas sorption / recovery elements, a three-dimensional gas sorption / recovery device capable of desorbing sorbed gas by generating heat at a required portion can be easily configured. In addition, the number and form of the gas sorption / recovery elements to be combined are not particularly limited, and not only the same form of gas sorption / recovery elements but also different forms of gas sorption / recovery elements can be combined. For example, it is possible to combine gas sorption recovery elements having different porosity and gas sorption characteristics.

また、対接する多孔質発熱体及び/又は上記多孔質導電体を電気的に接続することにより、複数のガス収着回収素子を構成する発熱体及び/又は導電体を一体化させて、一のガス収着回収素子として機能させることも可能となる。上記多孔質発熱体及び/又は上記多孔質導電体を電気的に接続する手法は特に限定されることはない。たとえば、対接する部分を溶接により接続して導通させることができる。また、複数の導電体を貫通して導通させる接続部材を設けることもできる。   In addition, by electrically connecting the porous heating element and / or the porous conductor which are in contact with each other, the heating elements and / or conductors constituting the plurality of gas sorption recovery elements are integrated, It can also function as a gas sorption recovery element. The method for electrically connecting the porous heating element and / or the porous conductor is not particularly limited. For example, the parts that contact each other can be connected and connected by welding. In addition, a connection member that allows a plurality of conductors to pass therethrough can be provided.

上記多孔質導電体に、給電を行う配線を直接接続することもできるが、上記多孔質導電体に所要の面積で接続された電極部を設けるのが好ましい。たとえば、上記多孔質導電体の表面に所要の面積で接続される電極板を溶接等によって設けて、この電極板に対して配線を接続することができる。上記電極板の接続面積は、多孔質発熱体及び多孔質導電体の大きさや給電量により設定することができる。上記電極板を構成する材料も特に限定されることはなく、Cu板等を採用できる。また、複数のガス収着回収素子を組み合わせる場合、複数の導電体の表面に掛け渡し状に上記電極板を接合することができる。また、複数の多孔質導電体を貫通して接続される棒状の電極部を設けることもできる。   Although wiring for supplying power can be directly connected to the porous conductor, it is preferable to provide an electrode portion connected to the porous conductor with a required area. For example, an electrode plate connected to the surface of the porous conductor with a required area can be provided by welding or the like, and wiring can be connected to the electrode plate. The connection area of the electrode plate can be set according to the size of the porous heating element and the porous conductor and the amount of power supplied. The material that constitutes the electrode plate is not particularly limited, and a Cu plate or the like can be adopted. Further, when combining a plurality of gas sorption and recovery elements, the electrode plates can be joined in a stretched manner on the surfaces of the plurality of conductors. It is also possible to provide a rod-shaped electrode portion that is connected through a plurality of porous conductors.

上記多孔質体を構成する材料及び形態は、特に限定されることはない。上記多孔質発熱体及び上記多孔質導電体を構成する多孔質体として、たとえば上記共通の多孔質体が、外殻と、中空又は/及び導電性材料からなる芯部とを有する骨格を備え、上記骨格が一体的に連続する3次元網目構造を構成しているものを採用することができる。
The material and form which comprise the said porous body are not specifically limited. As the porous body constituting the porous heating element and the porous conductor, for example , the common porous body includes a skeleton having an outer shell and a hollow or / and a core portion made of a conductive material. Those having a three-dimensional network structure in which the skeleton is integrally continuous can be employed.

上記多孔質体は、骨格が3次元網目構造に形成されているため、気孔率をきわめて大きく設定することができる。これにより、気孔内におけるガスの流動抵抗が小さくなり、大量の収着ガスを流動させて収着することが可能となる。また、上記骨格は、一体的に連続するように形成されている。このため、多孔質発熱体を構成する場合、繊維状の発熱体を充填して構成される多孔質発熱体のように、隣接する各繊維間の接触抵抗が生じることがなく、多孔質発熱体内各部における電気抵抗が大きく変化することはない。また、上記多孔質発熱体と上記多孔質導電体とが同一の形態で連続させると、境界部分において気体の流動抵抗や電気抵抗が大きくなることもない。また熱伝導性が阻害されることもない。したがって、ガス収着回収素子内を流動する収着ガスやキャリヤガスの流れが偏在することはない。また、多孔質体内を流れる電流に偏在が生じることもなく、多孔質発熱体の全体を均一に加熱することが可能となる。   Since the porous body has a three-dimensional network structure, the porosity can be set extremely high. Thereby, the flow resistance of the gas in the pores is reduced, and a large amount of sorbed gas can be flowed and sorbed. Further, the skeleton is formed so as to be continuously integrated. For this reason, when a porous heating element is configured, contact resistance between adjacent fibers does not occur unlike a porous heating element configured by filling a fibrous heating element, and the porous heating element The electrical resistance in each part does not change greatly. Further, when the porous heating element and the porous conductor are made continuous in the same form, the flow resistance and electric resistance of the gas do not increase at the boundary portion. Moreover, thermal conductivity is not hindered. Therefore, the flow of the sorption gas and the carrier gas flowing in the gas sorption recovery element is not unevenly distributed. In addition, the current flowing in the porous body is not unevenly distributed, and the entire porous heating element can be uniformly heated.

また上記多孔質体における上記3次元網目構造は、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続しているとともに、一の結節部に集合する上記各枝部の外殻の厚みがほぼ一定となるように構成するのが好ましい。特に、多孔質発熱体を構成する場合、上記結節部では各骨格(枝部)からの電流が集中するため、一の結節部に集合する各枝部の電気抵抗が異なると、結節部周りの一部の枝部に過大な電流が流れて温度が上昇し、骨格が溶断したり劣化する恐れがある。一の結節部に集合する枝部の外殻の厚みをほぼ一定に設定することにより、一の結節部に集合する各骨格の電気抵抗に大きな差異が生じることがなくなり、一の結節点に集合する一部の骨格に過大な電流が流れることもなくなる。これにより、多孔質発熱部における骨格の溶断や劣化を防止することが可能となる。
Further , the three-dimensional network structure in the porous body has a plurality of branch portions constituting the skeleton gathered at a knot portion and continuously integrated, and each branch portion gathered at one knot portion. It is preferable that the outer shell has a substantially constant thickness. In particular, when a porous heating element is configured, the current from each skeleton (branch) concentrates at the above-mentioned nodule, so if the electric resistance of each branch gathered in one nodule differs, Excessive current flows through some branches, the temperature rises, and the skeleton may melt or deteriorate. By setting the thickness of the outer shells of the branches that gather at one nodule to be almost constant, there is no significant difference in the electrical resistance of each skeleton that gathers at one nodule, and it gathers at one nodal point. An excessive current does not flow through some skeletons. Thereby, it becomes possible to prevent the skeleton from being melted or deteriorated in the porous heat generating portion.

多孔質発熱体の一の結節部に集合する枝部の外殻の厚みがほぼ一定であればよく、発熱体全体の外殻の厚みが一定であることまで要求されるものではない。たとえば、製造方法等によっては、外殻の厚みが、発熱体の表層部と内部で異なることが考えられる。この場合、表層部の結節部に集合する各枝部の外殻厚みと、内部の結節部に集合する枝部の外殻厚みが異なることになる。しかし、各結節部に集合する骨格の厚みがほぼ一定であれば、一部の枝部に過大な電流が流れることはなく、結節部近傍の骨格が溶断するのを防止することができる。また、結節部周りの骨格が均等な強度を備えるため、強度も確保することができる。   The thickness of the outer shell of the branch portion gathering at one nodule portion of the porous heating element only needs to be substantially constant, and it is not required until the thickness of the outer shell of the entire heating element is constant. For example, depending on the manufacturing method, the thickness of the outer shell may be different between the surface layer portion of the heating element and the inside. In this case, the outer shell thickness of each branch portion gathering at the nodal portion of the surface layer portion and the outer shell thickness of the branch portion gathering at the inner nodal portion are different. However, if the thickness of the skeleton gathered at each nodule portion is substantially constant, an excessive current will not flow through some branches, and the skeleton near the nodule portion can be prevented from fusing. Moreover, since the skeleton around the nodule portion has an equal strength, the strength can be ensured.

多孔質体で発熱体を構成しない場合、上記骨格部分において熱伝導が生じることになる。この場合において、上記構成の骨格を採用することにより、電流と同様に多孔質体内での熱移動が円滑に行われる。したがって、多孔質発熱体の全域を迅速かつ均等に加熱することが可能となる。   When the heating element is not composed of a porous body, heat conduction occurs in the skeleton portion. In this case, by adopting the skeleton having the above-described configuration, heat transfer in the porous body can be smoothly performed as in the case of current. Therefore, the entire area of the porous heating element can be heated quickly and uniformly.

上記骨格を形成する手法は特に限定されることはない。たとえば上記骨格を、3次元網目状樹脂の表面にめっき層又は金属コーティング層を設けるとともに、上記樹脂を消失させることにより形成することができる。上記骨格の外殻を金属めっき層又は金属コーティング層から形成することにより、骨格の厚みを非常に薄くかつ均一に設定することが可能となる。これにより、大きな気孔率を備える多孔質発熱体を形成することが可能となる。
The method for forming the skeleton is not particularly limited. For example , the skeleton can be formed by providing a plating layer or a metal coating layer on the surface of a three-dimensional network resin and eliminating the resin. By forming the outer shell of the skeleton from a metal plating layer or a metal coating layer, the thickness of the skeleton can be set very thin and uniform. Thereby, it becomes possible to form a porous heating element having a large porosity.

また、外殻をめっき層等から形成すると、一の結節部に集合する骨格の外殻の厚みをほぼ一定に形成することが可能となる。これにより、結節部周りの外殻の電気抵抗や熱抵抗に大きな差異が生じることがなくなり、ガス収着回収素子の全域を均一に加熱することができる。   In addition, when the outer shell is formed from a plating layer or the like, the thickness of the outer shell of the skeleton gathering at one knot portion can be formed almost constant. Thereby, a big difference does not arise in the electrical resistance and thermal resistance of the outer shell around a nodule part, and the whole region of a gas sorption recovery element can be heated uniformly.

上記芯部は、製造方法に応じて、中空又は/及び導電性材料から構成される。たとえば、上述したように、上記骨格を、3次元網目状樹脂の表面にめっき層を設けるとともに、上記樹脂を消失させることにより形成する場合、上記樹脂が消失した部分が中空状となる。また、上記めっき層を設けるために上記3次元網目状樹脂の表面に導電性材料をコーティング等して導電化処理を施した場合には、上記導電性材料からなる表面導電化層が中空芯部の内周面に残存する場合がある。さらに、めっき処理の後に熱処理等を施した場合は、外殻が収縮して、中空部分がなくなる場合もある。なお、上記芯部の構造は、多孔質体の全体において均一である必要はなく、部分によって異なっていてもよい。たとえば、芯部を構成する導電性材料が後の熱処理によって溶解して、発熱体内で偏在したり、一部の中空部が消失した状態であってもよい。   The said core part is comprised from a hollow or / and electroconductive material according to a manufacturing method. For example, as described above, when the skeleton is formed by providing a plating layer on the surface of a three-dimensional network resin and erasing the resin, the portion where the resin has disappeared becomes hollow. When the surface of the three-dimensional network resin is coated with a conductive material to conduct the conductive treatment in order to provide the plating layer, the surface conductive layer made of the conductive material has a hollow core portion. It may remain on the inner peripheral surface. Furthermore, when heat treatment or the like is performed after the plating treatment, the outer shell may shrink and the hollow portion may disappear. In addition, the structure of the said core part does not need to be uniform in the whole porous body, and may differ according to parts. For example, the conductive material constituting the core part may be melted by a subsequent heat treatment and unevenly distributed in the heat generating body, or a part of the hollow part may be lost.

上記導電性又は熱伝導性を有する外殻を構成する材料も、特に限定されることはない。たとえば、Niから上記多孔質導電体の外殻を形成することができる。また、発熱性を有する外殻を構成する材料も、特に限定されることはない。たとえばNiを50〜95%と、Crを5〜50%とを含む合金から形成するのが好ましい。上記範囲の配合量に設定することにより、上記多孔質発熱体を効率よく発熱させることができる。なお、上記NiとCrの配合比を保持した状態で他の成分が配合されてもよい。
The material constituting the outer shell having the conductivity or thermal conductivity is not particularly limited. For example, the outer shell of the porous conductor can be formed from Ni. Moreover, the material which comprises the outer shell which has exothermic property is not specifically limited, either. For example , it is preferable to form an alloy containing Ni of 50 to 95% and Cr of 5 to 50%. By setting the blending amount within the above range, the porous heating element can be efficiently heated. Other components may be blended while maintaining the blending ratio of Ni and Cr.

孔質発熱体を構成する上記外殻を、Niを主成分とするとともに導電部を構成できる金属多孔質体の所定部分に、Crを拡散させることにより合金化して発熱性を付与することにより形成することができる。Ni−Cr合金から、直接所要の気孔率を有する多孔質体を形成するのは困難な場合がある。たとえば、上述しためっき法によって、所要部分にNi−Cr合金のめっき層を直接形成するのは困難である。
Said outer shell which constitutes the multi-porous heating element, a predetermined portion of the metal porous body can be configured conductive portion is a principal component of Ni, by imparting exothermic alloyed by diffusion of the Cr Can be formed. It may be difficult to form a porous body having a required porosity directly from a Ni-Cr alloy. For example, it is difficult to directly form a Ni—Cr alloy plating layer on a required portion by the above-described plating method.

上記多孔質発熱体は、まず、Niから多孔質導電体を構成できる多孔質体を形成し、この多孔質体の多孔質発熱部を設ける所定の領域において、上記Niの表面から、Crを拡散させて発熱体として機能するNi−Cr合金としたものである。これにより、Niから構成される上記多孔質体の所定部分に、Crと合金化した発熱性を有する部分を形成することができる。
In the porous heating element, first, a porous body capable of forming a porous conductor is formed from Ni, and Cr is diffused from the surface of the Ni in a predetermined region where the porous heating portion of the porous body is provided. Thus, a Ni—Cr alloy functioning as a heating element is obtained. Thereby, the exothermic part alloyed with Cr can be formed in the predetermined part of the porous body made of Ni.

Niは、めっき処理しやすいため、上記骨格を容易に形成することができる。また、骨格の厚みや気孔率の異なる種々の金属多孔質体を容易に構成できる。そして、このNi多孔質体をCr合金化することによって、所要の電熱特性を備える発熱体を構成できる。また、多孔質導電体を構成する多孔質導電体の所定の領域を合金化することにより、上記多孔質発熱体と上記多孔質導電体とを、ほぼ同一の形態及び気孔率を有する多孔質体で一体的に形成することができる。   Since Ni is easily plated, the skeleton can be easily formed. Also, various metal porous bodies having different skeleton thicknesses and porosity can be easily configured. Then, by heating this Ni porous body into a Cr alloy, a heating element having required electrothermal characteristics can be configured. In addition, a predetermined region of the porous conductor constituting the porous conductor is alloyed so that the porous heating element and the porous conductor have substantially the same form and porosity. Can be formed integrally.

上記Ni多孔質体を、Cr合金化する手法は特に限定されることはない。たとえば、多孔質導電体を構成する領域にマスキングを施したNi多孔質体に、Cr粉末を充填して加熱することにより、Ni多孔質体の上記領域以外の部分をNi−Cr合金とすることができる。また、Cr源粉末の加熱により発生させた拡散浸透成分ガスと還元性希釈ガスとの混合ガス中で熱処理することにより、Ni多孔質体の所定領域をNi−Cr合金とすることができる。   The method for forming the Ni porous body into a Cr alloy is not particularly limited. For example, a Ni porous body masked in a region constituting a porous conductor is filled with Cr powder and heated, so that a portion other than the region of the Ni porous body is made into a Ni-Cr alloy. Can do. Moreover, the predetermined area | region of Ni porous body can be made into a Ni-Cr alloy by heat-processing in the mixed gas of the diffusion osmosis | permeation component gas and reducible dilution gas which were generated by heating Cr source powder.

またNiによって形成された第1の外殻の所定部分に、Crで形成された第2の外殻を積層形成した後、所定の熱処理を行うことにより、上記第1の外殻と上記第2の外殻とを互いに拡散させて合金化することにより、多孔質発熱体を構成する外殻を形成できる。
In addition , after the second outer shell made of Cr is laminated on a predetermined portion of the first outer shell made of Ni, a predetermined heat treatment is performed, whereby the first outer shell and the first outer shell are formed. By diffusing the two outer shells to form an alloy, the outer shell constituting the porous heating element can be formed.

多孔質発熱体と多孔質導電体とを一体的に備えるとともに、少なくとも上記多孔質発熱体の気孔表面にガス収着剤層を設けたガス収着回収素子の製造方法は、上記多孔質導電体を構成できる多孔質体の所定領域を合金化することにより、上記多孔質発熱体を形成する合金化工程と、少なくとも上記多孔質発熱体の気孔表面にガス収着剤層を設けるガス収着剤層形成工程とを含んで構成される。
A method for producing a gas sorption recovery element comprising a porous heating element and a porous conductor integrally, and provided with a gas sorbent layer on at least the pore surface of the porous heating element includes the porous conductor. An alloying step for forming the porous heating element by alloying a predetermined region of the porous body that can constitute the gas, and a gas sorbent that provides a gas sorbent layer at least on the pore surface of the porous heating element It is configured to include a layer formation step.

本願発明に係るガス収着回収素子を用いて種々のガス収着回収装置を構成できる。
Various gas sorption recovery devices can be configured using the gas sorption recovery element according to the present invention .

本願発明に係るガス収着回収素子は、気孔表面にガス収着剤層を設けてガスを流動させることができるため、ガスを効率よく収着させることが可能となる。しかも、外殻が熱伝導性の高い材料から形成されるため、多孔質体の全域を迅速に加熱することができる。   Since the gas sorption recovery element according to the present invention can provide a gas sorbent layer on the pore surface and cause the gas to flow, the gas can be efficiently sorbed. In addition, since the outer shell is formed of a material having high thermal conductivity, the entire area of the porous body can be rapidly heated.

さらに、外殻を発熱体から形成することにより、ガス収着剤層を内部から直接加熱して、収着ガスを脱着することができる。これにより、脱着に要するエネルギを小さくすることが可能になる。また、ガス収着回収素子の全体を均一に、かつ迅速に加熱することができるため、ガスの脱着効率の良いガス収着回収装置を構成できる。   Furthermore, by forming the outer shell from a heating element, the sorbent gas can be desorbed by directly heating the gas sorbent layer from the inside. Thereby, the energy required for desorption can be reduced. In addition, since the entire gas sorption / recovery element can be heated uniformly and rapidly, a gas sorption / recovery device with good gas desorption efficiency can be configured.

収着ガスを効率よく収着させることができるばかりでなく、多孔質体を迅速に加熱してガスを脱着させることにより、高い濃度のガスを回収することができる。   Not only can the sorption gas be efficiently sorbed, but also high concentration gas can be recovered by rapidly heating the porous body to desorb the gas.

本願発明に採用される多孔質体の構造を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the structure of the porous body employ | adopted as this invention. 図1に示す多孔質体の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the porous body shown in FIG. 1 typically. 図2におけるII−II線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the II-II line in FIG. 収着剤の加熱温度による脱着ガスの濃度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the density | concentration of desorption gas with the heating temperature of a sorbent. 収着剤の加熱温度による脱着率を示すグラフである。It is a graph which shows the desorption rate by the heating temperature of a sorbent. 上記多孔質体を発熱体とした場合のガス収着回収素子の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the gas sorption collection | recovery element at the time of making the said porous body into a heat generating body. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示すガス収着回収素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the gas sorption collection | recovery element shown in FIG. 図5に示す多孔質体を用いて構成したガス収着回収装置の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the gas sorption collection | recovery apparatus comprised using the porous body shown in FIG. 図14におけるXV−XV線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the XV-XV line | wire in FIG. 第3の実施形態に係るガス収着回収装置の例を示す図であり、図15に相当する断面図である。It is a figure which shows the example of the gas sorption collection | recovery apparatus which concerns on 3rd Embodiment, and is sectional drawing equivalent to FIG.

以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係るガス収着回収素子100を構成する金属多孔質体102の外観構造を示す電子顕微鏡写真である。上記金属多孔質体102は、形成される材料によって多孔質発熱体を構成することもできるし、熱伝導性を有する多孔質導電体を構成することもできる。上記金属多孔質体102の連続気孔の表面にガス収着剤をコーティングすることにより、本願発明に係るガス収着回収素子100が形成される。   FIG. 1 is an electron micrograph showing the external structure of a porous metal body 102 constituting the gas sorption recovery element 100 according to the present embodiment. The metal porous body 102 can constitute a porous heating element depending on a material to be formed, or can constitute a porous conductor having thermal conductivity. By coating the surface of the continuous pores of the metal porous body 102 with a gas sorbent, the gas sorption recovery element 100 according to the present invention is formed.

以下に、上記金属多孔質体を多孔質発熱体102とした場合について説明する。なお、本願発明は、上記金属多孔質体102が多孔質発熱体を構成する場合に限定されるものではなく、上記多孔質発熱体と熱伝導性を有する金属多孔質体の双方を含む多孔質体からガス回収収着素子を構成することができる。 Below, the case where the said metal porous body is used as the porous heat generating body 102 is demonstrated. The present invention is not limited to the case where the metal porous body 102 constitutes a porous heating element, and the porous body includes both the porous heating element and a metal porous body having thermal conductivity. A gas recovery sorption element can be constructed from the body .

図2及び図3に、上記金属多孔質体102に、上記ガス収着剤層170を設けて構成したガス収着回収素子100の断面構造を模式的に示す。金属多孔質体102は、連続気孔101bを有する3次元網目構造を備える。上記3次元網目構造は、三角柱状の骨格110が3次元に連続して連なった形態を備え、上記骨格110を構成する複数の枝部112が結節部150に集合して一体的に連続する形態を備える。また、骨格110の各部は、図3に示すように、外殻110aと、中空状の芯部110bとを備えて構成される。なお、図2及び図3に示す実施形態では、上記外殻110aは、後に説明するように、めっき層112aと表面導電化層112bとが、一体的に合金化されて発熱体として機能するように構成されている。   2 and 3 schematically show a cross-sectional structure of the gas sorption recovery element 100 configured by providing the metal porous body 102 with the gas sorbent layer 170. The metal porous body 102 has a three-dimensional network structure having continuous pores 101b. The three-dimensional network structure has a form in which triangular prism-like skeletons 110 are continuously connected in three dimensions, and a plurality of branch parts 112 constituting the skeleton 110 are aggregated into a knot part 150 and continuously integrated. Is provided. Further, as shown in FIG. 3, each part of the skeleton 110 includes an outer shell 110a and a hollow core part 110b. In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, in the outer shell 110a, as will be described later, the plating layer 112a and the surface conductive layer 112b are integrally alloyed to function as a heating element. It is configured.

上記金属多孔質体102は、連続気孔101bを有する多孔質状に形成されているため、上記気孔101b内でガスを流動させることができる。しかも、上記金属多孔質体102は、3次元網目構造を採用することによって、気孔率をきわめて大きく設定することができる。上記金属多孔質体の気孔率は、少なくとも90%以上、より好ましくは95%以上に設定される。上記気孔率の金属多孔質体102を採用することにより、上記気孔内でガスを円滑に流動させて収着することができる。また、上記金属多孔質体は、金属で形成されているため、基本的に熱伝導性が高い。したがって、外部から加熱する方式を採用してガスを脱着させる場合にもおいても、上記金属多孔質体を介して収着剤層の全域を所定温度まで迅速に加熱することが可能となる。このため、短時間に収着したガスを脱着させることが可能となり、脱着初期において高い濃度のガスを生成することが可能となる。また、気孔率が大きいため、ガス収着剤層170を設けても、気孔内におけるガスの流動抵抗が低く、大量のガスを流動させて収着し、また脱着することが可能となる。   Since the metal porous body 102 is formed in a porous shape having continuous pores 101b, gas can flow in the pores 101b. Moreover, the porosity of the metal porous body 102 can be set extremely large by adopting a three-dimensional network structure. The porosity of the metal porous body is set to at least 90% or more, more preferably 95% or more. By employing the porous metal body 102 having the porosity, gas can be smoothly flowed and sorbed in the pores. Moreover, since the said metal porous body is formed with the metal, its heat conductivity is fundamentally high. Therefore, even when the gas is desorbed by adopting a method of heating from the outside, the entire sorbent layer can be rapidly heated to a predetermined temperature via the metal porous body. For this reason, it is possible to desorb the gas that has been sorbed in a short time, and it is possible to generate a high-concentration gas in the initial stage of desorption. Further, since the porosity is large, even if the gas sorbent layer 170 is provided, the flow resistance of the gas in the pores is low, and a large amount of gas can be flowed for sorption and desorption.

また、図2に示すように、上記3次元網目構造における一の結節部150に集合する上記枝部112の外殻110aの厚みtがほぼ一定に形成されている。一の結節部150に集合する枝部112の外殻の厚みtがほぼ一定であるため、一の結節部150に集合する各枝部112の電気抵抗や熱伝導率もほぼ一定となる。したがって、一の結節部に集合する一部の枝部に過大な電流が流れたり、熱伝導が阻害されたりすることもなくなる。これにより、骨格の溶断や劣化を防止することができるとともに、金属多孔質体内を均一に加熱することができる。   Further, as shown in FIG. 2, the thickness t of the outer shell 110a of the branch portion 112 that gathers at one nodule portion 150 in the three-dimensional network structure is formed to be substantially constant. Since the thickness t of the outer shells of the branch portions 112 gathering at one knot portion 150 is substantially constant, the electrical resistance and thermal conductivity of each branch portion 112 gathering at one knot portion 150 are also substantially constant. Therefore, an excessive current does not flow through a part of branches gathering at one nodule, and heat conduction is not hindered. As a result, it is possible to prevent the skeleton from fusing and deterioration, and to uniformly heat the metal porous body.

なお、金属多孔質体102の一の結節部150に集合する枝部112の外殻110aの厚みがほぼ一定であればよく、金属多孔質体の全体の外殻の厚みが一定であることまで要求されるものではない。たとえば、製造方法等によっては、外殻の厚みtが、金属多孔質体の表層部と内部で異なることが考えられる。この場合、表層部の結節部に集合する各骨格の外殻厚みと、内部の結節部に集合する骨格の外殻厚みが異なることになる。しかし、一の結節部に集合する枝部の外殻の厚みがほぼ一定であれば、少なくとも上記結節部周りの一部の枝部に過大な電流が流れたり、熱伝導の障害となることはなく、結節部近傍の骨格が溶断したり、金属多孔質体内の温度が部位によって異なるのを防止することができる。   It should be noted that the thickness of the outer shell 110a of the branch portion 112 gathering at one node 150 of the metal porous body 102 only needs to be substantially constant, and the thickness of the entire outer shell of the metal porous body 102 is constant. It is not required. For example, depending on the manufacturing method or the like, it is conceivable that the thickness t of the outer shell is different between the surface layer portion and the inside of the metal porous body. In this case, the outer shell thickness of each skeleton gathering at the nodal portion of the surface layer portion is different from the outer shell thickness of the skeleton gathering at the inner nodal portion. However, if the thickness of the outer shells of the branches gathering at one nodule is almost constant, an excessive current will flow through at least some of the branches around the nodule, or it may hinder heat conduction. In addition, it is possible to prevent the skeleton in the vicinity of the nodule portion from fusing and the temperature in the metal porous body from being different depending on the part.

また、収着性能を高めるために、比表面積が1000m2/m3以上の金属多孔質体102を採用するのが好ましい。比表面積が上記値以上のものを採用することにより、多量の収着剤を気孔表面に保持させること可能となる。 In order to improve the sorption performance, it is preferable to employ the porous metal body 102 having a specific surface area of 1000 m 2 / m 3 or more. By adopting a specific surface area greater than the above value, a large amount of sorbent can be retained on the pore surface.

図4及び図5は、気孔率が96%、比表面積が1250m2/m3であって、3×7×100mmの短冊状のNi金属多孔質体に、グラム当たり約0.1gのゼオライトをコーティングして形成したガス収着回収素子にアンモニアガスを収着させた場合の脱着特性を示すものである。 4 and 5 show that about 0.1 g of zeolite per gram is added to a strip-shaped Ni metal porous body having a porosity of 96%, a specific surface area of 1250 m 2 / m 3 , and 3 × 7 × 100 mm. It shows desorption characteristics when ammonia gas is sorbed on a gas sorption recovery element formed by coating.

図4は、加熱温度を異ならせた状態で、キャリヤガスとしてN2ガスを50cc/minで流した場合に回収された脱着ガスの濃度の相異を示すグラフである。なお、図4には、従来の耐熱性の低いPVDFバインダ(ポリフッ化ビニリデン)を150℃に加熱してガスを脱着させた場合の濃度の変化も参考に表している。図4から、加熱温度を高めると、初期の脱着ガスの濃度が高まることが判る。特に、200℃以上に加熱した場合は、上記PVDFバインダの使用温度である150℃に加熱した場合にくらべて、脱着ガスの濃度を格段に高めることができる。 FIG. 4 is a graph showing the difference in the concentration of the desorbed gas recovered when N 2 gas is allowed to flow at 50 cc / min as the carrier gas with the heating temperature varied. FIG. 4 also shows a change in concentration when a conventional PVDF binder (polyvinylidene fluoride) having low heat resistance is heated to 150 ° C. to desorb the gas. It can be seen from FIG. 4 that the concentration of the initial desorption gas increases when the heating temperature is increased. In particular, when heated to 200 ° C. or higher, the concentration of the desorbed gas can be remarkably increased as compared with the case where the PVDF binder is heated to 150 ° C., which is the use temperature.

図5に、加熱温度を異ならせた状態で、キャリヤガスとしてN2ガスを50cc/minで流した場合のアンモニアガスの脱着率(=脱着量/収着量×100)を示す。図5から、加熱温度を高めると、ガスの脱着率が大幅に高まることが判る。また、N2ガスを5L流した後のガスの脱着率は、加熱温度が200℃では、28%であるのに対し、260℃まで加熱するとは41%まで増加する。したがって、加熱温度を高めることにより、収着されたガスをより多く脱着させることができる。 FIG. 5 shows the desorption rate (= desorption amount / sorption amount × 100) of ammonia gas when N 2 gas is allowed to flow at 50 cc / min as a carrier gas with different heating temperatures. From FIG. 5, it can be seen that increasing the heating temperature significantly increases the desorption rate of the gas. Further, the desorption rate of the gas after flowing 5 L of N 2 gas is 28% when the heating temperature is 200 ° C., but increases to 41% when heated to 260 ° C. Therefore, more sorbed gas can be desorbed by increasing the heating temperature.

本実施形態では、上記脱着特性に示すように、脱着初期における濃度の高いガスを利用して所定濃度のガスを回収するように構成される。すなわち、ガス収着回収素子にできるだけ高い温度を作用させて、短時間に収着ガスを脱着させることにより、濃度の高いガスを回収することが可能となる。   In the present embodiment, as shown in the desorption characteristics, a gas having a predetermined concentration is collected using a gas having a high concentration at the initial stage of desorption. That is, a gas having a high concentration can be recovered by applying as high a temperature as possible to the gas sorption recovery element and desorbing the sorption gas in a short time.

本実施形態に係る上記金属多孔質体102は、気孔率が大きいため多量の収着剤を保持させることができる。しかも、連続する3次元網目構造の骨格を備えるため、熱伝導率が多孔質体内で均一である。したがって、上記金属多孔質体102の気孔表面にコーティングされた収着剤層170の各部を均一に、かつ迅速に加熱して収着されたガスを脱着させることができる。   Since the metal porous body 102 according to this embodiment has a high porosity, it can hold a large amount of sorbent. In addition, since it has a continuous three-dimensional network structure, its thermal conductivity is uniform in the porous body. Therefore, the sorbed gas can be desorbed by heating each part of the sorbent layer 170 coated on the pore surface of the metal porous body 102 uniformly and quickly.

上記構成によって高い濃度で脱着させたガスを生成することが可能となり、燃料として利用したり、固体電解質を備える燃料電池等によって発電を行うような場合に、燃焼効率や発電効率を高めることが可能となる。   The above configuration makes it possible to generate gas desorbed at a high concentration, and it is possible to increase combustion efficiency and power generation efficiency when used as fuel or when power generation is performed by a fuel cell equipped with a solid electrolyte. It becomes.

本願発明では、上記金属多孔質体102を発熱体として構成することができる。図6に、上記金属多孔質体102を多孔質発熱体102bとして機能させる場合のガス収着回収素子100の概略構造を示す。   In the present invention, the metal porous body 102 can be configured as a heating element. FIG. 6 shows a schematic structure of the gas sorption recovery element 100 when the metal porous body 102 functions as the porous heating element 102b.

本実施形態に係るガス収着回収素子100は、外形が矩形板状に形成されているとともに、全体が連続気孔101bを有する多孔質状に形成されている。   The gas sorption / recovery element 100 according to the present embodiment is formed in a porous shape having a rectangular plate shape as a whole and having continuous pores 101b.

上記連続気孔101bの表面には、図2及び図3に示すように、ガス収着剤層170が設けられている。上記ガス収着剤層170の内部には、長手方向の中間部分に多孔質発熱体102bが設けられているとともに、この多孔質発熱体102bの両側に多孔質導電体104a,104bが設けられている。上記多孔質導電体104a,104bの上面に、導電性金属から形成された電極板103a,103bが溶接等によって接合されている。各電極板103a,103bには、電源106から延びるリード線105a,105bが接続されており、上記ガス収着回収素子100の内部に設けた多孔質発熱体102に、上記電極板103a,103b及び多孔質導電体104a,104bを介して給電して発熱させることができるように構成されている。なお、リード線を多孔質発熱体に直接接続して給電するように構成することもできる。   As shown in FIGS. 2 and 3, a gas sorbent layer 170 is provided on the surface of the continuous pore 101b. Inside the gas sorbent layer 170, a porous heating element 102b is provided at an intermediate portion in the longitudinal direction, and porous conductors 104a and 104b are provided on both sides of the porous heating element 102b. Yes. Electrode plates 103a and 103b made of conductive metal are joined to the upper surfaces of the porous conductors 104a and 104b by welding or the like. Lead wires 105a and 105b extending from the power source 106 are connected to the electrode plates 103a and 103b, and the electrode plates 103a and 103b and the porous heating element 102 provided inside the gas sorption and recovery element 100 are connected to the electrode plates 103a and 103b. It is configured to be able to generate heat by supplying power through the porous conductors 104a and 104b. In addition, it can also comprise so that a lead wire may be directly connected to a porous heat generating body and it may supply electric power.

上記多孔質発熱体102bと上記多孔質導電体104a,104bは、図1〜図3に示すほぼ同じ形態及び気孔率の多孔質体で形成されているため、ガスの流動抵抗もほぼ同一である。この多孔質体の気孔表面にガス吸着剤層を設けたガス吸着回収素子内にガスを流動させて、上記ガス収着剤層に効率よく収着させることができる。   Since the porous heating element 102b and the porous conductors 104a and 104b are formed of porous bodies having substantially the same form and porosity as shown in FIGS. 1 to 3, the gas flow resistance is also substantially the same. . A gas can be caused to flow in a gas adsorption / recovery element in which a gas adsorbent layer is provided on the pore surface of the porous body, so that the gas can be efficiently sorbed onto the gas sorbent layer.

本実施形態に係る上記多孔質発熱体102bは、少なくともNiとCrとを含む合金から形成されている。上記NiとCrの配合量は、所要の発熱量に応じて設定することができる。たとえば、上記多孔質発熱体102bの上記外殻110aを、Niを50〜95%と、Crを5〜50%とを含む合金から形成することができる。   The porous heating element 102b according to the present embodiment is formed from an alloy containing at least Ni and Cr. The blending amount of Ni and Cr can be set according to the required calorific value. For example, the outer shell 110a of the porous heating element 102b can be formed of an alloy containing 50 to 95% Ni and 5 to 50% Cr.

上記多孔質発熱体102bは、種々の手法を用いて形成することができる。たとえば、上述した構造を備える多孔質導電体104a,104bを構成できる金属多孔質体を形成する工程と、この金属多孔質体の所定領域(発熱体に対応する領域)をCr合金化することにより、上記多孔質発熱体102bを形成する合金化工程を経て、上記多孔質発熱体102bと上記多孔質導電体とが一体化された金属多孔質体を形成することができる。   The porous heating element 102b can be formed using various methods. For example, by forming a metal porous body that can constitute the porous conductors 104a and 104b having the structure described above, and by forming a predetermined region (region corresponding to the heating element) of the metal porous body into a Cr alloy. Through the alloying step of forming the porous heating element 102b, a metal porous body in which the porous heating element 102b and the porous conductor are integrated can be formed.

上記多孔質発熱体102bを構成する骨格をめっきによって形成する場合、3次元網目状樹脂に導電化処理を施す工程と、3次元網目状樹脂にNiめっきを施す工程と、上記合金化する領域以外の領域に、めっき処理又はコーティング処理に対するマスキング層を設けるマスキング工程と、上記マスキングを施していない領域に、Cr等の金属をめっき又はコーティングする積層工程と、上記3次元網目状樹脂を除去する工程と、上記めっき又はコーティングが施された多孔質体を加熱して、積層されたNi層とCr層とを合金化する熱処理工程とを含んで構成することができる。   When the skeleton constituting the porous heating element 102b is formed by plating, a step of conducting a conductive treatment on the three-dimensional network resin, a step of applying Ni plating to the three-dimensional network resin, and the region other than the region to be alloyed A masking step in which a masking layer for plating or coating treatment is provided in the region, a layering step in which a metal such as Cr is plated or coated in a region not subjected to the masking, and a step of removing the three-dimensional network resin And a heat treatment step of heating the porous body to which the plating or coating is applied and alloying the stacked Ni layer and Cr layer.

上記3次元網目状樹脂の形態として、樹脂発泡体、不織布、フェルト、織布等を用いることができる。上記3次元網目状樹脂を構成する素材は特に限定されることはないが、金属めっきした後、加熱等によって消失させることができるものを採用するのが好ましい。また、加工性やハンドリング性を確保するため、柔軟性を有するものを採用するのが好ましい。特に、3次元網目状樹脂として樹脂発泡体を採用するのが好ましい。樹脂発泡体は、連続気孔を有する多孔質状であればよく、既知のものを採用できる。たとえば、発泡ウレタン樹脂、発泡スチレン樹脂等を採用することができる。発泡樹脂の気孔の形態や気孔率、寸法等は特に限定されることはなく、用途に応じて適宜設定することができる。   As a form of the three-dimensional network resin, a resin foam, a nonwoven fabric, a felt, a woven fabric, or the like can be used. Although the raw material which comprises the said three-dimensional network resin is not specifically limited, It is preferable to employ | adopt what can be lose | disappeared by heating etc. after metal-plating. Moreover, in order to ensure workability and handling property, it is preferable to employ a flexible one. In particular, it is preferable to employ a resin foam as the three-dimensional network resin. The resin foam may be a porous material having continuous pores, and a known one can be adopted. For example, a foamed urethane resin, a foamed styrene resin, or the like can be used. There are no particular limitations on the pore shape, porosity, dimensions, and the like of the foamed resin, and they can be set as appropriate according to the application.

上記3次元網目状樹脂を導電化する処理は、各気孔の表面に上記骨格を構成する金属めっき層を設けるために行われるものであり、図3における表面導電化層112bを設けることができれば特に限定されることはない。たとえば、ニッケルを用いる場合には、無電解めっき処理、スパッタリング処理等を採用することができる。また、チタン、ステンレス等の金属やカーボンブラック、黒鉛等を採用する場合には、これらの微粉末にバインダを添加した混合物を、上記3次元網目状樹脂に含浸塗着する処理を採用することができる。   The treatment for making the three-dimensional network resin conductive is performed in order to provide the metal plating layer constituting the skeleton on the surface of each pore, and particularly if the surface conductive layer 112b in FIG. 3 can be provided. There is no limit. For example, when nickel is used, an electroless plating process, a sputtering process, or the like can be employed. In addition, when adopting metals such as titanium and stainless steel, carbon black, graphite, etc., it is possible to employ a treatment of impregnating and applying the mixture obtained by adding a binder to these fine powders to the three-dimensional network resin. it can.

上記めっき処理も特に限定されることはなく、公知のめっき法によって処理をすることができる。たとえば、ニッケルめっきの場合、生産性、コスト等の観点から電気めっき法を採用するのが好ましい。電気めっきに用いるめっき浴として、公知あるいは市販のものを採用できる。   The plating treatment is not particularly limited, and the treatment can be performed by a known plating method. For example, in the case of nickel plating, it is preferable to employ an electroplating method from the viewpoint of productivity, cost, and the like. A well-known or commercially available thing can be employ | adopted as a plating bath used for electroplating.

上記Niめっき層の厚み(目付量)も特に限定されることはない。所要の気孔率や、強度を勘案して設定することができる。たとえば、100g/m2〜2000g/m2の目付量を採用することができる。 The thickness (weight per unit area) of the Ni plating layer is not particularly limited. It can be set in consideration of the required porosity and strength. For example, it is possible to employ a unit weight of 100g / m 2 ~2000g / m 2 .

上記手法によって、まず、Niめっき層を形成し、導電体を構成する領域にマスキングを施した後、Crめっき層を積層形成する。上記Crめっき層の厚み(目付量)も特に限定されることはなく、たとえば、10g/m2〜1000g/m2の範囲で設定することができる。 By the above method, first, a Ni plating layer is formed, masking is performed on a region constituting the conductor, and then a Cr plating layer is laminated. The thickness of the Cr plating layer (basis weight) also is not particularly limited, for example, can be set in a range of 10g / m 2 ~1000g / m 2 .

上記めっき層を形成した後、上記3次元網目状樹脂を除去する工程が行われる。上記3次元網目状樹脂を除去する工程は、たとえば、ステンレスマッフル内で大気等の酸化性雰囲気において、上記めっき層を設けた多孔質体を、600℃〜800℃で熱処理することにより、上記3次元網目状樹脂を焼却除去することができる。   After the plating layer is formed, a step of removing the three-dimensional network resin is performed. The step of removing the three-dimensional network resin may be performed by, for example, heat-treating the porous body provided with the plating layer at 600 ° C. to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere such as air in a stainless muffle. Dimensional network resin can be removed by incineration.

さらに、上記Niめっき層にCrめっき層を積層形成した多孔質体を、ステンレスマッフル内でCOやH2 等の還元性ガス雰囲気のもとで800℃〜1000℃で熱処理することにより、上記Crめっき層とNiめっき層とを互いに拡散させてNi−Cr合金層を形成することができる。また、N2やAr等の不活性ガス雰囲気では、カーボンマッフル内で1000℃〜1500℃に加熱して上記Crめっき層とNiめっき層とから合金層を形成することもできる。Niによって、図3及び図4に示す表面導電化層112bを設けた場合には、表面導電化層112bも上記合金化工程においてNi−Cr合金化されて全体が発熱体となる。 Further, the Cr plating is performed by heat-treating the porous body in which the Cr plating layer is formed on the Ni plating layer in a stainless muffle in a reducing gas atmosphere such as CO or H 2 at 800 ° C. to 1000 ° C. The Ni—Cr alloy layer can be formed by diffusing the layer and the Ni plating layer. Further, in an inert gas atmosphere such as N 2 or Ar, an alloy layer can be formed from the Cr plating layer and the Ni plating layer by heating to 1000 ° C. to 1500 ° C. in a carbon muffle. In the case where the surface conductive layer 112b shown in FIGS. 3 and 4 is provided by Ni, the surface conductive layer 112b is also Ni—Cr alloyed in the alloying step, and the whole becomes a heating element.

上記工程を採用することにより、外殻のクロム濃度のバラツキが少なく、高い耐蝕性を有するとともに発熱特性の高い多孔質発熱体を形成することができる。また、めっき層によって外殻が構成されるため、外殻の厚み(断面積)を多孔質体内でほぼ均一に設定することが可能となる。このため、多孔質体内における電気抵抗のばらつきが少なくなり、通電することにより、多孔質体の全体を均一に加熱することができる。   By adopting the above process, it is possible to form a porous heating element with little variation in chromium concentration in the outer shell, high corrosion resistance and high heat generation characteristics. Further, since the outer shell is constituted by the plating layer, the thickness (cross-sectional area) of the outer shell can be set almost uniformly in the porous body. For this reason, the dispersion | variation in the electrical resistance in a porous body decreases, and the whole porous body can be heated uniformly by supplying with electricity.

図2及び図3に示すように、本実施形態に係る上記芯部110bは、中空状に形成されるが、これに限定されることはない。すなわち、上述した実施形態は、Niから形成された表面導電化層112bがCr合金化されたため外殻と一体化されたが、上記表面導電化層を別の導電性材料から形成する場合、芯部として残存する場合もある。たとえば、上記表面導電化層をチタンやカーボン等から形成するとともに、Niめっきによって骨格を形成した後Cr合金化した場合、上記表面導電化層が合金化されずに芯部として残存することになる。また、Niめっき層をCr合金化する熱処理工程において、外殻が収縮して、中空の芯部が消失する場合もある。なお、上記表面導電化層は、多孔質発熱体の所要の発熱性能を阻害しないように厚み等が設定される。   As shown in FIG.2 and FIG.3, although the said core part 110b which concerns on this embodiment is formed in hollow shape, it is not limited to this. That is, in the above-described embodiment, the surface conductive layer 112b formed of Ni is integrated with the outer shell because it is Cr alloyed. However, when the surface conductive layer is formed of another conductive material, the core It may remain as a part. For example, when the surface conductive layer is formed from titanium, carbon, or the like, and the skeleton is formed by Ni plating and then Cr alloyed, the surface conductive layer remains as a core without being alloyed. . Further, in the heat treatment step of forming the Ni plating layer into a Cr alloy, the outer shell may shrink and the hollow core portion may disappear. In addition, the thickness etc. of the said surface conductive layer are set so that the required heat generation performance of a porous heat generating body may not be inhibited.

上記のようにして形成された、多孔質発熱体102bと上記多孔質導電体104a,104bとが一体形成された多孔質体の連続気孔表面に、ガス収着剤をコーティングすることにより、ガス収着剤層170が形成される。   A gas sorbent is coated on the surface of the continuous pores of the porous body integrally formed with the porous heating element 102b and the porous conductors 104a and 104b formed as described above. Adhesive layer 170 is formed.

上記ガス収着剤層170を形成する手法は特に限定されることはなく、種々の手法を用いて形成することができる。たとえば、ゼオライト粉末とバインダと溶剤とを混合して形成されるペーストを、上記多孔質体に塗布し、乾燥させることにより、上記ガス収着剤層170を形成することができる。上記バインダは、上述した耐熱性が高いPTFE樹脂から形成されるとともに、少なくとも200℃以上の温度で加熱できるように構成するのが好ましい。   The method for forming the gas sorbent layer 170 is not particularly limited, and can be formed using various methods. For example, the gas sorbent layer 170 can be formed by applying a paste formed by mixing zeolite powder, a binder, and a solvent to the porous body and drying the paste. The binder is preferably formed from the above-described PTFE resin having high heat resistance and can be heated at a temperature of at least 200 ° C.

上記ガス収着剤層170の厚みは特に限定されることはない。本実施形態の場合は100μmの厚みで上記ガス収着剤層170を形成したが、ガスの流動を阻害しない気孔率を確保できれば大きな厚みで形成して収着容量を増大させることができる。たとえば、上記ガス収着剤層170の厚みを、気孔孔径の2分の1以下に設定するのが好ましい。また、上記ガス収着剤層170を形成した後の気孔率が26%〜32%となるように構成するのが好ましい。上記ガス収着剤層を形成する手法は特に限定されることはない。他の手法を用いて形成することができる。   The thickness of the gas sorbent layer 170 is not particularly limited. In the case of this embodiment, the gas sorbent layer 170 is formed with a thickness of 100 μm. However, if the porosity that does not inhibit the flow of gas can be secured, the gas sorbent layer 170 can be formed with a large thickness to increase the sorption capacity. For example, the thickness of the gas sorbent layer 170 is preferably set to half or less of the pore diameter. Moreover, it is preferable that the porosity after forming the gas sorbent layer 170 is 26% to 32%. The method for forming the gas sorbent layer is not particularly limited. It can be formed using other techniques.

図6に示すガス収着回収素子100は、具体的に、図7〜図14に示す手法によって形成することができる。なお、図7〜図14は、上記ガス収着回収素子100を製造する手法を模式的に示したものである。また、これら図面においては、図6におけるガス収着回収素子の一部の製造工程を表している。   The gas sorption / recovery element 100 shown in FIG. 6 can be specifically formed by the technique shown in FIGS. 7 to 14 schematically show a method for manufacturing the gas sorption recovery element 100. In these drawings, a part of the manufacturing process of the gas sorption recovery element in FIG. 6 is shown.

まず、図6に示す多孔質導電体104a,104bと多孔質発熱体102bを構成する共通の骨格を形成するため、図7に示す3次元網目状樹脂160を準備する。上記3次元網目状樹脂160は、上述した骨格を構成する中空の芯部に対応する部分160aと、連続気孔に対応する連続気孔部分160bとを備えて構成されている。たとえば、上記3次元網目状樹脂160を、ウレタン樹脂を所定の気孔率で発泡させることにより形成することができる。   First, in order to form a common skeleton constituting the porous conductors 104a and 104b and the porous heating element 102b shown in FIG. 6, a three-dimensional network resin 160 shown in FIG. 7 is prepared. The three-dimensional network resin 160 includes a portion 160a corresponding to the hollow core portion constituting the skeleton and a continuous pore portion 160b corresponding to continuous pores. For example, the three-dimensional network resin 160 can be formed by foaming urethane resin with a predetermined porosity.

図8に示すように、上記3次元網目状樹脂160に、上述した手法によって表面を導電化処理した後、全体にNiめっき層111を形成する。上記Niめっき層111は、図6における多孔質導電体104a,104bを構成するものであり、上述したように、100g/m2〜2000g/m2の目付量で形成することができる。その後、図9に示すように、上記多孔質導電体104bを構成する部分に、上記Crめっき処理に対するマスキング層122を形成する。上記マスキング層122は、たとえば、エポキシ樹脂等で形成することができる。 As shown in FIG. 8, the surface of the three-dimensional mesh resin 160 is subjected to a conductive treatment by the above-described method, and then a Ni plating layer 111 is formed on the entire surface. The Ni plating layer 111, which constitutes the porous conductive material 104a, 104b in FIG. 6, as described above, can be formed by unit weight of 100g / m 2 ~2000g / m 2 . Thereafter, as shown in FIG. 9, a masking layer 122 for the Cr plating treatment is formed on a portion constituting the porous conductor 104 b. The masking layer 122 can be formed of, for example, an epoxy resin.

次に、図10に示すように、上記マスキング層122を設けた多孔質体に、上述した手法によって、Crめっき層113を設ける。上記マスキング層122を設けているため、上記多孔質発熱体102に対応した領域にのみ上記Crめっき層113を形成することができる。これにより、上記多孔質発熱体102bを構成する部分に、Niめっき層111とCrめっき層113とが積層形成された複合めっき層120が形成される。   Next, as shown in FIG. 10, a Cr plating layer 113 is provided on the porous body provided with the masking layer 122 by the above-described method. Since the masking layer 122 is provided, the Cr plating layer 113 can be formed only in a region corresponding to the porous heating element 102. As a result, a composite plating layer 120 in which the Ni plating layer 111 and the Cr plating layer 113 are laminated is formed in the portion constituting the porous heating element 102b.

図11に示すように、複合めっき層120を形成した後に上記マスキング層122が除去される。その後、上述した3次元網目状樹脂を除去する工程が行われ、図12に示すように、Niめっき層111のみ設けられて導電体104bを構成する領域と、上記Niめっき層111にCrめっき層113が積層された複合めっき層120を備える領域とが一体的に連続する3次元網目状の金属多孔質体114が形成される。   As shown in FIG. 11, the masking layer 122 is removed after the composite plating layer 120 is formed. Thereafter, the above-described process of removing the three-dimensional network resin is performed. As shown in FIG. 12, only the Ni plating layer 111 is provided to form the conductor 104b, and the Ni plating layer 111 has a Cr plating layer. A three-dimensional mesh-like metal porous body 114 is formed in which a region including the composite plating layer 120 on which 113 is laminated is integrally continuous.

上記金属多孔質体114を、ステンレスマッフル内でCOやH2 等の還元性ガス雰囲気のもとで800℃〜1000℃で熱処理することにより、上記複合めっき層120を構成する上記Niめっき層111と上記Crめっき層113とを互いに拡散させてNi−Cr合金化し、多孔質発熱体102が形成される。図13に示すように、金属多孔質体114は、中空の芯部101cとCr合金化された外殻101aとからなる多孔質発熱体102bの骨格101と、中空の芯部111cとNiのみから形成された外殻111aとからなる導電体104bの骨格121とが連続的に形成された形態を備えている。   The metal porous body 114 is heat-treated at 800 ° C. to 1000 ° C. in a reducing gas atmosphere such as CO and H 2 in a stainless steel muffle, whereby the Ni plating layer 111 constituting the composite plating layer 120 and The Cr plating layer 113 is diffused to form a Ni—Cr alloy, and the porous heating element 102 is formed. As shown in FIG. 13, the metal porous body 114 is composed of a skeleton 101 of a porous heating element 102b composed of a hollow core portion 101c and a Cr alloyed outer shell 101a, a hollow core portion 111c and Ni alone. The skeleton 121 of the conductor 104b including the formed outer shell 111a is continuously formed.

上記手法を採用することにより、Niによって形成された金属多孔質体の所要の部分をNi−Cr合金化して、多孔質発熱体102と、この多孔質発熱体102に連続するCr合金化されていない多孔質導電体104bとを一体的に形成することができる。ガス収着剤層170は、絶縁性材料から形成されることが多いため、ガス収着剤層170を形成する前に、上記多孔質導電体104bの上面には、電極板103bが設けられる。   By adopting the above method, a required part of the metal porous body formed of Ni is Ni—Cr alloyed, and the porous heating element 102 and the Cr alloy continuous with the porous heating element 102 are formed. The porous conductor 104b that is not present can be formed integrally. Since the gas sorbent layer 170 is often formed of an insulating material, the electrode plate 103b is provided on the upper surface of the porous conductor 104b before the gas sorbent layer 170 is formed.

上記構成の金属多孔質体114の電極を除く全域に、ゼオライト粉末とバインダ(PTFE60%ディスパージョン)と溶媒(CMC0.5%水溶液)とを、12g:3.1g:32.5gの重量比で混合して形成されるペーストを塗布し、上記溶媒を加熱除去して、図14に示すガス収着回収素子100が形成される。   Zeolite powder, binder (PTFE 60% dispersion) and solvent (CMC 0.5% aqueous solution) are mixed in a weight ratio of 12 g: 3.1 g: 32.5 g over the entire area excluding the electrode of the metal porous body 114 having the above-described configuration. A paste formed by mixing is applied, and the solvent is removed by heating to form the gas sorption recovery element 100 shown in FIG.

図15に、上述した手法によって形成されたガス収着回収素子を用いてガス収着回収装置200を形成した例を示す。   FIG. 15 shows an example in which the gas sorption recovery device 200 is formed using the gas sorption recovery element formed by the above-described method.

本実施形態に係るガス収着回収装置200は、円筒状のロータ201を半径方向に延びる電気絶縁性のある隔壁202a,202b,202c,202dで4つの領域A,B,C,Dに区画し、この区画にガス収着回収素子207a,207b,207c,207dをそれぞれ配置して構成されている。   The gas sorption and recovery apparatus 200 according to the present embodiment divides a cylindrical rotor 201 into four regions A, B, C, and D by electrically insulating partition walls 202a, 202b, 202c, and 202d that extend in the radial direction. The gas sorption / recovery elements 207a, 207b, 207c, and 207d are arranged in this section.

上記ロータ201は、図示しないモータによって回転させられ、所定の回転位置にある領域に収着ガスを流動させて上記ガス収着剤層に収着させる一方、所定の回動位置において上記多孔質発熱体に通電して加熱するとともに、上述したN2等のキャリヤガスを流動させることにより、収着剤層に収着させたガスを脱着させて回収できるように構成したものである。 The rotor 201 is rotated by a motor (not shown) to cause a sorbed gas to flow in a region at a predetermined rotational position and sorb to the gas sorbent layer, while the porous heat generation at the predetermined rotational position. The body is energized and heated, and the above-described carrier gas such as N 2 is made to flow so that the gas absorbed in the sorbent layer can be desorbed and recovered.

図16に示すように、本実施形態では、上記各領域A,B,C,Dに配置されるガス収着回収素子207a,207b,207c,207dは、内周部が回転軸212に保持された円筒壁状の第1の電極板213a,213b,213c,213dと、外周部を覆うように設けられた円筒壁状の第2の電極板214a,214b,214c,214dと、これら電極板の間の空間に設けられた多孔質収着部211a,211b,211c,211dとを備えて構成されている。なお、図示はしないが、各多孔質収着部211a,211b,211c,211dは、一体形成された多孔質発熱体と多孔質導電体に、ガス収着剤をコーティングして形成されている。   As shown in FIG. 16, in this embodiment, the gas sorption / recovery elements 207a, 207b, 207c, and 207d arranged in the respective regions A, B, C, and D are held on the rotating shaft 212 at the inner peripheral portion. Cylindrical wall-shaped first electrode plates 213a, 213b, 213c, 213d, cylindrical wall-shaped second electrode plates 214a, 214b, 214c, 214d provided so as to cover the outer periphery, and between these electrode plates A porous sorption part 211a, 211b, 211c, 211d provided in the space is provided. Although not shown, each of the porous sorption portions 211a, 211b, 211c, and 211d is formed by coating a gas sorbent on an integrally formed porous heating element and porous conductor.

電源220からの電流が、ロータ201の回転軸212の外周に設けた第1の電極板213a,213b,213c,213dと、回転しながら上記第2の電極板214a,214b,214c,214dおよびこれら電極板に接触させられる通電体215を介して、上記ガス収着回収素子207a,207b,207c,207dに順次流される。これにより、上記ガス収着回収素子207a,207b,207c,207dが順次発熱させられて、各ガス収着剤層に収着されたガスが脱着させられ、キャリヤガスとともに回収される。   The current from the power source 220 is supplied to the first electrode plates 213a, 213b, 213c, and 213d provided on the outer periphery of the rotating shaft 212 of the rotor 201, the second electrode plates 214a, 214b, 214c, and 214d while rotating. The gas sorption / recovery elements 207a, 207b, 207c, and 207d are sequentially flowed through a current-carrying member 215 brought into contact with the electrode plate. As a result, the gas sorption / recovery elements 207a, 207b, 207c, and 207d are sequentially heated, and the gas sorbed on each gas sorbent layer is desorbed and recovered together with the carrier gas.

上記構成のガス収着回収装置200に、濃度200ppmのアンモニアガスを流速8cm/secで通気したところ、収着後のアンモニアガス濃度が1〜2ppmとなった。   When ammonia gas having a concentration of 200 ppm was ventilated at a flow rate of 8 cm / sec through the gas sorption recovery apparatus 200 having the above configuration, the ammonia gas concentration after sorption became 1 to 2 ppm.

一方、上記アンモニアガスを収着させた領域のガス収着回収素子に通電して200〜260℃に加熱するとともに、キャリヤガスとしてN2を流動させたところ、脱着初期において濃度4400ppmのアンモニアを検出した。 On the other hand, when the gas sorption recovery element in the region where the ammonia gas was sorbed was energized and heated to 200 to 260 ° C. and N 2 was flowed as the carrier gas, ammonia having a concentration of 4400 ppm was detected at the initial stage of desorption. did.

上記構成を採用することにより、発生するガスを連続的に収着し、回収することが可能となる。また、上記構成のガス収着回収装置において、脱着領域を所定温度まで加熱した後に所定時間保持して多孔質体内にガスを脱着させ、その後上記キャリヤガスを流動させるように、上記加熱温度及び上記ロータ201の回転を制御することができる。この手法を採用することにより、脱着初期の濃度高いガスを連続的に回収することが可能となる。   By adopting the above configuration, the generated gas can be continuously sorbed and recovered. Further, in the gas sorption recovery apparatus having the above-described configuration, the heating temperature and the above-described temperature are set so that the desorption region is heated to a predetermined temperature and then held for a predetermined time to desorb the gas into the porous body, and then cause the carrier gas to flow. The rotation of the rotor 201 can be controlled. By adopting this method, it is possible to continuously recover a gas having a high concentration at the initial stage of desorption.

図17に、本願発明の第3の実施形態を示す。この実施形態は、ガス収着剤をコーティングした金属多孔質体を発熱体とはせず、外部加熱あるいはキャリヤガスを加熱して流動させることにより、収着ガスを脱着させる場合に本願発明を適用したものである。   FIG. 17 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the metal porous body coated with a gas sorbent is not used as a heating element, but the present invention is applied to the case where the sorption gas is desorbed by external heating or heating and flowing the carrier gas. It is a thing.

外部加熱を用いて、ガス収着回収素子からガスを短時間に脱着させるには、ガス収着回収素子を短時間で所定温度まで加熱する必要がある。一方、図15に示すような大型のガス収着回収装置では、ガス収着回収素子の全体を所定の温度まで加熱するのにかなりの時間を要する。このため、短時間に収着ガスを脱着させるのは困難である。   In order to desorb the gas from the gas sorption recovery element in a short time using external heating, it is necessary to heat the gas sorption recovery element to a predetermined temperature in a short time. On the other hand, in a large gas sorption recovery apparatus as shown in FIG. 15, it takes a considerable time to heat the entire gas sorption recovery element to a predetermined temperature. For this reason, it is difficult to desorb the sorption gas in a short time.

本実施形態では、図17におけるガス収着回収素子207a〜207dの内部に、熱伝導部材314aを設けたものである。上記熱伝導部材314aは、熱伝導性の高い板状金属から形成されており、ガスの流動を妨げることがないように、ガスの流動方向に沿う方向に配置される。   In the present embodiment, a heat conduction member 314a is provided inside the gas sorption recovery elements 207a to 207d in FIG. The heat conducting member 314a is made of a plate metal having high heat conductivity, and is arranged in a direction along the gas flow direction so as not to hinder the gas flow.

上記熱伝導部材314aを設けることにより、各ガス吸着回収素子内での熱伝導性が格段に高まり、ガス吸着回収素子の各部に温度差が生じるのを防止できる。   By providing the heat conducting member 314a, the thermal conductivity in each gas adsorption / recovery element is remarkably increased, and it is possible to prevent a temperature difference from occurring in each part of the gas adsorption / recovery element.

また、外部加熱あるいはキャリヤガスから作用する熱を、上記熱伝導部材を介して金属多孔質体に迅速に伝導させることが可能となり、ガス収着回収素子を所定温度まで迅速に加熱して、収着されたガスを短時間に脱着させることができる。   In addition, it becomes possible to quickly conduct the heat acting from the external heating or the carrier gas to the metal porous body through the heat conducting member, and the gas sorption recovery element is quickly heated to a predetermined temperature to be collected. The attached gas can be desorbed in a short time.

本願発明は、種々の過程で生成されるガスに適用できる。また、本願発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The present invention can be applied to gases generated in various processes. Further, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

大量のガスを収着できるとともに、濃度高いガスを効率よく脱着して回収することができる。   A large amount of gas can be sorbed, and high concentration gas can be efficiently desorbed and recovered.

100 ガス収着回収素子
101b 連続気孔
102 多孔質体
102b 多孔質発熱体
170 ガス収着剤層
100 Gas Sorptive Recovery Element 101b Continuous Pore 102 Porous Body 102b Porous Heating Element 170 Gas Sorbent Layer

Claims (10)

連続気孔を有するとともに熱伝導性を有する多孔質体の各気孔表面にガス収着剤層を設け、上記ガス収着剤層を加熱することにより、上記ガス収着剤層に収着されたガスを脱着させるように構成されたガス収着回収素子であって、
上記多孔質体は、外殻と、中空又は/及び導電性材料からなる芯部とを有する骨格を備え、上記骨格が一体的に連続する3次元網目構造を構成しているとともに、一部又は全部が多孔質発熱体を構成しており、
上記多孔質発熱体は、Ni又はNiを主成分とする合金によって形成された第1の外殻の所定部分に、Crと合金化した発熱性を有する部分を有するとともに、
上記ガス収着回収素子を、少なくとも200℃以上に加熱することにより、上記ガス収着剤層に収着されたガスを脱着させるように構成されているガス収着回収素子。
A gas sorbent layer is provided on each pore surface of a porous body having continuous pores and thermal conductivity, and the gas sorbent layer is heated to heat the gas sorbed to the gas sorbent layer. A gas sorption recovery element configured to desorb
The porous body includes a skeleton having an outer shell and a core portion made of a hollow or / and conductive material, and constitutes a three-dimensional network structure in which the skeleton is integrally continuous. All of them constitute a porous heating element,
The porous heating element has a heat-generating part alloyed with Cr in a predetermined part of the first outer shell formed of Ni or an alloy containing Ni as a main component,
The gas sorption recovery device, by heating to at least 200 ° C. or higher, and is configured to desorb the sorbed gas to the gas sorbent layer, gas sorption recovery device.
上記多孔質体内に、板状金属から形成された熱伝導部材が設けられている、請求項1に記載のガス収着回収素子。 The gas sorption / recovery element according to claim 1, wherein a heat conducting member made of a plate-like metal is provided in the porous body. 上記多孔質発熱体は連続気孔を有する多孔質導電体を備えて構成されているとともに、この多孔質導電体を介して通電できるように構成されている、請求項1又は請求項2に記載のガス収着回収素子。 3. The porous heating element according to claim 1 or 2, wherein the porous heating element is configured to include a porous conductor having continuous pores and can be energized through the porous conductor. Gas sorption recovery element. 上記多孔質発熱体と上記多孔質導電体とが共通の多孔質体から一体形成されている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のガス収着回収素子。 The gas sorption recovery element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the porous heating element and the porous conductor are integrally formed from a common porous body. 上記ガス収着剤層は、ゼオライト粉末を、バインダを介して上記多孔質体の気孔表面にコーティングして形成されているとともに、
上記バインダは少なくとも200℃以上の耐熱性を有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガス収着回収素子。
The gas sorbent layer is formed by coating zeolite powder on the pore surface of the porous body through a binder,
The gas sorption recovery element according to any one of claims 1 to 4 , wherein the binder has a heat resistance of at least 200 ° C or higher.
上記3次元網目構造は、上記骨格を構成する複数の枝部が結節部に集合して一体的に連続しているとともに、一の結節部に集合する上記各枝部の外殻の厚みがほぼ一定である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のガス収着回収素子。 In the three-dimensional network structure, a plurality of branches constituting the skeleton gather together at a knot and are integrally continuous, and the thickness of the outer shell of each branch gathered at one knot is substantially equal. The gas sorption recovery element according to any one of claims 1 to 5 , which is constant. 上記骨格はメッキ層又は金属コーティング層からなる、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載されたガス収着回収素子。
Said skeleton is composed of a plating layer or a metal coating layer, the gas sorption recovery device as claimed in any one of claims 1 to 6.
多孔質発熱体を構成する上記外殻が、Niを50〜95%と、Crを5〜50%とを含む合金から形成されている、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のガス収着回収素子。 The shell constituting the porous heating element, and from 50% to 95% of Ni, it is formed a Cr alloy containing 5 to 50% claimed in any one of claims 7 Gas sorption recovery element. 請求項1に記載されたガス収着回収素子の製造方法であって、
孔質導電体を構成できる多孔質体の所定領域を合金化することにより、上記多孔質発熱体を形成する合金化工程と、
少なくとも上記多孔質発熱体の気孔表面にガス収着剤層を設けるガス収着剤層形成工程とを含む、ガス収着回収素子の製造方法。
A method for producing a gas sorption recovery element according to claim 1 ,
By alloying the predetermined region of the porous body can be configured multiple Anashitsushirube collector, the alloying step of forming the porous heating element,
And a gas sorbent layer forming step of providing a gas sorbent layer on the pore surface of the porous heating element.
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載したガス収着回収素子を備えるガス収着回収装置。
A gas sorption recovery apparatus comprising the gas sorption recovery element according to any one of claims 1 to 9 .
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