專利名稱：吸附熱泵用吸附材料、調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料、吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特定的吸附材料、采用該吸附材料的吸附熱泵，以及調(diào)濕空調(diào)裝置以及吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
吸附熱泵是一種無(wú)需輔助動(dòng)力，它以低質(zhì)熱能作為熱源使其運(yùn)行的最優(yōu)異的廢熱(exhaust heat)的回收再利用法，它是對(duì)環(huán)境其存型的熱能系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。在吸附熱泵的運(yùn)行過(guò)程中，為了使吸附的物質(zhì)，例如吸附水的吸附材料的再利用，加熱吸附材料使吸附的物質(zhì)解吸，把干燥的吸附材料冷卻至用于吸附的物質(zhì)吸附的溫度，再次使用于吸附的物質(zhì)的吸附。
此前，把較高溫度(120℃或120℃以上)的廢熱·溫?zé)?，作為吸附材料的再生熱源而利用的吸收式熱泵，其作為熱電合并供給廠(熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng))一部分而引入并已實(shí)際使用。然而，一般在熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)器、燃料電池中，由于最終的廢熱·溫?zé)岬臏囟仍?00℃或100℃以下，實(shí)際在80℃或80℃以下的較低溫，無(wú)法作為目前已經(jīng)使用的吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源利用。另外，該低溫?zé)崮?，能量密度小，因此，從回收利用成本高等方面考慮，目前幾乎未被利用而直接廢棄排放至環(huán)境中。這種被廢棄的低溫?zé)崮艿目偀崃空伎倧U熱的90％或90％以上，因?yàn)檫@將妨礙綜合的能量利用率的提高，故希望探求100℃以下，尤其是60℃～80℃的低溫廢熱的有效利用。
另一方面，除濕空調(diào)裝置、加濕空調(diào)裝置等調(diào)濕空調(diào)裝置，也有望與吸附熱泵同樣，作為廢熱的回收再利用方法之一，但利用低溫?zé)崮茏鳛槠潋?qū)動(dòng)熱源的例子還不為人知。
在吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置中，即使各自的工作原理相同，但根據(jù)可利用熱源溫度的不同吸附材料所要求吸附特性也不同。例如，用作吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置高溫部分熱源的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)或固體高分子型燃料電池的廢熱溫度為60℃～80℃。在這些高溫?zé)嵩粗惺褂玫奈綗岜没蛘{(diào)濕空調(diào)裝置冷卻部分的熱源溫度，受設(shè)置裝置場(chǎng)所的溫度而制約。例如，工廠或住宅等，則為建筑物的外界氣體溫度。即，吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置的操作溫度范圍，當(dāng)設(shè)置在大樓等處時(shí)，低溫部分為30℃～35℃，高溫部分為60℃～80℃左右。另外，當(dāng)在需要增大冷熱的夏季時(shí)，由于外界氣體溫度上升，故低溫部分的溫度可能達(dá)到上述溫度或上述溫度以上。因此，為了有效利用釋放的熱，希望使用一種，其適合于場(chǎng)所的低溫部分熱源和高溫部分熱源的溫差小，并且低溫部分熱源在30℃或30℃以上，高溫部分熱源在80℃或80℃以下可以驅(qū)動(dòng)的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述裝置，需尋求具有下列吸附特性的材料。即，(1)在吸附時(shí)相對(duì)蒸氣壓和解吸時(shí)相對(duì)蒸氣壓的壓差小的范圍內(nèi)具有吸附量差，另外，為使裝置小型化，(2)在上述(1)的范圍內(nèi)吸附量差大，進(jìn)一步地，(3)在相對(duì)高的汽壓下容易解吸的吸附材料。
作為吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置使用的吸附材料，對(duì)各種吸附材料進(jìn)行了探討，但在這些吸附材料中存在各種問(wèn)題，希望加以解決。
作為吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置用的吸附材料，此前探討的Y型沸石，即使在相對(duì)蒸氣壓幾乎接近0值時(shí)，但由于吸附了吸附物質(zhì)，為了使吸附物質(zhì)解吸，使相對(duì)蒸氣壓幾乎接近0值則必需150℃～200℃或200℃以上的高溫。因此，Y型沸石，存在的問(wèn)題是難以在利用上述低溫廢熱的吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置中使用。
同樣探討了A型硅膠，因其相對(duì)低的蒸氣壓而吸附特性不充分，另外，特開(kāi)平9-178292號(hào)公報(bào)公開(kāi)了以表面活性劑的膠束結(jié)構(gòu)作為模板合成的中孔硅石(FSM-10等)，但該中孔硅石在相對(duì)低的蒸氣壓下不能吸附。因此，A型硅膠或中孔硅石，存在的問(wèn)題是不能用于構(gòu)成利用上述熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)器系統(tǒng)、燃料電池等冷卻水或太陽(yáng)熱等得到熱的吸附熱泵或調(diào)濕空調(diào)裝置。
另外，即使在原來(lái)的吸附材料中，有人指出中孔硅石不僅其吸附特性需要改善，而且其結(jié)構(gòu)容易破壞，并且工業(yè)制造困難，成本也高的問(wèn)題也必須解決。Y型沸石或A型硅膠，盡管成本低、難以破壞，但性能不好。
另外，特開(kāi)平11-197439號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了，使用稱作AlPO-n的多孔磷酸鋁類沸石作為除濕用空調(diào)裝置的吸附材料，其實(shí)施例公開(kāi)了AlPO4-5的吸附等溫曲線。但是，上述沸石，疏水性稍高，在25℃的相對(duì)濕度為0.25，不能充分吸附水蒸氣。即，作為有效用于低溫廢熱的下述本發(fā)明的條件，即“在25℃的相對(duì)濕度為0.12～0.25范圍內(nèi)，相對(duì)濕度變化0.1時(shí)的吸附量變化”在0.05g/g左右，吸附特性差。
另外，WO 02/066910號(hào)公報(bào)公開(kāi)了，使用具有鋁、磷、雜原子的沸石，作為吸附熱泵用吸附材料是有效的。但是，該發(fā)明主要針對(duì)，以低溫廢熱為主的汽車(chē)用的在100℃左右的較高溫度下使用的場(chǎng)合。在具體公開(kāi)的例子中，作為有效利用低溫廢熱的下述本發(fā)明的條件即“在25℃的相對(duì)濕度0.12～0.25范圍內(nèi)，相對(duì)濕度變化0.1時(shí)的吸附量變化”在0.02g/g左右，吸附特性不充分。即，由于從解吸性能看不充分，故作為下述本發(fā)明解吸性能指標(biāo)的相對(duì)濕度0.12時(shí)的水蒸氣吸附量大，結(jié)果是吸附量變化不充分。
另外，上述公報(bào)中舉出含鐵的各種原子作為雜原子，但實(shí)施例中記載的是均采用Si作為雜原子，并且組織密度為16或16以下。
另外，特開(kāi)2000-61251號(hào)公報(bào)，在實(shí)施例中公開(kāi)了AlPO-H6的吸附等溫曲線。從吸附等溫曲線所示的吸附特性考慮，這表明，由于滿足下述本發(fā)明的條件“25℃的相對(duì)濕度為0.12～0.25范圍，相對(duì)濕度變化了0.1時(shí)的吸附量變化”在0.12g/g或0.12g/g以上，故可有效利用低溫廢熱，但按照本發(fā)明人等的探討，從耐久性方面考慮仍有問(wèn)題。
即，按照發(fā)明人等的探討，在水蒸氣吸附狀態(tài)及解吸狀態(tài)結(jié)構(gòu)變化的沸石，由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，吸附性能伴隨著反復(fù)使用而下降，或因結(jié)構(gòu)破壞而不能使用。上述公報(bào)中記載的AlPO-H6，處于水蒸氣吸附狀態(tài)，當(dāng)解吸時(shí)，變成所謂AlPO-D結(jié)構(gòu)。這在例如Molecular Sieves Science andTechnology Volume 1(Springer 1998)的160頁(yè)已有記載。因此，上述AlPO-H6在反復(fù)進(jìn)行水蒸氣的吸解吸時(shí)，耐久性不充分，是不優(yōu)選的。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明的目的在于提供一種，即使在低溫部熱源溫度為30℃或30℃以上、高溫部熱源溫度為80℃或80℃以下的可以驅(qū)動(dòng)的相對(duì)較低蒸氣壓區(qū)域，仍可對(duì)吸附的物質(zhì)進(jìn)行吸解吸的吸附熱泵用及調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，以及采用該吸附材料具有效吸附的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置。本發(fā)明另一目的在于提供一種，利用低溫廢熱的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置的運(yùn)行方法。
本發(fā)明人等為解決上述課題進(jìn)行悉心探討的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為以吸附的物質(zhì)的吸解吸為驅(qū)動(dòng)源的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置的吸附材料，沸石是適用的其骨架結(jié)構(gòu)上含有特定的原子，在特定的相對(duì)蒸氣壓范圍內(nèi)水的吸附量之差處于特定的范圍，并且，在水蒸氣吸解吸中基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。另外，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，在特定的溫度區(qū)域內(nèi)吸解吸，并且在吸解吸中吸附量之差大，輸出密度大的特定的沸石類吸附材料。
即，本發(fā)明由7個(gè)要點(diǎn)構(gòu)成，其第1要點(diǎn)涉及吸附熱泵用吸附材料，其特征在于，其中含有沸石，該沸石在骨架結(jié)構(gòu)上含有(i)鋁、(ii)磷、以及(iii)鐵及/或鎵，在水蒸氣吸解吸中基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，具有相對(duì)蒸氣壓在0.1～0.25范圍內(nèi)變化了0.1時(shí)的水的吸附量變化在0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域。
另外，本發(fā)明的第2要點(diǎn)涉及吸附熱泵用吸附材料，其特征在于，其中含有沸石，該沸石在骨架結(jié)構(gòu)上含有(i)鋁、(ii)磷、以及(iii)鐵，(a)其組織密度為16.0T/10003～19.0T/10003的范圍；(b)水蒸氣的吸附溫度(Ta)為25～45℃時(shí)水蒸氣的解吸溫度(Td)及冷熱生成溫度(Tcool)滿足下式(I)及(II)，并且(c)在吸附溫度(Ta)的水蒸氣吸附量與在解吸溫度(Td)的水蒸氣吸附量之差在0.1g/g或0.1g/g以上Ta+28℃≤Td≤100℃…(I)Ta-25℃＜Tcool＜25℃ …(II)另外，本發(fā)明的第3要點(diǎn)涉及吸附熱泵，該泵是使用上述吸附材料的吸附熱泵，其特征在于，其中包括邊釋放吸附熱邊在該吸附材料上吸附吸附的物質(zhì)的操作，以及采用外部的熱量從上述吸附材料上對(duì)吸附的物質(zhì)進(jìn)行解吸的操作并如此反復(fù)進(jìn)行的吸附器；和，把吸附的物質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)得到的熱量釋放到外部的同時(shí)并把產(chǎn)生的吸附的物質(zhì)蒸氣回收至上述吸附器的蒸發(fā)器；和，將用上述吸附器解吸的吸附的物質(zhì)蒸氣，通過(guò)外部的熱量而冷凝，同時(shí)把冷凝的吸附的物質(zhì)供給上述蒸發(fā)器的冷凝器。
然而，本發(fā)明的第4要點(diǎn)涉及吸附熱泵的運(yùn)行方法，該法是上述吸附熱泵的運(yùn)行方法下述任何一種釋放熱的方法其特征在于，作為從吸附材料使吸附的物質(zhì)解吸所需要的外部熱量，可以使用從固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的廢熱、太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的廢熱、利用內(nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱。
另外，本發(fā)明的第5要點(diǎn)涉及一種調(diào)濕空調(diào)裝置用的吸附材料，其特征在于，其中含有沸石，該沸石在骨架結(jié)構(gòu)上含有(i)鋁、(ii)磷、以及(iii)鐵及/或鎵，在水蒸氣吸解吸中基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，具有相對(duì)蒸氣壓在0.1～0.25范圍內(nèi)變化了0.1時(shí)的水吸附量變化在0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域。
另外，本發(fā)明的第6要點(diǎn)涉及一種調(diào)濕空調(diào)裝置，其特征在于，該調(diào)濕空調(diào)裝置包括具有吸附材料的吸解吸部和向該吸解吸部供熱的機(jī)構(gòu)，該吸附材料為上述吸附材料。
另外，本發(fā)明的第7要點(diǎn)涉及一種調(diào)濕空調(diào)裝置的運(yùn)行方法，該法是上述調(diào)濕空調(diào)裝置的運(yùn)行方法，其特征在于，作為從吸附材料使吸附的物質(zhì)解吸所需要的外部熱量，可以使用下述中任何一種廢熱的方法固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的廢熱、太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的廢熱、采用內(nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是作為吸附熱泵用吸附材料適合的吸附熱泵的構(gòu)成例子的流程圖。
圖2是利用固體高分子型燃料電池廢熱，作為吸附熱泵的熱源產(chǎn)生制冷系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖3是利用太陽(yáng)能熱水器的熱量作為吸附熱泵熱源形成制冷系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖4是利用發(fā)動(dòng)機(jī)低溫廢熱作為吸附熱泵熱源的形成制冷系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖5是使用吸附熱泵制熱形成系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖6是調(diào)濕裝置的原理圖。
圖7是除濕空調(diào)裝置示意圖。
圖8是實(shí)施例1的吸附材料(FAPO-5)的水蒸氣吸附等溫曲線圖。
圖9是實(shí)施例1水蒸氣吸解吸狀態(tài)的XRD結(jié)果。
圖10是實(shí)施例2水蒸氣吸附等溫曲線圖。
圖11實(shí)施例2水蒸氣吸解吸狀態(tài)的XRD結(jié)果。
圖12是比較例1吸附材料(ALPO-5)的水蒸氣吸附等溫曲線圖。
圖13是比較例2水蒸氣吸解吸狀態(tài)的XRD結(jié)果。
圖14是實(shí)施例3吸附材料(FAPO-5)的水蒸氣吸附等溫曲線圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方案下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。
首先，從吸附熱泵要求的吸附特性的觀點(diǎn)考慮，對(duì)吸附材料加以說(shuō)明。吸附熱泵的操作蒸氣壓范圍，可從由高溫?zé)嵩礈囟?Thigh)、低溫?zé)嵩礈囟?Tlow1)、低溫?zé)嵩礈囟?Tlow2)及冷熱生成溫度(Tcool)求出的解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)和吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)來(lái)決定。解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)和吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)由下式算出，解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)和吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)之間是可能操作的相對(duì)蒸氣壓范圍。
解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)＝平衡蒸氣壓(Tlow1)/平衡蒸氣壓(Thigh)解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ2)＝平衡蒸氣壓(Tcool)/平衡蒸氣壓(Tlow2)其中，高溫?zé)嵩礈囟?Thigh)意指從吸附材料上解吸吸附的物質(zhì)，使吸附材料再生時(shí)加熱的熱介質(zhì)溫度，低溫?zé)嵩礈囟?Tlow1)意指冷凝器的吸附的物質(zhì)的溫度，低溫?zé)嵩礈囟?Tlow2)意指再生后的吸附的物質(zhì)在吸附的同時(shí)進(jìn)行冷卻的熱介質(zhì)溫度，形成冷熱溫度(Tcool)意指蒸發(fā)器的吸附的物質(zhì)的溫度，即生成的冷熱溫度。上式中，平衡蒸氣壓(Tlow1)、(Thigh)、(Tcool)及(Tlow2)分別表示上述各自溫度(Tlow1)、(Thigh)、(Tcool)及(Tlow2)的平衡蒸氣壓，它們可通過(guò)吸附的物質(zhì)的平衡蒸氣壓曲線，由溫度求出。
下面，舉出當(dāng)吸附的物質(zhì)為水時(shí)的操作蒸氣壓范圍。吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)，當(dāng)冷熱生成溫度(Tcool)為10℃、低溫?zé)嵩礈囟?Tlow2)為35℃時(shí)則達(dá)到0.22；當(dāng)形成冷熱溫度(Tcool)為8℃、低溫?zé)嵩礈囟?Tlow2)為30℃時(shí)則達(dá)到0.25。解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)，當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩礈囟?Tlow1)為30℃、高溫?zé)嵩礈囟?Thigh)為70℃時(shí)則達(dá)到0.14，當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩礈囟?Tlow1)為35℃、高溫?zé)嵩礈囟?Thigh)為80℃時(shí)則達(dá)到0.12。
由以上結(jié)果認(rèn)為，利用氣體發(fā)動(dòng)機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、固體高分子型燃料電池或工廠廢熱驅(qū)動(dòng)吸附熱泵時(shí)，操作相對(duì)水蒸氣壓范圍(解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)～吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)達(dá)到0.12～0.25、優(yōu)選0.13～0.25、更優(yōu)選0.14～0.22。即，在該操作的相對(duì)水蒸氣壓范圍中，優(yōu)選吸附量變化大的材料。
下面對(duì)吸附劑所要求的特性進(jìn)行說(shuō)明。
采用吸附熱泵可以得到5.0kW(＝18,000kJ)的冷卻能力。這里，5.0kW相當(dāng)于朝南木板房的日式房間16張地席左右的冷卻能力。水的蒸發(fā)潛熱量為約2500kJ/kg，吸解吸的切換周期為10分(6次/小時(shí))，當(dāng)吸附量為0.12g/g時(shí)，吸附材料如下所述，需要10.0kg。
吸附材料需要量18000kJ/(2500kJ×0.12kg/kg×6次/小時(shí))＝10.0kg同理，當(dāng)吸附量為0.15g/g時(shí)需要8kg。另外，當(dāng)切換周期為6分(10次/小時(shí))時(shí)，則吸附量為0.12g/g時(shí)達(dá)到6.0kg，吸附量為0.15g/g時(shí)達(dá)到4.8kg。吸附量愈多愈好，但吸附材料的重量及容積愈少愈好。這是由于一般來(lái)說(shuō)，設(shè)置所需要的面積受制約的情況多，故尋求更小型具有更大功能的裝置。例如，吸附材料的吸附量之差達(dá)到0.05g/g時(shí)，吸附材料的需要量則達(dá)到24kg。為使該對(duì)立的要求均優(yōu)異，必須增加吸附量，所以，吸附量達(dá)到0.12g/g或0.12g/g以上，優(yōu)選0.135g/g或0.135g/g以上，更優(yōu)選0.14g/g或0.14g/g以上，特別優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上的吸附材料。因此，在伴隨著相對(duì)蒸氣壓的變化吸附量變化小的場(chǎng)合，必須加大吸附材料的體積，則裝置大型化，故不優(yōu)選。
另外，優(yōu)選的吸附材料是，在相對(duì)狹窄的蒸氣壓范圍內(nèi)吸附量變化大的材料。當(dāng)在相對(duì)狹窄的蒸氣壓范圍內(nèi)吸附量變化大時(shí)，在相同條件下為了得到同等的吸附量，則必須減少吸附材料量，即使冷卻熱源和加熱熱源的溫差小，也可以驅(qū)動(dòng)吸附熱泵。從這點(diǎn)看，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線中，相對(duì)蒸氣壓處于0.12～0.25范圍的相對(duì)蒸氣壓變化了0.1時(shí)的水的吸附量變化必須在0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域。其中，在上述條件下，優(yōu)選具有水的吸附量變化達(dá)到0.15g/g或0.15g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域。對(duì)吸附量變化上限未作特別限定，但從受材料制約考慮，通常在約0.3g/g或約0.3g/g以下。
另外，從吸附性能考慮，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線中，相對(duì)蒸氣壓0.25的吸附量?jī)?yōu)選0.12g/g或0.12g/g以上，更優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上。對(duì)吸附量上限未作特別限定，但通常在0.3g/g或0.3g/g以下。另一方面，從解吸性能考慮，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線中，相對(duì)蒸氣壓0.12的吸附量?jī)?yōu)選0.05g/g或0.05g/g以下，更優(yōu)選0.03g/g或0.03g/g以下、特別優(yōu)選0.02g/g或0.02g/g以下。吸附量下限盡量接近0，但通常優(yōu)選0.00001g/g或0.00001g/g以上。
其次，從調(diào)濕空調(diào)裝置要求的吸附性能的觀點(diǎn)考慮，對(duì)吸附材料進(jìn)行說(shuō)明。在本發(fā)明中，所謂調(diào)濕，是控制空調(diào)空間濕度的技術(shù)，既包括除濕也包括加濕。例如，當(dāng)為室內(nèi)空調(diào)時(shí)，在高濕的夏季以除濕為目的，而在低濕的冬季以加濕為目的加以使用。另外，調(diào)濕空調(diào)裝置，只要是具有除濕或加濕功能的裝置即可，既可以是固定的也可以是移動(dòng)的，例如，包括固定在建筑物上的除濕空調(diào)裝置、設(shè)置在室內(nèi)的小型除濕器、加濕器等。
即使在調(diào)濕空調(diào)的場(chǎng)合，與吸附熱泵同樣，操作蒸氣壓范圍由解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)和吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)決定。但在調(diào)濕空調(diào)的場(chǎng)合，由于一般用大氣壓下的空氣進(jìn)行操作，故解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)和吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)可由下式算出。
解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)＝處理后空氣的絕對(duì)濕度/處理溫度下的飽和蒸氣壓吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)＝處理前空氣的絕對(duì)濕度/處理前溫度下的飽和蒸氣壓即，把處理前空氣的相對(duì)濕度和處理后空氣的相對(duì)濕度直接作為相對(duì)蒸氣壓。
作為調(diào)濕空調(diào)之一例，在考慮夏季的除濕空調(diào)時(shí)，如按照J(rèn)IS-C9612等規(guī)定的夏季室內(nèi)條件，一般地干球溫度為27℃、濕球溫度為19℃，但相對(duì)濕度為約50％。換句話說(shuō)，夏季的外部絕對(duì)濕度可同樣記載為21g/kg。當(dāng)將空氣加熱到80℃時(shí)，其相對(duì)濕度為約7％。在此操作中，交替接觸相對(duì)濕度從7％至50％之間的空氣。此時(shí)，操作相對(duì)水蒸氣壓范圍(解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)～吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2))達(dá)到0.07～0.5，在該范圍內(nèi)，優(yōu)選吸附量變化大的吸附材料。
然而，人們已知，在一般的除濕空調(diào)，因初期的吸附熱而散熱，相對(duì)濕度暫時(shí)下降。因此，在實(shí)際操作中，要求相對(duì)濕度即使在50％或50％以下，仍有吸附性能。另外，與吸附熱泵具有同樣的理由，吸附材料在相對(duì)狹窄的蒸氣壓范圍，優(yōu)選吸附量變化大的材料?？紤]這些情況時(shí)，在上述操作濕度范圍中，在相對(duì)濕度為0.12～0.25時(shí)優(yōu)選吸附更多水蒸氣的吸附材料。
另外，與吸附熱泵同樣，在調(diào)濕裝置中吸附量愈多愈好，而且吸附材料的重量及容積愈小愈好，故吸附量變化在0.12g/g或0.12g/g以上，優(yōu)選0.135g/g或0.135g/g以上，更優(yōu)選0.14g/g或0.14g/g以上，特別優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上。當(dāng)吸附量變化小時(shí)，必要的吸附材料容積加大，裝置大型化，故不優(yōu)選。在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線中，在相對(duì)蒸氣壓0.12～0.25的范圍內(nèi)，必須使相對(duì)蒸氣壓變化了0.1時(shí)的水吸附量在0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域變化。其中，在上述條件下，優(yōu)選具有水吸附量在0.15g/g或0.15g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域變化。對(duì)吸附量的上限未作特別限定，但考慮受材料制約，通常在約0.3g/g或約0.3g/g以下。
另外，從吸附性能變化考慮，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線中，優(yōu)選相對(duì)蒸氣壓0.25的吸附量在0.12g/g或0.12g/g以上，其中優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上。對(duì)上限未作特別限定，但通常在0.3g/g或0.3g/g以下。另一方面，從解吸性能考慮，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線中，相對(duì)蒸氣壓0.1的吸附量?jī)?yōu)選在0.05g/g或0.05g/g以下，更優(yōu)選0.03g/g或0.03g/g以下、特別優(yōu)選0.02g/g或0.02g/g以下，下限通常為0.00001g/g或0.00001g/g以上的吸附材料。
在調(diào)濕空調(diào)裝置中，通過(guò)使吸附時(shí)的相對(duì)蒸氣壓與解吸時(shí)的相對(duì)蒸氣壓差處在小的范圍內(nèi)，不僅可在夏季除濕，而且可在要求特定濕度時(shí)用于調(diào)濕，這是其優(yōu)點(diǎn)。另外，當(dāng)在狹窄的范圍內(nèi)的吸附量變化大時(shí)，由于如此進(jìn)行吸解吸，所以，具有可將吸附、脫吸吸附周期縮短，實(shí)現(xiàn)裝置小型化的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的特征之一是，可把具有上述特性的吸附材料作為吸附熱泵中吸附器的吸附材料使用。即，因在較相對(duì)低的蒸氣壓部，在狹窄范圍的相對(duì)蒸氣壓變化時(shí)可得到大的吸附量變化，所以，對(duì)低溫?zé)嵩吹臏囟认孪蘧哂邢拗频奈綗岜?，例如，適于工廠的空調(diào)裝置等。
另外，本發(fā)明的另一特征是，具有上述特性的吸附材料，在調(diào)濕空調(diào)裝置中可用作吸附部的吸附材料。
吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置，吸附材料可用作吸解吸吸附的物質(zhì)的驅(qū)動(dòng)源。在吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置中，吸附的物質(zhì)作為蒸氣吸附在吸附材料上。水、乙醇及丙酮等可作為吸附的物質(zhì)，其中，從安全性、價(jià)格、蒸發(fā)潛熱大的觀點(diǎn)看，水是最優(yōu)選的。
其次，對(duì)吸附材料加以更具體的說(shuō)明。作為本發(fā)明特征的熱泵用吸附材料及調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其中含有沸石，該沸石的骨架結(jié)構(gòu)含(i)鋁、(ii)磷及(iii)鐵/或鎵，該沸石是在吸解吸水蒸氣時(shí)基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化的沸石。當(dāng)在吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置中使用時(shí)，必需反復(fù)穩(wěn)定地進(jìn)行水蒸氣吸解吸。此時(shí)，如上所述，在水蒸氣的吸附狀態(tài)和解吸狀態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的沸石，在反復(fù)吸解吸中，結(jié)構(gòu)偏差加大，結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定而得不到充分良好的性能。因此，從吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置的性能考慮，為了得到對(duì)水蒸氣反復(fù)吸解吸的耐久性好的沸石，在吸脫水蒸氣吸附時(shí)基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化是重要的。
所謂吸解吸水蒸氣時(shí)基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，意指在水蒸氣的吸附狀態(tài)和解吸狀態(tài)的XRD(X射線衍射)測(cè)定結(jié)果基本上相同。從更精確的定量考慮，表示在實(shí)施例記載的條件下進(jìn)行XRD測(cè)定時(shí)，2θ＝15度或15度以下的最大峰(峰的高度最大)的峰頂位置的吸附狀態(tài)和解吸狀態(tài)的不同，當(dāng)用2θ表示時(shí)在0.2度或0.2度以下。
由于因吸解吸水蒸氣時(shí)基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，則形成耐久性高的沸石，所謂其耐久性高，例如，在實(shí)施例表示的耐久性試驗(yàn)條件下，吸解吸1000次后的25℃吸附等溫曲線的相對(duì)濕度0.25的吸附量為試驗(yàn)前的70％或70％以上，優(yōu)選80％或80％以上，更優(yōu)選90％或90％以上。
另外，沸石的骨架密度處于16.0T/10003～19.0T/10003范圍是適合的。骨架密度的下限值優(yōu)選16.2T/10003或16.2T/10003以上，另一方面，骨架密度的上限值優(yōu)選19.0T/10003或19.0T/10003以下，更優(yōu)選18.0T/10003或18.0T/10003以下。還有，沸石的至少1種細(xì)孔結(jié)構(gòu)優(yōu)選氧8員環(huán)或8員環(huán)以上，更優(yōu)選10員環(huán)或10員環(huán)以上，最優(yōu)由12員環(huán)或12員環(huán)以上。氧7員環(huán)或7員環(huán)以下的細(xì)孔，水蒸氣有時(shí)向細(xì)孔內(nèi)外擴(kuò)散不充分，吸附或解吸速度變慢，或吸附及解吸的滯后加大，即使吸附也難以解吸等問(wèn)題有時(shí)發(fā)生。
通過(guò)選擇上述沸石，可以達(dá)到上述吸附性能。當(dāng)骨架密度過(guò)小時(shí)，吸附量差有加大的傾向，在適當(dāng)?shù)南鄬?duì)濕度范圍不會(huì)引起吸解吸或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的傾向，故擔(dān)心耐久性問(wèn)題，密度當(dāng)過(guò)大時(shí)，由于吸附量差過(guò)小，故擔(dān)心在本發(fā)明中不能滿足必要的性能。這里所謂的骨架密度，意指沸石每10003的構(gòu)成骨架的元素?cái)?shù)除氧以外，該值取決于沸石的結(jié)構(gòu)。還有，骨架密度與沸石結(jié)構(gòu)的關(guān)系，示于ATLAS OF ZEOLITE FRAMEWARK TYPESFifth Revised Edition 2001 ELSEVIER。
作為上述沸石的結(jié)構(gòu)，按照國(guó)際沸石協(xié)會(huì)(IZA)確定的標(biāo)準(zhǔn)，可以舉出AET、AFI、AFN、ANA、AST、ATN、ATS、ATT、BPH、BRE、CON、CZP、DFT、EDI、FER、LAU、LTL、MAZ、MEL、MFI、MOR、MWW、OSI、SAT、TER、VNI、VSV、ZON，優(yōu)選AET、AFI、AST、ATS，更優(yōu)選AFI。
骨架密度與細(xì)孔體積有關(guān)，一般較小的骨架密度的沸石具有較大的細(xì)孔體積，因此，吸附容量大。骨架密度小者，從總吸附量的觀點(diǎn)看是優(yōu)選的，但適于作為較低的濕度的吸附材料，在本發(fā)明希望的高濕度下的相對(duì)蒸氣壓范圍內(nèi)，從吸附性能的觀點(diǎn)看當(dāng)然不合適，但在本發(fā)明中，不言而喻，骨架密度大的是合適的。從兩者兼顧考慮，上述骨架密度是優(yōu)選的。
本發(fā)明的吸附材料，其中含有沸石，該沸石的骨架結(jié)構(gòu)至少含(i)鋁、(ii)磷及(iii)鐵/或鎵的，鐵/或鎵取代沸石骨架內(nèi)的鋁及/或磷。在該沸石中，還優(yōu)選骨架結(jié)構(gòu)中至少含鋁和磷和鐵的結(jié)晶性鐵鋁磷酸鹽的沸石。
在本發(fā)明中用作吸附材料的沸石，是其骨架結(jié)構(gòu)含鋁、磷及鐵/或鎵的沸石，優(yōu)選具有下式(1)、(2)及(3)表示的原子存在比例。
0.001≤x≤0.3 …(1)(式中，x表示鐵及鎵總值相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵總值的摩爾比)。
0.3≤y≤0.6…(2)(式中，y表示鋁值相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵總值的摩爾比)。
0.3≤z≤0.6…(3)(式中，z表示磷值相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵總值的摩爾比)。
然而，在上述原子的存在比例中，優(yōu)選鐵的存在比例用下式(4)表示，更優(yōu)選用下式(5)表示。
0.003≤x≤0.2 …(4)(式中x含義同上)。
0.005≤x≤0.1 …(5)(式中x含義同上)。
在本發(fā)明中，在結(jié)晶性鐵及/或鎵鋁磷酸鹽的骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)，還含有Fe及/或Ga、Al及P以外的其他元素。作為其他元素，例如，可以舉出硅、鋰、鎂、鈦、鋯、鋇、鉻、錳、鈷、鎳、鈀、銅、鋅、鍺、砷、錫、鈣、硼等。通常，其他元素(M)和鐵(Fe)及/或鎵(Ga)的摩爾比(M/Fe及/或Ga)為3或3以下、優(yōu)選1.5或1.5以下、更優(yōu)選0.5或0.5以下。當(dāng)M/Fe及/或Ga不在該范圍時(shí)，本發(fā)明的吸附性能不能充分呈現(xiàn)。
上述原子的各摩爾比，通過(guò)元素分析確定，但通常把試樣加熱溶解在鹽酸水溶液中用ICP進(jìn)行分析。
另外，本發(fā)明中使用的吸附材料是，在25℃測(cè)定的水蒸汽吸附等溫曲線的相對(duì)蒸氣壓為0.12～0.25范圍內(nèi)，相對(duì)蒸氣壓變化了0.1時(shí)的水吸附量變化在0.12g/g或0.12g/g以上，優(yōu)選0.135g/g或0.135g/g以上，更優(yōu)選0.14g/g或0.14g/g以上，特別優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域的吸附材料，優(yōu)選的是相對(duì)蒸氣壓變化0.14～0.22g/g范圍中相對(duì)蒸氣壓變化了0.08時(shí)的水吸附量變化為0.12g/g或0.12g/g以上，優(yōu)選0.135g/g或0.135g/g以上，更優(yōu)選0.14g/g或0.14g/g以上，特優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上的吸附材料。通過(guò)具有這種吸附特性，如上所述，用30℃或30℃以上的低溫側(cè)熱源和80℃或80℃以下的高溫側(cè)熱源，可以驅(qū)動(dòng)吸附熱泵，由于吸附量差大，故吸附熱泵可以小型化。
上述相對(duì)蒸氣壓變化了0.1時(shí)的水吸附量變化上限愈高愈好，但受材料的限制，通常在0.3g/g或0.3g/g以下，相對(duì)蒸氣壓變化了0.8時(shí)的吸附量變化上限通常在0.29g/g或0.29g/g以下。
另外，本發(fā)明中使用的吸附材料，除上述條件外，在水蒸氣吸附等溫曲線中，本發(fā)明下限的相對(duì)蒸氣壓0.1時(shí)的吸附量在0.05g/g或0.05g/g以下，上限的相對(duì)蒸氣壓0.25時(shí)的吸附量在0.15g/g或0.15g/g以下時(shí)是更優(yōu)選的。
本發(fā)明的吸附熱泵用及調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，基本上由上述沸石構(gòu)成，其本身具有吸附熱泵用或調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料的功能，但在不損傷該功能的范圍內(nèi)，也可與其他吸附材料并用作為上述用途的吸附材料。另外，在用作吸附材料時(shí)，還可根據(jù)需要含有粘合劑等其他成分。
下面對(duì)本發(fā)明吸附材料優(yōu)選的方案，用吸附材料的吸附溫度(Ta)、解吸溫度(Td)、冷熱生成溫度(Tcool)和吸附材料的吸附量差的關(guān)系表示。
在本發(fā)明優(yōu)選的方案中，為了在較高溫環(huán)境下使用吸附熱泵，吸附材料的吸附溫度(Ta)優(yōu)選在25～45℃。吸附溫度(Ta)的上限，根據(jù)夏季的外面大氣溫度決定，當(dāng)夏季的外面大氣溫度為30～38℃時(shí)，考慮到發(fā)電與供暖裝置設(shè)置場(chǎng)所的條件變動(dòng)等為40～45℃左右。對(duì)涉及的吸附溫度(Ta)的下限未作特別限定，例如，設(shè)想安裝在家庭用發(fā)電與供暖裝置中的固體高分子型燃料電池，在夏季的早晨工作，并且在較高溫環(huán)境下使用時(shí)，吸附溫度(Ta)的下限通常為25～30℃，優(yōu)選30℃或30℃以上。即，吸附溫度(Ta)一般為25～45℃，優(yōu)選30～43℃，更優(yōu)選35～40℃。
吸附材料的解吸溫度(Td)，與上述吸附溫度(Ta)的關(guān)系，處于用下式表示的范圍內(nèi)Ta+28℃≤Td≤100℃ …(I)把解吸溫度(Td)規(guī)定在上述范圍內(nèi)的理由如下。即，解吸溫度(Td)由利用的廢熱溫度決定，例如，燃料電池的廢熱為70～80℃左右，因?qū)嶋H上再與其熱交換后使用，故可利用的熱溫度達(dá)到比實(shí)際的廢熱溫度低10℃左右的溫度。因此，該溫度是解吸溫度(Td)的下限，與吸附溫度(Ta)的溫差達(dá)到Ta+28℃。解吸溫度(Td)的上限為100℃。超過(guò)水的沸點(diǎn)的解吸溫度(Td)，引起裝置上的問(wèn)題，從比實(shí)際供給的廢熱溫度高的溫度等觀點(diǎn)看是不實(shí)用的。具體的解吸溫度(Td)的范圍，當(dāng)考慮到廢熱的一般利用環(huán)境時(shí)，通常為58～85℃，優(yōu)選60～80℃，更優(yōu)選60～75℃。
另一方面，冷熱生成溫度(Tcool)處于用下式(II)表示的范圍Ta-25℃＜Tcool＜25℃ …(II)所謂上述的冷熱生成溫度(Tcool)是，通過(guò)吸附的物質(zhì)被吸附，奪取蒸發(fā)潛熱并被冷卻時(shí)的吸附的物質(zhì)溫度，即，指吸附水的吸附前后的平均溫度，也是可從吸附的物質(zhì)量與吸附量的關(guān)系唯一決定的溫度。當(dāng)該溫度較低時(shí)作為生成熱的價(jià)值大，但下限應(yīng)以可利用的溫度價(jià)值為基準(zhǔn)來(lái)決定。實(shí)質(zhì)上，為使吸附熱泵運(yùn)行，冷熱生成溫度(Tcool)必須高于(Ta-25)℃。另一方面，如冷熱生成溫度(Tcool)低于25℃，可制冷而實(shí)際使用。冷熱生成溫度(Tcool)的下限優(yōu)選5℃，更優(yōu)選7℃，上限優(yōu)選20℃，更優(yōu)選15℃。
作為吸附材料要求的其他特性之一，即，可以舉出在吸附溫度(Ta)中的水蒸氣吸附量與解吸溫度(Td)中的水蒸氣吸附量之差(下面稱作“溫度依存的吸附量之差”)。溫度依存的吸附量之差，采用(i)吸附溫度(Ta)中的吸附等溫曲線與(ii)解吸溫度(Td)中的吸附等溫曲線，意指由(a)冷熱生成溫度(Tcool)和吸附溫度(Ta)決定的相對(duì)濕度(解吸部相對(duì)蒸氣壓)的吸附量和(b)由吸附溫度(Ta)與解吸溫度(Td)決定的相對(duì)濕度(解吸部相對(duì)蒸氣壓)的吸附量之差。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，溫度依存的吸附量之差為0.1[g/g]或0.1[g·H2O/g·吸附材料]以上，優(yōu)選0.12g/g或0.12g/g以上，更優(yōu)選0.135g/g或0.135g/g以上，尤其優(yōu)選0.14g/g或0.14g/g以上，特優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上。當(dāng)溫度依存的吸附量之差低于上述范圍時(shí)，希望的吸附材料體積加大，裝置趨于大型化的傾向。對(duì)溫度依存的吸附量之差上限未作特別限定，當(dāng)從吸附材料的材料受限考慮時(shí)，通常在約0.3g/g或約0.3g/g以下。
上述優(yōu)選方案的吸附材料，由于具有上述吸附特性，如上所述，在30℃或30℃以上的低溫?zé)嵩春?0℃或60℃以下的高溫?zé)嵩吹膰?yán)格條件下，或即使在45℃或45℃以上的低溫?zé)嵩春?5℃或75℃以下的高溫?zé)嵩吹膰?yán)格條件下，仍可以驅(qū)動(dòng)吸附熱泵，另外，通過(guò)具有大的吸附量差，吸附熱泵的構(gòu)成可更加小型化。
另外，本發(fā)明的吸附材料因?yàn)槭切顭岵牧?，故可從輸出功率方面?guī)定其特性。即，吸附材料的輸出密度(單位質(zhì)量的輸出)，由上述溫度依存的吸附量之差、蒸發(fā)潛熱及吸附熱泵的吸解吸周期來(lái)決定。例如，當(dāng)溫度依存的吸附量之差為0.12g/g、水的蒸發(fā)潛熱為約2500kJ/kg、在10分鐘周期中吸附水時(shí)，吸附材料的輸出密度按下法計(jì)算，達(dá)到0.5kW/kg。吸附材料的輸出密度，與溫度依存的吸附之量差同樣，優(yōu)選更大者，但從吸附材料受材料的制約或吸附熱泵中的吸附周期的設(shè)計(jì)上制約考慮，在約1.5kW/kg或約1.5kW/kg以下。
吸附材料的輸出密度溫度依存的吸附量之差×蒸發(fā)潛熱/周期時(shí)間＝0.12×2500/600＝0.5kW/kg另外，關(guān)于吸附材料的輸出密度，必須考慮使吸附熱泵實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)裝置的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常在吸附熱泵中，至少設(shè)置2臺(tái)或2臺(tái)以上吸咐·解吸吸附的物質(zhì)的吸附器(吸附器組件)，通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行交替使用，可連續(xù)發(fā)揮裝置整體的吸附功能。然而，如特開(kāi)2001-213149號(hào)公報(bào)等中記載的那樣，各吸附器具有使吸附材料附著在由多個(gè)風(fēng)扇等構(gòu)成的熱交換構(gòu)件表面上并且在密閉容器內(nèi)存放熱交換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。而且，在吸附器中，存在吸附材料占有的部分與熱交換構(gòu)件本體占有的部分，吸附材料占有的體積實(shí)質(zhì)上約為50％。
因此，當(dāng)從實(shí)際規(guī)模考慮時(shí)，吸附器中吸附材料的填充密度，最大為800kg/m3，最小為500kg/m3，平均為600kg/m3，所以，吸附器要求的單位體積的輸出密度，當(dāng)吸附材料的吸附材料輸出密度達(dá)到0.5kw/kg時(shí)，依下式計(jì)算達(dá)到約150kw/m3。吸附器輸出密度的上限與下限，依賴于吸附材料輸出密度，通常達(dá)到150～450kw/m3左右。
吸附器(吸附器組件)的輸出密度吸附器輸出密度×填充密度×吸附器占有的體積比例＝0.5×600×0.5＝150kw/m3另外，關(guān)于吸附材料的輸出密度，從體系的整個(gè)吸附熱泵的輸出密度考慮進(jìn)行規(guī)定是重要的。如上述公知的文獻(xiàn)所示，吸附熱泵，除上述吸附器以外，具有通過(guò)吸附的物質(zhì)的蒸發(fā)，生成冷熱，送至外部的蒸發(fā)器；以及，使用吸附器解吸的吸附的物質(zhì)蒸氣冷凝，并且把通過(guò)冷凝得到的溫?zé)岱懦鐾獠康睦淠鳌６?，還根據(jù)蒸發(fā)器與吸附器連接的配管以及蒸發(fā)器與冷凝器連接的配管長(zhǎng)度等，如同本發(fā)明人等在特開(kāi)2002-372332號(hào)公報(bào)公開(kāi)的那樣，上述吸附器的輸出密度必須設(shè)計(jì)成吸附熱泵輸出密度的1.5倍左右。因此，當(dāng)吸附器的輸出密度為150kw/m3時(shí)吸附熱泵輸出密度，達(dá)到100kw/m3。通常，吸附熱泵輸出密度的設(shè)計(jì)范圍為100～300kw/m3左右。
下面，對(duì)上述鐵及/或鎵鋁磷酸鹽的制造進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)本發(fā)明中的結(jié)晶性鐵及/或鎵鋁磷酸鹽的制造條件未作特別限定，但通常把鋁源、磷源以及鐵及/或鎵源，與墊石混合后，進(jìn)行水熱合成進(jìn)行制造。以下對(duì)其一例加以說(shuō)明。
首先，把鋁源、磷源、磷源、鐵及/或鎵源，與墊石進(jìn)行混合。作為鋁源，未作特別限定，通?？梢耘e出假水軟鋁石，異丙醇鋁、三乙醇鋁等烷醇鋁，氫氧化鋁、鋁溶膠、鋁酸鈉等，但從操作方便、反應(yīng)性高這點(diǎn)考慮，假水軟鋁石是優(yōu)選的。
作為鐵源，未作特別限定，但通?？梢耘e出硫酸鐵、硝酸鐵、磷酸鐵、氯化鐵、溴化鐵等無(wú)機(jī)酸鐵，乙酸鐵、草酸鐵、檸檬酸鐵等有機(jī)酸鐵，五羰基鐵、二茂鐵等鐵有機(jī)金屬化合物等。其中，無(wú)機(jī)酸鐵、有機(jī)酸鐵，從易溶于水考慮是優(yōu)選的，其中，硝酸鐵、硝酸亞鐵等無(wú)機(jī)酸鐵化合物是更優(yōu)選的。視場(chǎng)合采用膠體狀鐵氫氧化物等也可。
作為鎵源，未作特別限定，但通常可以舉出硫酸鎵、硝酸鎵、磷酸鎵、氯化鎵、溴化鎵，氫氧化鎵等。其中，硝酸鎵、氯化鎵是優(yōu)選的。
作為磷源，通常采用磷酸，也可以采用磷酸鋁。另外，在鐵及/或鎵鋁磷酸鹽的骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)，在不損害上述吸解吸特性的范圍內(nèi)，也可以含有其他元素。作為其他元素，可以舉出硅、鋰、鎂、鈦、鋯、釩、鉻、錳、鈷、鎳、鐵、鈀、銅、鋅、鍺、砷、錫、鈣、硼等。
作為墊石，可以舉出四甲基銨、四乙基銨、四丙基銨、四丁基銨等季銨鹽，嗎啉、二正丙胺、三正丙胺、三正異丙胺、三乙胺、三乙醇胺、哌啶、哌嗪、環(huán)己胺、2-甲基吡啶、N，N-二甲基芐胺、N，N-二乙基乙醇胺、二環(huán)己胺、N，N-二甲基乙醇胺、可啉、N，N’-二甲基哌啶、1，4-二氮雜環(huán)(2，2，2)辛烷、N-甲基二乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基吡啶、3-甲基哌啶、N-甲基環(huán)己胺、3-甲基吡啶、4-甲基哌啶、奎寧環(huán)定、N，N’-二甲基-1，4-二氮雜環(huán)(2，2，2)辛烷離子、二正丁胺、新胺、二正戊胺、異丙胺、叔丁胺、乙二胺、吡咯烷、2-咪唑啉、二異丙基-乙胺、二甲基環(huán)己胺、環(huán)戊胺、N-甲基-正丁胺、六亞甲基亞胺等伯胺、仲胺、叔胺、多胺。這些可混合使用。其中，三乙胺、異丙胺、二正異丙胺、三正丙胺、氫氧化四乙胺，從反應(yīng)性看是優(yōu)選的，工業(yè)上更廉價(jià)的三乙胺是優(yōu)選的。它們可單獨(dú)使用，也可2種或2種以上合并使用。
把上述鋁源、鐵及/或鎵源、磷源與墊石進(jìn)行混合，調(diào)配水性凝膠?；旌享樞蛞驐l件而異，但通常先混合磷源、鋁源，再往其中混入鐵及/或鎵源與墊石。
涉及鐵及/或鎵鋁磷酸鹽的水性凝膠的組成，用氧化物的摩爾比表示為0.01≤FeO/P2O5≤1.5，另外，從易于合成考慮，0.02≤FeO/P2O5≤1.0是優(yōu)選的、0.05≤FeO/P2O5≤0.5是更優(yōu)選的。在這里，F(xiàn)eO表示FeO+1/2Ga2O3。P2O5/Al2O3之比為0.6～1.7，另外，從易于合成考慮，優(yōu)選0.7～1.6，更優(yōu)選0.8～1.5。另?yè)?jù)，水的比例下限，對(duì)Al2O3之摩爾比為3或3以上，從易于合成考慮，優(yōu)選5或5以上，更優(yōu)選10或10以上。水的比例上限在200或200以下，從合成容易、生產(chǎn)效率高的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選150或150以下，更優(yōu)選120或120以下。水性凝膠的pH為4～10，從易于合成考慮，優(yōu)選5～9，更優(yōu)選5.5～8.5。
還有，在各水性凝膠中，可根據(jù)希望含有上述以外的成分。作為這種成分，可以舉出堿金屬或堿土類金屬氫氧化物或鹽、醇等親水性有機(jī)溶劑。
水熱合成是把水性凝膠放入耐壓容器中，在自己產(chǎn)生的壓力下或在不阻礙結(jié)晶化的氣體加壓下，在攪拌或靜置狀態(tài)保持在規(guī)定溫度下來(lái)進(jìn)行。水熱合成的條件是100～300℃，從易于合成考慮，優(yōu)選150～250℃，更優(yōu)選170～220℃。
反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)～30天，從易于合成考慮，優(yōu)選5小時(shí)～15天，更優(yōu)選7小時(shí)～7天。水熱合成后，分離生成物，水洗、干燥，采用煅燒等方法，把含有的一部分有機(jī)物或全部用空氣煅燒除去，得到結(jié)晶性鐵及/或鎵鋁磷酸鹽。
本發(fā)明的特征之一是使用具有上述特性的吸附材料作為吸附熱泵的吸附器吸附材料，或用作調(diào)濕空調(diào)裝置的吸解吸部的吸附材料。即，在較相對(duì)低的蒸氣壓側(cè)，在狹窄范圍的相對(duì)蒸氣壓變化時(shí)，可得到大的吸附量變化，所以，適于低溫?zé)嵩吹臏囟认孪奘芟拗频奈綗岜眉罢{(diào)濕空調(diào)裝置，例如工廠的空調(diào)裝置。
其次，作為使用上述吸附材料例子的本發(fā)明吸附熱泵，按照?qǐng)D1進(jìn)行說(shuō)明。圖1是作為使用上述吸附材料例子的本發(fā)明吸附熱泵的結(jié)構(gòu)之一例的流程圖。
本發(fā)明吸附熱泵，是使用了上述吸附材料的吸附熱泵，如圖1所示，大致填充吸附材料而構(gòu)成，其具有邊放出吸附熱邊吸附吸附的物質(zhì)的操作以及由外部的溫?zé)釓奈讲牧辖馕降奈镔|(zhì)的操作反復(fù)進(jìn)行的同時(shí)，把通過(guò)吸附的物質(zhì)的吸附操作產(chǎn)生的熱傳給熱介質(zhì)的吸附器(1)及(2)；和，在把吸附的物質(zhì)的蒸發(fā)得到的冷熱釋放到外部的同時(shí)，把產(chǎn)生的吸附的物質(zhì)的蒸氣回收至吸附器(1)及(2)的蒸發(fā)器(4)；和，被吸附器(1)及(2)解吸的吸附的物質(zhì)蒸氣用外部的冷熱冷凝的同時(shí)，把冷凝的吸附的物質(zhì)供給蒸發(fā)器(4)并且把通過(guò)吸附的物質(zhì)的冷凝得到的溫?zé)崤欧胖镣獠康睦淠?5)。
填充了吸附材料的吸附器(1)及(2)，分別通過(guò)各入口側(cè)及各出口側(cè)的吸附的物質(zhì)配管(30)互相連接，在吸附的物質(zhì)配管(30)上設(shè)置控制閥(31)～(34)。還有，在吸附的物質(zhì)配管(30)內(nèi)，吸附的物質(zhì)作為蒸氣，或液體與蒸氣的混合物存在。
另一方面，吸附器(1)與熱介質(zhì)配管(11)連接，另一吸附器(2)與熱介質(zhì)配管(21)連接。在熱介質(zhì)配管(11)上設(shè)置轉(zhuǎn)換閥(115)及(116)，在熱介質(zhì)配管(21)上設(shè)置轉(zhuǎn)換閥(215)及(216)。而且，熱介質(zhì)配管(11)及(21)分別流過(guò)用于加熱吸附器(1)及(2)內(nèi)吸附材料的作為加熱源的熱介質(zhì)，或流過(guò)用于冷卻吸附材料的作為冷卻源的熱介質(zhì)。作為熱介質(zhì)，只要把吸附器(1)及(2)內(nèi)吸附材料進(jìn)行有效加熱或冷卻的即可，可以使用各種介質(zhì)。
吸附器(1)在解吸操作時(shí)，通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥(115)及(116)，從入口(113)例如導(dǎo)入溫水，排至出口(114)。另外，在吸附操作時(shí)，通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥(115)及(116)，從入口(111)例如導(dǎo)入冷卻水，排至出口(112)。另一方面，吸附器(2)在解吸操作時(shí)，通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥(215)及(216)，從入口(213)例如導(dǎo)入溫水，排至出口(214)。另外，在吸附操作時(shí)，通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥(215)及(216)，從入口(211)例如導(dǎo)入冷卻水，排至出口(212)。
還有，盡管未圖示，但熱介質(zhì)配管(11)及(21)分別與供給溫水、產(chǎn)生溫水的熱源及使溫水循環(huán)的泵連接，或用于供給冷卻水，與大氣進(jìn)行熱交換的室外機(jī)連接。作為熱源，如下所述，可以使用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)器或燃料電池。
吸附器(1)及(2)的入口側(cè)吸附的物質(zhì)配管(30)與蒸發(fā)器(4)連接，吸附器(1)及(2)的出口側(cè)吸附的物質(zhì)配管(30)與冷凝器(5)連接。即，上述吸附器(1)及(2)并列配置在蒸發(fā)器(4)與冷凝器(5)之間，而且，在冷凝器(5)與蒸發(fā)器(4)之間設(shè)置回送管(3)，用以把冷凝器(5)冷凝的吸附的物質(zhì)返回至蒸發(fā)器(4)。還有，符號(hào)(41)表示從蒸發(fā)器(4)把產(chǎn)生的冷卻空氣輸出的冷水配管，而符號(hào)(42)表示用作冷水出口的冷水配管，在冷水配管(41)及冷水配管(42)之間，配置用于與室內(nèi)空間(空調(diào)空間)進(jìn)行熱交換的室內(nèi)機(jī)(300)，以及使冷水循環(huán)的泵(301)。另外，符號(hào)(51)表示對(duì)冷凝器(5)的冷卻水入口配管，符號(hào)(52)表示冷卻水的出口配管。
接著，對(duì)上述吸附式熱泵的運(yùn)行方法加以說(shuō)明。在第1行程中，關(guān)閉控制閥(31)及(34)，并且打開(kāi)控制閥(32)及(33)，在吸附器(2)中進(jìn)行吸附的工序，同時(shí)，在吸附器(1)中進(jìn)行再生的工序。另外，操作轉(zhuǎn)換閥(115)、(116)、(215)及(216)，使溫水在熱介質(zhì)配管(11)中流通，使冷卻水在熱介質(zhì)配管(21)中流通。
在吸附工序中，通過(guò)熱介質(zhì)配管(21)，通過(guò)導(dǎo)入經(jīng)冷卻塔等外部熱交換器冷卻的冷卻水，來(lái)冷卻吸附器(2)。冷卻水的溫度由周?chē)臏囟葲Q定，通常為30～40℃左右。另一方面，蒸發(fā)器(4)內(nèi)的水(吸附的物質(zhì))通過(guò)控制閥(32)的打開(kāi)操作進(jìn)行蒸發(fā)，變成水蒸氣而流入吸附器(2)，被吸附在吸附材料上。水蒸氣從蒸發(fā)器(4)向吸附器(2)移動(dòng)，取決于蒸發(fā)溫度下的飽和蒸氣壓與吸附材料溫度的對(duì)應(yīng)吸附平衡壓之差(一般為20～50℃，優(yōu)選20～45℃，更優(yōu)選30～40℃)，在蒸發(fā)器(4)中，可得到伴隨著水的蒸發(fā)的氣化熱的冷熱，即得到空氣冷卻輸出。
吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)(蒸發(fā)器(4)生成的冷水溫度中吸附的物質(zhì)的平衡蒸氣壓，用吸附器(2)生成的冷水溫度的吸附的物質(zhì)的平衡蒸氣壓除，求出來(lái)的值)，由吸附器(2)的冷卻水溫度與蒸發(fā)器(4)生成的冷水溫度的關(guān)系決定，但通常吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)優(yōu)選，在比吸附材料最大地吸附水蒸氣時(shí)的相對(duì)蒸氣壓大的情況下運(yùn)行。其理由如下。即，當(dāng)吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)比吸附材料最大地吸附水蒸氣時(shí)的相對(duì)蒸氣壓小時(shí)，不能有效利用吸附材料的吸附功能，運(yùn)行效率下降。上述吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)可根據(jù)環(huán)境溫度等進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。
吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)可根據(jù)環(huán)境溫度等進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定，但在吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)的吸附量，通常在達(dá)到0.12或0.12以上，優(yōu)選0.15或0.15以上的溫度條件下使吸附熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)。
在再生工序中，吸附器(1)通常用40～100℃，優(yōu)選50～80℃，更優(yōu)選60～80℃，尤其優(yōu)選60～70℃的溫水加熱。因此，吸附器(1)的吸附材料，達(dá)到與上述溫度范圍對(duì)應(yīng)的平衡蒸氣壓，用冷凝器(5)的冷凝溫度30～40℃(冷卻冷凝器(5)的冷卻水溫度)時(shí)的飽和蒸氣壓，解吸水(吸附的物質(zhì))。被解吸的水以水蒸氣的狀態(tài)，從吸附器(1)向冷凝器(5)移動(dòng)，生成被冷凝的水。并且，在冷凝器(5)中得到的水，通過(guò)回送配管(3)循環(huán)供給蒸發(fā)器(4)。
解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)(冷凝器(5)的冷卻水溫度中吸附的物質(zhì)的平衡蒸氣壓，用溫水溫度的吸附的物質(zhì)的平衡蒸氣壓除，求出來(lái)的值)，由冷凝器(5)的冷卻水溫度與溫水溫度的關(guān)系決定，但解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)，優(yōu)選在比吸附材料迅猛地吸附水蒸氣時(shí)的相對(duì)蒸氣壓小的情況下運(yùn)行。其理由如下。即，當(dāng)吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)比吸附材料激烈吸附水蒸氣的相對(duì)蒸氣壓小時(shí)進(jìn)行運(yùn)行是優(yōu)選的。其理由如下所述。即，當(dāng)解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)比吸附材料猛烈地吸附水蒸氣的相對(duì)蒸氣壓大時(shí)，不能有效利用吸附材料的優(yōu)良吸附功能。
上述解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)，可根據(jù)環(huán)境溫度等進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定，但解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)的吸附量，通常在達(dá)到0.14或0.14以下，優(yōu)選0.10或0.10以下的溫度條件下使吸附熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，解吸部相對(duì)蒸氣壓(φ1)中的吸附的物質(zhì)的吸附量與吸附部相對(duì)蒸氣壓(φ2)中的吸附的物質(zhì)的吸附量之差，通常在0.12g/g或0.12g/g以上，優(yōu)選0.135g/g或0.135g/g以上、更優(yōu)選0.14g/g或0.14g/g以上，尤其優(yōu)選0.15g/g或0.15g/g以上。
在下面的第2行程中，通過(guò)切換控制閥(31)～(34)及轉(zhuǎn)換閥(115)、(116)、(215)及(216)使吸附器(1)為吸附工序，吸附器(2)為再生工序，與上述同樣，從蒸發(fā)器(4)得到冷熱，換言之，得到空氣冷卻輸出。即，在第2行程，關(guān)閉控制閥(32)及(33)，并且打開(kāi)控制閥(31)及(34)，在吸附器(1)中進(jìn)行吸附工序，同時(shí)，在吸附器(2)中進(jìn)行再生工序。另外，此時(shí)，操作轉(zhuǎn)換閥(115)、(116)、(215)及(216)，使溫水流過(guò)熱介質(zhì)配管(21)，使冷卻水流過(guò)熱介質(zhì)配管(11)。
如上所述，通過(guò)依次切換第1及第2行程，可以使吸附熱泵連續(xù)運(yùn)行。還有，在圖1中，舉出具有2臺(tái)吸附器(1)及(2)的吸附熱泵，但在本發(fā)明的吸附熱泵中，只要適于進(jìn)行吸附材料吸附的吸附的物質(zhì)解吸，任何吸附器均保持吸附吸附的物質(zhì)的狀態(tài)，設(shè)置吸附器的數(shù)量不限。
上述本發(fā)明的吸附熱泵，由于可以用低溫廢熱作為驅(qū)動(dòng)熱源，所以，可以適用于節(jié)能的熱電聯(lián)產(chǎn)等各種系統(tǒng)。
下面，把利用固體高分子型燃料電池廢熱的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)、利用太陽(yáng)能熱水器的溫?zé)岬漠a(chǎn)生制冷系統(tǒng)、利用發(fā)動(dòng)機(jī)低溫廢熱的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)以及溫?zé)嵘上到y(tǒng)及其運(yùn)行方法，參照?qǐng)D2～圖5進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是利用固體高分子型燃料電池廢熱的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)作為本發(fā)明涉及的吸附熱泵熱源的結(jié)構(gòu)圖，圖3是利用太陽(yáng)能熱水器的溫?zé)岬漠a(chǎn)生制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖4是利用發(fā)動(dòng)機(jī)低溫廢熱的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。另外，圖5是利用本發(fā)明涉及的吸附熱泵的溫?zé)嵘上到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。還有，在圖2～圖5中，本發(fā)明的吸附熱泵用符號(hào)(1A)表示。
圖2所示的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)，是在家庭用電源中組裝了固體高分子型燃料電池(PEFC)(81)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在平6-74597號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2001-213149號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)。PEFC(81)發(fā)電效率約40％，廢熱得到有效利用，總效率提高至約80％，故提出各種廢熱的有效利用方法，但利用80℃或80℃以下的低溫廢熱的用途少，希望能有效利用該低溫廢熱。
然而，如圖2所示，在本發(fā)明中，把從PEFC(81)排出的80℃或80℃以下的熱用于吸附熱泵(1A)。即，在本發(fā)明的吸附熱泵(1A)中，吸附器(1)及(2)把固體高分子型燃料電池(PEFC)(81)發(fā)生的低溫廢熱作為外部的熱量。具體的是，把(PEFC)(81)的廢熱用熱交換器(82)回收，把熱交換器(82)的例如溫水導(dǎo)入吸附器(1)及(2)，借此，在從吸附材料解吸水(吸附的物質(zhì))時(shí)用作加熱源。還有，吸附器(1)及(2)，由于在吸附時(shí)必須除去吸附熱，所以，用冷卻水進(jìn)行熱交換，但這種冷卻水的供給方法，一般使來(lái)自汽車(chē)水箱的排水或自來(lái)水等作為制冷源的冷介質(zhì)加以循環(huán)，視場(chǎng)合也可以使用外部的冷水。
吸附熱泵(1A)因?yàn)槭抢錈嵘裳b置，所以，通過(guò)裝入圖2所示系統(tǒng)，利用廢熱而可生成冷熱。另外，采用現(xiàn)有的冷熱生成機(jī)器，必須具有進(jìn)行冷介質(zhì)壓縮的壓縮機(jī)，如采用圖2所示的系統(tǒng)，由于不需壓縮機(jī)及動(dòng)力，所以，可節(jié)能，且用水作熱介質(zhì)，故從脫氟隆的觀點(diǎn)考慮，對(duì)環(huán)境也是優(yōu)選的。
圖3所示的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)，是利用太陽(yáng)能熱水器的熱量而生成制冷的系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)已在特開(kāi)昭63-118564號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)。上述太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)具有包括集熱器(83)的集熱電路和包括貯熱水槽(84)的給熱水電路，用傳感器檢測(cè)貯熱水槽(84)的熱水溫度與補(bǔ)給的水溫，從貯熱水槽(84)至集熱器(83)的循環(huán)水量用泵進(jìn)行控制，使經(jīng)常在貯熱水槽(84)中存放一定溫度的溫水。貯熱水槽(84)的熱量，本來(lái)通過(guò)供給熱水而得到充分利用，但熱水需要量因季節(jié)而變動(dòng)。具體的情況是，在冬季可充分利用，但在夏季需要量減少而熱過(guò)剩，結(jié)果是無(wú)法達(dá)到節(jié)能。
如圖3所示，本發(fā)明的貯熱水槽(84)中存放的熱水的熱量，用于吸附熱泵(1A)。即，在本發(fā)明的吸附熱泵(1A)中，吸附器(1)及(2)利用貯熱水槽(84)中存放的剩余的熱量，換言之，使用從太陽(yáng)能熱水器發(fā)生的低溫廢熱作為外部的熱源。具體的是，把貯熱水槽(84)中存放的熱水的熱量，用蛇形管結(jié)構(gòu)等熱交換器回收，通過(guò)把熱交換器的例如溫水導(dǎo)入吸附器(1)及(2)，用作從吸附材料解吸水(吸附的物質(zhì))時(shí)的加熱源。還有，為了除去吸附器(1)及(2)中的吸附熱，與上述同樣，可使用各種冷卻水，另外，也可以使用新供給貯熱水槽(84)的水作為冷卻水。
本發(fā)明的吸附熱泵(1A)，通過(guò)在圖3所示的系統(tǒng)中安裝，可利用剩余的熱而制冷。即，通過(guò)在夏季利用剩余的熱量，可有效地進(jìn)行良好的冷卻。而且，由于利用熱水器系統(tǒng)的剩余的熱，可促進(jìn)更加節(jié)能。另外，按照?qǐng)D3所示的系統(tǒng)，由于不需壓縮機(jī)等裝置或動(dòng)力，故可謀求節(jié)省電力，且由于用水作熱介質(zhì)，從脫氟隆的觀點(diǎn)看對(duì)環(huán)境是優(yōu)選的。
圖4所示的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)，是使用內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電，在進(jìn)行蒸氣、溫水及冷水制造的燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中建立的低溫廢熱利用系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，已在特開(kāi)2002-266656號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)。眾所周知，該系統(tǒng)例如用燃?xì)廨啓C(jī)(內(nèi)燃機(jī))驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒排氣的熱，用回收廢熱鍋爐回收、形生蒸氣，由回收廢熱鍋爐供給的蒸氣作為驅(qū)動(dòng)熱源，用吸收式冷凍機(jī)制造冷卻水，另外，通過(guò)回收廢熱鍋爐4的排氣熱，通過(guò)溫水鍋爐再次回收，制造溫水，而且，用溫水鍋爐制造的溫水作為驅(qū)動(dòng)熱源，用吸附式冷凍機(jī)(吸附熱泵)制造冷卻水。
在本發(fā)明中，如圖4所示，用熱水鍋爐(85)回收的熱水的熱用于吸附熱泵(1A)。即，在本發(fā)明的吸附熱泵(1A)中，吸附器(1)及(2)使用內(nèi)燃機(jī)所用的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生的低溫廢熱作為外部的熱量。具體的是，在熱水鍋爐(85)中，用蛇形管結(jié)構(gòu)等熱交換器回收熱量，把熱交換器的例如熱介質(zhì)的溫水導(dǎo)入吸附器(1)及(2)，用作從吸附材料解吸水(吸附的物質(zhì))時(shí)的加熱源。還有，為了除去吸附器(1)及(2)中的吸附熱，與上述同樣，可使用各種冷卻水。
本發(fā)明的吸附熱泵(1A)，通過(guò)安裝在圖4所示的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，使原來(lái)的利用價(jià)值低的溫水的低溫廢熱更有效地得到應(yīng)用，以降低成本制冷。且由于可以用水作為熱介質(zhì)，從環(huán)保的觀點(diǎn)看也是優(yōu)選的。另外，如吸收式冷凍機(jī)那樣，由于不使用溴化鋰等吸收液，不僅維修管理簡(jiǎn)便而且維修費(fèi)用也降低了。另外，由于與燃?xì)廨啓C(jī)大致同時(shí)啟動(dòng)，故負(fù)荷變動(dòng)等也迅速適應(yīng)。
圖5所示的產(chǎn)生制冷系統(tǒng)，是利用吸附材料的吸附熱、生成溫?zé)岬南到y(tǒng)。吸附熱泵(1A)，如上所述，在吸附操作時(shí)由于吸附材料可以發(fā)揮一定的吸附能力，故在通常的運(yùn)行時(shí)用冷卻水等除去吸附熱，吸附材料的溫度下降，通過(guò)有效利用上述吸附熱，可產(chǎn)生溫?zé)帷?br> 即，在本發(fā)明的吸附熱泵(1A)中，吸附器(1)及(2)，把通過(guò)吸附操作放出的吸附熱供給可利用溫?zé)岬臋C(jī)器。具體的是，圖5所示的產(chǎn)生溫?zé)嵯到y(tǒng)，主要由吸附熱泵(1A)及貯熱水槽(86)構(gòu)成，通過(guò)溫?zé)峤粨Q用配管，把貯熱水槽(86)的水作為冷卻水向吸附熱泵(1A)的吸附器(1)及(2)供給，來(lái)自吸附器(1)及(2)的溫水返回至貯熱水槽(86)。因此，本發(fā)明的吸附熱泵(1A)，由如圖4所示的那樣的系統(tǒng)構(gòu)成，在蒸發(fā)器(4)中制冷，并且，利用吸附器(1)及(3)中發(fā)生的吸附熱，例如可在貯熱水槽(86)中制造溫水。
吸附熱泵(1A)的大小，按照空氣冷凍需要來(lái)決定時(shí)，溫?zé)峥缮傻牧窟_(dá)到(吸附熱量×吸附熱泵的效率)。而且，吸附熱量為(吸附材料的吸附量×吸附材料的重量×水的蒸發(fā)潛熱×每小時(shí)的循環(huán)次數(shù))。因此，與制冷時(shí)同樣，當(dāng)從上述條件求吸附熱泵(1A)的溫?zé)嵘赡芰r(shí)，用下式求，達(dá)到約5.0kw。
溫?zé)嵘赡芰?溫?zé)彷敵?0.1kg/kg×12kg×2500kJ/kg×6次/小時(shí)＝18000kJ該結(jié)果是，當(dāng)假定家庭用熱水器的一般供熱能力為(24號(hào)41.8kw)時(shí)，通過(guò)上述溫?zé)嵘上到y(tǒng)供應(yīng)熱，可以節(jié)能約12％。即，吸附熱泵(1A)適用的溫?zé)嵘上到y(tǒng)，例如，通過(guò)向家庭用熱水器供給上述溫?zé)?溫水)，可更進(jìn)一步謀求節(jié)能，提高能量效率。還有，上述溫?zé)嵘上到y(tǒng)，當(dāng)然也適用于空調(diào)機(jī)，此時(shí)，可以提高空調(diào)機(jī)的空氣加熱效率。
下面，對(duì)使用上述吸附材料的本發(fā)明調(diào)濕空調(diào)裝置加以說(shuō)明。
首先，對(duì)調(diào)濕空調(diào)裝置的概念參照?qǐng)D6進(jìn)行說(shuō)明。圖6所示的調(diào)濕空調(diào)裝置具有可吸解吸吸附的物質(zhì)的吸附材料；和作為具有吸附材料的吸解吸部的吸附部(61)；和，使吸附材料再生的機(jī)構(gòu)(63)，還具有根據(jù)需要用于調(diào)濕的使空氣(62)流通的空氣通路或使調(diào)濕的空氣強(qiáng)制排氣的裝置。吸附部只要具有吸附材料與調(diào)濕的空氣能充分接觸的形狀即可，可以采用具有蜂窩結(jié)構(gòu)的輥筒形狀等。使吸附材料再生的機(jī)構(gòu)(63)，在用于除濕時(shí)，只要能把用于吸附材料再生的必要的80℃左右的熱供給吸附部的供熱機(jī)構(gòu)即可，作為機(jī)構(gòu)(63)，為在裝置內(nèi)部通過(guò)電加熱等產(chǎn)生熱時(shí)，可以采用加熱器、加熱線圈等熱源、充分向吸附部傳熱的底板等機(jī)構(gòu)，當(dāng)從裝置外部得到熱源時(shí)，可以舉出供給高溫氣體的配管等。外部熱源，與吸附熱泵同樣未作特別限定，例如，可以舉出燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)器及燃料電池等。當(dāng)用于除濕時(shí)，也可采用使再吸濕的高濕空氣流通的流道。
其次，對(duì)采用上述調(diào)濕空調(diào)裝置之一的調(diào)濕作用例子加以具體說(shuō)明，但本發(fā)明又不限于此。
圖7示出作為調(diào)濕空調(diào)裝置之一的去濕空調(diào)裝置例的示意圖。去濕空調(diào)裝置包括處理空氣流道(71)；再生空氣流道(72)；帶吸附材料的去濕輥筒(73)；2臺(tái)顯熱交換器(74)、(75)；供給來(lái)自熱源熱的熱供給機(jī)構(gòu)(76)；加濕器(77)。在上述去濕空調(diào)裝置中，處理的空氣用去濕輥筒(73)除濕，吸附材料(去濕劑)通過(guò)水分吸附熱升溫。然后，通過(guò)第1顯熱交換器(74)，與再生空氣通過(guò)熱交換而冷卻后，用加濕器(77)加濕，供給空調(diào)空間(78)。另一方面，再生的空氣從外部空間進(jìn)入，在上述第1顯熱交換器(74)中與處理的空氣通過(guò)熱交換升溫后，通過(guò)熱供給機(jī)構(gòu)(76)加熱，相對(duì)濕度下降，通過(guò)去濕輥筒(73)，使去濕輥筒(73)的吸附材料脫水分而將其再生。再生后的再生空氣顯熱，通過(guò)第2顯熱交換器(75)與加熱前的再生空氣進(jìn)行熱交換加以回收后，排放至外部(79)。
上述本發(fā)明的調(diào)濕空調(diào)裝置，由于以低溫廢熱作為熱源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故適于脫要求節(jié)能的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。其優(yōu)選的例子是，用調(diào)濕空調(diào)裝置代替上述吸附熱泵優(yōu)選例子中的吸附熱泵，則可以形成利用固體高分子型燃料電池的廢熱、太陽(yáng)能熱水器的溫?zé)?、發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫廢熱等的調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)。
如上所述，本發(fā)明的吸附材料，因吸解吸中的水分吸附量差大，可在低溫下進(jìn)行再生(解吸)，故可以形成用80℃或80℃以下的較低溫度熱源驅(qū)動(dòng)的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置。另外，本發(fā)明的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置，由于使用具有上述特定的吸解吸特性的吸附材料，故與原來(lái)的相比，可利用低溫?zé)嵩从行У丶右则?qū)動(dòng)，再有，按照本發(fā)明的運(yùn)行方法，由于用低溫的熱可以有效驅(qū)動(dòng)吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置，故可有效利用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等的廢熱，可進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能。
實(shí)施例下面通過(guò)實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明又不受下列實(shí)施例的任何限定。
實(shí)施例1往水38.4g與85％磷酸17.6g的混合物中緩慢攪拌添加9.5g假水軟鋁石(含水25％，Condea制造)。將其攪拌3小時(shí)，往其中添加將硫酸亞鐵7水合物6.78g溶于水36.6g的水溶液，再混合三乙胺10.8g，攪拌3小時(shí)，得到具有下列組成的反應(yīng)原料混合物。
0.32FeSO4∶0.92Al2O3∶P2O5∶1.4三乙胺60H2O把上述反應(yīng)原料混合物放入帶有Teflon(注冊(cè)商標(biāo))制造的內(nèi)筒的200毫升不銹鋼制造的高壓釜內(nèi)，在靜置狀態(tài)下于200℃使反應(yīng)進(jìn)行12小時(shí)。反應(yīng)后，冷卻，用傾濾法除去上清液后，回收沉淀物。然后，把該沉淀物用水洗滌3次后過(guò)濾，于120℃干燥。把這樣得到的含模板的樣品取3g，放入直立型石英煅燒管，在200ml/分的空氣氣流下以1℃/分升溫至550℃，再在550℃進(jìn)行6小時(shí)煅燒。對(duì)這樣得到的結(jié)晶性鐵鋁磷酸鹽進(jìn)行XRD(X線衍射)測(cè)定的結(jié)果是，AFI型的所謂FAPO-5(骨架密度17.3T/10003)。還有，AFI結(jié)構(gòu)為氧12員環(huán)結(jié)構(gòu)。
另外，用鹽酸水溶液加熱溶解、用ICP分析儀進(jìn)行元素分析的結(jié)果是，對(duì)骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷與鐵的總量中各成分的構(gòu)成比例(摩爾比)分別為鐵4.0％、鋁46.7％、磷49.3％。
圖8是用吸附等溫曲線測(cè)定裝置(BELLSORB18，Nippon Bell(株)制造)測(cè)定上述沸石得到的25℃下的水蒸氣吸附等溫曲線。還有，吸附等溫曲線的測(cè)定是在空氣高溫槽溫度50℃、吸附溫度25℃、初期導(dǎo)入壓力3.0torr、壓力導(dǎo)入設(shè)定位置為0、飽和蒸氣壓23.76mmHg、平衡時(shí)間500秒的條件下進(jìn)行。
從圖8的結(jié)果可以判斷，在相對(duì)蒸氣壓0.15～0.20時(shí)強(qiáng)烈吸附水蒸氣，在相對(duì)蒸氣壓范圍0.12～0.25時(shí)相對(duì)蒸氣壓變化了0.1時(shí)的最大吸附量的變化為0.17g/g，在相對(duì)蒸氣壓范圍0.14～0.22時(shí)的吸附量變化為0.17g/g。具有這種特性的FAPO-5是本發(fā)明使用的吸附材料中最優(yōu)選之一。
還有，本實(shí)施例的沸石，當(dāng)水蒸氣吸附溫度(Ta)為25～45℃時(shí)，水蒸氣解吸溫度(Td)及冷熱生成溫度(Tcool)滿足上式(I)和(II)，在水蒸氣吸附溫度(Ta)的水蒸氣吸附量與水蒸氣解吸溫度(Td)的水蒸氣吸附量之差在0.1g/g或0.1g/g以上。
其次，為了調(diào)查水蒸氣吸解吸中的結(jié)構(gòu)變化，按照下表所示的裝置及條件原位測(cè)定XRD。在測(cè)定中，把沸石固定在測(cè)定裝置內(nèi)，在濕度0％的氮?dú)猸h(huán)境中，以升溫速度5℃/min從室溫(25℃)升溫至150℃，使沸石上吸附的水脫離。然后，在濕度0％的氮?dú)猸h(huán)境中，以降溫速度5℃/min從150℃降溫至45℃，測(cè)定45℃下解吸狀態(tài)的XRD。然后，往裝置內(nèi)導(dǎo)入含水蒸氣的氮?dú)?，測(cè)定45℃、相對(duì)濕度70％的水蒸氣吸附狀態(tài)的XRD。解吸狀態(tài)及吸附狀態(tài)的XRD如圖9所示。

XRD測(cè)定裝置及測(cè)定條件從圖9所示的結(jié)果可知，在水吸解吸中結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化。在圖9中，2θ＝15度或15度以下的最大峰的峰位置，在吸解吸中變化了0.06度。
另外，對(duì)上述沸石的耐久性進(jìn)行試驗(yàn)。在耐久性試驗(yàn)中，把沸石放入保持在90℃的真空容器內(nèi)，分別在80℃的飽和水蒸氣環(huán)境和5℃的飽和水蒸氣環(huán)境反復(fù)進(jìn)行90秒暴露操作。在該操作中，通過(guò)暴露在80℃的飽和水蒸氣環(huán)境中，沸石吸附水，通過(guò)暴露在5℃的飽和水蒸氣環(huán)境中，沸石中吸附的水大部分解吸，移動(dòng)至保持在5℃的水槽中。在耐久性試驗(yàn)中重復(fù)上述操作1000次。
在上述耐久性試驗(yàn)前后，在上述條件下測(cè)定25℃下的吸附等溫曲線，研究吸附量的變化。結(jié)果是，在相對(duì)蒸氣壓0.25中，耐久性試驗(yàn)后的水吸附量為耐久性試驗(yàn)前的95％，幾乎沒(méi)有變化。
實(shí)施例2往水47g與85％磷酸23g的混合物中緩慢攪拌添加假水軟鋁石(含水25％，Condea制造)12.6g。將其攪拌3小時(shí)，往其中添加將8g硝酸鎵8水合物溶于51g水的水溶液，再混合三乙胺14.2g，攪拌3小時(shí)。把得到的反應(yīng)原料混合物放入帶有teflon(注冊(cè)商標(biāo))制造的內(nèi)筒的200毫升不銹鋼制造的高壓釜內(nèi)，在靜置狀態(tài)下于200℃使反應(yīng)進(jìn)行3小時(shí)。反應(yīng)后，冷卻，用傾濾法除去上清液后，回收沉淀物。然后，把該沉淀物用水洗滌3次后過(guò)濾，于120℃干燥。然后，按實(shí)施例1同樣的方法進(jìn)行煅燒。將這樣得到的結(jié)晶性鎵鋁磷酸鹽的XRD測(cè)定的結(jié)果是AFI型的所謂FAPO-5。
采用與實(shí)施例1同樣的方法進(jìn)行元素分析的結(jié)果是，對(duì)骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷與鎵的總量中各成分的構(gòu)成比例(摩爾比)分別為鎵3.7％、鋁45.5％、磷50.8％。
圖9是與實(shí)施例1同樣測(cè)定得到的25℃的吸附等溫曲線，而圖10是與實(shí)施例1同樣測(cè)定得到的水蒸氣解吸狀態(tài)及吸附狀態(tài)的XRD。從該結(jié)果可知，在水的吸解吸中結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化。在圖10中，2θ＝15度或15度以下的最大峰的峰位置，在吸解吸中變化了0.08度。
另外，用與實(shí)施例1同樣的方法對(duì)上述沸石進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，在耐久性試驗(yàn)前后，在與實(shí)施例1同樣的條件下測(cè)定25℃下的吸附等溫曲線，調(diào)查吸附量的變化。結(jié)果是，在相對(duì)蒸氣壓0.25時(shí)，耐久性試驗(yàn)后的水吸附量為耐久性試驗(yàn)前的75％，變化小。
比較例1往水38.4g與85％磷酸17.6g的混合物中緩慢攪拌添加假水軟鋁石(含水25％，Condea制造)10.3g。將其攪拌3小時(shí)，往其中添加水36.6g，再混合三乙胺11.6g，攪拌3小時(shí)，得到具有下列組成的反應(yīng)原料混合物。
Al2O3∶P2O5∶1.5三乙胺∶60H2O把上述反應(yīng)原料混合物放入帶有Teflon制造的內(nèi)筒的200毫升不銹鋼制造的高壓釜內(nèi)，在靜置狀態(tài)下于200℃使反應(yīng)進(jìn)行12小時(shí)。反應(yīng)后，冷卻，用傾濾法除去上清液后，回收沉淀物。然后，把該沉淀物用水洗滌3次后過(guò)濾，于120℃干燥。把這樣得到的含模板的樣品取3g，放入直立型石英煅燒管，在200ml/分的空氣氣流下以1℃/分升溫至550℃，再于550℃進(jìn)行6小時(shí)煅燒。將這樣得到的結(jié)晶性鋁磷酸鹽進(jìn)行XRD測(cè)定的結(jié)果是AFI型的所謂AlPO-5(骨架結(jié)構(gòu)上含Al、P)。
圖12是用吸附等溫曲線測(cè)定裝置(BELLSORB18，Nippon Bell(株)制造)測(cè)定上述沸石得到的25℃下的水蒸氣吸附等溫曲線。還有，吸附等溫曲線的測(cè)定是在空氣高溫槽溫度50℃、吸附溫度25℃、初期導(dǎo)入壓力3.0torr、壓力導(dǎo)入設(shè)定位置為0、飽和蒸氣壓23.76mmHg、平衡時(shí)間500秒的條件下進(jìn)行。
從圖12的結(jié)果可以判斷，在相對(duì)蒸氣壓范圍0.12～0.25時(shí)吸附量的變化僅為0.03g/g。具有這種特性的FAPO-5不適于作為本發(fā)明的吸附材料。
如上所述，本發(fā)明使用的吸附材料，與原來(lái)的硅膠或沸石相比，在同樣的相對(duì)蒸氣壓范圍的吸附量變化更多，采用大致相同重量的吸附材料，可以產(chǎn)生更多的除濕效果。
比較例2在假水軟鋁石8.16g中加水20g，邊攪拌邊滴加將85％磷酸13.8g加水20g的溶液后，繼續(xù)攪拌2小時(shí)。往其中滴加DPA(二丙胺)6.6g，攪拌2小時(shí)。將其一半量的起始混合物，放入內(nèi)部粘貼特氟隆(Teflon)的100mlAC中，于110℃進(jìn)行4天時(shí)間水熱合成。將其過(guò)濾、水洗、干燥，測(cè)定XRD，其結(jié)構(gòu)為AlPO-C(APC)。另外，將其在空氣氣流下于260℃煅燒6小時(shí)后，測(cè)定XRD，其結(jié)構(gòu)為AlPO-D(APD)。
為了調(diào)查上述沸石在水蒸氣吸解吸時(shí)的結(jié)構(gòu)變化，在與實(shí)施例1同樣的條件下測(cè)定XRD，得到示于圖13的結(jié)果。由此可見(jiàn)，在吸解吸時(shí)XRD峰位置發(fā)生變化，在吸附狀態(tài)時(shí)為AlPO-H6，在解吸狀態(tài)時(shí)為AlPO-D，發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。在圖13中，2θ＝15度或15度以下的最大峰的峰位置，在吸解吸中變化了0.34度。
另外，用與實(shí)施例1同樣的方法進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。同樣，在25℃的水蒸氣吸附等溫曲線中，比較耐久性試驗(yàn)前后的相對(duì)蒸氣壓為0.25時(shí)的吸附量，耐久性試驗(yàn)后比試驗(yàn)前大大降低到28％。即，通過(guò)反復(fù)吸解吸，結(jié)構(gòu)破壞大，穩(wěn)定性有問(wèn)題。因此，可以確認(rèn)因吸解吸引起的結(jié)構(gòu)變化，耐久性不好，是不適用的。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的吸附材料，因在吸解吸時(shí)水分的吸附量差大，可在低溫下進(jìn)行再生(解吸)，故可用于制造以80℃或80℃以下的較低溫度熱源驅(qū)動(dòng)的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置。另外，本發(fā)明的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置，由于使用具有上述特定吸解吸特性的吸附材料，故可利用更低溫放熱源進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)，且，按照本發(fā)明的運(yùn)行方法，由于可用低溫的熱有效驅(qū)動(dòng)吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置，故可有效利用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等的廢熱，更一步節(jié)省能源。
權(quán)利要求
1.一種吸附熱泵用吸附材料，其特征在于，其中含有沸石，該沸石在骨架結(jié)構(gòu)上含有(i)鋁、(ii)磷、以及(iii)鐵及/或鎵，在水蒸氣吸附或解吸中基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，在25℃下測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，具有相對(duì)蒸氣壓在0.1～0.25范圍變化了0.1時(shí)的水的吸附量變化在0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域。
2.按照權(quán)利要求1中記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，沸石的骨架密度為大于16.0T/10003至小于或等于19.0T/10003的范圍。
3.按照權(quán)利要求1或2中記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，沸石具有以下式(1)、(2)及(3)表示的原子存在比例0.001≤x≤0.3...(1)(式中，x表示鐵及鎵的總值相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵的總值的摩爾比)。0.3≤y≤0.6 ...(2)(式中，y表示鋁相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵的總值的摩爾比)。0.3≤z≤0.6 ...(3)(式中，z表示磷相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵的總值的摩爾比)。
4.按照權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，在25℃時(shí)測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，相對(duì)蒸氣壓為0.1時(shí)的吸附量為0.05g/g或0.05g/g以下，并且在相對(duì)蒸氣壓為0.25時(shí)的吸附量為0.15g/g或0.15g/g以上。
5.按照權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，沸石具有按照國(guó)際沸石協(xié)會(huì)(IZA)確定的標(biāo)準(zhǔn)所表示的AFI結(jié)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，沸石在骨架結(jié)構(gòu)中含鐵。
7.按照權(quán)利要求6中記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，沸石(a)其骨架密度為大于16.0T/10003至小于或等于19.0T/10003的范圍；(b)當(dāng)水蒸氣的吸附溫度(Ta)為25～45℃時(shí)水蒸氣的解吸溫度(Td)及冷熱生成溫度(Tcool)滿足下式(I)和(II)，并且(c)在吸附溫度(Ta)下的水蒸氣吸附量與在解吸溫度(Td)下的水蒸氣吸附量之差在0.1g/g或0.1g/g以上Ta+28℃≤Td≤100℃ ...(I)Ta-25℃＜Tcool＜25℃ ...(II)
8.按照權(quán)利要求7中記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，在吸附溫度(Ta)下的水蒸氣吸附量與在解吸溫度(Td)下的水蒸氣吸附量之差，以及從水的蒸發(fā)潛熱計(jì)算得出的輸出密度為0.5kw/kg或0.5kw/kg以上。
9.一種吸附熱泵用吸附材料，其特征在于，含有沸石，在骨架結(jié)構(gòu)中含有(i)鋁、(ii)磷、以及(iii)鐵；(a)其骨架密度為大于16.0T/10003至小于或等于19.0T/10003的范圍；(b)當(dāng)水蒸氣的吸附溫度(Ta)為25～45℃時(shí)水蒸氣的解吸溫度(Td)及冷熱生成溫度(Tcool)滿足下式(I)及(II)，并且(c)在吸附溫度(Ta)下的水蒸氣的吸附量與在解吸溫度(Td)下的水蒸氣的吸附量之差在0.1g/g或0.1g/g以上Ta+28℃≤Td≤100℃...(I)Ta-25℃＜Tcool＜25℃ ...(II)
10.按照權(quán)利要求9中記載的吸附熱泵用吸附材料，其中，在吸附溫度(Ta)下的水蒸氣吸附量與在解吸溫度(Td)下的水蒸氣吸附量之差，以及從水的蒸發(fā)潛熱計(jì)算得出的輸出密度為0.5kw/kg或0.5kw/kg以上。
11.一種吸附材料的用途，用作權(quán)利要求1～10中任何一項(xiàng)記載的吸附熱泵用吸附材料。
12.一種吸附熱泵，該吸附熱泵是使用權(quán)利要求1～11中任何一項(xiàng)記載的吸附材料的吸附熱泵，其特征在于，其中包括吸附器，該吸附器反復(fù)進(jìn)行下列操作一邊釋放吸附熱一邊將被吸附物質(zhì)吸附到上述吸附材料上以及通過(guò)外部的溫?zé)釋⒈晃降奈镔|(zhì)從上述吸附材料中解吸；蒸發(fā)器把通過(guò)被吸附的物質(zhì)蒸發(fā)得到的冷熱導(dǎo)出到外部的同時(shí)把產(chǎn)生的被吸附的物質(zhì)的蒸氣回收至上述吸附器；和，冷凝器用上述吸附器解吸的被吸附物質(zhì)的蒸氣通過(guò)外部的冷熱冷凝的同時(shí)把冷凝的被吸附物質(zhì)供給上述蒸發(fā)器。
13.按照權(quán)利要求12中記載的吸附熱泵，其中，使用由固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的廢熱、由利用太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的廢熱、由內(nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱中的任何一種作為外部溫?zé)帷?br> 14.一種吸附熱泵的運(yùn)行方法，其是權(quán)利要求13中記載的吸附熱泵的運(yùn)行方法，其特征在于，作為為從吸附材料上使被吸附的物質(zhì)解吸所必需的外部溫?zé)幔梢岳糜晒腆w高分子型燃料電池產(chǎn)生的廢熱、由利用太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的廢熱、由內(nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱中的任何一種。
15.按照權(quán)利要求12中記載的吸附熱泵，其中，吸附器把吸附操作釋放的吸附熱供給溫?zé)崂脵C(jī)器。
16.一種調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其特征在于，其中含有沸石，該沸石在骨架結(jié)構(gòu)上含有(i)鋁、(ii)磷、以及(iii)鐵及/或鎵，在水蒸氣吸附或解吸中基本上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，在25℃時(shí)測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，具有相對(duì)蒸氣壓在0.1～0.25范圍變化了0.1時(shí)的水的吸附量變化0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓區(qū)域。
17.按照權(quán)利要求16中記載的調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其中，沸石的骨架密度為大于16.0T/10003至小于或等于19.0T/10003的范圍。
18.按照權(quán)利要求16或17中記載的調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其中，沸石具有以下式(1)、(2)及(3)表示的原子存在比例0.001≤x≤0.3 ...(1)(式中，x表示鐵及鎵總值相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵總值的摩爾比)。0.3≤y≤0.6 ...(2)(式中，y表示鋁相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵總值的摩爾比)。0.3≤z≤0.6 ...(3)(式中，z表示磷相對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)的鋁、磷、鐵及鎵總值的摩爾比)。
19.按照權(quán)利要求16～18中任何一項(xiàng)記載的調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其中，沸石的骨架結(jié)構(gòu)含有鐵。
20.按照權(quán)利要求16～19中任何一項(xiàng)記載的調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其中，在25℃時(shí)測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，相對(duì)蒸氣壓為0.1時(shí)的吸附量為0.05g/g或0.05g/g以下，并且相對(duì)蒸氣壓為0.25時(shí)的吸附量為0.15g/g或0.15g/g以上。
21.按照權(quán)利要求16～20中任何一項(xiàng)記載的調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料，其中，沸石具有用國(guó)際沸石協(xié)會(huì)(IZA)的標(biāo)準(zhǔn)表示的AFI結(jié)構(gòu)。
22.一種吸附材料的用途，用作權(quán)利要求16～21中任何一項(xiàng)記載的調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料。
23.一種調(diào)濕空調(diào)裝置，該裝置包括，具有吸附材料的吸附解吸部和向該吸附解吸部供熱的機(jī)構(gòu)，其特征在于，上述吸附材料是權(quán)利要求16～21中任何一項(xiàng)記載的吸附材料。
24.按照權(quán)利要求23中記載的調(diào)濕空調(diào)裝置，該裝置使用由固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的廢熱、由利用太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的廢熱、由內(nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱中的任何一種作為外部溫?zé)帷?br> 25.一種調(diào)濕空調(diào)裝置的運(yùn)行方法，該方法是權(quán)利要求24中記載的調(diào)濕空調(diào)裝置的運(yùn)行方法，其特征在于，使用由固體高分子型燃料電池產(chǎn)生的廢熱、由利用太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)生的廢熱、由內(nèi)燃機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱中的任何一種作為用于將被吸附物質(zhì)從吸附材料上解吸所需要的外部溫?zé)帷?br> 全文摘要
本發(fā)明提供一種在相對(duì)低的蒸氣壓區(qū)域可以對(duì)吸附的物質(zhì)進(jìn)行吸解吸，且在低溫可以再生(解吸)的吸附熱泵用吸附材料及調(diào)濕空調(diào)裝置用吸附材料。另外，提供一種使用該吸附材料，用低溫?zé)嵩从行?qū)動(dòng)的吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置，以及有效利用低溫廢熱方式對(duì)吸附熱泵及調(diào)濕空調(diào)裝置運(yùn)行的方法。上述吸解吸材料含有沸石，該沸石的骨架結(jié)構(gòu)含有(i)鋁、(ii)磷及(iii)鐵及/或鎵，在水蒸氣吸解吸時(shí)實(shí)質(zhì)上不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，在25℃測(cè)定的水蒸氣吸附等溫曲線上，在相對(duì)蒸氣壓0.1～0.25范圍內(nèi)變化0.1時(shí)，具有水的吸附量變化為0.12g/g或0.12g/g以上的相對(duì)蒸氣壓范圍。
文檔編號(hào)B01D53/28GK1798952SQ20048001522
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者武脅隆彥, 山崎正典, 渡邊展, 垣內(nèi)博行, 金森英里, 寺田秀, 巖出美紀(jì) 申請(qǐng)人:三菱化學(xué)株式會(huì)社