(57)【要約】【課題】臭気移行を完全に抑制する吸着剤、その吸着剤を担持した調湿装置及び吸脱方法を提供する。【解決手段】本発明の吸脱剤(1)は、水分を吸着するまたは脱離させる穴(3)が形成されている吸着剤(1)である。そして、穴(3)内には、水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)と錯形成する金属イオン(5)が収容されており、水分の脱離時には、錯形成された錯体(13)における気体の分子(9,11)と金属イオン(5)との結合が保持され、錯体(13)は穴(3)内に収容されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を吸着するまたは脱離させる吸着剤(1)であって、
水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)と錯形成する金属イオン(5)を有しており、
水分の脱離時には、前記錯形成された錯体(13)を保持していることを特徴とする吸着剤。
【請求項２】
請求項１に記載の吸着剤(1)において、
水分を吸着するまたは脱離させる穴(3)が、形成されており、
前記金属イオン(5)は、前記穴(3)に収容されており、
前記錯体(13)は、水分の脱離時には、前記穴(3)内に収容されていることを特徴とする吸着剤。
【請求項３】
請求項２に記載の吸着剤(1)において、
前記穴(3)の開口径は、水分子(7)の径以上であることを特徴とする吸着剤。
【請求項４】
請求項２または３に記載の吸着剤(1)において、
前記穴(3)の開口径は、前記錯体(13)の径より小さいことを特徴とする吸着剤。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の吸着剤(1)において、
前記金属イオン(5)は、前記気体の分子(9,11)との錯形成平衡定数の方が、水分子(7)との錯形成平衡定数よりも大きい金属イオンであることを特徴とする吸着剤。
【請求項６】
請求項５に記載の吸着剤(1)において、
前記金属イオン(5)は、鉄（II）イオン、コバルト（II,III）イオン、ニッケル（II）イオン、銅（II）イオン、銀（I）イオン、カドミニウム（II）イオン及び水銀（II）イオンのうち少なくとも一つであることを特徴とする吸着剤。
【請求項７】
請求項１から６に記載の吸着剤(1)において、
前記気体の分子(9)は、アンモニアガス分子であることを特徴とする吸着剤。
【請求項８】
請求項１から７に記載の吸着剤(1)が担持されたことを特徴とする調湿装置。
【請求項９】
水分を吸着または脱離させる吸着剤(1)における吸脱方法であって、
水分子(7)と水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)とが、前記吸着剤(1)に吸着されるとともに、該気体の分子(9,11)と該穴(3)内の金属イオン(5)とが、錯体(13)を形成するステップと、
前記水分子(7)が前記吸着剤(1)内から脱離される一方、前記錯体(13)が該吸着剤(1)に保持されているステップと、
を備えていることを特徴とする吸脱方法。
【請求項１０】
水分を吸着するまたは脱離させる穴(3)が形成されている吸着剤(1)における吸脱方法であって、
水分子(7)と水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)とが、前記穴(3)内に取り込まれるとともに、該気体の分子(9,11)と該穴(3)内の金属イオン(5)とが、該穴(3)内で錯体(13)を形成するステップと、
前記水分子(7)が前記穴(3)内から放出される一方、前記錯体(13)が該穴(3)内に収容されているステップと、
を備えていることを特徴とする吸脱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分を吸着するまたは脱離させる吸着剤と、その吸着剤が担持された調湿装置と、水分を吸着するまたは脱離させる吸脱方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ゼオライトなどの吸水機能を有する吸着剤が表面に担持されている熱交換器などが知られている。そして、この吸着剤は、空気中の水分を吸着して除湿を行う一方、吸着した水分を空気中に放出して加湿を行う。
【０００３】
ところで、空気中には、水分だけでなくアンモニアガスやアセトアルデヒドガスなどのガスが存在している場合が多い。そして、上述の吸着剤は、これらのガスも吸脱するため、加湿時に水分とともにこれらのガスを放出してしまう。その結果、室内にかび臭やたばこ臭が発生する虞があり、その室内にいる人間が不快感を抱く虞がある。よって、加湿時にこれらのガスが空気中に放出されてしまうこと（臭気移行）を抑制する必要がある。
【０００４】
この臭気移行を抑制する技術として、例えば、特許文献１に、吸着剤としてスチレン系のイオン交換樹脂を用いるという技術が開示されている。この技術では、この吸着剤と結合可能なガスは、除湿時にイオン結合により結合されて吸着され、加湿時にそのイオン結合が解離されないために吸着されたままである。また、吸着剤と結合不可能なガスは、除湿時に吸着されない。以上より、いずれのガスも加湿時に空気中に放出されない。よって、この技術により、臭気移行は抑制される、と記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３９２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、同公報の第２図に示すように、加湿時に、３割程度のアンモニアガスが臭気移行してしまう。従って、この技術では、臭気移行の抑制が不十分であり、さらなる抑制の技術が求められている。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、臭気移行を完全に抑制する吸着剤、その吸着剤が担持された調湿装置及び吸脱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、水分を吸着するまたは脱離させる吸着剤(1)である。そして、水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)と錯形成する金属イオン(5)を有しており、水分の脱離時には、前記錯形成された錯体(13)を保持している。
【０００８】
請求項１の発明では、気体の分子(9,11)は、還気または外気に含まれている種々の臭気物質ガスやその他の有害ガスであることが好ましい。このようなガスの例としては、たばこの煙やかび臭などが挙げられ、たばこの煙には、アンモニアガス・ホルムアルデヒドガス・アセトアルデヒドガス・酢酸ガスなどが含まれており、かび臭には、２メチルイソボルネオール・ジェオスミンなどが含まれている。
【０００９】
また、吸着剤(1)は、複数個の金属イオン(5)を有していることが好ましく、水分の吸着時にその一部のみが錯体(13)を形成してもよく、水分の脱離時にその一部が錯体(13)を形成せずイオンとして存在していてもよい。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の吸着剤(1)において、前記金属イオン(5)は、前記吸着剤(1)に形成された水分を吸着するまたは脱離させる穴(3)に収容されており、前記錯体(13)は、水分の脱離時には、前記穴(3)内に収容されている。そして、穴(3)は、２個以上の開口を備えていてもよいし、貫通孔であってもよい。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の吸着剤(1)において、前記穴(3)の開口径は、水分子(7)の径以上である。
【００１２】
請求項３の発明では、「水分子(7)の径」とは、水分子(7)を剛体球に近似したときのその剛体球の径を意味し、約２．８Åである。そのため、穴(3)の開口径の下限は、３Åであることが最も好ましいが、３．５Åであってもよく、４．０Åであってもよい。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の吸着剤(1)において、前記穴(3)の開口径は、前記錯体(13)の径より小さい。
【００１４】
請求項４の発明では、「錯体(13)の径」は、金属イオン(5)と配位子との関係により決まるが、８Å以上２０Å以下である。そのため、請求項５及び６の発明より、穴(3)の開口径は、３Å以上２０Åより小さいことが好ましく、さらには３Å以上１５Åより小さいことが好ましく、さらには３Å以上８Åより小さいことが好ましい。
【００１５】
また、穴(3)は、開口径と空洞内径とが異なるように形成されていることが好ましい。そして、空洞内径は、錯体(13)の径以上であることが好ましく、大きければ大きいほど数多くの錯体(13)を収容可能なため好ましいが、商用上の吸着剤の径を考慮すると、２００Å程度以下であることが好ましい。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか一つに記載の吸着剤(1)において、前記金属イオン(5)は、前記気体の分子(9,11)との錯形成平衡定数の方が、前記水分子(7)との錯形成平衡定数よりも大きい金属イオンである。換言すると、この金属イオン(5)は、水分子(7)よりも気体の分子(9,11)と錯体(13)を形成しやすい。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５に記載の吸着剤(1)において、前記金属イオン(5)は、鉄（II）イオン、コバルト（II,III）イオン、ニッケル（II）イオン、銅（II）イオン、銀（I）イオン、カドミニウム（II）イオン及び水銀（II）イオンのうち少なくとも一つである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１から６に記載の吸着剤(1)において、前記気体の分子(9)は、アンモニアガス分子である。
【００１９】
請求項８の発明は、調湿装置に関する。そして、請求項１から７に記載の吸着剤(1)が担持された調湿装置である。また、請求項８の発明には、この吸着剤(1)が担持された熱交換器や空気調和機なども含まれる。
【００２０】
請求項８の発明では、錯形成が進行し、金属イオン(5)に配位されていない気体の分子(9,11)が存在するようになったときに、その気体の分子(9,11)を吸着剤(11)から除去する手段を備えていることが好ましい。その手段としては、例えば、錯体(13)における金属イオン(5)と気体の分子(9,11)との間の結合（配位結合）を解離するために充分な熱エネルギーを供給できる熱源である。
【００２１】
請求項９の発明は、水分を吸着するまたは脱離させる吸着剤(1)における吸脱方法である。そして、水分子(7)と水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)とが、前記吸着剤(1)に吸着されるとともに、該気体の分子(9,11)と該穴(3)内の金属イオン(5)とが、錯体(13)を形成する吸着ステップと、前記水分子(7)が前記吸着剤(1)内から脱離される一方、前記錯体(13)が該吸着剤(1)に保持されている脱離ステップと、を備えている。
【００２２】
請求項１０の発明は、水分を吸着するまたは脱離させる穴(3)が形成されている吸着剤(1)における吸脱方法である。そして、水分子(7)と水分以外の少なくとも一種類の気体の分子(9,11)とが、前記穴(3)内に取り込まれるとともに、該気体の分子(9,11)と該穴(3)内の金属イオン(5)とが、該穴(3)内で錯体(13)を形成するステップと、前記水分子(7)が前記穴(3)内から放出される一方、前記錯体(13)が該穴(3)内に収容されているステップと、を備えている。
【００２３】
請求項９及び１０の発明では、金属イオン(5)は、気体の分子(9,11)との錯形成平衡定数の方が、水分子(7)との錯形成平衡定数よりも大きいことが好ましく、具体的には、鉄（II）イオン、コバルト（II,III）イオン、ニッケル（II）イオン、銅（II）イオン、銀（I）イオン、カドミニウム（II）イオン及び水銀（II）イオンの少なくとも一つであることが好ましい。
【００２４】
また、請求項９及び１０の発明では、穴(3)の開口径は、水分子(7)の径以上であることが好ましい。さらに、気体の分子(9)は、アンモニアガス分子であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の発明では、水分子(7)は、吸着剤(1)に吸着され、加温により空気中へ放出される。気体の分子(9,11)は、吸着剤(1)に固着した金属イオン(5)と錯体(13)を形成し、吸着剤(1)に吸着される。そして、錯体(13)は、吸着剤(1)を加温しても、金属イオン(5)の吸着剤(1)に対する固着が解除されないとともに、気体分子(9,11)と金属イオン(5)との配位結合がこの熱エネルギー程度では解離されないために形成されたままであり、すなわち、吸着剤(1)に保持されたままである。よって、気体の分子(9,11)は、水分の脱離時に、吸着剤(1)から脱離しない。以上より、請求項１の発明は臭気移行を抑制することができる。
【００２６】
また、吸着により、気体の分子(9,11)が吸着剤(1)に吸着されるため、空気を浄化できる。
【００２７】
請求項２の発明では、吸着剤(1)を加温しても、錯体(13)は、吸着剤(1)への固着が解除されないとともに、その配位結合がこの熱エネルギー程度では解離されないために形成されたままであり、すなわち、穴(3)に収容されている。よって、気体の分子(9,11)は、水分の脱離時に、穴(3)内から空気中へ放出されない。以上より、請求項２の発明は、請求項１の発明と同様、臭気移行を抑制することができる。
【００２８】
請求項３の発明では、径が穴(3)の開口径より大きい気体の分子（以下、「相対的に大きいガス分子」という）(11)は、穴(3)内に収容されない。一方、径が当該開口径以下である気体の分子（以下、「相対的に小さいガス分子」という）(9)は、穴(3)内に収容されて、穴(3)内で錯体(13)を形成する。そのため、気体の分子(9,11)の大きさに依らず、臭気移行を抑制することができる。
【００２９】
請求項４の発明では、穴(3)の径は、錯体(13)の径より小さい。そのため、錯体(13)を穴(3)内に確実に収容できる。
【００３０】
請求項５の発明により、金属イオン(5)は、気体の分子(9,11)と選択的に錯形成される。よって、請求項１から４の発明よりも、臭気移行を完全に抑制できる。
【００３１】
請求項６の発明は、金属イオン(5)の具体例であり、請求項５の発明が奏する効果と略同一の効果を奏する。
【００３２】
請求項７の発明は、気体の分子(9)の具体例である。
【００３３】
請求項８の発明では、除加湿できるとともに空気を浄化できる。
【００３４】
請求項９の発明では、気体の分子(9,11)は、水分が脱離するステップにおいても錯体(13)を形成して吸着剤(1)に保持されているため、空気中に放出されない。そのため、臭気移行を抑制することができる。
【００３５】
また、水分を吸着するステップにおいて、気体の分子(9,11)は吸着剤(1)に吸着されるため、空気を浄化できる。
【００３６】
請求項１０の発明では、気体の分子(9,11)は、水分が脱離するステップにおいても錯体(13)を形成して穴(3)内に収容されているため、空気中に放出されない。そのため、臭気移行を抑制することができる。
【００３７】
また、水分を吸着するステップにおいて、気体の分子(9,11)は穴(3)内にトラップされるため、空気を浄化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。
【００３９】
本実施形態では、図１及び図２を用いて、吸着剤(1)とその吸着剤(1)を用いた吸脱方法とを示す。なお、図１乃至図２は、各々、水分の吸着時乃至脱離時の吸着剤(1)の模式図である。また、水分以外の少なくとも一種類の気体の例として、たばこの煙を挙げる。
【００４０】
吸着剤(1)は、ゼオライトやモレキュラーシーブやシリカゲルなどの吸湿・吸水機能材料であり、図１及び図２に示すように、貫通して形成されてなる穴(3)を有している。この穴(3)は、空洞内径が開口径よりも大きく形成されている。具体的には、開口径は、水分子(7)の径と実質的に同一であり、空洞内径は、後述の錯体(13)の径以上２００Å以下である。そのため、本実施形態において、相対的に小さいガス分子(9)は、アンモニアガス分子であり、相対的に大きいガス分子(11)は、ホルムアルデヒドガス分子・アセトアルデヒドガス分子・酢酸ガス分子である。
【００４１】
穴(3)内には、金属イオン(5)が収容されている。この金属イオン(5)は、アンモニアガス分子(9)との錯形成平衡定数が水分子(7)との錯形成平衡定数に比べて大きい金属イオンであり、具体的には表１に示す金属イオンである。
【００４２】
表１に示す金属イオン(5)であれば、水分子(7)よりもアンモニアガス分子(9)と選択的に錯形成するが、その形成能力は金属イオン(5)により異なる。ここでは、その形成能力を評価する数値として、各金属イオンのアンモニアガス分子(9)の配位数とＮＨ3錯体形成の平衡定数（「理化学事典」）とを乗じて得られる値を用いており、その数値が大きいほどその能力が高いことを示している。そのため、表１の右側に記載されている金属イオンほど最適であるといえるが、環境へもたらす影響を考慮に入れると銀（I）イオン、鉄（II）イオン、コバルト（II,III）イオン、銅（II）イオンが好ましい。なお、表１に記載のＮＨ3錯体形成の平衡定数は水溶液中におけるＮＨ3錯体形成の平衡定数であるため、この値が大きい方が水分子(7)よりもアンモニアガス分子(9)と錯体(13)を形成しやすいということを意味している。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
次に、吸着剤(1)における吸脱メカニズムを示す。
【００４５】
水分子(7)は、その径と穴(3)の開口径とが実質的に同一であるため、穴(3)内に取り込まれて、金属イオン(5)などと結合することなく穴(3)内で自由に存在し、吸着剤(1)の加温により空気中へ放出される。
【００４６】
アンモニアガス分子(9)は、その径と水分子(7)の径とが実質的に同一であるため、水分子(7)と共に穴(3)に取り込まれ、上述の金属イオン(5)と錯体(13)を形成する。形成された錯体(13)は、吸着剤(1)に固着されて穴(3)内に収容される。そして、吸着剤(1)を加温しても、錯体(13)は、吸着剤(1)に固着されたままであるとともに、その配位結合が解離されないために錯形成されたままである。すなわち、水分の脱離時であっても、アンモニアガス分子(9)は、錯形成されたまま穴(3)内に収容されている。よって、アンモニアガス分子(9)が、水分子(7)とともに空気中に放出されることはない。
【００４７】
さらに、穴(3)の開口径は錯体(13)の径より小さい。従って、万が一、吸着剤(1)と錯体(13)との固着が解除されても、錯体(13)は確実に穴(3)内に収容される。そのため、臭気移行を確実に抑制できる。
【００４８】
ここで、穴(3)内に収容可能な錯体(13)の個数は、その空洞内径に依存する。また、各金属イオン(5)のアンモニア配位数には、上限がある。そのため、無限個のアンモニアガス分子(9)が錯体(13)を形成して穴(3)内で収容されるわけではない。従って、錯形成が進行し、金属イオン(5)に配位されていないアンモニアガス分子(9)が穴(3)内に存在するようになれば、錯体(13)の配位結合を解離させてアンモニアガス分子(9)を穴(3)から取り出さなければならない。このようにすることにより、新たなアンモニアガス分子(9)が、錯体(13)を形成して穴(3)内で収容されることになる。
【００４９】
相対的に大きいガス分子(11)は、径が穴(3)の開口径よりも大きいため、穴(3)内に取り込まれず、よって、水分の脱離時に空気中に放出されない。
【００５０】
以上より、本実施形態における吸着剤(1)は、気体の分子(9,11)をその大きさでふるい分け、アンモニアガス分子(9)を穴(3)内に取り込ませて錯形成させることにより臭気移行を抑制する一方、相対的に大きいガス分子(11)を穴(3)内に取り込ませないことにより臭気移行を発生させない。そのため、気体の分子(9,11)は、その大きさによらず、穴(3)内から空気中に放出されない。よって、臭気移行を抑制することができ、その結果、室内にいる人間が不快感を抱くことはない。また、吸着剤(1)は、長時間に亘りアンモニアガスを吸着するため、空気を浄化することができる。
【００５１】
そして、このような吸着剤(1)は、ゼオライトやモレキュラーシーブやシリカゲルなどの吸湿・吸水機能材料に、金属イオンを収容させることにより製造できる。このとき、その穴(3)の開口径は水分子(7)の径と実質的に同一であり、穴(3)の空洞内径は収容される錯体(13)の径以上、且つ２００Å以下であることが好ましい。また、金属イオン(5)の径は、水分子(7)の径よりも小さいため、モレキュラーシーブを製造後に穴(3)内に収容させることができる。
【００５２】
続いて、この吸着剤(1)を用いて、空気中の水分などを吸脱する方法を示す。
【００５３】
湿度が高いとき、吸着剤(1)は、水分を吸着する、すなわち空気を除湿する。
【００５４】
このとき、空気中に存在しているアンモニアガス分子(9)は、水分子(7)とともに吸着剤(1)の穴(3)内に取り込まれ、金属イオン(5)と錯体(13)を形成して穴(3)内に収容される。一方、空気中に存在している相対的に大きいガス分子(11)は、穴(3)内に取り込まれることなく空気中を浮遊している。
【００５５】
湿度が低いとき、吸着剤(1)は、吸着している水分を放出する、すなわち空気を加湿する。
【００５６】
このとき、水分は、吸着剤(1)の加温により、空気中へ放出される。しかし、錯体(13)は、その配位結合がこの熱エネルギー程度では解離されないため、形成されたまま穴(3)内に収容されている。
【００５７】
以上より、本実施形態における吸脱方法では、水分の脱離時に、アンモニアガス分子(9)は空気中に放出されない。また、相対的に大きいガス分子(11)は、水分の吸着時に穴(3)内に取り込まれないため、水分の脱離時に空気中へ放出されない。そのため、この吸脱方法では、臭気移行は起こらない。よって、室内の人間は不快感を抱かない。
【００５８】
そして、本実施形態における吸着剤(1)は、空気調和機、調湿装置、熱交換器などの基材表面に担持されることが好ましい。そして、これらの装置を除湿運転させると、水分だけでなくアンモニアガスが吸着されるため、除湿できるとともに空気を浄化できる。また、これらの装置を加湿運転させると、除湿運転時に吸着されたアンモニアガスは吸着されたままであるため、長時間にわたって空気を浄化できる。ここで、吸着剤(1)は、浸漬法や電気泳動電着法など公知の方法により、上記の基材表面に担持されることが好ましい。
【００５９】
また、本実施形態では、錯形成が進行し、配位されていないアンモニアガス分子(9)が穴(3)内に存在するようになれば、錯体(13)の配位結合を解離させてアンモニアガス分子(9)を穴(3)から取り出す必要がある旨を記載しているが、その具体的手法としては、例えば、配位結合が解離可能となるエネルギーを供給する装置を運転させながら水分の吸着を行うという方法がある。なお、表１に記載のアンモニアパージ運転とは、配位結合解離エネルギーを供給する装置を運転させることを意味する。そして、この装置は、上述の空気調和機、調湿装置、熱交換器などと別体であっても一体であってもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、水分以外の少なくとも一種類の気体としてたばこの煙を例に挙げたが、かび臭であってもよい。さらに、相対的に小さいガス分子(9)は、アンモニアガス分子に限定されず、上述の臭気物質ガスやその他の有害ガスの分子を含むアセトアルデヒドガス・ホルムアルデヒドガス・酢酸ガス・ＶＯＣなどでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明は、水分を吸着するまたは脱離させる吸着剤、その吸着剤が担持された調湿装置及び水分を吸着するまたは脱離させる吸脱方法について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】水分の吸着時の吸着剤(1)の模式図を示す。
【図２】水分の脱離時の吸着剤(1)の模式図を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１    吸着剤
３    穴
５    金属イオン
７    水分子
９，１１    気体の分子
１３    錯体
【図１】
2006223989.tif 000004
【図２】
2006223989.tif 000005