(57)【要約】【課題】相対蒸気圧が低い領域での吸着量が少なく、エネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプ用吸着剤などの提供。【解決手段】活性炭と、前記活性炭の細孔内に、少なくとも１つの親水性官能基及び少なくとも１つの含窒素複素環基を有する有機分子とを有する吸着式ヒートポンプ用吸着剤である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭と、前記活性炭の細孔内に、少なくとも１つの親水性官能基及び少なくとも１つの含窒素複素環を有する有機分子とを有することを特徴とする吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項２】
前記有機分子の分子量が、１００〜３００である請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項３】
前記少なくとも１つの親水性官能基が、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、及びスルホ基の少なくともいずれかである請求項１から２のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項４】
前記有機分子における前記親水性官能基の数が、１〜２である請求項１から３のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項５】
前記少なくとも１つの含窒素複素環が、５員環〜６員環である請求項１から４のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項６】
前記少なくとも１つの含窒素複素環が、ピロール環、ピロリジン環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、インドール環、及びピリダジンジオン環のいずれかである請求項１から５のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項７】
前記活性炭の比表面積が、１，０００ｍ２／ｇ〜２，５００ｍ２／ｇである請求項１から６のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法であって、
前記活性炭を、前記有機分子を含有する液体に浸漬することを特徴とする吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
【請求項９】
前記液体が、前記有機分子を含有する水溶液である請求項８に記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
【請求項１０】
前記浸漬をし、前記有機分子を細孔内に有する前記活性炭を得た後に、前記活性炭を加熱する請求項８から９のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
【請求項１１】
前記活性炭の加熱が、減圧下で行われる請求項１０に記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
【請求項１２】
前記活性炭の加熱が、１００℃〜２５０℃で行われる請求項１０から１１のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から７のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤を有することを特徴とする吸着式ヒートポンプ。
【請求項１４】
液体の吸着質を蒸発させて気体の吸着質にする蒸発器と
前記蒸発器と接続され、前記気体の吸着質を凝縮させて前記液体の吸着質にする凝縮器と、
前記蒸発器、及び前記凝縮器と接続され、前記吸着質を吸脱着しうる前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤を有する２つの吸着器とを有する請求項１３に記載の吸着式ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、吸着式ヒートポンプ用吸着剤、及びその製造方法、並びに吸着式ヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止、エネルギー資源の保全などの環境負荷低減のための技術開発の重要性が、近年、急速に増大している。その中で、従来は利用価値がなく捨てていた廃熱を回収及び再利用する技術が注目を集めている。その一つが、吸着式ヒートポンプである。
【０００３】
前記吸着式ヒートポンプは、水、メタノールなどの吸着質がシリカゲル、活性炭などの吸着剤に対して吸脱着する際に生じる潜熱の移動を利用することで、１００℃以下の低質な熱エネルギーを利用可能な冷熱に変換する技術である。
脱着時に必要な温熱は、吸着剤によっては６０℃程度の比較的低い温度でも可能であるため、種々の低温廃熱からエネルギーを回収できるとして、１９７８年頃より多くの研究がなされてきた。
【０００４】
エネルギー回収効率の高い吸着式ヒートポンプを実現するには、より低い廃熱温度（例えば、４５℃）で脱着し、より高温の冷却水温度（例えば、２５℃）で吸着する吸着剤が求められる。これは、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５程度の範囲で吸脱着反応が進行することに相当する。
【０００５】
吸着式ヒートポンプ用吸着剤として現在多く用いられているシリカゲル及びゼオライトは、表面が親水性であるため高温でも水を吸着しやすい反面、脱着し難いという問題がある。これは、相対蒸気圧０．３３未満でも吸着量が比較的高く、上記相対蒸気圧範囲における変化量が小さいということである。
【０００６】
そこで、これら以外の吸着剤として、活性炭が検討されている。表面が疎水性の活性炭は、低温での脱着性能に優れており、低相対蒸気圧域での吸着量は、ほとんど０となる。また、吸着等温線の立ち上がりが急峻であるので、吸着量差を大きくとれるという利点がある。反面、そのままでは吸脱着反応が相対蒸気圧０．６５を超えて進行するため、冷却水温度が高いと目標性能が得られないという問題がある。
【０００７】
そこで、前記活性炭を改良することが行われている。前記活性炭を改良する方法として、前記活性炭の表面の親水化処理が挙げられる。例えば、有機高分子樹脂を賦活剤で処理して生成した活性炭を、親水化処理である酸処理をして得られる親水性活性炭が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記酸処理は、硝酸又は過酸化水素水に前記活性炭を浸漬することにより行われる。
しかし、前記活性炭を強力な酸化剤で親水化すると、吸脱着反応の進行する範囲は低相対蒸気圧側へシフトする反面、同時に相対蒸気圧０．３３以下の吸着量も増大するため、吸着量差を大きくとり難くなるという問題がある。
【０００８】
したがって、低い相対蒸気圧での吸着量が少なく、エネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプ用吸着剤、及びその製造方法、並びにエネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプの提供が求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２８８２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本件は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本件は、低い相対蒸気圧での吸着量が少なく、エネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプ用吸着剤、及びその製造方法、並びにエネルギー回収効率の高い吸着式ヒートポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤は、活性炭と、前記活性炭の細孔内に、少なくとも１つの親水性官能基及び少なくとも１つの含窒素複素環を有する有機分子とを有する。
【００１２】
開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法は、開示の前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法であって、前記活性炭を、前記有機分子を含有する液体に浸漬する。
【００１３】
開示の吸着式ヒートポンプは、開示の前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤を有する。
【発明の効果】
【００１４】
開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、低い相対蒸気圧での吸着量が少なく、エネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得ることができる。
開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、低い相対蒸気圧での吸着量が少なく、エネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプ用吸着剤を製造することができる。
開示の吸着式ヒートポンプによれば、従来における前記諸問題を解決することができ、低い相対蒸気圧での吸着量が少なく、エネルギー回収効率が高い吸着式ヒートポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、吸着式ヒートポンプの一例を示す概略図である。
【図２】図２は、実施例１〜３、及び比較例１〜２の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の水蒸気吸着等温線である。
【図３】図３は、実施例１、実施例４〜６、及び比較例１〜２の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の水蒸気吸着等温線である。
【図４】図４は、実施例３の吸着式ヒートポンプ用吸着剤のガスクロマトグラフ質量分析（ＧＣ−ＭＳ分析）結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（吸着式ヒートポンプ用吸着剤）
開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤は、活性炭と、前記活性炭の細孔内に、少なくとも１つの親水性官能基及び少なくとも１つの含窒素複素環を有する有機分子とを有する。
【００１７】
活性炭を親水化処理するのと異なり、親水性官能基を有する有機分子を活性炭の細孔内に含有させることで、細孔内の親水性を高めることができる。また、親水性官能基を分子の形で細孔内に導入することで、親水性官能基の量、及び種類を厳密に制御することが可能である。
また、前記有機分子が、少なくとも１つの含窒素複素環を有することにより、低い相対蒸気圧での吸着量を少なくできる。
【００１８】
＜活性炭＞
前記活性炭としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記活性炭の比表面積としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１，０００ｍ２／ｇ〜２，５００ｍ２／ｇが好ましく、１，２００ｍ２／ｇ〜２，０００ｍ２／ｇがより好ましい。前記比表面積が、前記より好ましい範囲内であると、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲で吸脱着反応が進行する、高性能の吸着式ヒートポンプ用吸着剤が得られる点で有利である。
前記比表面積は、例えば、比表面積／細孔分布測定装置（日本ベル株式会社  ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ）を用いて窒素吸着等温線を測定し、ＢＥＴ法による解析によって求めることができる。
【００１９】
前記活性炭は、製造したものであってもよいし、市販品であってもよい。前記市販品としては、例えば、球状活性炭  太閤Ｑタイプ（フタムラ化学株式会社製）、クレハ球状活性炭  ＢＡＣ（株式会社クレハ製）などが挙げられる。
【００２０】
＜有機分子＞
前記有機分子は、少なくとも１つの親水性官能基及び少なくとも１つの含窒素複素環を有する。
前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤において、前記有機分子は、前記活性炭の細孔内に存在している。
【００２１】
前記有機分子の分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１００〜３００が好ましく、１００〜２００がより好ましく、１１０〜１８０が特に好ましい。前記有機分子の分子量が、１００未満であると、前記有機分子が前記活性炭の細孔内から出やすく、吸着式ヒートポンプ用吸着剤の親水性が低下することがあり、３００を超えると、吸着式ヒートポンプ用吸着剤の吸着性が低下することがある。前記有機分子の分子量が、前記特に好ましい範囲内であると、得られる吸着式ヒートポンプ用吸着剤の親水性が適度になり、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲で吸脱着反応が進行する、高性能の吸着式ヒートポンプ用吸着剤が得られる点で有利である。
【００２２】
前記有機分子の炭素数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４〜１０が好ましく、４〜６がより好ましい。前記有機分子の炭素数が、４未満であると、前記有機分子が前記活性炭の細孔内から出やすく、吸着式ヒートポンプ用吸着剤の親水性が低下することがあり、１０を超えると、吸着式ヒートポンプ用吸着剤の吸着性が低下することがある。前記有機分子の炭素数が、前記特に好ましい範囲内であると、得られる吸着式ヒートポンプ用吸着剤の親水性が適度になり、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲で吸脱着反応が進行する、高性能の吸着式ヒートポンプ用吸着剤が得られる点で有利である。
【００２３】
前記親水性官能基とは、極性を有する官能基である。前記親水性官能基は、例えば、他の官能基と水素結合可能な官能基である。前記親水性官能基としては、例えば、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、スルホ基などが挙げられる。本発明においては、前記親水性官能基に、アミノ基などの含窒素極性官能基は含まない。
【００２４】
前記有機分子における前記少なくとも１つの親水性官能基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、及びスルホ基の少なくともいずれかであることが好ましい。そうすることにより、得られる吸着式ヒートポンプ用吸着剤の親水性が適度になり、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲で吸脱着反応が進行する、高性能の吸着式ヒートポンプ用吸着剤が得られる。
【００２５】
前記有機分子における前記親水性官能基の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１〜２であることが好ましい。そうすることにより、得られる吸着式ヒートポンプ用吸着剤の親水性が適度になり、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲で吸脱着反応が進行する、高性能の吸着式ヒートポンプ用吸着剤が得られる。
【００２６】
前記含窒素複素環としては、５員環〜６員環であることが好ましい。
前記含窒素複素環としては、例えば、ピロール環、ピロリジン環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、インドール環、ピリダジンジオン環などが挙げられる。これらの中でも、ピリジン環、ピリダジンジオン環が、分子サイズの点から好ましい。
【００２７】
前記有機分子における前記含窒素複素環の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１〜２であることが好ましい。そうすることにより、吸着等温線において相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲で吸脱着反応が進行する、高性能の吸着式ヒートポンプ用吸着剤が得られる。
【００２８】
前記有機分子は、ピリジンスルホン酸（分子量１５９）、ヒドロキシピリジンスルホン酸（分子量１７５）、及び１，２−ジヒドロ−３，６−ピリダジンジオン（分子量１１２）の少なくともいずれかであることが好ましい。
【００２９】
前記ピリジンスルホン酸としては、例えば、２−ピリジンスルホン酸、３−ピリジンスルホン酸などが挙げられる。
前記ヒドロキシピリジンスルホン酸としては、例えば、４−ヒドロキシ−３−ピリジンスルホン酸などが挙げられる。
【００３０】
前記ピリジンスルホン酸、前記ヒドロキシピリジンスルホン酸、前記１，２−ジヒドロ−３，６−ピリダジンジオンの具体例は、それぞれ、以下の構造式で表される。
【化１】
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３−ピリジンスルホン酸
【化２】
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４−ヒドロキシ−３−ピリジンスルホン酸
【化３】
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１，２−ジヒドロ−３，６−ピリダジンジオン
【００３１】
前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤を製造する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下に記載する吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法が好ましい。
【００３２】
（吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法）
開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法は、浸漬工程を少なくとも含み、好ましくは加熱工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法は、開示の前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤を製造する方法である。
【００３３】
＜浸漬工程＞
前記浸漬工程としては、前記活性炭を、前記有機分子を含有する液体に浸漬する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
前記浸漬の際の、前記液体に対する前記活性炭の量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３５】
前記浸漬の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１時間〜４８時間が好ましく、２時間〜２４時間がより好ましく、６時間〜１８時間が特に好ましい。
【００３６】
前記浸漬の際の前記液体の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０℃〜５０℃が好ましく、２０℃〜４０℃がより好ましい。
【００３７】
前記液体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記有機分子を含有する有機溶剤溶液であってもよいし、前記有機分子を含有する水溶液であってもよいし、前記有機分子が液体の場合には前記有機分子そのものであってもよい。これらの中でも、前記有機分子を含有する水溶液であることが、取り扱いが容易な点で好ましい。
【００３８】
前記液体における前記有機分子の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記活性炭の細孔内への前記有機分子の導入量を調整しやすい点で、０．１質量％〜１０質量％が好ましく、０．２質量％〜５質量％がより好ましく、１質量％〜４質量％が特に好ましい。
【００３９】
前記有機溶剤溶液における有機溶剤としては、例えば、アルコール、トルエンなどが挙げられる。前記アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノールなどが挙げられる。
【００４０】
＜加熱工程＞
前記加熱工程としては、前記浸漬をし、前記有機分子を細孔内に有する前記活性炭を得た後に、前記活性炭を加熱する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４１】
前記活性炭の加熱の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、不要な前記有機分子を効率的に除去できる点で、１００℃〜２５０℃が好ましい。
【００４２】
前記加熱の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．５時間〜６時間が好ましく、１時間〜３時間がより好ましい。
【００４３】
前記活性炭の加熱は、不要な前記有機分子を効率的に除去できる点で、減圧下で行われることが好ましい。
【００４４】
（吸着式ヒートポンプ）
開示の吸着式ヒートポンプは、開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤を少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
【００４５】
開示の吸着式ヒートポンプについて、図を用いてその一例を説明する。
開示の吸着式ヒートポンプは、図１に示すように、液体の吸着質を蒸発させて気体の吸着質にする蒸発器１と、気体の吸着質を凝縮させて液体の吸着質にする凝縮器２と、吸着質を吸脱着しうる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を有する２つの吸着器４、５とを備える。
そして、蒸発器１と凝縮器２とは、第１流路６によって接続されている。また、蒸発器１及び凝縮器２の一方の側（図１中、左側）に一の吸着器４が接続されている。即ち、蒸発器１の一方の側と一の吸着器４とは、第２流路７によって接続されており、凝縮器２の一方の側と一の吸着器４とは、第３流路８によって接続されている。更に、蒸発器１及び凝縮器２の他方の側（図１中、右側）に他の吸着器５が接続されている。即ち、凝縮器２の他方の側と他の吸着器５とは、第４流路９によって接続されており、蒸発器１の他方の側と他の吸着器５とは、第５流路１０によって接続されている。また、第２流路７、第３流路８、第４流路９、及び第５流路１０には、それぞれ、流路の開閉を行うバルブ１１〜１４が設けられている。なお、蒸発器１、凝縮器２、吸着器４、５及び各流路６〜１０は、内部に密閉された空間を有し、吸着式ヒートポンプの使用時には、この空間は通常減圧された状態になっている。
【００４６】
ここでは、蒸発器１は、液体の吸着質２１を気体の吸着質に相変化させるものであり、冷熱２３を取り出すための熱交換器を含み、熱搬送用媒体として、液体の吸着質２１が蒸発する際に生じた冷熱２３を外部へ搬送しうる流体を流す管状部材１５を備える。この蒸発器１では、吸着過程で一方の吸着器（図１では吸着器４）で気体の吸着質が吸着され、流路（図１では第２流路７）を介して、蒸発器１から一方の吸着器４へ気体の吸着質が流出することによって、液体の吸着質２１が蒸発する。そして、液体の吸着質２１が蒸発する際に生じた冷熱２３は、管状部材１５の内部を流れる熱搬送用媒体としての流体によって外部へ搬送され、例えば、冷却に用いられる。
【００４７】
凝縮器２は、気体の吸着質を冷却して液体の吸着質２０に相変化させる熱交換器であり、熱搬送用媒体として、吸着質の凝縮点よりも低い温度の流体（ここでは冷却水２５）を流す管状部材１６を備える。この凝縮器２は、脱着過程で一方の吸着器（図１では吸着器５）から流路（図１では第４流路９）を介して流入する気体の吸着質を冷却して液体の吸着質２０に相変化させる。そして、液体の吸着質２０は、第１流路６を介して、凝縮器２から蒸発器１へ送られる。吸着質は、例えば、水である。なお、吸着質として、メタノール、エタノールなどのアルコールを用いてもよい。
【００４８】
吸着器４、５は、それぞれ、内部に流体を流すことができる管状部材１７を備え、管状部材１７の周囲に吸着式ヒートポンプ用吸着剤３が充填された熱交換器である。
ここで、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３は、特定の温度以上では吸着質の脱着が支配的に起こり、それよりも低い温度では吸着が支配的に起こる。
【００４９】
このため、管状部材１７に流す流体の温度によって、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３の温度が制御され、これにより、吸着質の脱着又は吸着が制御されるようになっている。
即ち、吸着器４、５に備えられる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３に吸着質を吸着させる吸着過程では、管状部材１７に、吸着質の吸着が支配的になる温度に制御しうる熱搬送媒体としての流体を流す。ここでは、冷却水２２を熱搬送媒体として流し、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を冷却することによって、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３に吸着質を吸着させる。
【００５０】
一方、吸着器４、５に備えられる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３から吸着質を脱着させる脱着過程では、管状部材１７に吸着質の脱着が支配的になる温度に制御しうる熱搬送媒体としての流体を流す。ここでは、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３から吸着質を脱着させるのに必要な温度は約６０℃程度である。このため、約１００℃以下の比較的低温の廃熱などを温熱として利用する。即ち、廃熱などから回収した温熱を熱搬送媒体としての流体によって搬送し、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を加熱することによって、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３から吸着質を脱着させる。
【００５１】
このように構成される吸着式ヒートポンプでは、バルブ１１〜１４の開閉状態を切り替えることで、吸着過程と脱着過程とを繰り返して、温熱から冷熱を連続的に生成することができる。
例えば、図１に示すように、バルブ１１、１３を開いた状態とし、バルブ１２、１４を閉じた状態とした場合には、一方の吸着器４（図１中、左側）は蒸発器１に接続され、他方の吸着器５（図１中、右側）は凝縮器２に接続される。この場合、一方の吸着器４には、冷却水２２を流して、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を冷却し、他方の吸着器５には、廃熱などから回収した温熱２４を流体によって搬送して、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を加熱する。これにより、一方の吸着器４に備えられる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３に吸着質が吸着し、他方の吸着器５に備えられる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３から吸着質が脱着する。つまり、蒸発器１に接続された一方の吸着器４は、吸着過程となり、凝縮器２に接続された他方の吸着器５は、脱着過程となる。
【００５２】
一方、バルブ１２、１４を開いた状態とし、バルブ１１、１３を閉じた状態とした場合には、他方の吸着器５（図１中、右側）は蒸発器１に接続され、一方の吸着器４（図１中、左側）は凝縮器２に接続される。この場合、他方の吸着器５には、冷却水を流して、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を冷却し、一方の吸着器４には、廃熱などから回収した温熱を流体によって搬送して、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を加熱する。これにより、他方の吸着器５に備えられる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３に吸着質が吸着し、一方の吸着器４に備えられる吸着式ヒートポンプ用吸着剤３から吸着質が脱着する。即ち、蒸発器１に接続された他方の吸着器５は、吸着過程となり、凝縮器２に接続された一方の吸着器４は、脱着過程となる。
【００５３】
このようにして、バルブ１１〜１４の開閉状態を切り替えることで、吸着過程と脱着過程とを繰り返して、温熱から冷熱を連続的に生成することができる。
なお、ここでは、一方の吸着器４の吸着過程と他方の吸着器５の脱着過程とが同時に行われ、一方の吸着器４の脱着過程と他方の吸着器５の吸着過程とが同時に行われ、これらが繰り返し行われるようにしているが、これに限られるものではない。例えば、一方の吸着器４の吸着過程と他方の吸着器５の吸着過程とが同時に行われ、一方の吸着器４の脱着過程と他方の吸着器５の脱着過程とが同時に行われ、これらが繰り返し行われるようにしてもよい。即ち、吸着過程と脱着過程とを段階的に行うようにしてもよい。この場合、吸着過程では、バルブ１１、１４を開いた状態とし、バルブ１２、１３を閉じた状態とし、両方の吸着器４、５に冷却水を流して、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を冷却すればよい。一方、脱着過程では、バルブ１２、１３を開いた状態とし、バルブ１１、１４を閉じた状態とし、両方の吸着器４、５に廃熱などから回収した温熱を流体によって搬送して、吸着式ヒートポンプ用吸着剤３を加熱すればよい。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例を挙げて開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤及びその製造方法をより具体的に説明するが、開示の吸着式ヒートポンプ用吸着剤及びその製造方法は、これらの実施例に何ら制限されるものではない。
【００５５】
以下の実施例において、比表面積及び水蒸気吸着等温線は、以下の方法により測定した。
＜比表面積＞
比表面積／細孔分布測定装置（日本ベル株式会社  ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ）を用いて窒素吸着等温線を測定し、ＢＥＴ法による解析によって比表面積を求めた。測定試料は、１５０℃で３時間真空加熱する前処理を行った。
【００５６】
＜水蒸気吸着等温線＞
水蒸気吸着等温線は、吸着等温線測定装置（ベルソーブ−ａｑｕａ３、日本ベル社製）を用いて、空気恒温槽温度８０℃、吸着温度３０℃、飽和蒸気圧４．２４５ｋＰａ、及び平衡時間５００秒間の条件で求めた。測定試料は、１５０℃で３時間真空加熱する前処理を行った。
【００５７】
（比較例１）
比較例１の吸着式ヒートポンプ用吸着剤として、活性炭（球状活性炭  太閤Ｑタイプ、フタムラ化学株式会社製、比表面積：２，０００ｍ２／ｇ）を用いた。
【００５８】
（比較例２）
活性炭（球状活性炭  太閤Ｑタイプ、フタムラ化学株式会社製、比表面積：２，０００ｍ２／ｇ）０．５ｇを、５−スルホイソフタル酸の２質量％水溶液２５ｍＬに１２時間浸漬した後、これを水で洗浄し、更に１５０℃で２時間真空乾燥することにより、比較例２の吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００５９】
（実施例１）
活性炭（球状活性炭  太閤Ｑタイプ、フタムラ化学株式会社製、比表面積：２，０００ｍ２／ｇ）０．５ｇを、３−ピリジンスルホン酸の２質量％水溶液２５ｍＬに１２時間浸漬した後、これを水で洗浄し、更に１５０℃で２時間真空乾燥することにより、吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００６０】
（実施例２）
活性炭（球状活性炭  太閤Ｑタイプ、フタムラ化学株式会社製、比表面積：２，０００ｍ２／ｇ）０．５ｇを、４−ヒドロキシ−３−ピリジンスルホン酸の２質量％水溶液２５ｍＬに１２時間浸漬した後、これを水で洗浄し、更に１５０℃で２時間真空乾燥することにより、吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００６１】
（実施例３）
活性炭（球状活性炭  太閤Ｑタイプ、フタムラ化学株式会社製、比表面積：２，０００ｍ２／ｇ）０．５ｇを、１，２−ジヒドロ−３，６−ピリダジンジオンの２質量％水溶液２５ｍＬに１２時間浸漬した後、これを水で洗浄し、更に１５０℃で２時間真空乾燥することにより、吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００６２】
（実施例４）
実施例１において、３−ピリジンスルホン酸の２質量％水溶液を３−ピリジンスルホン酸の０．４質量％水溶液に変えた以外は、実施例１と同様にして、吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００６３】
（実施例５）
実施例１において、３−ピリジンスルホン酸の２質量％水溶液を３−ピリジンスルホン酸の１質量％水溶液に変えた以外は、実施例１と同様にして、吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００６４】
（実施例６）
実施例１において、３−ピリジンスルホン酸の２質量％水溶液を３−ピリジンスルホン酸の４質量％水溶液に変えた以外は、実施例１と同様にして、吸着式ヒートポンプ用吸着剤を得た。
【００６５】
＜水蒸気吸着等温線＞
得られた吸着式ヒートポンプ用吸着剤について、水蒸気吸着等温線を求めた。結果を図２〜３に示した。
【００６６】
比較例１の吸着式ヒートポンプ用吸着剤は、吸着式ヒートポンプを動作させる温熱の温度を４５℃、冷却水温度を２５℃、取り出す冷熱の温度を１８℃とした場合、対応する相対蒸気圧の範囲は０．３３〜０．６５となり、その間の吸着量差Δｑは０．２３ｇ／ｇとなった。
【００６７】
比較例２の吸着式ヒートポンプ用吸着剤は、相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲の吸着量差Δｑは０．３１ｇ／ｇとなった。吸脱着反応が比較例１よりも低相対蒸気圧領域で進行するものの、相対蒸気圧０．３３において既に吸着量が０．１７ｇ／ｇあり、この分は吸脱着に寄与しないため、必ずしも効率的とは言えない。
【００６８】
実施例１の吸着式ヒートポンプ用吸着剤は、低相対蒸気圧（０．３３）での吸着量を上げずに吸脱着反応が低相対蒸気圧領域で進行することが確認された。また、相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲の吸着量差Δｑは０．３７と、比較例２よりも優れた値を得た。
【００６９】
有機分子の種類を変えた実施例２〜３の吸着式ヒートポンプ用吸着剤においても、低相対蒸気圧（０．３３）での吸着量を上げずに吸脱着反応が低相対蒸気圧領域で進行することが確認された。また、相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲の吸着量差Δｑは、実施例１と同等であった。
【００７０】
また、活性炭を浸漬する、有機分子を含有する水溶液の濃度を変えた実施例４〜６で得られた吸着式ヒートポンプ用吸着剤も、低相対蒸気圧（０．３３）での吸着量を上げずに吸脱着反応が低相対蒸気圧領域で進行することが確認された。また、相対蒸気圧０．３３〜０．６５の範囲の吸着量差Δｑは、実施例１と同等であった。
【００７１】
＜ＧＣ−ＭＳ＞
実施例で得られた吸着式ヒートポンプ用吸着剤の活性炭の細孔内に有機分子が存在することを確認するために、ガスクロマトグラフ質量分析（ＧＣ−ＭＳ分析）を行った。結果を図４に示した。
図４は、実施例３の吸着式ヒートポンプ用吸着剤のＧＣ−ＭＳ結果である。
図４において、１，２−ジヒドロ−３，６−ピリダジンジオンに同定されるピークが、図中の矢印で示す位置に確認された。
【００７２】
以上の実施例１〜６を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  活性炭と、前記活性炭の細孔内に、少なくとも１つの親水性官能基及び少なくとも１つの含窒素複素環を有する有機分子とを有することを特徴とする吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記２）  前記有機分子の分子量が、１００〜３００である付記１に記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記３）  前記有機分子の分子量が、１００〜２００である付記１から２のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記４）  前記少なくとも１つの親水性官能基が、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、及びスルホ基の少なくともいずれかである付記１から３のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記５）  前記有機分子における前記親水性官能基の数が、１〜２である付記１から４のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記６）  前記少なくとも１つの含窒素複素環が、５員環〜６員環である付記１から５のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記７）  前記少なくとも１つの含窒素複素環が、ピロール環、ピロリジン環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、インドール環、及びピリダジンジオン環のいずれかである付記１から６のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記８）  前記少なくとも１つの含窒素複素環が、ピリジン環、及びピリダジンジオン環のいずれかである付記１から７のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記９）  前記有機分子の炭素数が、４〜１０である付記１から８のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記１０）  前記有機分子の炭素数が、４〜６である付記１から９のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記１１）  前記活性炭の比表面積が、１，０００ｍ２／ｇ〜２，５００ｍ２／ｇである付記１から１０のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤。
（付記１２）  付記１から１１のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法であって、
前記活性炭を、前記有機分子を含有する液体に浸漬することを特徴とする吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
（付記１３）  前記液体が、前記有機分子を含有する水溶液である付記１２に記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
（付記１４）  前記浸漬をし、前記有機分子を細孔内に有する前記活性炭を得た後に、前記活性炭を加熱する付記１２から１３のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
（付記１５）  前記活性炭の加熱が、減圧下で行われる付記１４に記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
（付記１６）  前記活性炭の加熱が、１００℃〜２５０℃で行われる付記１２から１５のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤の製造方法。
（付記１７）  付記１から１１のいずれかに記載の吸着式ヒートポンプ用吸着剤を有することを特徴とする吸着式ヒートポンプ。
（付記１８）  液体の吸着質を蒸発させて気体の吸着質にする蒸発器と
前記蒸発器と接続され、前記気体の吸着質を凝縮させて前記液体の吸着質にする凝縮器と、
前記蒸発器、及び前記凝縮器と接続され、前記吸着質を吸脱着しうる前記吸着式ヒートポンプ用吸着剤を有する２つの吸着器とを有する付記１７に記載の吸着式ヒートポンプ。
【符号の説明】
【００７３】
１    蒸発器
２    凝縮器
３    吸着式ヒートポンプ用吸着剤
４    吸着器
５    吸着器
６    第１流路
７    第２流路
８    第３流路
９    第４流路
１０  第５流路
１１  バルブ
１２  バルブ
１３  バルブ
１４  バルブ
１５  管状部材
１６  管状部材
１７  管状部材
２０  液体の吸着質
２１  液体の吸着質
２２  冷却水
２３  冷熱
２４  温熱
２５  冷却水
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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