(57)【要約】【課題】アロフェンにより構成されてアンモニアを捕集する脱臭剤を提供する。【解決手段】粘土鉱物であるアロフェン粒子（90）に、アンモニアと共に錯体を形成する金属（95）を付加する。空気中に含まれるアンモニアは、アロフェン粒子（90）に捕捉されて金属（95）と錯体を形成する。アロフェン粒子（90）には、空気中の水分も吸着される。アロフェンを所定温度にまで加熱すると、水分はアロフェン粒子（90）から脱離するが、アンモニアはアロフェン粒子（90）に保持され続ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アロフェンにより構成されて空気中のアンモニアを捕集することを特徴とする脱臭剤。
【請求項２】
請求項１において、
アンモニアと共に錯体を形成する金属がアロフェンに付加されている
ことを特徴とする脱臭剤。
【請求項３】
請求項２に記載の脱臭剤を備え、
被処理空気を上記脱臭剤と接触させて該被処理空気中のアンモニアを該脱臭剤に捕集させると共に、上記脱臭剤に被処理空気中の水分を吸着させる吸着動作と該脱臭剤から水分を脱離させる再生動作とを行って被処理空気の湿度を調節する
ことを特徴とする調湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の臭気物質を捕集する脱臭剤と、その脱臭剤を利用して空気の湿度調節を行う調湿装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粘土鉱物の一種であるアロフェンは、水蒸気などを吸着する性質を持っている。特許文献１には、このアロフェンを吸着剤として用い、吸着剤としてのアロフェンに空気中の水分を吸着させて空気を除湿したり、アロフェンから脱離させた水分によって空気を加湿する調湿装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、アンモニアと錯体を形成する金属をゼオライト等に付加した吸着剤が開示されている。この吸着剤では、空気中の水分を吸脱着する一方、空気中のアンモニアを捕集し、捕集されたアンモニアと金属とによって錯体が形成される。
【特許文献１】特開２００３−０３８９２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２３９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、アロフェンが水蒸気等を吸脱着する吸着剤として利用できることは知られていたが、アンモニアを捕集するための脱臭剤としてアロフェンを用いることは行われていなかった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アロフェンにより構成されてアンモニアを捕集する脱臭剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、脱臭剤を対象としており、アロフェンにより構成されて空気中のアンモニアを捕集するものである。
【０００７】
第１の発明では、アンモニアを捕集する脱臭剤としてアロフェンが用いられる。アロフェンは、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、及びＣａＯを主成分とする粘土鉱物である。つまり、アロフェンには、アンモニアと共に錯体を形成する鉄（Ｆｅ）が含まれている。脱臭剤としてのアロフェンにアンモニアを含む空気を接触させると、空気中のアンモニアがアロフェンに捕集されて鉄と錯体を形成する。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、アンモニアと共に錯体を形成する金属がアロフェンに付加されるものである。
【０００９】
第２の発明では、脱臭剤としてのアロフェンに対し、アンモニアと共に錯体を形成する金属が付加される。アンモニアと共に錯体を形成する金属としては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、カドミウム、及び水銀が知られている。
【００１０】
第３の発明は、調湿装置を対象としている。そして、上記第２の発明の脱臭剤を備え、被処理空気を上記脱臭剤と接触させて該被処理空気中のアンモニアを該脱臭剤に捕集させると共に、上記脱臭剤に被処理空気中の水分を吸着させる吸着動作と該脱臭剤から水分を脱離させる再生動作とを行って被処理空気の湿度を調節するものである。
【００１１】
第３の発明では、アロフェンからなる脱臭剤が調湿装置（10）に設けられる。この調湿装置（10）において、アロフェンは、空気中のアンモニアを捕集する脱臭剤としてだけでなく、空気との間で水分の授受を行う吸着剤としても機能する。吸着動作中に空気をアロフェンに接触させると、空気中のアンモニアがアロフェンに捕集されると同時に、空気中の水分（水分子）がアロフェンに吸着される。再生動作中にアロフェンを加熱すると、アロフェンから水分が脱離する。吸着動作中にアロフェンに捕集されたアンモニアは、アロフェンに含まれる鉄などの金属と錯体を形成している。このため、再生動作中において、水分はアロフェンから放出されるが、アンモニアはアロフェンに保持されたままとなる。調湿装置（10）は、アロフェンから脱離させた水分を空気へ付与することによって、空気を加湿する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、アンモニアと錯体を形成する鉄がアロフェンに含まれている点に着目し、アンモニアを捕集するための脱臭剤としてアロフェンを用いている。従って、本発明によれば、アロフェンの用途を拡大できる。
【００１３】
上記第２の発明では、アンモニアと共に錯体を形成する金属を、脱臭剤としてのアロフェンに付加している。従って、この発明によれば、脱臭剤としてのアロフェンが捕集できるアンモニアの量を増大させることができる。
【００１４】
上記第３の発明では、アロフェンからなる脱臭剤が水分を吸脱着する吸着剤としても機能する。調湿装置（10）の吸着動作中には、空気中の水分とアンモニアがアロフェンに捕集される。一方、調湿装置（10）の再生動作中には、水分だけがアロフェンから脱離し、アンモニアはアロフェンに保持されたままとなる。このため、アロフェンから脱離した水分が付与された空気を室内へ供給する加湿運転中において、室内へ供給される空気にアロフェンから放出されたアンモニアが混入するのを防ぐことができ、室内の快適性を高く保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。本実施形態は、室内の換気と湿度調節を行う調湿装置（10）である。この調湿装置（10）は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（50）を備えている。
【００１６】
図１に示すように、冷媒回路（50）は、第１吸着熱交換器（51）、第２吸着熱交換器（52）、圧縮機（53）、四方切換弁（54）、及び電動膨張弁（55）が設けられた閉回路である。冷媒回路（50）には、冷媒が充填されている。
【００１７】
上記冷媒回路（50）において、圧縮機（53）は、その吐出側が四方切換弁（54）の第１のポートに、その吸入側が四方切換弁（54）の第２のポートにそれぞれ接続されている。第１吸着熱交換器（51）の一端は、四方切換弁（54）の第３のポートに接続されている。第１吸着熱交換器（51）の他端は、電動膨張弁（55）を介して第２吸着熱交換器（52）の一端に接続されている。第２吸着熱交換器（52）の他端は、四方切換弁（54）の第４のポートに接続されている。
【００１８】
上記四方切換弁（54）は、第１のポートと第３のポートが連通して第２のポートと第４のポートが連通する第１状態（図１(Ａ)に示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通して第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１(Ｂ)に示す状態）とに切り換え可能となっている。
【００１９】
図２に示すように、第１吸着熱交換器（51）及び第２吸着熱交換器（52）は、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。これら吸着熱交換器（51,52）は、銅製の伝熱管（58）とアルミニウム製のフィン（57）とを備えている。吸着熱交換器（51,52）に設けられた複数のフィン（57）は、それぞれが長方形板状に形成され、一定の間隔で並べられている。また、伝熱管（58）は、各フィン（57）を貫通するように設けられている。各フィン（57）の表面には、所定の金属（95）が付加されたアロフェンが担持されている。
【００２０】
吸着熱交換器（51,52）に担持されたアロフェンについて、図３を参照しながら説明する。アロフェンは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする粘土鉱物である。このアロフェンは、直径が概ね３.５ｎｍ〜５.０ｎｍ程度の中空球状の粒子である。アロフェン粒子（90）には、直径が概ね０.３ｎｍ〜０.５ｎｍ程度の細孔（91）が多数形成されている。
【００２１】
吸着熱交換器（51,52）に担持されるアロフェン粒子（90）には、アンモニアと共に錯体を形成する金属（95）が付加されている。具体的に、このアロフェン粒子（90）には、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）のうちの少なくとも１つが付加されている。
【００２２】
上記の金属（95）は、いわゆるイオン交換法によってアロフェン粒子（90）に付加されている。これらの金属（95）をアロフェン粒子（90）に付加する方法について、付加される金属（95）がニッケルの場合を例に説明する。この場合、硝酸ニッケル（Ｎｉ(ＮＯ3)2）を水に溶解させた水溶液を調製し、その水溶液へ粉末状のアロフェンを投入して撹拌する。そして、所定時間が経過した後にアロフェン粒子（90）を取り出して乾燥させると、ニッケルが付加されたアロフェン粒子（90）が得られる。
【００２３】
アロフェンには、空気中の水分（水分子）を吸着する性質がある。また、上記の金属（95）が付加されたアロフェンにアンモニアを含む空気が接触すると、空気中のアンモニアがアロフェン粒子（90）に捕捉されて金属（95）と共に錯体を形成する。このように、本実施形態の吸着熱交換器（51,52）に担持されるアロフェンは、吸着剤としての機能と脱臭剤としての機能とを兼ね備えている。
【００２４】
上記の金属（95）を付加されたアロフェンは、いわゆるディッピングによって吸着熱交換器（51,52）に担持される。つまり、金属（95）を付加したアロフェンとバインダを水と混ぜ合わせてスラリー状の原料液を調製し、その原料液に伝熱管（58）とフィン（57）で構成された熱交換器を浸漬し、原料液から引き上げた熱交換器を乾燥させることによって、熱交換器の表面にアロフェンを含んだ吸着層を形成する。また、熱交換器を原料液に浸漬した後に乾燥させる工程を何回か繰り返すことで、熱交換器の表面の吸着層を所定の厚さにまで成長させる。
【００２５】
−運転動作−
本実施形態の調湿装置（10）は、除湿運転と加湿運転を切り換えて行う。また、運転中の調湿装置（10）では、後述する第１動作と第２動作が所定の時間間隔（例えば３分間隔）で交互に繰り返される。つまり、本実施形態の調湿装置（10）は、２つの吸着熱交換器（51,52）を用いたバッチ式の動作を行う。
【００２６】
第１動作中の冷媒回路（50）では、図１(Ａ)に示すように、四方切換弁（54）が第１状態に設定される。この状態の冷媒回路（50）では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（50）では、圧縮機（53）から吐出された冷媒が第１吸着熱交換器（51）、電動膨張弁（55）、第２吸着熱交換器（52）の順に通過し、第１吸着熱交換器（51）が凝縮器となって第２吸着熱交換器（52）が蒸発器となる。
【００２７】
第１動作中の第２吸着熱交換器（52）では、第１空気がアロフェンと接触し、第１空気に含まれる水分がアロフェンに吸着される。この第２吸着熱交換器（52）では、その際に発生する吸着熱を冷媒が吸熱して蒸発する。第１動作中の第１吸着熱交換器（51）では、その表面に担持されたアロフェンが冷媒の凝縮熱によって加熱され、アロフェンから水分が脱離する。この第１吸着熱交換器（51）では、アロフェンから脱離した水分が第２空気に付与される。
【００２８】
第２動作中の冷媒回路（50）では、図１(Ｂ)に示すように、四方切換弁（54）が第２状態に設定される。この状態の冷媒回路（50）では、冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（50）では、圧縮機（53）から吐出された冷媒が第２吸着熱交換器（52）、電動膨張弁（55）、第１吸着熱交換器（51）の順に通過し、第１吸着熱交換器（51）が蒸発器となって第２吸着熱交換器（52）が凝縮器となる。
【００２９】
第２動作中の第１吸着熱交換器（51）では、第１空気がアロフェンと接触し、第１空気に含まれる水分がアロフェンに吸着される。この第１吸着熱交換器（51）では、その際に発生する吸着熱を冷媒が吸熱して蒸発する。第２動作中の第２吸着熱交換器（52）では、その表面に担持されたアロフェンが冷媒の凝縮熱によって加熱され、アロフェンから水分が脱離する。この第２吸着熱交換器（52）では、アロフェンから脱離した水分が第２空気に付与される。
【００３０】
除湿運転中の調湿装置（10）は、第１空気として室外空気を取り込むと共に、第２空気として室内空気を取り込む。そして、この調湿装置（10）は、第１空気として取り込んだ室外空気に含まれる水分を、蒸発器として動作している吸着熱交換器（51,52）に吸着させ、除湿した室外空気を室内へ供給する。また、この調湿装置（10）は、凝縮器として動作している吸着熱交換器（51,52）から水分を脱離させ、この吸着熱交換器（51,52）から脱離した水分を第２空気として取り込んだ室内空気と共に室外へ排出する。
【００３１】
加湿運転中の調湿装置（10）は、第１空気として室内空気を取り込むと共に、第２空気として室外空気を取り込む。そして、この調湿装置（10）は、第１空気として取り込んだ室内空気に含まれる水分を、蒸発器として動作している吸着熱交換器（51,52）に吸着させ、水分が奪われた室内空気を室外へ排出する。また、この調湿装置（10）は、凝縮器として動作している吸着熱交換器（51,52）から水分を脱離させ、この吸着熱交換器（51,52）から脱離した水分を第２空気として取り込んだ室外空気と共に室内へ供給する。
【００３２】
ここで、室内空気には、アンモニアを含んだ臭気物質（例えば、タバコの煙など）が含まれている場合がある。例えば加湿運転の第１動作中において、第２吸着熱交換器（52）では、室内空気がアロフェン粒子（90）と接触し、室内空気中の水蒸気がアロフェン粒子（90）に吸着される。水分子の大きさは、０.３ｎｍ程度である。このため、水分子は、アロフェン粒子（90）に形成された細孔（91）を通過してその内部にも侵入し、アロフェン粒子（90）の内外の表面に吸着される。
【００３３】
その際、アロフェン粒子（90）には、室内空気中のアンモニアも捕捉される。アロフェン粒子（90）に捕捉されたアンモニアは、アロフェン粒子（90）に付加された金属（95）と共に錯体を形成する。アンモニア分子の大きさは、０.３ｎｍ程度である。このため、アンモニア分子は、アロフェン粒子（90）に形成された細孔（91）を通過してその内部にも侵入し、アロフェン粒子（90）の表面に付加された金属（95）とも錯体を形成する。
【００３４】
加湿運転中に第１動作から第２動作へ切り換わると、第１動作中に水蒸気やアンモニアを捕捉した第２吸着熱交換器（52）が凝縮器として動作し始める。凝縮器として動作する第２吸着熱交換器（52）では、アロフェンが冷媒によって例えば６０℃〜８０℃程度にまで加熱され、アロフェンから水分子が脱離する。一方、アロフェンに捕捉されているアンモニア分子は、金属（95）と共に錯体を形成しているため、６０℃〜８０℃程度になってもアロフェン粒子（90）に保持されたままとなる。
【００３５】
また、室内空気には、臭気物質の一種であるＶＯＣ（volatile organic compounds、揮発性有機化合物）が含まれている場合がある。アセトアルデヒド等のＶＯＣは、その分子の大きさが０.４ｎｍ〜０.５ｎｍであり、アロフェン粒子（90）の内部へ入り込めないため、アロフェン粒子（90）には殆ど捕捉されない。このため、例えば加湿運転の第１動作中において、室内空気に含まれるＶＯＣは、第２吸着熱交換器（52）を素通りして室外へ排出される。
【００３６】
このように、本実施形態の吸着熱交換器（51,52）に担持されるアロフェンは、室内空気中のＶＯＣは捕集せず、室内空気中のアンモニアを選択的に捕集する。つまり、本実施形態で用いるアロフェンは、室内空気に含まれる臭気物質の中からアンモニアを選択的に捕集する。
【００３７】
−実施形態の効果−
上述したように、加湿運転中の調湿装置（10）では、第１動作と第２動作が交互に繰り返し行われる。加湿運転中に第１動作と第２動作が相互に切り換わると、切り換え前には室外へ向かう室内空気が通過していた吸着熱交換器（51,52）を、切り換え後には室内へ向かう室外空気が通過することになる。このため、一方の動作中に吸着熱交換器（51,52）に捕捉された室内空気中の臭気物質が、他方の動作へ切り換わった後に室内へ送り返されてしまい、室内の快適性を損なうという問題があった。例えば第１動作から第２動作へ切り換わる場合、第１動作中には室内空気中の臭気物質が第２吸着熱交換器（52）に捕捉される一方、第２動作中には第１動作中に第２吸着熱交換器（52）に捕捉された臭気物質が水分と共に室内へ送り返されてしまう場合があった。
【００３８】
それに対し、本実施形態の調湿装置（10）において、蒸発器として動作する吸着熱交換器（51,52）でアロフェンに捕捉されたアンモニアは、そのアロフェン粒子（90）に付加された金属（95）と共に錯体を形成する。このため、アロフェン粒子（90）に捕捉されたアンモニアは、この吸着熱交換器（51,52）が凝縮器として動作し始めた後もアロフェン粒子（90）に保持され続ける。従って、本実施形態によれば、一旦は吸着熱交換器（51,52）に捕捉されたアンモニアが再び室内へ送り返されてしまうという事態を回避でき、室内の快適性を高く保つことができる。
【００３９】
また、本実施形態の吸着熱交換器（51,52）に担持されているアロフェン粒子（90）は、ＶＯＣを殆ど吸着しない。このため、室内空気に含まれているＶＯＣは、吸着熱交換器（51,52）を素通りして室外へ排出され、再び室内へ戻ってくることはない。従って、本実施形態によれば、調湿装置（10）へ取り込まれた室内空気中のＶＯＣが再び室内へ戻って来るという事態を回避でき、室内の快適性を高く保つことができる。
【００４０】
−実施形態の変形例１−
本実施形態では、金属（95）を付加する工程を経たアロフェンを吸着熱交換器（51,52）に担持させるようにしているが、そのような工程を経ていないアロフェン、即ち人為的に金属（95）が付加されていないアロフェンを吸着熱交換器（51,52）に担持させてもよい。
【００４１】
上述したように、アロフェンの主成分には三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が含まれており、鉄はアンモニアと共に錯体を形成可能な金属である。このため、人為的に金属（95）が付加されていないアロフェンを用いる場合であっても、アロフェンによって空気中のアンモニアを捕集することが可能である。従って、アンモニアと共に錯体を形成する金属（95）が人為的に付加されていないアロフェンを脱臭剤として用いることも可能である。
【００４２】
−実施形態の変形例２−
本実施形態の調湿装置（10）は、円板状あるいは円筒状の吸着ロータを用いたロータ式に構成されていてもよい。
【００４３】
本変形例において、吸着ロータには、それを軸方向へ貫通する空気通路が多数形成されている。吸着ロータの表面には、例えばディッピング等の手法によってアロフェンが担持される。
【００４４】
本変形例の調湿装置（10）では、第１空気の通路と第２空気の通路に跨って配置された吸着ロータが回転駆動される。吸着ロータは、その一部分が第１空気と接触し、残りの部分が加熱された第２空気と接触する。吸着ロータは、第１空気中の水分を吸着すると共に第１空気中のアンモニアを捕捉する。また、吸着ロータは、第２空気により加熱されて水分を放出する。その際、吸着ロータは、第１空気から奪った水分を放出する一方、第１空気から奪ったアンモニアを保持し続ける。
【００４５】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上説明したように、本発明は、空気中のアンモニアを捕集する脱臭剤や、これを備える調湿装置（10）について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態の調湿装置の概略構成を示す冷媒回路図であって、(Ａ)は第１動作中の状態を示すものであり、(Ｂ)は第２動作中の状態を示すものである。
【図２】吸着熱交換器の概略斜視図である。
【図３】実施形態のアロフェンの構造を模式的に示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
10    調湿装置
51    第１吸着熱交換器
52    第２吸着熱交換器
90    アロフェン粒子
91    細孔
95    金属
【図１】
2008183036.tif 000003
【図２】
2008183036.tif 000004
【図３】
2008183036.tif 000005