(57)【要約】【課題】本発明は、低温薬品賦活法の賦活条件のコントロールにより吸着材単位重量あたり高い水蒸気吸着容量を有しつつ高密度充填が可能な新たな活性炭、及びその製造方法、並びに比出力の向上を達成した吸着ヒートポンプを提供することにある。【解決手段】発明のガラス質活性炭は、各粒子径50μm以上であり、緻密であることを特徴とする。ガラス質活性炭の製造方法は、本発明のガラス質活性炭の製造方法であって、熱可塑性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂をアルカリで賦活して得ることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
各粒子径50μm以上であり、緻密なガラス質活性炭。
【請求項２】
平均粒子径が、１００μm以上である請求項1記載のガラス質活性炭。
【請求項３】
請求項１又は2項のいずれかに記載のガラス質活性炭の製造方法であって、熱可塑性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂をアルカリで賦活して得るガラス質活性炭の製造方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアクリルニトリルからなる群から選択される少なくとも1種である請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、ポリイミド、メラミン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種である請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記アルカリが、KOH、NaOH、LiOHからなる群から選択される少なくとも1種である請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記アルカリと前記樹脂との重量比(アルカリ／樹脂)が、３．５以上であることを特徴とする請求項３〜６項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項８】
前記賦活を、６７８〜８７３Kの間で行なう請求項３〜７項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１又は2項に記載のガラス質活性炭を用いた吸着ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭、及びその製造方法に関し、特に、緻密なガラス質活性炭、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気系吸着ヒートポンプは相対圧Ｐ／ＰＯ（＝φ）＝０．０５〜０．４０の間の任意の２つの相対圧間で連続的に吸・脱着を行うことにより冷熱生成を行う。このため、この２つの相対圧間で大きな水蒸気吸着容量を有する吸着材が求められる。プラスチックを原料とする低温薬品賦活法により得られる活性炭の場合、活性炭自体は疎水性であるもののナノオーダーの細孔を多量に有するため、この相対圧の範囲で吸着材単位重量あたり優れた水蒸気の吸着性能を示す（特許、特願２００１−３４５１５）。
【０００３】
また、水蒸気を作動媒体とする吸着ヒートポンプ用の活性炭として、プラスチックを原料とする低温薬品賦活炭が知られている。これは吸着材単位重量あたりの水蒸気吸着容量は０．２１〜０．３０ｋｇ／ｋｇ程度（吸着ヒートポンプの作動条件を相対圧０．１と０．３５の間と仮定した場合）と優れている。
【０００４】
その他の吸着ヒートポンプ用の吸着材としてはシリカゲル、ゼオライトが知られている。これらの吸着ヒートポンプ作動域における水蒸気吸着容量ならびに充填密度はシリカゲルで０．１ｋｇ／ｋｇ（相対圧を０．１と０．３５の間と仮定）、６４０ｋｇ／ｍ３程度、ゼオライトでは０．０８ｋｇ／ｋｇ（相対圧域：０．１〜０．３５）、６４０ｋｇ／ｍ３程度である。また、近年では、吸着ヒートポンプ用としてメソポーラスシリカが開発されており、その吸着容量は最大０．２５ｋｇ／ｋｇ程度であることが報告されている。
【特許文献１】特願２００１−３４５１５
【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、上記特許願2001-34515に記載の活性炭は粒子径が〜１００μｍ以下の微粉末状になると共に機械的強度が非常にもろい。このため、吸着ヒートポンプとして利用するにあたって活性炭を熱交換器に充填した場合、充填がしづらい、微粉活性炭の装置内への飛散といったハンドリング上の問題を伴うと共に、水蒸気の粒子間移動抵抗の増大、活性炭充填密度の低下という吸着ヒートポンプの高出力化達成に対する非常に大きな課題点を有する。この点から、吸着ヒートポンプの相対圧範囲で優れた水蒸気吸着性能を示しつつ、十分な機械的強度を有すると共に高密度充填を可能とする新規活性炭が求められている。
【０００６】
充填密度が１２０〜２００ｋｇ／ｍ３と低いため、吸着器単位容積あたりの出力が非常に低くなるという問題点を有していた。その他、従来例の場合、粒子径１００μｍ以下の機械的強度が低い活性炭が製造されるため、充填がしづらい、装置内への飛散といったハンドリング上の問題も存在した。
【０００７】
吸着ヒートポンプは８０℃程度以下の低温排熱を回収・高レベル変換できる唯一の熱機関である。作動媒体として水、アルコール、アンモニアなど、吸着材としてシリカゲル、ゼオライト、活性炭などの無害の化学物質を用いることができ、いわゆるノンフロン型の環境調和型低温熱エネルギー利用機器として機能する。しかし、吸着器単位容積あたりの出力（比出力）が小さく装置が大型化することが原因となり、汎用的実用化が遅れている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、低温薬品賦活法の賦活条件のコントロールにより吸着材単位重量あたり高い水蒸気吸着容量を有しつつ高密度充填が可能な新たな活性炭、及びその製造方法、並びに比出力の向上を達成した吸着ヒートポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、発明者らは、活性炭の製造条件について鋭意研究を重ねた結果、本発明のガラス質活性炭及びその製造方法を見出すに至った。
【００１０】
すなわち、本発明のガラス質活性炭は、各粒子径50μm以上であり、緻密であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のガラス質活性炭の好ましい実施態様において、平均粒子径が、１００μm以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のガラス質活性炭の製造方法は、熱可塑性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂をアルカリで賦活して得ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のガラス質活性炭の製造方法の好ましい態様において、前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアクリルニトリルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
また、本発明のガラス質活性炭の製造方法の好ましい態様において、前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、ポリイミド、メラミン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のガラス質活性炭の製造方法の好ましい態様において、前記アルカリが、KOH、NaOH、LiOHからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のガラス質活性炭の製造方法の好ましい態様において、前記アルカリと前記樹脂との重量比(アルカリ／樹脂)が、３．５以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のガラス質活性炭の製造方法の好ましい態様において、前記賦活を、６７８〜８７３Kの間で行なうことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の吸着ヒートポンプは、請求項１又は2項に記載のガラス質活性炭を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では低温薬品賦活法により従来得られていた微粉末状の活性炭ではなく、賦活条件をコントロールすることによりガラス質の活性炭の製造を可能とした。本発明による活性炭は吸着材単位重量あたりの吸着容量は従来のものに比べて落ちるものの、機械的強度が強く、かつ粒子径も１００μｍ以上のものが得られており非常にハンドリングがしやすい。さらに、充填密度も従来品より高い値が得られている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、冷却、加熱されることにより吸着材に水が吸着、脱着されることを利用した吸着ヒートポンプの吸着材に関するものである。この吸着ヒートポンプは８０℃程度以下の低温排熱を回収・高レベル変換できる唯一の熱機器であり、環境調和型の低温排熱利用械器として機能し得るものである。
【００２０】
本発明のガラス質活性炭は、各粒子径50μm以上である。各粒子の様子は、図1の電子顕微鏡写真から把握することができるように、本発明のガラス質活性炭においては、活性炭に光沢があり、表面が緻密に見えるのに対して、従来の低温薬品賦活炭は、表面に非常に大きな空隙を有しており、ぼそぼそとした感じとなっているのが分かる。本発明の活性炭の好ましい態様において、水蒸気の粒子層内移動抵抗の低減並びに活性炭粒子の飛散防止という観点から、平均粒子径が１００μm以上とすることができる。
【００２１】
次に、本発明のガラス質活性炭の製造方法について説明する。
【００２２】
本発明のガラス質活性炭の製造方法は、樹脂をアルカリで賦活することにより得ることができる。樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも適用できる。前記熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、とくに薬品賦活での活性炭収率が大きいポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアクリルニトリルからなる群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、上記同様の活性炭収率が高いという観点から、フェノール樹脂、ポリイミド、メラミン樹脂を挙げることができる。
【００２３】
また、本発明において、前記アルカリが、KOH、NaOH、LiOHからなる群から選択される少なくとも1種とすることができる。活性炭の水蒸気吸着容量の増大及び収率を高くするという観点から、アルカリとしては、KOH、を挙げることができる。前記アルカリと前記樹脂との重量比(アルカリ／樹脂)としては、より効率的にガラス質活性炭を得やすく、大きな水蒸気吸着容量を確保するという観点から、３．５以上とすることができる。また、上記アルカリの他、塩化亜鉛、リン酸などを用いることができる。塩化亜鉛、リン酸を用いて薬品賦活する場合においても、上記アルカリ薬品賦活の条件をそのまま用いることができる。
【００２４】
賦活時間としては、目的に応じて適宜変更可能であり、特に限定されないが、１〜12時間とすることができる。また、前記賦活を、低相対圧域(相対圧＝0.05〜0.40)における水蒸気吸着容量を増大させるという観点から、６７８〜８７３Kの間で行なうことができる。最終的に、得られた活性炭を、水洗、乾燥することにより最終製品を得ることができる。
【００２５】
次に、本発明の吸着ヒートポンプについて説明すれば、本発明の吸着ヒートポンプは、上記本発明のガラス質活性炭を用いることを特徴とする。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。
【００２７】
ポリカーボネートを原料の樹脂として、ＫＯＨ重量／原料ポリカーボネート比＝４、賦活温度＝７７３Ｋ、賦活時間２．５時間の条件で薬品賦活することにより活性炭を製造した結果、吸着ヒートポンプの代麦的な相対圧域０．１〜０．３６における水蒸気吸着容量：Δｑ＝０．２０ｋｇ／ｋｇ、充填密度：３４０ｋｇ／ｍ３を達成した。また、得られた粒子の大きさはおおよそ１００μｍ以上であった。
【００２８】
上記の活性炭を使用し、従来提案されているフィン付きシリカゲルモジュールと同形状のフィン付き活性炭モジュールを考えた場合の熱出力評価を行った。その結果、活性炭（Δｑ＝０．２０ｋｇ／ｋｇ（相対圧域：０．１〜０．３５）、充填密度：３４０ｋｇ／ｍ３）はシリカゲル（Δｑ＝０．１０ｋｇ／ｋｇ（相対圧域：０．１〜０．３５）、充填密度：６４０ｋｇ／ｍ３）に比べて１．１倍程度の熱出力の増大が予測される。
【００２９】
得られたガラス質活性炭について、その水蒸気吸着等温線ならびに充填密度の測定結果に基づいて吸着ヒートポンプ用活性炭としての性能評価を行った。その結果、ポリカーボネートを原料とする本発明のガラス質活性炭（賦活温度：７７３Ｋ、賦活時間：２．５時間、Ｒ＝４．０）は、吸着ヒートポンプの代表的な稼動条件である相対圧０．１と０．３５の間における水蒸気吸着容量：Δｑ＝０．２０ｋｇ／ｋｇ、充填密度：３４０ｋｇ／ｍ３を達成した。従来の水酸化カリウム賦活炭（賦活温度：７７３Ｋ、賦活時間：２．５時間、Ｒ＝３．２）では、相対圧０．１と０．３５における水蒸気吸着容量：Δｑ＝０．２ｋｇ／ｋｇ、充填密度：１６０ｋｇ／ｍ３程度であることから、本発明による活性炭は従来品に対して吸着器単位容積あたり２倍強の出力性能を達成することが可能であり、本法が新たな吸着ヒートポンプ用活性炭として有効であることを認めた。
【００３０】
以上要約すれば、本発明のガラス質活性炭の開発により、吸着材単位重量あたりの水蒸気の吸着容量が大きいという従来の低温薬品賦活炭の特長に加えて、１）活性炭自身の機械的強度の向上、及び、２）充填密度の向上が達成された。
【００３１】
すなわち、機械的強度が強いと、活性炭を熱交換器に充填して長時間使用した場合にも粉々に微粉化することがないため、出力性能の低下や微粉末の飛散による装置の障害・故障を引き起こすことが避けられるという有利な効果を奏することが判明した。
【００３２】
また、従来の低温薬品賦活炭に比べて、緻密な活性炭が製造できるため充填密度の向上が図れた。これにより、吸着ヒートポンプの単位体積あたりの出力性能の向上が図れることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のガラス質活性炭は、例えば、吸着ヒートポンプに使用すれば、低温排熱を回収、高レベル変換することができる低温排熱利用機器の分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明により製造された一実施態様におけるガラス質活性炭の電子顕微鏡写真を示す。
【図２】図２は、本発明により製造された一実施態様におけるガラス質活性炭の水蒸気吸着等温線。縦軸は水蒸気の吸着量、横軸は相対圧を示す。吸着ヒートポンプ稼動時の吸着容量は、任意の２つの相対圧間（例：相対圧０．１と０．３５）における水蒸気吸着量の差となる。
【図１】
2005289669.tif 000002
【図２】
2005289669.tif 000003