(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細孔構造を含む吸着材料から形成される少なくとも１つの吸着部材と、
前記吸着部材に吸着可能なガスが通過する少なくとも１つの多孔性部材であって、前記吸着部材の表面と接触して設けられる表面を有し、加熱又は冷却サイクルの間に、前記ガスを、前記少なくとも１つの多孔性部材に通過させて前記吸着部材の前記表面で出入りすることができるようにし、前記ガスの前記吸着材料の前記細孔構造への吸着速度と前記ガスの前記吸着材料の前記細孔構造からの脱着速度とを高める前記少なくとも１つの多孔性部材と、
を含む吸着構造。
【請求項２】
前記吸着部材と接触して設けられ、前記吸着部材と熱移動流体との間で熱を移動するように構成された少なくとも１つの熱伝導性部材をさらに含む、請求項１に記載の吸着構造。
【請求項３】
前記吸着材料が活性炭を含む、請求項１又は２に記載の吸着構造。
【請求項４】
前記少なくとも１つの多孔性部材が多孔性金属を含み、前記少なくとも１つの熱伝導性部材が金属を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸着構造。
【請求項５】
前記吸着材料の熱移動特性を高めるために前記吸着材料内部に設けられた材料をさらに含み、前記吸着材料の熱移動特性を高めるための材料が、（ｉ）前記吸着部材内部に設けられた金属、（ｉｉ）前記吸着材料内部の第２の相、（ｉｉｉ）ダイヤモンド様炭素、（ｉｖ）ダイヤモンドナノ結晶、（ｖ）ダイヤモンドマイクロ結晶、（ｖｉ）炭素ナノチューブ及び（ｖｉｉ）複数の配列された繊維、からなる群から選択される高特性化材料である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸着構造。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の吸着構造を作製するための方法であって、
細孔構造を含む吸着材料から形成される吸着部材であって、前記吸着部材に吸着可能なガスを貯蔵および移動することができるように構成された前記吸着部材の表面と接触した表面を有する多孔性部材であって、前記ガスが通過する前記多孔性部材を設け、それにより、前記多孔性部材に前記ガスが通過し前記ガスが前記吸着部材の前記表面を横断することができるようにし、前記ガスの前記吸着材料の前記細孔構造への吸着速度と前記ガスの前記吸着材料の前記細孔構造からの脱着速度とを高める工程と、
前記吸着材料と熱移動流体との間で熱を移動するように構成されている少なくとも１つの熱伝導性部材を、前記吸着部材と接触して設ける工程と
を含む方法。
【請求項７】
（ｉ）材料を吸着材料内部に設けて、前記吸着材料の熱移動特性を高める工程、及び、（ｉｉ）外部磁界を利用して前記吸着材料内部での熱移動特性を高める配列を行う工程、からなる群から選択される少なくとも１つの工程により、前記吸着材料の熱移動特性を高める工程をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸着構造を含み、前記多孔性部材は、冷媒流体が前記吸着材料を出入りすることができるように構成されている、吸着式冷凍システム。
【請求項９】
冷媒流体によって冷却されるチャンバをさらに含む、請求項８に記載の吸着式冷凍システム。
【請求項１０】
前記吸着材料が、第１の密度を有する第１の活性炭前駆体を設ける工程と、第２の密度を有する第２の活性炭前駆体を、構造を形成するように前記第１の活性炭前駆体と接触して設ける工程と、前記構造を、複数の細孔を含む吸着材料を形成するように熱分解する工程とを含むプロセスによって形成され、前記吸着材料は前記第１の活性炭前駆体に対応する第１の領域および前記第２の活性炭前駆体に対応する第２の領域を含み、前記第１の領域と前記第２の領域では、細孔サイズおよび細孔分布のうちの少なくとも１つが異なる、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項１１】
（ｉ）前記第１および第２の活性炭前駆体がポリマー材料であること、（ｉｉ）前記第１および第２の活性炭前駆体が、塩化ポリビニリデン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリフルフリルアルコール、ココナツ殻、ピーナツ殻、モモ種子、オリーブ種子、ポリアクリロニトリル、及びポリアクリルアミドからなる群から選択されること、（ｉｉｉ）前記第１の領域が第１のサイズの細孔を含み、前記第２の領域が前記第１のサイズより大きい第２のサイズの細孔を含むこと、（ｉｖ）前記第１の密度が前記第２の密度より大きいこと、（ｖ）前記第１および第２の活性炭前駆体を設ける工程が、前記第１の活性炭前駆体を含む第１の層を設ける工程および前記第２の活性炭前駆体を含む第２の層を前記第１の層に積層する工程を含むこと、（ｖｉ）前記第１および第２の活性炭前駆体を設ける工程が、前記第１の活性炭前駆体内部に前記第２の活性炭前駆体を設ける工程を含むこと、及び、（ｖｉｉ）前記熱分解する工程の前に、前記第１の密度および前記第２の密度と異なる第３の密度の第３の活性炭前駆体を設ける工程をさらに含むこと、の少なくとも１つによって特徴付けられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項６又は７に記載の方法であって、前記吸着部材は、ポリマーマトリックス内部に設けられた第１の材料を含む部材を設ける工程と、前記第１の材料を除去する工程と、前記ポリマーマトリックス内部に細孔を形成するように前記部材を熱分解する工程とを含むプロセスによって形成され、前記方法は、（ｉ）前記第１の材料が犠牲材料であること、（ｉｉ）前記第１の材料を除去する工程が、前記第１の材料を灰化または溶解する工程を含むこと、（ｉｉｉ）前記第１の材料がアルミニウムを含み、前記第１の材料を除去する工程が、ＡｌＣｌ３ガスを形成するように塩化水素ガスをポリマー材料へと導入する工程を含むこと、（ｉｖ）前記第１の材料を除去する工程が前記熱分解する工程の間に実施されること、（ｖ）前記第１の材料を除去する工程が前記熱分解する工程の後に実施されること、及び（ｖｉ）前記第１の材料を除去する工程が前記熱分解する工程の前に実施されること、のうち少なくとも１つを含む、方法。
【請求項１３】
前記吸着材料は、第１の細孔分布を有する第１の領域と、第２の細孔分布を有する第２の領域とを含み、前記第１の領域は第１の密度を有する第１のポリマー材料から形成され、前記第２の領域は第２の密度を有する第２のポリマー材料から形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸着構造。
【請求項１４】
前記第１のポリマー材料および前記第２のポリマー材料が同じ組成を有し、および／または前記第１の領域が前記第２の領域より大きい細孔を含み、および／または前記第１の細孔分布が、単位体積あたり、前記第２の領域より少ない細孔を含む、請求項１３に記載の吸着構造。
【請求項１５】
前記吸着材料への収着質ガスの負荷を増加するために十分な時間の間、前記収着質ガス環境で、前記吸着材料を高温および高圧条件に維持することにより、前記吸着材料の負荷容量を高める、請求項６、７、１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  米国特許法第１１９条の条項に基づき、２００７年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／９３６，８７６号の優先権の利益および２００７年７月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／９５１，１３７号の優先権の利益をここに（hereby）主張する。米国仮特許出願第６０／９３６，８７６号および米国仮特許出願第６０／９５１，１３７号の開示の全体を、あらゆる目的のために、参照によってそれぞれ本願にここに援用する。
【０００２】
[0002]  本発明は一般に、ヒートポンプまたはシステム（例えば、冷凍システム）、そのようなシステムで使用される材料、およびそのような材料の作製方法の分野に関する。より詳細には、本発明は、吸着冷凍システムで使用される吸着材料、およびそのような材料の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  食料、医薬品、および他の品物を低温で保存するために使用される冷凍機は、一般に、電気的に作動する機械的コンプレッサを使用して蒸気圧縮サイクルで冷却される隔離された構造または容器を含む。ガスまたは蒸気の形態の冷却剤または冷媒（例えば、フロン熱移動流体）が、冷媒を圧縮するコンプレッサへと導入される（そして、それにより蒸気を加熱する）。コンデンサが、蒸気から過剰な熱を除去し、蒸気を沸点で液体へと凝縮する。次いで、高圧冷媒が膨張弁を通過し、その圧力が急激に低下する。この急激な圧力低下によって、フラッシュ蒸発および冷媒の冷却が起きる。次いで、冷却された冷媒が、熱を吸収するユニット内部の蒸発器コイルを通って移動し、隔離された容器の内容物を冷却する。次いで、冷媒蒸気がコンプレッサ入口へと戻り、熱力学サイクルが終了する。
【０００４】
[0004]  このような冷凍機のコンプレッサおよび他の構成要素の作動には、従来はＡＣコンセント等によって供給される電力が必要である。可動式用途での使用を目的とする（すなわち、冷凍機の場所を動かすことができる）冷凍機の場合など、ＡＣ電源の利用が容易ではない場合、エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）および発電機など、他の電源を利用することができる。しかし、電力をエンジンおよび発電機に依存する可動式冷凍システムは、比較的大型であり、重量が重く、作動に高い費用がかかる。例えば、ユニットに動力を供給する十分な出力を有するエンジンを稼働するためには、ガソリンなどの燃料源が一般に必要であるが、これは利用が容易ではなく、および／または入手に比較的費用がかかる。システムはまた、従来使用されている電気機械的システムを収容するために比較的大きい空間を占めることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]  冷凍サイクル中で冷媒流体（例えば、ガス）の吸着および脱着に吸着材料を使用する吸着式冷凍システムは、可動式冷凍システムの代替策となり得る。しかし、吸着式冷凍および／または他の用途で従来使用されてきた吸着材料は、比較的迅速な吸着および脱着の循環時間が必要な冷凍用途では、最適未満の性質となることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]  本発明は、冷凍に有用なシステム、システム内で利用可能な、例えば吸着剤などの材料、ならびにそのような材料およびシステムの作製および使用方法の様々な態様に関する。
【０００７】
[0007]  １つの態様では、本発明は吸着構造に関し、吸着構造は、吸着材料から形成される少なくとも１つの吸着部材と、吸着部材の一部分と接触して設けられ、吸着部材のその部分でガスが出入りすることができるようにする少なくとも１つの多孔性部材とを含む。
【０００８】
[0008]  他の態様では、本発明は吸着構造を作製するための方法に関し、方法は、多孔性材料を、冷媒流体を貯蔵および移動することができるように構成された吸着材料の表面と接触して設け、多孔性材料によって冷媒流体が吸着材料の表面を横断することができるようにする工程と、吸着材料と熱移動流体との間で熱を移動するように構成されている少なくとも１つの熱伝導性部材を、吸着部材と接触して設ける工程とを含む。
【０００９】
[0009]  本発明のさらに別の態様は、吸着式冷凍システムに関し、吸着式冷凍システムは、少なくとも１つの吸着部材を含む吸着構造と、少なくとも１つの吸着部材と接触する少なくとも１つの多孔性部材と、吸着部材と接触して設けられた熱伝導性部材とを含み、熱伝導性部材は、熱を吸着部材へ、および吸着部材から移動するように構成されており、多孔性金属部材は、冷媒流体が吸着材料を出入りすることができるように構成されている。
【００１０】
[0010]  他の態様では、本発明は吸着材料を作製するための方法に関し、方法は、第１の密度を有する第１の活性炭前駆体を設ける工程と、第２の密度を有する第２の活性炭前駆体を、構造を形成するように第１の活性炭前駆体と接触して設ける工程と、構造を、複数の細孔を含む吸着材料を形成するように熱分解する工程とを含み、吸着材料は第１の活性炭前駆体に対応する第１の領域および第２の活性炭前駆体に対応する第２の領域を含み、第１の領域と第２の領域では、少なくとも１つの細孔サイズおよび細孔分布が異なる。
【００１１】
[0011]  本発明のさらに別の態様は、吸着部材を形成する方法に関し、方法は、第１のポリマー部材を形成する工程と、第２のポリマー部材を形成する工程と、第１のポリマー部材を第２のポリマー部材と接触して設け、第１のポリマー部材および第２のポリマー部材の少なくとも一方が、第１のポリマー部材と第２のポリマー部材との間に空間が設けられるように構成されている工程と、第１の部材および第２の部材を、第１の部材および第２の部材の内部に比較的小さい細孔を形成し、空間に対応する場所により大きい細孔を形成するように、熱分解する工程とを含む。
【００１２】
[0012]  別の態様では、本発明は吸着部材を形成する方法に関し、方法は、ポリマーマトリックス内部に設けられた第１の材料を含む部材を設ける工程と、第１の材料を除去する工程と、部材を、ポリマーマトリックス内部に細孔を形成するように熱分解する工程とを含む。
【００１３】
[0013]  本発明のさらに他の態様は、吸着材料に関し、吸着材料は、第１の細孔分布を有する第１の領域と、第２の細孔分布を有する第２の領域とを含み、第１の領域は第１の密度を有する第１のポリマー材料から形成され、第２の領域は第２の密度を有する第２のポリマー材料から形成される。
【００１４】
[0014]  本発明の別の態様は、収着質ガスのための炭素吸着剤の負荷容量を高める方法に関し、方法は、炭素吸着剤への収着質ガスの負荷を増加するために十分な時間の間、収着質ガス環境で、炭素吸着剤を高温および高圧条件に維持する工程を含む。
【００１５】
[0015]  本発明の他の態様、特徴および実施形態は、以下の開示および添付の特許請求の範囲から、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】[0016]例示的な実施形態による、吸着式冷凍システムの概略図である。
【図２】[0017]図１に概略的に示す冷凍システムの一部として提供される吸着デバイスの断面図である。
【図３】[0018]例示的な実施形態による、活性炭モノリスを示す写真である。
【図４】例示的な実施形態による、活性炭モノリスを示す写真である。
【図５】[0019]例示的な実施形態による、多孔性金属プレートを利用する吸着システムまたはデバイスの概略的な断面図である。
【図６】[0020]別の例示的な実施形態による、多孔性金属プレートを利用する吸着システムまたはデバイスの概略的な断面図である。
【図７】[0021]例示的な実施形態による、吸着材料および多孔性金属材料を利用する吸着構造の概略的な断面図である。
【図８】[0022]図７に示す吸着構造の別の概略的な断面図である。
【図９】[0023]図７に示す吸着構造の別の概略的な断面図である。
【図１０】[0024]別の例示的な実施形態による、吸着材料および多孔性金属材料を利用する吸着構造の概略的な断面図である。
【図１１】[0025]図１０に示す吸着構造の別の概略的な断面図である。
【図１２】[0026]別の例示的な実施形態による、吸着材料および多孔性金属材料を利用する吸着構造の概略的な断面図である。
【図１３】[0027]図１２に示す吸着構造の別の概略的な断面図である。
【図１４】[0028]例示的な実施形態による、第２の相の材料を有する吸着材料の断面概略図である。
【図１５】[0029]吸着材料のマトリックス内に設けられた熱伝導性部材の使用を示す図である。
【図１６】吸着材料のマトリックス内に設けられた熱伝導性部材の使用を示す図である。
【図１７】[0030]例示的な実施形態による、互いに近接して設けられた密度の異なるポリマー材料のいくつかの層を示す概略的な断面図である。
【図１８】[0031]熱分解前に互いに接触して設けられた、図１７に示す層の概略的な断面図である。
【図１９】[0032]図１７に示す層の熱分解後の概略的な断面図である。
【図２０】[0033]密度の異なる領域を有する別の例示的な実施形態による、吸着剤構造を示す概略的な断面図である。
【図２１】[0034]密度の異なる領域を有する別の例示的な実施形態による、吸着剤構造を示す概略的な断面図である。
【図２２】[0035]密度の異なる領域を有する別の例示的な実施形態による、吸着剤構造を示す概略的な断面図である。
【図２３】[0036]例示的な実施形態による、吸着材料を形成するように熱分解される未加工ポリマー材料を形成するためのモールドの一部の概略図である。
【図２４】[0037]同様の未加工ポリマー材料部材と接触して設けられた、図２３に示すモールドを使用して形成される未加工ポリマー材料部材の概略図である。
【図２５】[0038]図２４に示すポリマー部材を使用して形成される吸着材料の概略図である。
【図２６】[0039]例示的な実施形態による、未加工ポリマー部材の構造を修正するためのプロセスの概略図である。
【図２７】[0040]２つの例示的な実施形態による、図２６に示す未加工ポリマー部材を使用する吸着材料の形成を示す図である。
【図２８】２つの例示的な実施形態による、図２６に示す未加工ポリマー部材を使用する吸着材料の形成を示す図である。
【図２９】２つの例示的な実施形態による、図２６に示す未加工ポリマー部材を使用する吸着材料の形成を示す図である。
【図３０】２つの例示的な実施形態による、図２６に示す未加工ポリマー部材を使用する吸着材料の形成を示す図である。
【図３１】[0041]例示的な実施形態による、孔を有する吸着材料を形成するために使用することができる、あらかじめ形成されたポリマー要素を示す図である。
【図３２】例示的な実施形態による、孔を有する吸着材料を形成するために使用することができる、あらかじめ形成されたポリマー要素を示す図である。
【図３３】例示的な実施形態による、孔を有する吸着材料を形成するために使用することができる、あらかじめ形成されたポリマー要素を示す図である。
【図３４】例示的な実施形態による、孔を有する吸着材料を形成するために使用することができる、あらかじめ形成されたポリマー要素を示す図である。
【図３５】例示的な実施形態による、孔を有する吸着材料を形成するために使用することができる、あらかじめ形成されたポリマー要素を示す図である。
【図３６】例示的な実施形態による、孔を有する吸着材料を形成するために使用することができる、あらかじめ形成されたポリマー要素を示す図である。
【図３７】[0042]例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図３８】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図３９】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４０】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４１】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４２】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４３】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４４】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４５】例示的な実施形態による、吸着材料内に孔を形成するために熱分解される、ポリマー部材内の犠牲材料の使用を示す図である。
【図４６】[0043]例示的な実施形態による、吸着剤構造の一部分の概略的な断面図である。
【図４７】[0044]線Ａ−Ａに沿って見た、図４６に示す吸着剤構造の概略的な断面図である。
【図４８】[0045]例示的な実施形態による、エッチングプロセスを使用して吸着材料の表面に特徴物を形成する方法を示す図である。
【図４９】例示的な実施形態による、エッチングプロセスを使用して吸着材料の表面に特徴物を形成する方法を示す図である。
【図５０】例示的な実施形態による、エッチングプロセスを使用して吸着材料の表面に特徴物を形成する方法を示す図である。
【図５１】例示的な実施形態による、エッチングプロセスを使用して吸着材料の表面に特徴物を形成する方法を示す図である。
【図５２】[0046]例示的な実施形態による、接触加熱を使用して材料内の細孔の断面形状の形成を制御する熱分解処理中に、加熱チャンバ内に提供される材料（例えば、圧縮されたポリマー材料）の概略的な断面図である。
【図５３】[0047]別の例示的な実施形態による、放射加熱を使用して材料内の細孔の断面形状の形成を制御する熱分解処理中に、加熱チャンバ内に提供される材料（例えば、圧縮されたポリマー材料）の概略的な断面図である。
【図５４】[0048]別の例示的な実施形態による、接触および放射加熱の両方を使用する熱分解処理中に、加熱チャンバ内に提供される材料（例えば、圧縮されたポリマー材料）の概略的な断面図である。
【図５５】[0049]熱分解後処理が行われる吸着材料の概略的な断面図である。
【図５６】[0050]吸着材料の一部分がマスクされ、またはカバーされる、熱分解後処理が行われる吸着材料の別の概略的な断面図である。
【図５７】[0051]炭素吸着剤を含有し、１週間にわたって高温および高圧処理を施した、アルシンガスで充填した２つの吸着剤容器について、時間の関数として温度および圧力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[0052]  本発明は、冷凍に有用なシステム、システム内で利用可能な、例えば吸着剤などの材料、ならびにそのような材料およびシステムの製造および使用方法の様々な態様に関する。以下で本発明を様々な実施形態において特定の特徴および要素に関して説明するが、本発明のシステム、装置、組成、プロセスおよび方法は、そのような開示された特徴および要素の様々な組み合わせおよび置換を利用して修飾された変形例によって、様々な形態および配置に構成することができ、そのような変形形態および配置は本明細書に明示的に説明されているものとして開示されたとみなされることを理解されたい。
【００１８】
[0053]  本発明の様々な実施形態では、ヒートポンプおよびシステム、特に吸着式冷凍システム（例えば、可動式冷凍デバイス）で使用するための吸着材料が提供される。吸着材料は、冷凍サイクル中に冷媒流体（例えば、ガス）の比較的迅速な吸着および脱着を可能にするための細孔構造を含む。これらの吸着材料は、吸着／脱着速度が流体の移動を制限する用途およびシステムで使用することができる（例えば、ヒートポンプ、冷凍機等）。例示的な実施形態では、多孔性金属またはセラミックプレート等（熱伝導性とすることもできる）の特徴物(feature)を、流体が表面を通って吸着材料を出入りすることができるように、吸着材料の１つまたは複数の表面に隣接して設けることができる。別の例示的な実施形態では、吸着材料の細孔構造は、冷凍式用途にとってより適切になるよう制御することができる。
【００１９】
[0054]  吸着式冷凍システムは、作動に必要なエネルギーがより小さく、電気機械的システムを使用する従来の冷凍システムより、小型化および／または軽量化することができる。従来の蒸気圧縮システムおよび従来の冷凍システムで使用されるようなエネルギー供給に依存するかわりに、吸着式冷凍システムは、主に太陽光電力または廃熱供給および熱コンプレッサシステムを利用することができる。
【００２０】
[0055]  例示的な実施形態では、冷凍システムは、冷媒圧縮を実現する熱駆動式収着サイクルで、固体吸着剤および作動流体を使用して、冷凍を実施する。冷凍システムは電気ではなく熱エネルギーで作動するので、システムの電気的負荷を大幅に減らすことができる。そのようなシステムは、様々な構成要素のサブシステム（例えば熱−光起電、および熱圧縮−機械的圧縮）の使用、所定の比冷却能力（SCP）でのシステムの成績係数（COP）の向上、および電気機械的式冷凍システムと比較してシステムにかかると予想される費用の削減によって、高い信頼性を提供することができる。
【００２１】
[0056]  図１は冷凍システム１００の一部分を示す概略図である。システムは、冷凍容器に関連付けられた蒸発器１１２を有する冷凍容器１１０を含む。アンモニア（ＮＨ３）などの冷媒流体（例えば、ガス）を吸着および脱着するための吸着材料１２４を含む吸着デバイスまたはシステム１２０が提供される。システム１００の他の特徴物（例えば、太陽光収集器、収着発電機、コンデンサ等）は簡略性のため図示しないが、吸着式冷凍機システムにかかわる当業者であれば、冷凍サイクルを促進するためにそのような他の特徴物を作動システム内に設けることができることを、容易に理解できよう。
【００２２】
[0057]  図２は、例示的な実施形態による吸着デバイス１２０の一部分の断面概略図である。吸着デバイス１２０は、例示的な実施形態では多数の吸着材料１２４のシート（例えば、１つの例示的な実施形態では３つ以上のシート）を含む。吸着材料１２４のシートはそれぞれ、例えば、その１つまたは複数の面の上に設けられたシートまたはプレート１２２の形態である熱伝導性部材を有する（そのような熱伝導性プレートは、金属または他の適切な材料、例えばCPS Corporationから販売されているアルミニウム炭化ケイ素金属基複合材料などの金属基複合材料から、作製することができる）。熱交換流体は、従来の熱交換器で行われるのと同様の方法で、熱伝導性プレート１２２を通過（例えば、接触）する。隣接する熱伝導性プレート１２２は、離間することができ（例えば、図２に示す通り）、または、互いに接触して設け、熱移動流体がプレート間を通過することができるよう、隣接するプレート間に切込みが形成されるようにすることができる。
【００２３】
[0058]  冷媒流体（例えば、アンモニア（ＮＨ３）などのガスまたは別のガス）は、吸着デバイスへ、および吸着デバイスから供給し、冷凍サイクル中に吸着材料１２４によって吸着／脱着されるようにすることができる。別の例示的な実施形態では、冷媒流体（例えば、ガス）が金属プレートと吸着材料の間を流れることができるように、熱伝導性プレート１２２と吸着材料１２４の間に空間または間隙を作るためにスペーサ（図示せず）を設けることができる。
【００２４】
[0059]  プレートおよび吸着材料の向きは、図２に示すものとは異なっていてもよい（例えば、プレートおよび吸着材料は、図２に示す構造を９０度回転させるように交互に積み重ねることができ、または他の適切な向きに設けることもできる）。金属プレートおよび吸着材料のシートまたはブロックの組成、数、サイズ、形状、および／または構成は、様々な例示的な実施形態によって、異なるようにすることができることに留意されたい。
【００２５】
[0060]  例示的な実施形態では、冷媒流体（例えば、ガス）は、アンモニア（ＮＨ３）を含む。他の例示的な実施形態では、冷媒は水および／またはメタノールを含むことができる。これらの冷凍剤（アンモニア、水、およびメタノール）はそれぞれ、単位体積あたりの潜熱が比較的高い。アンモニアおよびＲ１３４Ａ冷凍剤の冷却容量と比較して、Ｒ１３４Ａ−炭素系は、アンモニア−炭素吸着系と同様の性能を得るには３倍の炭素質量が必要となる。Ｒ３２およびブタン冷凍剤についても同様の関係が得られる。
【００２６】
[0061]  吸着材料は、活性炭を含むことができる。他の吸着材料を利用することもできる（例えば、ゼオライト）。
【００２７】
[0062]  吸着材料は、活性炭モノリス吸着剤または活性炭モノリス吸着剤を基盤にしたもの、例えば、米国コネチカット州ＤａｎｂｕｒｙのＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（ATMI）から市販されているガス貯蔵および供給システムに有用なタイプの吸着剤とすることができる（例えば、吸着剤活性炭材料の２つのモノリスを図３〜４の写真に示す）。活性炭材料および／またはガス貯蔵および供給システムの例は、以下の米国特許に説明されており、それらの開示の全体を、参照によって本願に援用する：Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓの米国特許第６，７４３，２７８号；Ｔｏｍらの米国特許第５，５１８，５２８号；Ｔｏｍらの米国特許第５，９８５，００８号；Ｔｏｍの米国特許第５，７６１，９１０号；Ｔｏｍの米国特許第５，９１６，２４５号；Ｔｏｍらの米国特許第６，７６４，７５５号；Ｂｒｅｓｔｏｖａｎｓｋｙらの米国特許第６，９９１，６７１号；Ｔｏｍらの米国特許第６，０２７，５４７号；Ｔｉｓｃｈｌｅｒらの米国特許第６，０１９，８２３号；Ｔｏｍの米国特許第５，９１７，１４０号；Ｔｏｍらの米国特許第５，９９３，７６６号；Ｔｏｍらの米国特許第５，７０４，９６５号；Ｔｏｍらの米国特許第５，７０７，４２４号；およびＴｏｍらの米国特許第５，７０４，９６７号。
【００２８】
[0063]  活性炭モノリス吸着剤の多孔性は特定の用途において様々に異なり得るが、様々な実施形態においてモノリスはナノ多孔性材料である。１つの実施形態では、ナノ多孔性材料は、多孔性全体の少なくとも３０％が約０．３から約０．７２ナノメートルのサイズのスリット形の細孔から形成され、多孔性全体の少なくとも２０％が２ナノメートル未満の直径の微小細孔から形成される。他の実施形態では、ナノ多孔性材料は、異なる細孔の組成を有することができる（例えば、材料の透過性を高めるために、比較的大きい細孔の割合を大きくすることができる）。
【００２９】
[0064]  吸着冷凍およびヒートポンプ用途で使用するためのいくつかの活性炭の熱物理学的性質について、モノリス炭素試料の一般的な値を、上記の市販されているＡＴＭＩ活性炭と比較して、表１に示す。
【００３０】
【表１】
0005547632.tif 000002
【００３１】
[0065]  炭素モノリスを利用する１つの利点は、そのような構造は微小細孔の体積率が比較的高く、単位体積あたりの冷媒貯蔵が高容量となることである。他の有利な特徴には、熱伝導性が比較的高いこと、および単一部品として公差の少ない寸法形状仕様を満たすように製造が可能であることを含む（時間の経過とともに磨滅する粒子状またはビーズ状吸着剤とは反対である）。
【００３２】
[0066]  吸着材料の構造は、冷凍用途における性能を高めるように適切に構成することができる。例えば、他の性質に対して有害な影響を及ぼすことなく、物質移動の能力および／または熱伝導性を向上するように、材料を最適化することができる。所望の収着特性と好適な熱および物質移動性質とのバランスを取る吸着材料を使用することが望ましい。
【００３３】
[0067]  トレードオフは、活性炭材料の物理学的性質の特性の最適化に関して考慮することができる。例えば、材料の透過性を高くする（例えば、迅速に循環する熱収着圧縮システムでシステム全体の性能を向上させることを目的として、物質移動を向上させる）と、一般に材料の密度を低くする必要がある。このことにより、材料の熱伝導性および体積の貯蔵容量が低下することがある。本願の開示に基づいて、当業者の範囲内で、活性炭モノリスの性質の全体的な特性を、システムの性能を高めるように容易に設計することができる。
【００３４】
[0068]  一般的に、活性炭モノリスは、適切な活性炭前駆体（例えば、ポリマー材料、または、塩化ポリビニリデン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリフルフリルアルコール、ココナツ殻、ピーナツ殻、モモ種子、オリーブ種子、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド等の他の適切な材料、ならびに（例えば、最大約２０，０００ｐｓｉまたはそれ以上の成形圧力で）圧力成形可能な他の材料）の熱分解生成物として形成することができる。本明細書では活性炭前駆体を、以下、ポリマー材料というが、様々な他の例示的な実施形態によって、適切な活性前駆体を利用することができることを理解されたい。
【００３５】
[0069]  材料は「未加工樹脂」体を形成するように高圧で成形され、１０００℃より低い温度（好ましくは約９００℃未満−例えば、約５００℃〜約９００℃、より好ましくは約６００℃〜約９００℃の範囲）で熱分解される。熱分解プロセスは、（例えば、モノリスからＨＣｌまたは別のガスを放出することによって）モノリスに細孔を形成するため、および炭素を活性化して冷媒流体（例えば、ガス）がモノリス内部に吸着される部位を設けるため、非酸化雰囲気下で実行することができる。吸着剤炭素モノリスを生成するプロセスの他の詳細、およびそのようなモノリスの特性は、Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓの米国特許第６，７４３，２７８号に説明されており、その開示全体を参照によって本願に援用する。
【００３６】
[0070]  Ｃａｒｒｕｔｈｅｒｓの米国特許第６，７４３，２７８号に説明されている方法を使用して生成された活性炭モノリスには、比較的均一の細孔が形成される（例えば、細孔はモノリス全体にわたってほぼ均一に設けられ、例えば、約０．５〜１．０ナノメートルの比較的均一なサイズである）。
【００３７】
[0071]  吸着材料のサイズ、形状、および構成は、様々な他の例示的な実施形態によって、例えば、形状、サイズおよび構成を変えることができる。例えば、吸着材料は、約１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×４ｍｍ〜３００ｍｍ×３００ｍｍ×２５ｍｍ（例えば、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１０ｍｍ）の寸法のブロックとして設けることができる。
【００３８】
[0072]  図２に示すように、例示的な実施形態では、吸着構造１２０に多数の吸着材料１２４のシートが設けられている。吸着材料１２４のシートはそれぞれ、吸着材料の片面上に設けられた熱伝導性プレートまたはシート１２２を有する。熱交換流体は熱伝導性プレート１２２を通過（例えば、接触）する。隣接する熱伝導性プレート１２２は、空間によって離間することができ（例えば、図２に示す通り）、または、互いに接触して設け、熱移動流体がプレート間を通過することができるよう、隣接するプレート間に切込みが形成されるようにすることができる（熱移動流体が冷媒流体から隔離されることに留意されたい）。
【００３９】
[0073]  図２に示すような配置を有する吸着システムに関連する１つの問題は、構造を通る物質移動が、熱伝導性プレート１２２を形成する中実の金属材料によって制限されることである。したがって、冷媒流体（例えば、ガス）は、材料の熱伝導性プレート１２２と接触していない表面（例えば、図２に示す上端および下端の表面１２６、１２８）を通って吸着材料１２４を比較的自由に出入りすることができるが、流体（例えば、ガス）は、プレート１２２および吸着材料１２４が接触する部分で熱伝導性プレート１２２によって抑制される。冷媒流体（例えば、ガス）が吸着材料から出ることができる場所の数が制限されることによって、システムの物質移動速度および効率は、太陽光吸着冷凍システムなど比較的速く循環する用途では、最適化されないことがある。
【００４０】
[0074]  １つの例示的な実施形態では、システムの物質移動効率を向上させるために、多孔性材料から形成されるプレート（例えば、濾過用途で使用されるものと同様の多孔性金属材料）を使用することができる。吸着材料によって吸着される、または吸着材料から脱着される冷媒流体（例えば、ガス）は、図２に示す実施形態の場合のように抑制されることなく、多孔性金属を通って移動することができる。
【００４１】
[0075]  図５は、冷凍システムで使用するための吸着システム２２０の一部分の概略的な断面図である。吸着システム２２０は、複数の多孔性プレート２２２（例えば、多孔性金属プレート）を含み、多孔性プレートはそれぞれ、吸着材料２２４（例えば、活性炭）のシートまたはブロックの１つの表面と接触または近接して設けられている。多孔性プレート２２２および吸収材料２２４は、熱移動流体からシステムからの熱を移動するように、金属プレート２２３（すなわち、非多孔性プレート）同士の間に挟まれている。
【００４２】
[0076]  プレート２２２および吸着材料２２４の向きは、図５に示すものとは異なっていてもよい（例えば、プレートおよび吸着材料は、図５に示す構造を９０度回転させるように互いに交互に積み重ねることができ、または、異なる形状およびサイズを含む、他の適切な向きに設けることもできる）。
【００４３】
[0077]  プレート２２２を形成するために使用される材料は、冷媒流体（例えば、ガス）が比較的自由に材料を通過することができるように構成された、比較的多孔性の材料である。このように、吸着材料２２４によって吸着される、または吸着材料２２４から脱着される冷媒流体（例えば、ガス）は、吸着材料２２４のカバーされていない表面（例えば、表面２２６、２２８）を通って出入りするだけでなく、吸着材料の１つまたは複数のプレート２２２に隣接する表面（例えば、図５に示す表面２３０）も通って吸着材料２２４を出入りすることができ、したがってシステムの物質移動効率が向上する。
【００４４】
[0078]  多孔性金属（例えば、銀、アルミニウム、ニッケル、銅）、多孔性金属合金、多孔性セラミック、および他の適切な多孔性材料を含む、多様な多孔性熱伝導性材料を使用して、プレート２２２を形成することができる。例えば、濾過用途の有用性を有する多孔性金属を使用することができる。そのような材料の１つの例は、Ｍｏｔｔ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｍｅｔａｌｓ  Ｉｎｃ．から市販されている、１／１６インチ（約１．５９ｍｍ）厚さの３１６Ｌステンレス鋼の多孔性金属シートである。一般に、多孔性熱伝導性材料は、適切な形態学的特性のものとすることができ、適切な熱伝導性材料を含むことができる。例えば、多孔性熱伝導性材料は、焼結金属マトリックス料、金属織布または金属不織布、金属スクリーンまたは他の有孔性の金属シート材料、および、一体成形の多孔性部品を形成するように熱および圧力下で統合された不連続形態の金属粒子または他の物質を含む集合または複合材料などの、金属材料を含むことができる。
【００４５】
[0079]  例示的な実施形態では、プレート２２２は、冷媒流体（例えば、ガス）が比較的自由にプレートを通過して移動することができるように構成された、多孔性の断面形状を有する。例えば、プレート２２２は、約２５〜４０パーセントの多孔性および約０．１〜１００マイクロメートルの平均細孔サイズを有することができる。多孔性金属の多孔性および細孔サイズは、所望されるプレートの性能特性によって、異なるようにすることができる。
【００４６】
[0080]  図６に示す別の例示的な実施形態では、吸着構造３２０は複数の吸着材料３２４のシートまたはプレートを含み、吸着材料のシートまたはプレートはそれぞれ、吸着材料３２４からの熱移動を行うように吸着材料のシートまたはプレートと関連付けられた２つの熱伝導性プレート３２３を有する。多孔性プレート３２２が、吸着システム３２０内で使用される吸収材料３２４のシートの両面と接触して設けられている。このように、冷媒流体（例えば、ガス）は、吸着材料３２４の両面（例えば、表面３３０および３３２）の中へ、および両面から外へと移動することができる。
【００４７】
[0081]  図５〜６は、吸着材料の比較的平坦なプレートが、略平坦な多孔性金属プレートと接触して設けられた吸着システムを示しているが、他の構成を使用することもできる。
【００４８】
[0082]  例えば、図７〜９は、吸着デバイスまたはシステム４００の一部分の概略的な断面図を示す。システム４００は、金属（例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀）、金属合金（例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、または他の適切な金属、ステンレス鋼等の合金）、セラミック、または他の適切な材料から形成されたハウジングまたはケーシング４０２を含む。１つの例示的な実施形態では、ハウジング４０２は、冷媒流体（例えば、ガス）がハウジング４０２の中へ、およびハウジングから外へと移動することができるよう、１つまたは複数の穴または開口（図示せず）を含むことができ、中に設けられた吸着材料によって吸着される、または吸着材料から脱着されることができるようになっている。
【００４９】
[0083]  ハウジング４０２内部には、活性炭などの吸着材料から形成された多数の部材または要素（以下、「吸着部材」という）および多孔性金属などの多孔性材料から形成された多数の部材または要素（以下、「多孔性部材」という）を含む、構造または配置４０４が設けられている。吸着部材および多孔性部材のサイズ、形状、組成、および構成は、様々な例示的な実施形態によって、異なるようにすることができる。１つの例示的な実施形態では、すべての吸着材料は略長方形の平行六面体形状を有し、吸着部材はそれぞれ、同様または同一の組成および細孔構成を有する。他の例示的な実施形態では、異なる細孔構成を有する吸着部材を使用することができる。
【００５０】
[0084]  図９に示すように、略長方形の平行六面体形状を有する多数の吸着部材４１０は、シートまたはプレートの形態の多孔性部材を使用して、ハウジング４０２および他の吸着部材の両方から、離間されている。多孔性金属プレート４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、および４２６がハウジング４０２の６つの側面と接触して設けられ、多孔性部材４２７および４２８が吸着部材４１０を互いから離間する略直交のグリッドまたはマトリックスを画成する。
【００５１】
[0085]  図９に示すように、多孔性部材４２８は多孔性部材４２３から多孔性部材４２４へと延び、多孔性部材４２７は２つの多孔性部材４２８間（例えば、多孔性部材４２７ａを参照）、または多孔性部材４２８と多孔性部材４２１または４２２のいずれかとの間（例えば、多孔性部材４２７ｂを参照）を延びる。本発明の範囲内で、図９に示すものと同様のグリッドまたはマトリックスを画成するように多孔性部材の他の構成を利用することもできることが、理解されよう。
【００５２】
[0086]  図５〜６に示す実施形態と同様に、多孔性部材（例えば、多孔性部材（例えば、多孔性部材４２１〜４２８）の使用は、吸着デバイス４００内部での冷媒流体（例えば、ガス）の比較的効率的な物質移動ができるようにするために有利である。
【００５３】
[0087]  図１０〜１１に示す別の実施形態では、吸着デバイス５００は、略管状部材５０８と結合されまたは一体に形成された端部部材５０４、５０６を有する、略円筒形のハウジングまたはケーシング５０２を含む。（例えば、略円形のディスクの形態の）多孔性金属部材５２１がハウジング５０２の端部５０４と接触して設けられ、略管状の多孔性金属部材５２１がハウジング５０２の略管状の部材５０８と接触して設けられている。略円形のディスクまたはシリンダー５１０および略円形のリング５１２、５１４、５１６の形態の吸着材料が、多孔性金属部材５２２、５２３、および５２４によって、互いに離間されている。
【００５４】
[0088]  吸着デバイス５００は、複数の層またはレベルの吸着部材、および略円形の多孔性金属ディスク５２５によって様々な層または層が離間された多孔性金属部材を含む。他の例示的な実施形態では、吸着部材（例えば、部材５１０、５１２、５１４、５１６）および多孔性金属部材（例えば、部材５２２、５２３、および５２４）は、円筒形の吸着構造の軸方向寸法全体に沿って延びることができる（すなわち、隣接する層を離間する多孔性金属ディスク５２５などの部材がないようになっている）。
【００５５】
[0089]  図１２〜１３は、多孔性部材（例えば、多孔性金属部材）が吸着材料のマトリックス内に設けられた、吸着デバイス６００を示す。吸着デバイスは、略長方形の平行六面体構成を有するハウジングまたはケーシング６０２を含むが、ハウジングのサイズ、形状、および構成は、他の例示的な実施形態によって、異なるようにすることができる。
【００５６】
[0090]  ハウジング内部には、多孔性部材または要素６２０（例えば、多孔性金属部材）を中に含む吸着材料６１０が設けられている。図示するように、多孔性部材６２０は、略円形の断面を有する細長いロッドの形態で設けられている。他の例示的な実施形態では、部材６２０は、正方形、長方形、または他の断面形状を有することができる。吸着材料６１０を離間するために、任意選択による多孔性金属プレート（図示せず）を、ハウジング６０２の１つまたは複数の内側面と接触して設けることもできる。
【００５７】
[0091]  吸着剤／多孔性金属構造の多様な他の可能な構成を考慮する際、デバイスの吸着剤容量の合計が可能な限り大きくなるように、吸着材料が吸着剤構造の内部で比較的大きい体積を占める構成を利用することが、一般に望ましい。つまり、多孔性金属のシート／リング／円筒は、吸着材料の２つの隣接するブロックを離間する方向において非常に薄いことが好ましい。吸着材料および多孔性金属（ならびに金属の多孔性）の最適な寸法は、本願の開示に基づいて、当業者の範囲内で、特定の用途に合わせて調整することができる。
【００５８】
[0092]  図７〜１３に示すような多孔性金属部材を使用する１つの有利な特徴は、金属の比較的高い熱伝導性が吸着デバイス内部での熱移動を促進し、金属の多孔性が吸着質の物質移動を促進することである。
【００５９】
[0093]  上記の実施形態に関して説明した多孔性金属材料は、あらかじめ形成された形状で設けることができ、または吸着構造の形成と同時に形成することもできる。例えば、熱分解前に（例えば、材料を穿孔することによって）「未加工」ポリマー内に孔を形成することができる。次いで、熱分解の前または後に、多孔性金属（例えば、ニッケルスポンジ材料）を孔内に設けることができる。吸着材料内部での熱伝導性を向上させるために、孔内に非多孔性金属を設けることが望ましい場合もある。多孔性および非多孔性金属材料はどちらも、吸着材料よりも高い熱移動能力を示すので、最終的な吸着材料の熱移動特性が大幅に向上し得る。
【００６０】
[0094]  吸着材料（例えば、上述の様々な例示的な実施形態を参照して説明した吸着材料）の熱移動特性を向上させるために、吸着材料内部に第２の相として、（熱分解の前または後に）異なる材料を含むことが望ましい場合がある。第２の相は、その材料内部での比較的迅速な熱伝導および収着質ガスの速い移動を可能にするために使用することができる。
【００６１】
[0095]  １つの実施形態では、第２の相の材料はダイヤモンド様炭素である。他の実施形態では、第２の相の材料に、ダイヤモンドナノ結晶またはマイクロ結晶、炭素ナノチューブ、または他の適切な炭素系または非炭素系材料を含む、他の材料を使用することもできる。１つの特定の実施形態では、第２の相の材料は、米国アリゾナ州ＴｅｍｐｅのＣｙｔｅｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから、Ｔｈｅｒｍａｌｇｒａｐｈ（登録商標）という商標で市販されている炭素繊維を含む。他の実施形態では、第２の相の材料は、ニッケル粒子、ニッケル発泡体材料、ニッケルワイヤ、金属メッシュ、金属ビーズまたは繊維、またはＣＩＰ／ＨＩＰ配列した繊維を含むことができる。他の材料を使用することもできる。
【００６２】
[0096]  第２の相の材料は、適切な方法を使用して吸着材料マトリックスの内部に設けることができ、ｉｎ  ｓｉｔｕまたはｅｘ  ｓｉｔｕで形成することができる。１つの実施形態では、第２の相の材料（例えば、ダイヤモンド様炭素などのｅｘ−ｓｉｔｕダイヤモンド材料）が、プレスおよび熱分解前に、吸着材料を形成するために使用されるポリマーと直接混合される（熱分解条件はダイヤモンド材料の酸化を防ぐように注意深く制御される）。他の実施形態では、ダイヤモンド様炭素または他の所望の第２の相の材料が比較的高温の熱分解プロセス中に形成されるように、材料内部に触媒が設けられる。
【００６３】
[0097]  様々な実施形態では、第２の相の材料を、ポリマー材料内部に設けた後にオーダーを定めることができる。例えば、音響または磁性手段（例えば、磁場用途）を使用して、第２の相の材料の粒子または繊維を配列することができる。特定の実施形態では、中に組み込まれた第２の相の材料を押出成形プロセス中にオーダーを定めるように、ポリマーブロックを押出成形することができる。粒子を配列するための他の方法を使用することもできる（例えば、熱伝導性の高い繊維をポリマーミックス内へとスピンコーティングする；ポリマーマトリックス内部の繊維を帯電させ、ポリマーがブロックまたは他の形状へとプレスされる前に、外部場によって向きを定める等）。
【００６４】
[0098]  他の実施形態では、薄い金属プレートまたはロッド（または他の所望の形状）を、熱分解前に、吸着材料を形成するために使用されるポリマー材料に組み込む。熱分解が完了すると、金属の構成要素が材料の内部に含有され、材料の熱移動が強化される。
【００６５】
[0099]  別の実施形態では、熱分解の前または後に、（例えば、材料の一部分を通る金属ロッドを作製するように）材料に１つまたは複数の孔を穿孔し、細孔を第２の相の材料で埋め戻すことによって、第２の相の材料が吸着材料に追加される。別の実施形態では、金属含有ガス分子（例えば、ＷＦ６）が材料の孔および／または細孔へと吸着され、次いで分子が熱分解される。さらに別の実施形態では、材料の孔および／または細孔に、タングステンなどの金属が堆積される。別の実施形態では、含浸された化合物（例えば、クエン酸ニッケル）が分解されると、吸着材料内に金属が残るように吸着される金属含有溶液を利用する。
【００６６】
[00100]  第２の相の材料を、吸着材料の全体にわたって比較的均一に設けることができ、または、吸着材料の選択された場所のみに設けることができる。図１４に示すように、吸着材料６００（例えば、活性炭）のシートまたはブロックには、全体にわたって均一に分布された第２の相６１０（材料内部のドットで示す）が、組み込まれている。
【００６７】
[00101]  あるいは、第２の相を、吸着材料内部の選択された場所のみに設けることができ、および／または第２の相のオーダーまたは第２の相の材料の濃度が選択された場所によって異なるように、設けることができる。例えば、第２の相の材料を、熱移動の強化が所望される場所のみに、ポリマー内に選択的に設けることができ、熱分解前にポリマーが所望の形状へと圧縮されると、第２の相の材料はその場所に残る。
【００６８】
[00102]  第２の相の材料の量および／または場所を調整することによって、吸着材料の熱容量および伝導を変化させることができる。材料の浸透限界に達すると、例えば、ダイヤモンド−ダイヤモンド接触によって、連続的な熱伝導経路を得ることができる。
【００６９】
[00103]  図１５〜１６に示す別の例示的な実施形態では、吸着剤構造７００は、吸着材料のマトリックス７２０内に設けられた熱伝導性（例えば、金属）部材７１０を含むことができる。基板に孔を穿孔し、熱伝導性材料で充填することができる。穿孔および充填する工程は、熱分解前のポリマー部材または熱分解後の吸着材料に実施することができ、孔を充填するために適切な方法を使用することができる。孔を充填する１つの方法は、孔内に金属を鋳造することである。
【００７０】
[00104]  熱伝導性材料は、材料の所望の熱伝導性および吸着材料と伝導性材料との熱膨張差を含む、どのような数の基準によっても選択することができる。１つの実施形態では、シリコンが熱伝導性材料として使用される。別の実施形態では、アルミニウムまたはアルミニウム合金、あるいは別の金属または金属合金を使用することができる。
【００７１】
[00105]  本明細書で述べた吸着冷却システムは、可動式冷凍機などの冷凍システムでの有用性を有するものとして説明したが、そのような吸着システムは、他のシステムでの有用性も考えられることに留意されたい。例えば、本明細書で様々に説明した材料を利用する吸着システムを、スイミングプールの受動冷却または加熱を行うシステムで利用することができる。別の例として、本明細書で様々に説明した材料を利用する吸着システムを、機器（例えば、検査機器、製造機器等）を冷却するためのシステムで、または家庭用空調を行うシステムで、利用することができる。吸着システムは、冷凍または冷却が所望される多種多様な他の用途で使用することもできることが理解されよう。
【００７２】
[00106]  本明細書における相対的な位置（例えば、「上」および「下」）に関する言及は、様々な要素の図中での向きを識別するために使用されているに過ぎないことに留意されたい。特定の構成要素の向きは、使用される用途によって大きく異なることがあり得ることを理解されたい。
【００７３】
[00107]  本開示では、「結合される」という用語は、２つの部材が直接的または間接的に互いに接続されることを意味する。そのような接続は、静止的な性質または可動的な性質とすることができる。そのような接続は、２つの部材、または２つの部材および１つ（または複数）の追加の中間部材を互いに単一の一体成形部品として一体形成することによって、あるいは２つの部材、または２つの部材および１つ（または複数）の追加の中間部材を互いに取り付けることによって、達成することができる。そのような接続は、永久的な性質とすることができ、または着脱可能または解除可能な性質とすることができる。
【００７４】
[00108]  ほぼ均一の細孔断面形状を有する吸着材料を作製することが望ましい場合（例えば、細孔サイズおよび細孔の数が材料の全体にわたって比較的一定である場合）、ポリマー材料のほぼ均一な加熱ができるように（例えば、約１０００℃未満の温度の対流加熱を使用して）、ポリマー材料（例えば、塩化ポリビニリデン）から形成された圧縮されたブロック、シート、または他の部材が加熱チャンバまたは炉内部に設けられる。ポリマー材料は、対流によって材料をほぼ均一に加熱するように、材料を懸架するロッドまたは他の構造と、材料の外表面のわずかな部分のみが接触するように懸架される。
【００７５】
[00109]  例示的な実施形態では、材料内部の異なるサイズの細孔および／または材料内部の異なる密度の細孔を含む細孔断面形状を有する、吸着材料（例えば、活性炭材料）を利用することが望ましい。１つの実施形態では、吸着材料の１つまたは複数の領域に、約０．５〜１．０ナノメートルの直径を有する比較的小さい細孔を形成することができ、材料の１つまたは複数の他の領域に、約１．５〜４．０ナノメートルまたはそれ以上の直径を有する比較的大きい細孔を形成することができる。
【００７６】
[00110]  多量の冷媒流体またはガス貯蔵するために、多量の比較的小さい貯蔵細孔を有する吸着材料が望ましいことがあり得るが、より大きい「フィーダー」細孔がないことによって、ガスが吸着材料の中へ、および吸着材料から外へ迅速に循環する能力が制限されることがあり、これは、ある種の冷凍システム用途では重要となることがある。提供された後で吸着された冷媒ガスを貯蔵するのにより適切な、吸着材料内部の比較的小さい細孔（例えば、約０．５〜１．０ナノメートルの直径を有する細孔）に加えて、冷媒ガスが活性炭材料を迅速に出入りするのに適切な、より大きいフィーダー細孔（例えば、約１．５〜４．０ナノメートルまたはそれ以上の直径を有する細孔）を吸着材料内部に形成することによって、吸着材料の物質移動速度（すなわち、吸着材料の中へ、および吸着材料から外へ分子の拡散する速度）を向上させることができる。材料内部の小さい細孔および大きい細孔の場所を制御することによって、吸着された冷媒ガスのための比較的大きい容量を維持しながら、効果的な物質移動のために最適化された材料を提供することが可能である。
【００７７】
[00111]  図１７〜１９は、材料の異なる領域内部に異なる多孔性を有する吸着材料を作製するための１つの方法を示す。ポリマー材料の複数の異なる層２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０が設けられている。例示的な実施形態では、２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０の層は、「未加工」（例えば、熱分解前）状態で提供され、塩化ポリビニリデン（PVDC）などのコンパクト化された材料から形成される。
【００７８】
[00112]  図１７に示すように、層２０２、２０６、および２１０は、層２０４および２０８の密度より大きい密度を有する。例えば、層２０２、２０６、および２１０は、そのような層を層２０４および２０８より高い程度に圧縮するように、より大きい圧力で圧縮することができる。例示的な実施形態では、ＰＶＤＣ層２０２、２０６、および２１０の密度を約１．５８〜１．６８ｇ／ｍｌとすることができ、層２０４および２０８の密度を約１．７０〜１．７８ｇ／ｍｌとすることができる。
【００７９】
[00113]  図１８に示すように、層２０２、２０４、２０６、２０８、および２１０は、吸着部材２００（例えば、シート、プレート、ブロック、または他の適切な構造）を形成するように、互いに接触して設けることができる。例示的な実施形態では、層は互いに積層されている。他の例示的な実施形態では、他の方法を使用して、部材２００を形成することができる。
【００８０】
[00114]  部材２００に高温で熱分解プロセスが施されるとき、熱分解中に形成される細孔の特性は、材料の密度によって異なることが考えられる。図１９に示すように、より高い密度を有するように設けられた層（例えば、２０２、２０６、および２１０）は、熱分解された構造２０２内に、より多数のより小さい細孔を有する層を形成し（例えば、層２１２、２１６、および２２０）、より低い密度を有するように設けられた層（例えば、２０４および２０８）は、熱分解された構造２０２内に、より少数のより大きい細孔を有する層を形成する（例えば、層２１４および２１８）。したがって、熱分解前に、密度の異なるポリマー材料の層を設けることによって、熱分解された部材２０２の細孔構造全体を所望するように制御することができる。
【００８１】
[00115]  他の例示的な実施形態では、様々な他の構成が可能である。例えば、図２０は、２つより多くの異なる密度を有する層を使用して（例えば、層３０２および３１０が高密度、層３０４および３０８が中間密度、および層３０６が低密度を有する）、構造３００が形成される実施形態を示す。
【００８２】
[00116]  層の数、サイズ、位置、および構成もまた、他の例示的な実施形態では異なるようにすることができる。例えば、他の例示的な実施形態では、５つより多くの、または５つより少ない層を利用することができる。図２１に示すように、３つの層４０２、４０４、および４０６が設けられ、外側層４０２および４０６は中間層４０４より低い密度を有する。中間層４０４はまた、外側層４０２および４０６より厚い厚さを有する。
【００８３】
[00117]  異なる密度を有する部材の位置もまた、他の方法で選択することができる。すなわち、異なる密度を有するシートを互いに積層するだけではなく、個々の層の内部に、より大きい、またはより小さい密度の領域を設けることができる。図２２には、異なる密度を有する２つの層５０２および５０４が設けられた吸着剤構造が示されている。より低い密度の領域５０６が層５０２内部に設けられている（例えば、層５０２内部に切込みまたは溝を形成し、その中に、領域５０６を形成するように、適切な手段を使用して、より低い密度材料を設けることができる）。
【００８４】
[00118]  図１７〜２２に関して説明した様々な領域は、同じ組成を有し（すなわち、これらは同じポリマー前駆体材料を使用して形成されている）、密度のみが異なるものとして説明したが、異なる組成および／または他の特性を有する層を設けることが望ましいこともあり得る。例えば、別の例示的な実施形態では、吸着剤構造の内部に設けられた１つまたは複数の領域（例えば、層等）が、他の領域と異なる組成を有することができる（例えば、１つのタイプのポリマー前駆体を、他のポリマーと異なるサイズ、形状、構成等を有する細孔を形成するように、熱分解することができる）。異なる密度を有する層または領域の代わりに、またはそれに加えて、異なる組成を有する層または領域を使用することができる。
【００８５】
[00119]  様々な領域または層にはそれぞれ、熱分解中にそのような領域で起きる細孔形成を変化させるように、異なる熱分解前処理を行うことができる（例えば、領域または層の様々な特性を変化させるように、異なる領域または層の内部に、前駆体および／または第２の相の材料を設けることができる）。例えば、材料の全体的な拡散率を向上させるために、熱分解前に、他のタイプの炭素、ゼオライト、またはより拡散率の高い他の材料をポリマー材料と混合することができる。
【００８６】
[00120]  別の例示的な実施形態では、熱分解後に吸着材料を熱クエンチすることによって（例えば、約−１９６℃〜５℃の温度で急速冷却することによって）、吸着材料の拡散率を変化させることができる。その際、熱分解後に吸着剤を急速冷却することによって冷媒流体（例えば、ガス）の拡散率を向上することができるように、炭素細孔構造を配列することが可能である。
【００８７】
[00121]  本明細書で説明した吸着材料の拡散率を向上する様々な方法は、システムの熱伝導性に対してマイナスの影響を及ぼすことがあるが、そのような影響は、高い熱伝導性材料を吸着材料に組み込むことによって、ある程度軽減することができる（例えば、金属、ダイヤモンド様炭素、または他の適切な材料などの材料から形成される、高伝導の充填材、プレート、ロッド等）。
【００８８】
[00122]  熱分解前に、異なる密度、組成、前処理等を有する１つまたは複数の領域または層を含む吸着剤構造を設けることによって、多種多様な実施形態が可能である。
【００８９】
[00123]  他の方法を使用して、活性炭などの吸着材料内部に、異なる細孔形成を誘導することもできる。例えば、熱分解処理中に比較的大きい細孔の形成ができるようにする様々な特徴物または構成を有するように、未加工状態のポリマー材料を設けることができる。
【００９０】
[00124]  図２３〜２４に示すように、モールドまたは他の構造のデバイス６００を使用して、他の同様のポリマー部材と配列されるとき、熱分解中に空洞または細孔の形成を行う特徴物を含む、未加工ポリマー材料を形成することができる。図２３に示すように、デバイス６００は、２つの部分６０４、６０６によって画成されるキャビティ６０２を含む。
【００９１】
[00125]  図２４に示すように、未加工ポリマー材料を成形した後、多数のポリマー材料を（例えば、図２４のポリマー部材６１０および６２０で示すように、ポリマー部材を互いに積層することによって）、互いに接触して設けることができる。
【００９２】
[00126]  ポリマー部材６１０および６２０の構成は、１つまたは複数の空間６３０が部材間に形成されるようになっている（この概念を示すために、ポリマー部材６１０および６２０の部分が拡大して示されている；部材間の空間のサイズは約１〜１００マイクロメートルであり、様々な例示的な実施形態によって、空間の特定のサイズ、形状、構成、および他の特徴物は、異なるようにすることができる）。
【００９３】
[00127]  熱分解中、隣接するポリマー部材は互いに融合し、バルク材料内部に細孔を形成する。熱分解中、ポリマー材料内部に比較的小さい細孔を形成することができるが、隣接する材料間の空間（例えば、図２４に示す空間６３０）は、熱分解された材料内部に比較的大きい細孔を形成するように作用することができる（例えば、図２５に細孔６４０として示す）。
【００９４】
[00128]  細孔形成を誘導するための特徴物を有する未加工ポリマー部材は、成形以外の方法を使用して作製することもできる。例えば、例示的な実施形態では、比較的平坦な、またはテクスチャ加工されていないポリマー部材（例えば、シート）を形成することができ、その後、熱分解中に細孔形成を誘導するための特徴物を含むように、部材を修正することができる。
【００９５】
[00129]  図２６は、熱分解中に、細孔形成を誘導するようにシートに特徴物を形成するように処理された、未加工ポリマー材料のシート７００を示す。図２６に示すように、特徴物７０４が設けられたローラ７０２の形態の部材を使用して、（例えば、「波形」または「小波形」構成を有するように）シート７００の構造を修正する。他の例示的な実施形態では、ポリマー材料に実施される修正は、異なるようにすることができる（例えば、材料に切込みを形成する等）ことに留意されたい。
【００９６】
[00130]  ポリマー材料の構造を修正した後、修正された構造を使用して、その後熱分解が施されることになる部材または要素（例えば、未加工ポリマー体または構造）を形成することができる。図２７に示すように、次いでシート７００を丸め、または巻き付けて、構造７１０を形成することができ、その後プレスまたは圧縮して、熱分解が施されることになる未加工体を形成することができる。未加工ポリマー材料が所望の形状の部材へと圧縮されるとき、修正されたシート７００の構造は、構造７１０の内部に空洞または空間を形成する。図２８に示すように、その後の熱分解によって吸着材料７２０の内部に比較的大きい細孔７２２が形成される（熱分解処理の結果、より小さい細孔も含むようになる）。
【００９７】
[00131]  他の例示的な実施形態では（例えば、図２９に示すように）、修正されたシート７００を他の同様のシートとともに折り畳み、または積み重ねて、構造７３０を形成することができ、その後プレスまたは圧縮して、熱分解が施されることになる未加工体を形成することができる。図３０に示すように、その後の熱分解によって吸着材料７４０の内部に比較的大きい細孔７４２が形成される（熱分解処理の結果、より小さい細孔も含むようになる）。
【００９８】
[00132]  別の例示的な実施形態では、定義された形状のあらかじめ形成された未加工ポリマー材料をともにプレスして、その後熱分解が施されることになる未加工体を形成することができる。あらかじめ形成された材料が圧縮されるとき、材料の形状によって、材料の間に空間または間隙が形成されることになり、未加工体が熱分解されると、最終的な吸着材料の内部に細孔が形成される。
【００９９】
[00133]  例を使用して、略円形または楕円形の多数のポリマー部材８１０を図３１に示す。部材８１０を圧縮して、その後熱分解が施されることになる未加工体を形成するとき、これらの部材が円形形状であるため、隣接する部材８１０間に空間または空洞が形成される。熱分解中、ポリマー材料内部に小さい細孔が形成され、部材８１０間の空間によって、図３２に示すように、吸着材料８１４内により大きい細孔８１２が形成されることになる。
【０１００】
[00134]  図３１〜３２は略円形または楕円形のポリマー部材の使用を示すが、他の例示的な実施形態では、他の形状を使用することができる。例えば、図３３〜３４は、略長方形部材８２０を使用して吸着材料８２４内に細長い細孔８２２を形成することを示し、図３５〜３６は、細長い部材８３０を使用して吸着材料８３４内に細長い細孔８３２を形成することを示す。あらかじめ形成されたポリマー部材は、他の例示的な実施形態では、他のサイズ、形状、または構成を有することができる。
【０１０１】
[00135]  別の例示的な実施形態では、吸着材料内部に比較的大きい細孔の形成を促進するために、犠牲材料または除去可能材料（例えば、材料内に空洞、溝等を形成するように、熱分解が実施される前、間、または後に、除去することのできる充填材材料）をポリマー材料内部に含むことができる。
【０１０２】
[00136]  図３７〜４２は、ポリマーマトリックス内部に設けられた、様々な構成の犠牲材料を示す（簡略性のために、構成または組成にかかわらず、すべての犠牲材料を参照符号９０２として示し、すべてのポリマーマトリックスを参照符号９０４として示す）。
【０１０３】
[00137]  図４３〜４５は、ポリマー部材９１４の表面上にロッドまたは管の形態で設けられた犠牲材料９１２を含む構造９１０の使用を示す。図４４に示すように、構造９１０と同様の複数の構造が互いに圧縮されてポリマー材料の未加工体９１１を形成するとき、犠牲材料９１２がポリマーマトリックス内部に設けられる。図４５に示すように、その後熱分解されると、吸着材料９１６内部に溝または空洞９１８が形成される。図４３〜４５に示す方法は、多種多様なサイズ、形状、および構成の犠牲材料およびポリマー部材とともに利用することができ、図４３〜４５に示す実施形態は、他のそのような構成に関する概念を制限するものではない。
【０１０４】
[00138]  熱分解プロセスの後、または熱分解プロセスと同時に、適切な手段を使用して（例えば、灰化する、化学物質を使用して犠牲材料を溶解する、吸着材料から容易に除去可能な異なる材料へと変換する、または他の方法によって）、吸着材料内部に細孔または空洞を形成するように、吸着材料から犠牲材料を除去することができる。犠牲材料を除去する方法は、使用される犠牲材料のタイプを含む様々な要因に依存することができる。
【０１０５】
[00139]  １つの例示的な実施形態では、図３７〜４５に関して説明した犠牲材料は、アルミニウム（例えば、アルミニウムウィスカまたは他のタイプの粒子）などの材料から形成することができる。次いで、塩化水素ガスを、アルミニウムと反応して、熱分解中またはその後の加熱処理中に高温で生成されるガスであるＡｌＣｌ３を形成するように、気相（例えば、PVDCの熱分解のため）として供給し、または構造内へと導入することができる。ＡｌＣｌ３ガスは、吸着材料内に形成された細孔から排出され、吸着材料に細孔、溝、または他の構造を残すことができる。他の例示的な実施形態では、犠牲材料は、水または別の溶媒を使用して溶解することができるイオン塩など、他の材料から形成することもできる。さらに他の例示的な実施形態では、犠牲材料は、吸着材料から分解および除去することができる炭酸塩から形成することもできる。
【０１０６】
[00140]  犠牲材料の除去は、熱分解の前、間、または後に、適切な手段を使用して行うことができ、犠牲材料のサイズ、形状、構成、および組成は、他の例示的な実施形態では異なることができることに留意されたい。
【０１０７】
[00141]  他の方法を使用して、比較的大きいサイズの細孔を吸着材料に形成することもできる。例えば、熱分解前に、全く新規に熱分解した炭素またはビーズ状炭素をポリマー材料に追加することができる。炭素は、適切な方法を使用して追加することができる。例示的な実施形態では、追加された炭素の分布を制御することが望ましいことがあり、ビーズおよび空洞の濃度がポリマー材料の外側面で最も高くなるようにビーズ濃度を分布させるために、プレス前に金型を回転させることができる。
【０１０８】
[00142]  どのような適切な炭素ビーズ材料も使用することができる。１つの例示的な実施形態では、比較的大きいサイズのビーズ（例えば、約３５０〜４５０マイクロメートルのサイズのKureha BAC G70R）および／または比較的小さいサイズのビーズ（例えば、約１２０および１５０マイクロメートルのサイズのTakachiho ABF14-03）を、ポリマーに追加することができる。これらの材料は、微小多孔性を維持するが、ポリマーの熱分解により材料と炭素構造との間に空洞空間を追加する作用ももたらす。
【０１０９】
[00143]  さらに別の例示的な実施形態では、放電またはレーザーアブレーションを使用して、熱分解前に、活性炭前駆体（例えばポリマー材料）に、制御された直径および深さの孔を生成することができる。レーザーアブレーションは、エキシマー、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＣＯ２などのレーザー源から非常に強いレーザーの非常に短いパルスを使用し、材料の残りの部分に大きな熱移動を与えずに、材料を昇華させ除去する。このプロセスを熱分解工程の前または後に使用して、ガスの移動を高めるために、設計された構造の孔および溝を形成することができる。
【０１１０】
[00144]  熱分解前に、放電によって、分枝状の溝構造を形成することができる。誘電破壊強度を上回る高電圧をポリマーに印加することによって、材料の一部は放電経路で物理的および化学的変化を受ける。放電は、ポリマー類似体の一部が炭化し劣化して破壊される樹状パターンを形成する。熱分解プロセスが完了した後、これらの構造は、モノリス内でガスがより迅速に移動するための経路をもたらす。
【０１１１】
[00145]  別の例示的な実施形態では、熱分解中に形成された細孔は、中程度の熱処理でより多くの反応性アモルファス炭素を酸化し、より速いガス移動速度のための通路を開く酸化剤（例えば、過酸化水素）に炭素を含浸することによって、修飾することができる。他の方法は、吸着剤の内部ではなく縁部での細孔の酸化を制御するように、高温で吸着剤へと拡散する酸素の時間依存性の分布を使用することを含む。さらに別の例示的な実施形態では、孔を「ブロー」し、吸着材料の細孔構造を開けるように、極性ガスを炭素に吸着し、次いで（例えば、マイクロ波熱を使用して）加熱することができる。
【０１１２】
[00146]  上記方法の代わりに、またはそれに加えて、図４６〜４７に示すように、あらかじめ定められた方向の物質移動を向上させるように吸着材料の構造を修正することができる。図４６では、吸着剤構造１０００が、吸着材料の表面と隣接または接触して設けられた２つの金属プレート１０２０、１０２２を有する、活性炭などの吸着材料１０１０を含む。ガス流の方向（図４６に矢印で示す）の物質移動を促進するために、吸着材料１０１０には、図４７（図４６の線Ａ−Ａに沿って見た吸着材料１０１０の断面図）に示すように、流体（例えば、ガス）流の方向に材料を通って延びる溝が形成される。溝は、比較的小さい直径（例えば、約１〜１００マイクロメートル）を有することができ、適切な断面形状（例えば、円形、楕円形、三角形、菱形、正方形、長方形等）を有することができる。１つの例示的な実施形態では、吸着材料が流体（例えば、ガス）流の方向から見て「ハニカム」構成を有するように、溝が設けられる。
【０１１３】
[00147]  例示的な実施形態では、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの犠牲材料から形成される構造を使用して、（例えば、アルミニウムのハニカム構造として）溝の構造を画成することができる。未加工ポリマーを、（例えば、液体のポリマーを構造の選択された場所へと流し、凝固させることによって）構造内部の選択された場所に導入することができる。熱分解の間または後に、塩化水素ガス（ＨＣｌ）を、アルミニウムと反応して、吸着材料のマトリックス内部に形成された溝を残して吸着材料から除去することができるＡｌＣｌ３ガスを形成するように、供給または導入することができる。他の方法を使用して（例えば、後に水または別の溶媒によって溶解することのできる塩などの材料の管またはロッドを導入することによって）、マトリックス内部に溝を形成することもできる。
【０１１４】
[00148]  吸着材料からガスの吸着および脱着を促進するために、吸着材料の１つまたは複数の外表面に溝または切込みを形成することが望ましいことがある。そのような方法を達成することができる１つの方法には、エッチング技術（例えば、フォトリソグラフィエッチング技術）の使用がある。
【０１１５】
[00149]  図４８に示すように、基板１１００（ポリマー前駆体または熱分解後の吸着材料のいずれか）は、表面にフォトレジスト材料１１１０の層が設けられている。以下の例はポジティブ型フォトレジストの使用を参照して説明するが、他の例示的な実施形態では、ネガティブ型フォトレジストを使用することもできることを理解されたい。
【０１１６】
[00150]  図４８では、フォトレジスト１１１０は選択的に放射源に露出され、フォトレジスト１１１０の領域１１１２を現像液材料中でより溶解しやすくする化学変化を起こすようになっている。図４９では、下にある基板１１００の部分を露出するようフォトレジスト１１１０の領域１１１２を選択的に除去するように、現像液が塗布される。
【０１１７】
[00151]  図５０に示すように、次いで、基板１１００の露出された部分は、基板１１００に特徴物１１０２（例えば、トレンチ、切込み、溝等）を形成するように、適切な方法を使用してエッチングされ、その後、図５１に示すようにフォトレジスト１１００は剥離される。
【０１１８】
[00152]  特徴物１１０２は、材料内部の密度損失を最小限に抑えながら、吸着材料内の物質移動を向上するためのものである。図５１に示すもののように、エッチングされた特徴物を含む吸着材料の層は、互いに接触して設けることができ、特徴物（例えば、溝）によって、選択された場所において吸着材料の中へ、および吸着材料から外へと物質移動が可能になる。
【０１１９】
[00153]  例示的な実施形態では、冷媒流体（例えば、ガス）の物質移動を可能にするように、吸着材料の少なくとも１つの表面に複数の溝が形成される。他の例示的な実施形態では、特徴物の他の構成を使用することもできる。エッチングされた特徴物の数、サイズ、形状、間隔、構成、および他の特性は、所望される性能特性および他の特徴によって、異なるようにすることができる。１つの例示的な実施形態では、比較的小さいサイズ（例えば、約１００ナノメートル〜１００マイクロメートル深さおよび約１００ナノメートル〜１００マイクロメートル幅）の特徴物を有することができる。
【０１２０】
[00154]  本発明の様々な実施形態では、吸着材料（例えば、炭素モノリス、シート、ブロック、または他の構造）は、非均一の細孔断面形状を含むように作製することができる。そのような構造は、吸着材料に、１つの方向では所望するレベルの熱伝導をもたらし、別の方向（例えば、第１の方向に直交する方向）では所望するレベルの物質移動または材料移動をもたらすことができる。言い換えると、吸着剤は、単一の吸着材料内で比較的迅速な熱伝導および比較的速い収着質ガスの移動の両方を可能にする材料を提供するように製造することができる。
【０１２１】
[00155]  様々な実施形態では、細孔のサイズおよび／または数は、吸着材料内部で異なるようにすることができる。例えば、材料内部の第１の領域と第２の領域との間に勾配を形成し、より少数のより大きい細孔が第１の領域に形成され、より多数のより小さい細孔が第２の領域に形成されるようにすることができる。例示的な実施形態では、第１の領域と第２の領域との間で細孔サイズの緩やかな変化があり得る。
【０１２２】
[00156]  図５２は、１つの例示的な実施形態による、圧縮されたポリマー材料から形成される基板２００を示す。図５２に示すように、基板２００は、材料内部に細孔を形成し、材料を活性化する（例えば、分子力を使用して材料を吸着させる）ように、熱分解されるために加熱チャンバまたは炉２２０内部に設けられている。図５２の曲線矢印で示すように、従来の活性炭形成方法と同様に、対流熱がブロック２００に加えられる。
【０１２３】
[00157]  基板２００の熱分解中にもたらされる対流熱に加えて、プレート、ブロック、ロッドの形態（または他の適切な形状）の１つまたは複数の部材または要素（部材２１０、２１２として示す）が、熱分解中に、基板２００の１つまたは複数の表面と接触して設けられる。部材（例えば、部材２１０、２１２）を使用して、基板２００内部に温度勾配および／または局所的に加熱または冷却する領域を形成することができ、これにより、基板２００の全体にわたって非均一な細孔断面形状を形成することができる。一般的に、基板２００内部のより高温の領域は最初に熱分解すると予測され、さらに高密度になり、または熱分解生成物がより低温の領域を通ってガスを放出することができ、したがってより高温の領域にはより小さい細孔が形成される。他の例示的な実施形態では、部材２１０、２１２に加えて、または部材２１０、２１２の代わりに、炉内に温度勾配を形成して、材料内部の温度勾配を形成することができる。
【０１２４】
[00158]  例示的な実施形態では、部材２１０、２１２は、ワークピースと反応することなく、部材２１０、２１２と基板との間で比較的高い熱移動が行われるように選択された、セラミックまたは金属材料（例えば、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ６００）などの材料から形成される。
【０１２５】
[00159]  例示的な実施形態では、部材２１０、２１２は、チャンバ２２０内部の周辺空気の温度より高い温度で設けられる。例えば、チャンバの温度が約２６０〜２８０℃である場合、部材２１０、２１２は、約３００〜３４０℃の温度で設けることができる。他の例示的な実施形態では、チャンバおよび部材の温度は、基板２００内部に形成される所望の細孔断面形状を含むどのような数の要因によっても、異なるようにすることができる。
【０１２６】
[00160]  図５２に基板２００の陰影で概略的に示すように、基板２００内部の細孔のサイズおよび／または形状は、部材２１０、２１２に近い領域または場所２０２、２０４と、部材２１０、２１２から離れた領域または場所２０６（基板２００の中央部分として示す）とでは異なる。例えば、例示的な実施形態では、領域２０２、２０４には直径約０．５〜１．０ナノメートルの比較的小さい細孔を形成することができ、領域２０６には直径約１．５〜４．０ナノメートルまたはそれ以上の比較的大きい細孔を形成することができる。接触加熱方法でも、基板２００内部の選択された場所に異なる数の細孔を形成することができることを理解されたい。
【０１２７】
[00161]  基板２００内部の領域間（例えば、領域２０６と領域２０２、２０４との間）の変化は、比較的滑らかな変化とすることができ、または、部材２１０、２１２からあらかじめ定められた距離で細孔のサイズおよび／または形状を比較的急に変化させることができる（例えば、部材２１０、２１２からある程度離れた距離での伝導加熱は、部材２１０、２１２によってもたらされる接触加熱の効果を上回ることができ、部材２１０、２１２付近の領域を除いて、基板２００内部に比較的均一の細孔サイズおよび／または形状が形成される）。
【０１２８】
[00162]  熱分解中に、基板の１つまたは複数の表面と接触して設けられた部材のサイズ、形状、構成、数、および温度は、様々な他の例示的な実施形態によって、異なるようにすることができる。例えば、１つより多い部材を、基板２００の表面（または複数の表面）と接触して設けることができる。部材は、基板２００の所定の表面の全部または画成された部分をカバーすることができる。
【０１２９】
[00163]  部材２１０、２１２は、チャンバまたは炉２２０内部の温度を超える温度で提供されるものとして説明したが、他の例示的な実施形態では、部材２１０、２１２は、周辺空気の温度より低い温度で提供することもできる。言い換えると、部材は、基板２００内部での比較的低温のゾーンの形成に関与することができる。周辺空気より低温の１つまたは複数の部材を利用することは、周辺空気より高温の部材を利用することによって予測される効果とは反対の効果を有する（例えば、基板内部のより高温の領域と比較して、より大きい細孔が形成される）ことが予測される。さらに他の例示的な実施形態では、基板２００の一部分を局所的に冷却する部材および基板２００の一部分を局所的に加熱する部材の組み合わせを使用して、基板２００内部の所望の細孔断面形状を得ることができる。
【０１３０】
[00164]  基板２００内部の様々な場所の細孔のサイズおよび／または形状は、様々な例示的な実施形態によって、異なるようにすることができる。例えば、図５２に示すように２つの部材２１０、２１２を使用する代わりに、異なる数の部材を使用することもできる。本開示を読めば明らかなように、部材のサイズ、形状、位置、および／または温度を変えることによって、炭素ブロック内部の細孔の分布にも影響を与えることができる。
【０１３１】
[00165]  図５２に関して説明した部材２１０、２１２の代わりに、またはそれに加えて、図６に灰色矢印で示すように、基板２００内部に非均一の細孔断面形状を形成するように、方向を定められた放射加熱（例えば、レーザー、赤外線熱源、および／またはマイクロ波加熱を使用する）を熱分解中に使用することもできる。そのような放射加熱は、基板２００の１つまたは複数の表面の全部または一部分にわたって、集中または放散させることができる。図５３に示すように、基板２００内部の細孔断面形状は、図５２に関して説明したように部材２１０、２１２を使用して形成されたものと同様である。他の例示的な実施形態では、所望の通りに多様な細孔の断面形状を得るために、他の加熱方式を利用することができる（例えば、図５４に示すように、放射加熱（グレー矢印で示す）に加えて、基板の１つまたは複数の部分は、その部分を加熱または冷却するために接触して設けられた部材（例えば、部材２１４、２１６）を有することができる）。
【０１３２】
[00166]  放射加熱によって、基板の表面の比較的迅速な加熱が可能になり、熱が基板内部のあらかじめ定められた面積および／または深さに浸透するように調整することが可能である。放射加熱のパルスの強度および長さによって、ワークピースにもたらされる熱特性を制御することができる。方法は非接触であるため、複雑な形状に使用することができ、より複雑な温度、したがって熱分解反応を生じるように、１つの面の内部の領域を選択的に加熱することができる。基板の残りの部分を処理して吸着剤を形成する前に、例えば、熱分解、加熱、粒子状材料のフレーム溶射、可溶性および不溶性材料を含む複合基板からの可溶性材料の浸出、マイクロアブレーション処理、または他の適切な技術によって、基板上および／または基板内部の選択された場所に所望の性質の多孔性を生成または形成することができる。特定の実施形態では、基板の残りの部分は、そのようなさらなる処理が必要であることも必要でないこともあり、一体化された複合層を形成する多孔性部材として機能することができるが、本発明の広範な範囲内には、多層の複合構造も企図されていることを理解されたい。
【０１３３】
[00167]  図５２〜５３に示すように、例示的な実施形態では、接触加熱および／または放射加熱は、同時に実施することができ、または対流加熱後に実施することができる。
【０１３４】
[00168]  基板２００内部に非均一な細孔断面形状を形成することの１つの有利な特徴は、冷媒流体（例えば、ガス）を貯蔵するための適度な数の場所を維持しながら、基板の物質移動を向上させられることである。例えば、比較的大きい細孔（例えば、約１．５〜４．０ナノメートルまたはそれ以上の直径を有する細孔）は、冷媒流体（例えば、ガス）が活性炭材料を迅速に出入りできるようにするのにより適しており、比較的小さい細孔（例えば、約０．５〜１．０ナノメートルの直径を有する細孔）は、吸着された冷媒流体（例えば、ガス）が吸着材料内部にもたらされた後に、冷媒流体を貯蔵するのにより適していると考えられている。言い換えると、大きい細孔は冷媒流体（例えば、ガス）を吸着材料の中へ、および吸着材料から外へと迅速に循環するために使用され、小さい細孔は、冷媒流体（例えば、ガス）がより大きい細孔を通って吸着材料内へと導入された後に、冷媒流体を貯蔵するように作用する。材料内部の小さい細孔および大きい細孔の場所を制御することによって、吸着された冷媒流体（例えば、ガス）のための比較的大きい容量を維持しながら、効果的な物質移動にも最適化された材料を提供することが可能になる。
【０１３５】
[00169]  吸着材料（例えば、活性炭または別の適切な材料のブロック、シート、モノリス等）の内部構造を変えるために、任意選択により、熱分解後処理を実施することができる。例えば、追加の熱、機械、および／または化学的プロセスを使用して、吸着材料の拡散率または物質移動特性を変化させることができる。そのような処理は、均一または非均一の細孔断面形状を有する吸着材料とともに使用することができる。
【０１３６】
[00170]  １つの例示的な実施形態では、吸着材料（例えば、活性炭）は、水蒸気またはメタノール蒸気などの蒸気を、材料の細孔へと導入した後、約０℃未満の温度にすることができる。他の適切な蒸気には、イソプロピルアルコールなどの極性分子を含む。図５５は、蒸気３１２がもたらされる容器３１０内部に設けられた、活性炭または別の適切な材料のブロックまたはモノリスの形態の吸着材料３００を示す（蒸気は容器３１０内のドットで示す）。
【０１３７】
[00171]  凍結すると、蒸気分子の膨張は、細孔のサイズを拡張し、および／または他の方法で活性炭材料の内部構造を変化させるように作用することができる。例えば、例示的な実施形態では、水蒸気の凍結によって、細孔のサイズ（例えば、直径）が増加することができる。別の例示的な実施形態では、水蒸気の凍結は、細孔の形状および／または隣接する細孔間の距離を変化させるなど、材料内部の他の構造的変化に影響を及ぼすことができる。
【０１３８】
[00172]  蒸気は、活性炭材料が凍結温度より低くなる時点より前に、細孔内へと導入することができ、その後、水が活性炭材料から蒸発する加熱処理中に、細孔から除去することができる。適切な方法を使用して、蒸気を材料の細孔へと導入することができる。さらに、高圧を使用して（例えば、加圧された容器および不活性ガス雰囲気を使用して）、蒸気を材料内へと導入することを促進し、および／または、凍結工程を完了することができるまで、蒸気を材料内部の所望の場所に維持することができる。
【０１３９】
[00173]  例示的な実施形態では、蒸気は、吸着材料全体にわたってほぼ均一に導入される。したがって、蒸気のその後の凍結は、材料の全体にわたって比較的均一に、細孔のサイズ、形状、および／または位置を変化させるように作用することができる。
【０１４０】
[00174]  別の例示的な実施形態では、蒸気が活性炭材料の選択された領域のみに導入される場合、そのような領域の吸着材料の細孔構造を制御可能に変化させる（例えば、細孔サイズを増大させるのみ、または材料内部の選択された場所の細孔構造を他の方法で変化させる）ことが可能になり得る。例えば、材料の１つまたは複数の表面を、蒸気に耐性のある材料でカバーまたはマスクして、材料のカバーまたはマスクされていない場所のみに、蒸気が浸透するようにすることができる（例えば、図５６で、蒸気が吸着材料の上面、下面、前面、および後面のみに浸透することができるように、材料３００の２つの表面をカバーしている、任意選択によるマスク３２０、３２２を参照）。カバー／マスクする工程に加えて、またはその代わりに、材料が露出される蒸気の量を制限、蒸気があらかじめ定められた時間長さの後で凍結するようにシステムの温度および／または圧力を制御することによって、および／または現在既知の、または後に開発され得る他の適切な方法によって、蒸気が材料へと浸透する深さを制御することができる。
【０１４１】
[00175]  吸着材料の細孔構造は、高温で膨張する材料を使用して修飾することもできる。例示的な実施形態では、強い双極子を有するガス（例えばＮＨ３）が多孔性の炭素モノリスへと吸着される。充填されたモノリスは、ガス吸収の１つに合わせて調整されたＲＦ源へと導入され、それにより吸着材料の現在の細孔構造内部で急速に加熱される。ガスの局所的な圧力は温度とともに上昇し、細孔構造を開かせ、または細孔間の相互連結のいくつかに機械的破壊を起こさせる。より大きく開いた構造によって、より速いガスの移動が可能になるが、熱伝導性質の低下は限られる、と考えられている。ＲＦ加熱中に強い磁場を加えることによって、双極子の動きを抑制し、細孔を優先的な方向に修飾するように作用することができる。
【０１４２】
[00176]  別の熱分解後プロセスは、吸着材料の炭素吸着容量を増やす化学的処理の使用を含み、化学的処理は、均一または非均一の細孔断面形状を有する、および／または他の熱分解後処理を施された（例えば、細孔サイズおよび／または形状が、上記のように凍結された蒸気を使用して、または熱分解後の熱処理など他の方法を使用して修正された）、吸着材料とともに使用することができる。
【０１４３】
[00177]  例示的な実施形態では、吸着材料の全部または一部分が、官能基（例えば、アンモニアまたは他の適切なガスの吸着を高めるための含窒素官能基）を有するように修飾される。吸着材料内部に官能基を有することの１つの有利な特徴は、吸着材料の容量が体積ベースで増加することである。これは、より少数の大きい細孔を有する材料は、より多数のより小さい細孔を有する材料より、吸着面積が小さいため、細孔の全部または一部分が比較的大きいサイズ（例えば、１．５〜４．０ナノメートルまたはそれ以上）を有する吸着材料では、有利となり得る。吸着材料の利用可能な部位における吸着の効率を上げることによって、容量損失の一部を軽減することができる。
【０１４４】
[00178]  アンモニア（ＮＨ３）冷凍剤で使用するための活性炭吸着材料に関して、含窒素前駆体（例えば、ＮＨ３、尿素（ＮＨ２ＣＯＮＨ２）、および他の含窒素有機および無機化合物）を使用して炭素表面を修飾することによって、容量を改善することができる。他の適切な前駆体（例えば、オゾンまたは過酸化ベンゾイルなどの有機過酸化物などの含酸素前駆体）を使用して、ＮＨ３吸着の親和性を高めることもできる。さらに、異なる吸着材料および／または異なる冷媒ガスが使用される他の例示的な実施形態では、吸着材料の表面の修飾は、異なる官能基の付加を含むことができる。
【０１４５】
[00179]  吸着材料の個々の細孔の表面を、官能基を形成するように修飾するために、吸着材料は、所望の前駆体（例えば、尿素）の存在下で、高温（例えば、室温〜２０００℃の温度、より好ましくは約４００〜８００℃、および最も好ましくは約２００〜４００℃）に加熱される。処理は、流水式（反応種が処理条件下で蒸気の形態の場合）または静止システムで（例えば、炭素および固体尿素粉末を容器内で混合し加熱することによって）、実施することができる。吸着材料を加熱する前、または加熱プロセス中に、前駆体をシステムへと導入することができる。
【０１４６】
[00180]  高温で提供された前駆体を使用して吸着材料の細孔の表面を修飾する工程は、熱分解プロセスの一部として、または熱分解プロセスの完了後に、実施することができる。例えば、熱分解プロセス中に、ガスが吸着材料に形成された細孔へと導入されるように、ガスを含む官能基をチャンバ内へと導入することができる。
【０１４７】
[00181]  例示的な実施形態では、所望の官能基を含む前駆体を、吸着材料の全体にわたって比較的均一に浸透するように設けることができ、または、（例えば、マスキング法を使用して、および／または所望の種を吸着材料へと浸透する深さを制御することによって）吸着材料の選択された部分のみの容量を制御可能に改善するように、吸着材料の選択された場所のみに導入することができる。
【０１４８】
[00182]  図５５および５６は、３１２が所望の官能基前駆体を含む種を示す場合（上述のように蒸気を示すのではなく）、吸着材料の容量を変化させるための化学的処理の使用を示すために使用することもできることに留意されたい。
【０１４９】
[00183]  吸着材料の物質移動特性を変化させるために使用することができる別の化学的処理は、吸着材料内部から残渣材料を除去することである。例えば、ポリマーなど含炭素材料を使用して、活性炭材料を形成することができる場合、細孔構造内部にいくらかの量の残渣炭素が残ることがある。残渣材料は、細孔を通る冷媒流体（例えば、ガス）の拡散を遅くするように作用する（例えば、道路で路上の障害物によって交通が渋滞するのと同様である）。
【０１５０】
[00184]  残渣炭素材料が細孔内部に含まれることがある例示的な実施形態では（例えば、アモルファス炭素）、吸着材料が含酸素雰囲気下で約１５０〜２００℃の温度で加熱される低温の酸化工程を吸着材料に施すことによって、残渣炭素材料を除去することができる。この酸化工程によって、カルボキシ（−ＣＯ３Ｈ）およびフェノール（−ＣＯＨ）種などの含炭素／酸素種が形成される。次いで、適切な方法を使用して（例えば、種を分解し、ＣＯおよびＣＯ２ガス分子が炭素構造から放出されるように、吸着材料を約７００〜９００℃のより高温に加熱することによって）、含炭素／酸素種を吸着材料から除去することができる。
【０１５１】
[00185]  本開示を読めば、吸着材料の細孔から残渣材料を除去するプロセスは、均一または非均一の細孔断面形状を有する、および／または他の熱分解後処理を受けた（例えば、細孔サイズおよび／または形状が、上記のように凍結された蒸気を使用して、または熱分解後の熱処理など他の方法を使用して修正された）、吸着材料とともに使用することができることが理解されよう。
【０１５２】
[00186]  本明細書で説明した概念は、適切な方法で互いに組み合わせることができることに留意されたい。例えば、吸着剤構造は、接触加熱を使用して、構造の表面付近の細孔構造を修正するように作製することができ、本明細書で説明したように細孔構造をさらに修正するように、その後の工程を行うことができる。
【０１５３】
[00187]  したがって、本発明は、広範な実施形態の範囲内に、多様な特定の実施形態を企図している。本発明の特定の実施形態は、以下で説明する例示的な実施形態を含む。
【０１５４】
[00188]  吸着構造に関する１つの特定の実施形態は、吸着材料から形成される少なくとも１つの吸着部材と、吸着部材の一部分と接触して設けられ、吸着部材のその部分でガスが出入りすることができるようにする少なくとも１つの多孔性部材とを含む。
【０１５５】
[00189]  そのような吸着構造は、吸着部材と接触して設けられ、吸着部材と熱移動流体との間で熱を移動するように構成された少なくとも１つの熱伝導性部材をさらに含むことができる。そのような構造の熱伝導性部材は、金属を含むことが有利である。
【０１５６】
[00190]  別の実施形態では、上記の吸着構造は、吸着材料が活性炭を含むように配置され、少なくとも１つの多孔性部材が多孔性金属を含み、多孔性金属はニッケル、アルミニウム、銅、および合金およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。そのような構造の多孔性金属は、特定の実施形態では、約２５〜６０パーセントの多孔性を有する。
【０１５７】
[00191]  上記で広範に説明した吸着構造の別の実施形態では、少なくとも１つの多孔性部材が、吸着部材の少なくとも１つの表面と接触して設けられる多孔性金属プレートを含む。
【０１５８】
[00192]  上記で広範に説明した吸着構造の別の実施形態は、多孔性金属部材によって互いに離間された、複数の吸着部材を含む。
【０１５９】
[00193]  上記で広範に説明した吸着構造の他の実施形態は、吸着材料のマトリックスに組み込まれた、複数の多孔性金属部材を含む。
【０１６０】
[00194]  上記で広範に説明した吸着構造のさらに他の実施形態は、吸着材料の熱移動特性を高めるために吸着材料内部に設けられた材料をさらに含み、吸着材料の熱移動特性を高めるための材料は、吸着材料内部に設けられた金属である。
【０１６１】
[00195]  そのような吸着構造では、吸着材料の熱移動特性を高めるための材料は、吸着材料内部に第２の相として設けることができる。そのような構造における吸着材料の熱移動特性を高めるための材料は、ダイヤモンド様炭素、ダイヤモンドナノ結晶、ダイヤモンドマイクロ結晶、および炭素ナノチューブからなる群から選択される材料を含むことができる。別の変形形態では、吸着構造は、複数の実質的に配列された繊維を含む、吸着材料の熱移動特性を高めるための材料とともに配置することができる。
【０１６２】
[00196]  本発明の別の特定の実施形態は、吸着構造を作製するための方法に関し、方法は、多孔性材料を、冷媒流体を貯蔵および移動することができるように構成された吸着材料の表面と接触して設け、多孔性材料によって冷媒流体が吸着材料の表面を横断することができるようにする工程と、吸着材料と熱移動流体との間で熱を移動するように構成されている少なくとも１つの熱伝導性部材を、吸着部材と接触して設ける工程とを含む。
【０１６３】
[00197]  そのような方法は、吸着材料内部に、吸着材料の熱移動特性を高めるように材料を設ける工程をさらに含むことができる。方法は、吸着材料の熱移動特性を高めるための材料を配列する工程をさらに含むことができ、配列する工程は、外側磁場を利用する。
【０１６４】
[00198]  特定の実施形態では、本発明の吸着式冷凍システムは、少なくとも１つの吸着部材を含む吸着構造と、少なくとも１つの吸着部材と接触する少なくとも１つの多孔性部材と、吸着部材と接触して設けられた熱伝導性部材とを含み、熱伝導性部材は、熱を吸着部材へ、および吸着部材から移動するように構成されており、多孔性金属部材は、冷媒流体が吸着材料を出入りすることができるように構成されている。
【０１６５】
[00199]  そのような吸着式冷凍システムは、多孔性部材の少なくとも一部分が約２５〜４０パーセントの多孔性を有するように配置することができる。
【０１６６】
[00200]  そのような吸着式冷凍システムは、冷媒流体によって冷却されたチャンバを含むこともできる。
【０１６７】
[00201]  別の実施形態では、上記で説明した吸着式冷凍システムは、塩化ポリビニリデン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリフルフリルアルコール、ココナツ殻、ピーナツ殻、モモ種子、オリーブ種子、ポリアクリロニトリル、およびポリアクリルアミドからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む吸着部材を利用し、吸着部材はナノ細孔を含み、ナノ細孔は吸着部材の全体にわたってほぼ均一の細孔サイズを有する。
【０１６８】
[00202]  本発明の他の特定の実施形態は、吸着材料を作製するための方法に関し、方法は、第１の密度を有する第１の活性炭前駆体を設ける工程と、第２の密度を有する第２の活性炭前駆体を、構造を形成するように第１の活性炭前駆体と接触して設ける工程と、構造を、複数の細孔を含む吸着材料を形成するように熱分解する工程とを含み、吸着材料は第１の活性炭前駆体に対応する第１の領域および第２の活性炭前駆体に対応する第２の領域を含み、第１の領域と第２の領域では、少なくとも１つの細孔サイズおよび細孔分布が異なる。
【０１６９】
[00203]  そのような方法は、次の１つまたは複数を含む特徴によって、さらに特徴付けることができる。（i）第１および第２の活性炭前駆体はポリマー材料である、（ii）第１および第２の活性炭前駆体はそれぞれ、塩化ポリビニリデン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリフルフリルアルコール、ココナツ殻、ピーナツ殻、モモ種子、オリーブ種子、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミドからなる群から選択される１つまたは複数の材料から形成される、（iii）第１の領域は第１のサイズの細孔を含み、第２の領域は第１のサイズより大きい第２のサイズの細孔を含む、（iv）第１の密度は第２の密度より高い、（v）第１および第２の活性炭前駆体を設ける工程は、第１の活性炭前駆体を含む第１の層を設ける工程および第２の活性炭前駆体を含む第２の層を第１の層に積層する工程を含む、（vi）第１および第２の活性炭前駆体を設ける工程は、第１の活性炭前駆体内部に第２の活性炭前駆体を設ける工程を含む、および（vii）熱分解する工程の前に、第１の密度および第２の密度と異なる第３の密度の第３の活性炭前駆体を設ける工程をさらに含む。
【０１７０】
[00204]  本発明の別の特定の実施形態は、吸着部材を形成する方法に関し、方法は、第１のポリマー部材を形成する工程と、第２のポリマー部材を形成する工程と、第１のポリマー部材を第２のポリマー部材と接触して設け、第１のポリマー部材および第２のポリマー部材の少なくとも一方が、第１のポリマー部材と第２のポリマー部材との間に空間が設けられるように構成されている工程と、第１の部材および第２の部材を、第１の部材および第２の部材の内部に比較的小さい細孔を形成し、空間に対応する場所により大きい細孔を形成するように、熱分解する工程とを含む。
【０１７１】
[00205]  そのような方法は、以下によって特徴付けることができる。（i）第１および第２のポリマー部材を形成する工程が部材の形状を成形または修正する工程を含む、例えば、部材の形状を修正する工程が部材をエッチングする工程を含む、または（ii）第１および第２のポリマー部材を設ける工程が、複数の追加のポリマー部材を設ける工程および空間が構造内部に形成されるように構造を形成するように、それらを圧縮する工程を含む。
【０１７２】
[00206]  別の特定の実施形態では、本発明は吸着部材を形成する方法に関し、方法は、ポリマーマトリックス内部に設けられた第１の材料を含む部材を設ける工程と、第１の材料を除去する工程と、ポリマーマトリックス内部に細孔を形成するように部材を熱分解する工程とを含む。
【０１７３】
[00207]  そのような方法では、第１の材料は、例えば、第１の材料の灰化または溶解を含む工程によって除去される、犠牲材料とすることができる。第１の材料は、アルミニウムを含むことができ、第１の材料を除去する工程は、ＡｌＣｌ３ガスを形成するように塩化水素ガスをポリマー材料へと導入する工程を含む。第１の材料を除去する工程は、熱分解工程の前、間または後に実施することができる。
【０１７４】
[00208]  本発明の他の特定の実施形態は、吸着材料に関し、吸着材料は、第１の細孔分布を有する第１の領域と、第２の細孔分布を有する第２の領域とを含み、第１の領域は第１の密度を有する第１のポリマー材料から形成され、第２の領域は第２の密度を有する第２のポリマー材料から形成される。
【０１７５】
[00209]  そのような吸着材料は、様々に構成することができ、第１のポリマー材料および第２のポリマー材料は同じ組成を有し、および／または第１の領域は第２の領域より大きい細孔を含み、および／または第１の細孔分布は、単位体積あたり、第２の領域より少ない細孔を含む。吸着材料は活性炭を含むことができる。特定の実施形態では、第１のポリマー材料および第２のポリマー材料は同じ組成を有する。
【０１７６】
[00210]  本発明は他の態様では、吸着剤の流体貯蔵容量を高めるための、高圧および高温処理による吸着剤の修正を企図している。そのような高圧および高温処理は、吸着剤への収着質流体の貯蔵容量を増加させる圧力、温度および期間の条件で、例えば、１つの実施形態では数日間、または別の実施形態では６〜１７０時間など、長時間にわたって続けられる。
【０１７７】
[00211]  そのような処理およびそれにより達成可能な流体貯蔵容量の増加の例として、アルシンで充填された２つのＪＹシリンダーを高温および高圧で１週間にわたって処理し、吸着材料による流体の取込みを増加するように炭素吸着材料を修正した。この例示的な実施形態では、２つのシリンダーの初期流体供給圧力はそれぞれ、６７３トール（シリンダーＡ）および６３４トール（シリンダーＢ）であった。次いで、これらのシリンダーをオーブン内に置き、温度を７０℃まで徐々に上昇させ、そのような値を１週間維持した。そのような温度の上昇によって、シリンダー内の圧力上昇も生成された。シリンダー内部の圧力およびオーブンの温度を、時間の関数としてモニターした。結果として得られたデータを、時間の関数としてのオーブン温度およびシリンダー圧力のグラフである、図５７に示す。グラフ中のシリンダーＡは、シリアル番号Ｓ３Ａ６４５７で示し、グラフ中のシリンダーＢはシリアル番号Ｓ３Ａ６８１８で示す。グラフの温度曲線は、６〜１７２時間の時間枠にわたって維持されている７０℃のオーブン温度を示す。約５時間経過後、シリンダーＡの内部圧力は５７ｐｓｉｇのオーダーであり、シリンダーＢの内部圧力は５４ｐｓｉｇであり、試験期間中の大部分にわたって、各シリンダー内の圧力値は互いに密接に配列されていた。高温は、処理によって様々に異なるようにすることができ、例えば、収着質ガス環境を含む閉容器で、例えば、４０℃〜１００℃の温度を使用することができ、その結果、周囲条件（例えば、２５℃）の圧力に対して、容器の内部圧力が１０％〜５００％上昇することを理解されたい。
【０１７８】
[00212]  そのような高温および高圧条件に維持した後、各シリンダーを室温へと冷却し、含有されたガスの供給圧力をそれぞれのシリンダーについて測定した。シリンダーＡは４６１トールの供給圧力を示し、シリンダーＢは４５２トールの供給圧力を示した。これらの値は、シリンダーの当初の供給圧力より約３０％低かった。次いで、両シリンダーを大気圧以下の圧力条件でさらに２１日間室温に置いた。これらの条件下では、シリンダーＡの供給圧力は、３５３トールへとさらに低下した。
【０１７９】
[00213]  供給圧力が約６５０トールから４５０トールへと低下することは、さらに約５５グラムのアルシンが炭素吸着剤に吸着されることに対応し、約６５０トールから３５３トールへと低下することは、さらに約９６グラムのアルシンが炭素吸着剤に吸着されることに対応する。
【０１８０】
[00214]  シリンダーの高温および高圧処理による結果は、このような条件によって、このような処理を行う前はガスが利用不可能であった吸着剤の収着部位で、ガスの利用が増加することを示唆している。そのような高温および高圧処理によってもたらされた吸着剤容量の大幅な増加について、理論または説明によって制限することを望むものではないが、高温および高圧条件は吸着剤の細孔の体積を拡張するように作用すると考えることができる。
【０１８１】
[00215]  次いで、アルシンガスの増加した負荷を、その後の分配処理で除去することができるかどうかについてシリンダーＡを評価した。この目的のため、供給可能なガスの量を、３５３トールから２５トールの分配圧力にわたって測定した。結果は下の表２に示す通りであり、シリンダーＡを、ＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．（米国コネチカット州Danbury）からＳＤＳ３という商標名で販売されているタイプの、一般的なアルシンで充填された炭素吸着剤を含むＪＹシリンダーと比較した。
【０１８２】
【表２】
0005547632.tif 000003
【０１８３】
[00216]  これらのデータは、シリンダーＡによって供給されるアルシンガスは一般的なＳＤＳ３アルシンシリンダーより少ないことを示し、シリンダーＡの炭素吸着剤に負荷された追加のアルシンは容易に除去されることはなく、吸着剤の加熱および加圧後に起きた吸着剤の変化は、シリンダーが減圧され室温へと冷却されたときに、逆転したことを示唆している。本発明は、このような状況を回避し、炭素吸着剤の構造を永久的に変化させるために、収着質ガスの取込みの増加とともに供給可能量の増加が達成されるように、高温／高圧処理の使用を企図している。さらに、本発明は、分配処理において、高温／高圧処理によって炭素吸着剤に負荷された追加の収着質が、その後そのような分配処理において熱脱着されるように、分配処理における高温の使用を企図しており、したがって、より多くの吸着剤負荷の利益が、その後の分配処理において実現される。
【０１８４】
[00217]  炭素吸着剤の負荷容量を増加するのに有用な特定の高温および高圧条件は、当業者の範囲内で、特定の炭素吸着剤への所望の負荷を実現する処理条件の特定の組み合わせを判断するために、温度および圧力ならびに高温／高圧の維持期間が様々に異なる経験的決定によって、容易に決定することができ、対応する分配条件も経験的決定によって同様に決定することができることが理解されよう。
【０１８５】
[00218]  したがって、本発明は、収着質ガスのための炭素吸着剤の負荷容量を増加する方法を企図しており、方法は、炭素吸着剤への収着質ガスの負荷を増加するために十分な時間の間、収着質ガス環境で、炭素吸着剤を高温および高圧条件に維持する工程を含む。本発明はまた、吸着された収着質ガスが、高温の脱着条件下で炭素吸着剤から脱着する方法も企図している。
【０１８６】
[00219]  以上、本発明を、気体の形態で例示されている冷媒流体を参照して本明細書で説明したが、本発明は、液体、気体、液体／気体混合物等を含む、冷媒の様々な流体形態を包含するものであることが理解されよう。冷媒は、単一の構成要素および複数の構成要素材料を含む、適切な冷媒材料を含む。様々な実施形態では、冷媒は、アンモニア、水、ハロ炭素、グリコール、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等）、炭化水素（例えば、ブタン、プロパン等）、アミン、ポリアミン、または本発明の広範な実施の範囲内で、特定の実施形態において、有用に使用することのできる他の材料を含むことができる。
【０１８７】
[00220]  本明細書で様々な例示的な実施形態に示す、吸着システムの構成要素の構成および配置は、例示的なものにすぎない。本開示ではいくつかの実施形態のみを詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の新規の態様から大きく逸脱することなく、多くの変形（例えば、変形形態サイズ、寸法、構造、形状および様々な要素の比率、パラメータの値、取付構成、材料の使用、色、向き等）が可能であることを容易に理解するであろう。例えば、一体に形成された要素は、複数の部分または要素から作製することができ、要素の位置は、反転または他の方法で変更することができ、個々の要素または位置の性質および／または数は、改変または変更することができる。プロセスまたは方法工程の順番または順序は、代替実施形態では変更し、または順序を定め直すことができる。本発明の範囲から逸脱することなく、様々な例示的な実施形態の設計、操作条件および構成について、他の置換、修正、変更および省略を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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