(57)【要約】【課題】  基材からの金属イオンの溶出を確実に防ぐことのできる吸着素子の製造方法、吸着素子、水熱合成装置を提供すること。【解決手段】  金属からなる基材１１０表面に、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤１２１を配置してなる吸着素子１００の製造方法であって、吸着剤１２１の前駆体溶液１２２中に基材１１０を浸漬し、水熱合成することによって基材１１０表面に吸着剤１２１を形成する形成工程を備え、形成工程において、基材１１０に電子供給体１３０を電気的に接続した状態で、水熱合成を実施するようにした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる基材表面に、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤を配置してなる吸着素子の製造方法であって、
前記吸着剤の前駆体溶液中に前記基材を浸漬し、水熱合成することによって前記基材表面に前記吸着剤を形成する形成工程を備え、
前記形成工程において、前記基材に電子供給体を電気的に接続した状態で、水熱合成を実施することを特徴とする吸着素子の製造方法。
【請求項２】
前記電子供給体を、前記基材の吸着剤形成部位を除く部位に電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項３】
前記電子供給体は、前記基材よりも卑な金属からなる犠牲部材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲部材は、前記吸着剤に含まれる金属元素からなることを特徴とする請求項３に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項５】
前記電子供給体は外部直流電源であり、
前記形成工程において、前記基材をカソードとし、前記基材を構成する金属と同じかそれよりも貴な導電性材料からなる部材をアノードとして前記外部直流電源に接続した状態で、前記前駆体溶液中に前記カソード及び前記アノードを浸漬し、水熱合成を実施することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項６】
前記形成工程において、前記外部直流電源により印加する電圧を、前記前駆体溶液中に浸漬した状態における前記カソードと前記アノードの電位差以上とすることを特徴とする請求項５に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項７】
前記アノードは、不溶性材料からなることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項８】
前記形成工程の前に、前記基材の、少なくとも吸着剤形成部位を凹凸化する凹凸化工程を備えることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項９】
前記凹凸化工程において、前記基材の表面を粗化処理することを特徴とする請求項８に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項１０】
前記凹凸化工程において、金属からなる多孔部を形成することを特徴とする請求項８に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項１１】
前記多孔部は、前記基材表面に配置された金属粉末を焼結して形成されることを特徴とする請求項１０に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項１２】
前記多孔部は、溶融した金属を発泡させて形成されることを特徴とする請求項１０に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項１３】
前記凹凸化工程後、前記基材の凹凸化された部位に前記吸着剤の種結晶を担持させる工程を備え、
担持させた状態で、前記形成工程を実施することを特徴とする請求項８〜１２いずれか１項に記載の吸着素子の製造方法。
【請求項１４】
金属からなる基材と、
この基材上に形成され、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤からなる吸着層とを備える吸着素子であって、
前記吸着層は、前記基材に電子供給体を電気的に接続した状態で、水熱合成により前記基材の表面に直接形成されていることを特徴とする吸着素子。
【請求項１５】
前記電子供給体は、前記基材の吸着層形成部位を除く部位に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の吸着素子。
【請求項１６】
前記電子供給体は、前記基材に接触固定されていることを特徴とする請求項１５に記載の吸着素子。
【請求項１７】
前記電子供給体は、前記基材に一体的に設けられていることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の吸着素子。
【請求項１８】
前記電子供給体は、前記基材よりも卑な金属からなる犠牲部材であることを特徴とする請求項１４〜１７いずれか１項に記載の吸着素子。
【請求項１９】
前記犠牲部材は、前記吸着剤に含まれる金属元素からなることを特徴とする請求項１８に記載の吸着素子。
【請求項２０】
前記電子供給体は、前記基材をカソードとし、前記基材を構成する金属と同じかそれよりも貴な導電性材料からなる部材をアノードとする外部直流電源であることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の吸着素子。
【請求項２１】
前記基材は、少なくとも吸着層形成部位が凹凸化されており、凹部に前記吸着剤が担持されていることを特徴とする請求項１４〜２０いずれか１項に記載の吸着素子。
【請求項２２】
前記基材は、前記凹凸化された部位として多孔部を有することを特徴とする請求項２１に記載の吸着素子。
【請求項２３】
前記基材は板状体を含み、前記板状体の厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４〜２２いずれか１項に記載の吸着素子。
【請求項２４】
前記基材は筒状体を含み、前記筒状体の肉厚が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４〜２３いずれか１項に記載の吸着素子。
【請求項２５】
吸着式ヒートポンプの吸着コアに適用することを特徴とする請求項１４〜２４いずれか１項に記載の吸着素子。
【請求項２６】
冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤の前駆体溶液が充填される容器を有し、
前記前駆体溶液に金属からなる基材を浸漬配置した状態で、前記前駆体溶液を加熱・加圧し、前記吸着剤を前記基材表面に形成する水熱合成装置であって、
浸漬配置した状態で前記基材と接触する前記容器内の部位に、前記基材よりも卑な金属からなる電子供給体が設けられていることを特徴とする水熱合成装置。
【請求項２７】
前記電子供給体は、前記容器の少なくとも一部として、前記容器の内面に露出していることを特徴とする請求項２６に記載の水熱合成装置。
【請求項２８】
前記電子供給体は、前記吸着剤に含まれる金属元素からなることを特徴とする請求項２６又は請求項２７に記載の水熱合成装置。
【請求項２９】
冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤の前駆体溶液が充填される容器を有し、
前記前駆体溶液に金属からなる基材を浸漬配置した状態で、前記前駆体溶液を加熱・加圧し、前記吸着剤を前記基材表面に形成する水熱合成装置であって、
前記前駆体溶液と接触する前記容器内の部位に、前記基材をカソードとする外部直流電源に接続され、前記基材を構成する金属と同じかそれよりも貴な導電性材料からなるアノードが設けられていることを特徴とする水熱合成装置。
【請求項３０】
前記アノードは、前記容器の少なくとも一部として、前記容器の内面に露出していることを特徴とする請求項２９に記載の水熱合成装置。
【請求項３１】
前記アノードは不溶性材料からなることを特徴とする請求項２９又は請求項３０に記載の水熱合成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属からなる基材表面に、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤を配置してなる吸着素子の製造方法、この製造方法によって製造される吸着素子、及び製造方法に適用する水熱合成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属からなる基材表面に、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤を配置してなる吸着素子として、例えば特許文献１が開示されている。
【０００３】
特許文献１に示される吸着素子は、外表面に耐食性皮膜の形成された熱交換器を吸着剤前駆体溶液中に浸漬し、水熱合成することで、熱交換器の表面に吸着剤の結晶からなる吸着層を直接形成してなるものである。これによると、バインダーを用いることなく熱交換器の表面に吸着剤が形成されているので、吸着質との接触面積が増加し、吸着性能を向上することができる。
【特許文献１】特開２００５−１１１４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示される構成の場合、強アルカリ性を示す吸着剤前駆体溶液による熱交換器の腐食を防ぐために、熱交換器の表面を耐食性皮膜で保護している。
【０００５】
しかしながら、耐食性皮膜に欠陥がある場合、欠陥部位から熱交換器を構成する金属がイオンとして溶出する。また、耐食性皮膜自身も一部金属イオンとして溶出することが考えられる。これら溶出した金属イオンは、吸着剤形成部位及びその近傍からも生じるため、溶出した金属イオンによって生じる不純物が吸着層に含まれることとなる。すなわち、吸着性能が低下する恐れがある。
【０００６】
また、熱交換器を構成するフィンの板厚、チューブの肉厚が薄いので、上記欠陥部位を介し、熱交換器に孔が生じる恐れもある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、基材からの金属イオンの溶出を確実に防ぐことのできる吸着素子の製造方法、吸着素子、水熱合成装置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】
【０００８】
上記目的を達成する為に請求項１〜１３に記載の発明は、金属からなる基材表面に、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤を配置してなる吸着素子の製造方法に関するものである。まず請求項１に記載の発明は、吸着剤の前駆体溶液中に基材を浸漬し、水熱合成することによって基材表面に吸着剤を形成する形成工程を備え、形成工程において、基材に電子供給体を電気的に接続した状態で、水熱合成を実施することを特徴とする。
【０００９】
このように本発明によると、基材から金属イオンが溶出する酸化反応が生じないように、基材に接続された電子供給体から基材に電子が供給される。言い換えれば、基材の電位をその平衡電位より卑（カソード的）にしつつ、水熱合成を実施することができる。従って、従来のように耐食性皮膜を形成しなくとも、基材からの金属イオンの溶出を確実に防ぐことができる。すなわち、基材から溶出するイオンによって生じる不純物を無くすことができるので、吸着性能を向上することができる。また、基材の腐食を防止することができる。また、耐食性皮膜のように欠陥部（ピンホール等）を生じる恐れがあるが、その心配がない。
【００１０】
尚、基材と電子供給体の電気的な接続形態としては、電子供給体と基材とを直接接触させても良いし、他の導電部材を介して接続しても良い。また、電子供給体を基材に一体的に構成することも可能である。ただし、吸着剤形成部位と電子供給体が近いと、電子供給体から生じる金属イオンの影響により、吸着剤形成部位に吸着剤以外の不純物が多少なりとも形成されることも考えられる。そこで請求項２に記載のように、電子供給体を、基材の吸着剤形成部位を除く部位に電気的に接続することが好ましい。
【００１１】
電子供給体としては、例えば請求項３に記載のように、基材よりも卑な金属からなる犠牲部材を採用することができる。この場合、卑な金属（所謂イオン化傾向の高い金属、熱力学的に腐食性の大きい金属）である犠牲部材から金属イオンが溶出（アノード反応）し、犠牲部材よりも貴な金属（所謂イオン化傾向の低い金属、熱力学的に耐食性の大きい金属）からなる基材からは、金属イオンが溶出しない。
【００１２】
その際、請求項４に記載のように、犠牲部材を吸着剤に含まれる金属元素から構成すると良い。このように、犠牲部材から溶出する金属イオンと前駆体溶液中の金属イオンとが同一であれば、少なくとも異なる金属イオンが溶出する場合に比べて、吸着剤合成に与える影響を低減（例えば不純物生成量を低減）することができる。
【００１３】
また、例えば請求項５に記載のように、電子供給体として外部直流電源を採用し、形成工程において、基材をカソードとし、基材を構成する金属と同じかそれよりも貴な導電性材料からなる部材をアノードとして外部直流電源に接続した状態で、前駆体溶液中にカソード及びアノードを浸漬し、水熱合成を実施するようにしても良い。この場合も、基材から金属イオンが溶出する酸化反応が生じないように、基材の電位をその平衡電位より卑（カソード的）にしつつ、水熱合成を実施することができる。
【００１４】
具体的には、請求項６に記載のように、形成工程において、外部直流電源により印加する電圧を、前駆体溶液中に浸漬した状態におけるカソードとアノードの電位差以上とすると良い。尚、請求項７に記載のように、アノードとして、前駆体溶液に対して不溶性を示す材料からなるものを採用すると、安定して水熱合成を実施することができる。また、繰り返し使用が可能となる。
【００１５】
吸着剤が配置される基材表面が平滑であると、基材表面から吸着剤が剥離しやすい。
そこで、請求項８に記載のように、形成工程の前に、基材の、少なくとも吸着剤形成部位を凹凸化する凹凸化工程を備えることが好ましい。水熱合成をする前に、吸着剤形成部位を凹凸化しておけば、水熱合成によって形成された吸着剤と基材との接触面積が増し、吸着剤を基材に担持することができる。すなわち、基材に対する吸着剤の機械的強度が増すことができる。凹部に吸着剤の一部が配置される場合には、所謂アンカー効果も期待できる。
【００１６】
具体的には、請求項９に記載のように、凹凸化工程において基材表面を粗化処理しても良いし、請求項１０に記載のように、金属からなる多孔部を形成しても良い。いずれの場合も、平滑な表面に対して吸着剤を積層する構成と比べて、吸着剤から基材（又は基材から吸着剤）に熱を伝えやすい。
【００１７】
多孔部の形成方法としては、請求項１１に記載のように、基材表面に配置された金属粉末を焼結して形成する方法や、請求項１２に記載のように、溶融した金属を発泡させて、形成する方法を適用することができる。
【００１８】
さらに、請求項１３に記載のように、凹凸化工程後、基材の凹凸化された部位に吸着剤の種結晶を担持させる工程を備え、担持させた状態で形成工程を実施すると、吸着剤の形成を早めることができる。すなわち、製造時間を短縮することができる。凹凸化された部位の凹部（多孔部の孔部）は、種結晶を担持させるのに好適である。
【００１９】
次に、請求項１４〜２５に記載の発明は、上記した吸着素子の製造方法を適用して構成される吸着素子に関するものである。先ず請求項１４に記載のように、金属からなる基材と、この基材上に形成され、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤からなる吸着層とを備える吸着素子であって、吸着層は、基材に電子供給体を電気的に接続した状態で、水熱合成により基材の表面に直接形成されていることを特徴とする。
【００２０】
このように本発明によると、耐食性皮膜を有しない構成でありながら、水熱合成によって基材表面に直接吸着剤を形成し、吸着層としている。これは、基材に電子供給体を電気的に接続した状態（すなわち、基材から金属イオンが溶出する酸化反応が生じないようにした状態）で水熱合成を実施することによる。すなわち、水熱合成時に基材から金属イオンが溶出せず、吸着層はこの金属イオンに基づく不純物を含んでいない。従って、従来よりも吸着性能が向上されている。
【００２１】
請求項１５に記載の発明は、請求項２に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。
【００２２】
基材と電子供給体の電気的な接続形態としては、少なくとも水熱合成時において確保されれば良く、電子供給体と基材とを直接接触させても良いし、他の導電部材を介して接続しても良い。また、請求項１６に記載のように、電子供給体を基材に接触固定した構成、請求項１７に記載のように、電子供給体を基材に一体的に設けた構成のように、電子供給体を基材に一体的に構成しても良い。この場合、電気的な接続状態を確保するための別の導電部材を不要とできる。
【００２３】
請求項１８〜２０に記載の発明は、請求項３〜５に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。また、請求項２１，２２に記載の発明は、それぞれ請求項８，１０に記載の発明と同様であるので、その記載を省略する。
【００２４】
尚、請求項１４〜２２いずれかに記載の発明は、請求項２３に記載のように、基材が板状体を含み、板状体の厚さが１ｍｍ以下であるもの、請求項２４に記載のように、基材が筒状体を含み、筒状体の肉厚が１ｍｍ以下であるものを採用することができる。厚さが１ｍｍ以下の場合であっても、基材に孔を生じることは無い。すなわち、請求項２５に記載のように、吸着式ヒートポンプの吸着コアに好適である。
【００２５】
次に、請求項２６〜３１に記載の発明は、上記した吸着素子の製造方法に適用される水熱合成装置に関するものである。先ず請求項２６に記載の発明は、冷却及び加熱によって吸着質を吸着及び脱着することができる吸着剤の前駆体溶液が充填される容器を有し、前駆体溶液に金属からなる基材を浸漬配置した状態で、前駆体溶液を加熱・加圧し、吸着剤を基材表面に形成する水熱合成装置であって、浸漬配置した状態で基材と接触する容器内の部位に、基材よりも卑な金属からなる電子供給体を設けたことを特徴とする。
【００２６】
このように本発明によると、前駆体溶液に金属からなる基材を浸漬配置した状態で、基材が容器内に設けられた電子供給体と接触し、基材と電子供給体との間に電気的な接続状態が確保される。従って、水熱合成時に、基材からの金属イオンの溶出を防ぐことができる。また、基材と電子供給体との電気的な接続状態を確保するための別の導電部材が不要であり、予め電子供給体を基材に接続しなくて良いので、電気的な接続形態を簡素化することができる。
【００２７】
具体的には、請求項２７に記載のように、電子供給体を、容器の少なくとも一部として容器の内面に露出した構成とすると良い。尚、請求項２８に記載の発明は、請求項４に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。
【００２８】
また、請求項２９にように、前駆体溶液と接触する容器内の部位に、基材をカソードとする外部直流電源に接続されるアノードを設けても良い。この場合も、水熱合成時に、基材からの金属イオンの溶出を防ぐことができる。具体的には、請求項３０に記載のように、アノードを、容器の少なくとも一部として容器の内面に露出した構成とすると良い。尚、請求項３１に記載の発明の作用効果は、請求項７に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る吸着素子の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、吸着素子１００は、金属からなる基材１１０と、基材１１０表面に直接形成された吸着層１２０から構成される。
【００３０】
基材１１０の構成材料としては、後述する電子供給体としての犠牲部材の構成材料よりも貴な金属を適用することができる。言い換えれば、基材１１０の構成材料は特に限定されるものではなく、犠牲部材の構成材料として基材１１０よりも卑な金属を選択すれば良い。例えば銅、アルミニウム、鉄等に純金属や、ステンレス、銅合金、アルミ合金等の合金を適用することができる。
【００３１】
本実施形態においては、銅からなる板状の基材１１０の表面に、基材１１０の一部として金属からなる多孔部１１１が形成されており、この多孔部１１１に吸着層が形成されている。多孔部１１１を、基材１１０と異なる金属にて構成しても良いが、基材１１０と吸着剤１２０と間ですばやく熱交換がなされるように、熱伝導率の高いものが好ましい。本実施形態においては基材１１０と同じく銅により構成している。
【００３２】
吸着層１２０は、基材１１０に犠牲部材を電気的に接続した状態で、水熱合成により基材１１０の表面に吸着剤１２１を直接形成してなるものである。また吸着剤１２１は、冷却状態において吸着質（例えば水蒸気やアルコール水溶液等）を高能力で吸着し、また、吸着質の吸着に伴い吸着能力が次第に低下するが、加熱状態とされることにより、吸着していた吸着質を脱離して吸着能力が再生される性質を有している。このような吸着剤１２１としては、例えばゼオライトがある。本実施形態においては、吸着剤１２１として、鉄アルミノリン酸塩系のゼオライトを採用している。
【００３３】
このように本実施形態に係る吸着素子１００は、耐食性皮膜を有しない構成でありながら、水熱合成によって基材１１０表面に直接吸着剤１２１を形成し、吸着層１２０としている。
【００３４】
次に、このように構成される吸着素子１００の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、吸着素子１００を製造する方法を示す概略断面図であり、（ａ）は多孔化工程、（ｂ）は接続工程、（ｃ）は種結晶担持工程である。図３は、図１（ｃ）に続くものであり、形成工程を示す概略断面図である。
【００３５】
先ず、図２（ａ）に示すように、基材１１０に対して、吸着層形成部位に多孔部１１１を形成する多孔化工程を実施する。本実施形態おいては、銅からなる基材１１０の吸着層形成面上に銅粉末を配置し、焼結して多孔部１１１を形成している。尚、多孔部１１１の形成方法としては、上記例に限定されるものではない。それ以外にも、溶融状態の金属を発泡させて固化し、多孔部１１１を形成しても良い。
【００３６】
多孔部１１１形成後、図２（ｂ）に示すように、基材１１０に対して電子供給体となる犠牲部材１３０を電気的に接続する接続工程を実施する。犠牲部材１３０の構成材料としては、基材１１０よりも卑な金属を採用することができる。尚、卑な金属とは、基材１１０を構成する金属に対して、所謂イオン化傾向の高い金属、熱力学的に腐食性の大きい金属である。本実施形態においては、吸着剤１２１に含まれる金属元素と同じ（吸着剤１２１の骨格成分の）鉄から構成されている。
【００３７】
また、本実施形態においては、導電部材１３１を介して、基材１１０の吸着層形成面とは異なる面に、犠牲部材１３０を接続した。このように吸着層形成部位と離間して犠牲部材１３０を配置することが好ましい。これにより、後述する形成工程において、犠牲部材１３０から溶出する金属イオンによって生成される不純物が、吸着層１２０に含まれるのを極力防ぐことができる。すなわち、吸着剤１２１が吸着層１２０の表面に露出するので、吸着性能を向上することができる。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、多孔部１１１に対して吸着剤１２１の種結晶１２１ａを担持させる種結晶担持工程を実施する。このように、吸着層形成部位に予め種結晶を担持させた状態で水熱合成を実施すると、結晶として基材１１０表面に析出する吸着剤１２１の析出時間（すなわち製造時間）を短縮することができる。尚、本実施形態においては、多孔部１１１の孔内に種結晶１２１ａを担持させるので、種結晶１２１ａを所望の位置に保持できる。すなわち、所望の位置（選択的）に吸着層１２０を形成することができる。
【００３９】
次に、図３に示すように、基材１１０の表面に吸着層１２０を形成する形成工程を実施する。先ず吸着剤１２１の前駆体溶液を調整する。この前駆体溶液は、酸またはアルカリ性の水溶液（本実施形態においては酸性）である。この前駆体溶液１２２を、図３に示すように、水熱合成装置２００の容器２０１内に充填し、基材１１０を犠牲部材１３０とともに前駆体溶液１２２に浸漬させる。そして、蓋２０２をして容器２０１を密封する。その際、基材１１０よりも卑な金属（所謂イオン化傾向の高い金属、熱力学的に腐食性の大きい金属）からなる犠牲部材１３０から金属イオンが溶出（アノード反応）し、犠牲部材１３０よりも貴な金属（所謂イオン化傾向の低い金属、熱力学的に耐食性の大きい金属）からなる基材１１０からは、金属イオンが溶出しない。尚、図３において、符号２０１ａは容器２０１の一部であり、前駆体溶液に対する耐薬性を有する材料からなる内部容器である。
【００４０】
この状態で前駆体溶液１２２を加熱・加圧（容器２０１内の圧力も加熱により上昇）すると反応が進行し、基材１１０の種結晶１２１ａ配置部位の周囲に吸着剤１２１の結晶が析出する。さらに加熱を続けると、結晶が成長し、吸着剤１２１からなる吸着層１２０が、基材１１０の表面に形成される。そして、容器２０１から取り出されて犠牲部材１３０が外され、図１に示す吸着素子１００となる。
【００４１】
このように本実施形態に係る吸着素子１００の製造方法によると、基材１１０から金属イオンが溶出する酸化反応が生じないように、基材１１０に接続された電子供給体１３０から基材に電子が供給される。言い換えれば、基材１１０の電位をその平衡電位より卑（カソード的）にしつつ、水熱合成を実施することができる。従って、従来のように耐食性皮膜を形成しなくとも、基材１１０からの金属イオンの溶出を確実に防ぐことができる。すなわち、基材１１０から溶出するイオンによって生じる不純物を無くすことができるので、形成された吸着素子１００において、吸着性能を向上することができる。また、基材１１０の腐食を防止することができる。耐食性皮膜の場合、欠陥部（ピンホール等）を生じる恐れがあるが、本実施形態に示す方法によるとその心配がない。尚、本発明者が確認したところ、本実施形態に示す製造方法によれば、不純物なし（吸着剤１２１のみ）で吸着層１２０を形成することができた。
【００４２】
また、本実施形態においては、犠牲部材１３０を吸着剤１２１に含まれる金属元素から構成している。従って、前駆体溶液１２２中の金属イオンと異なる金属イオンが溶出する場合に比べて、吸着層形成に与える影響を低減（例えば不純物生成量を低減）することができる。すなわち、吸着性能を向上することができる。尚、本実施形態においては、吸着剤１２１が鉄アルミノリン酸塩系のゼオライトであるため、犠牲部材１３０を基材１１０よりも卑な鉄から構成した。しかしながら、鉄以外の骨格成分であるアルミニウムから構成しても良い。
【００４３】
また、本実施形態においては、基材１１０の吸着層形成面（形成部位）に多孔部１１１を形成する例を示した。このように多孔部１１１を形成すると、吸着剤１２１と多孔部１１１を含む基材１１０との接触面積が増し、種結晶１２１ａだけでなく吸着剤１２１も基材１１０に担持することができる。従って、基材１１０に対する吸着層１２０の機械的強度を増すことができる。また、平滑な基材表面に吸着剤１２１を形成・積層する構成と比べて、吸着剤１２１から基材１１０（又は基材１１０から吸着剤１２１）に熱を伝えやすい。
【００４４】
尚、このような、機械的強度を増す形態としては、多孔部１１１に限定されるものではない。基材１１０の少なくとも吸着層形成部位を、形成工程の前に凹凸化すれば良い。例えば基材表面を粗化処理しても良い。凹部に吸着剤１２１の一部が配置される場合には、所謂アンカー効果も期待できる。
【００４５】
また、本実施形態に係る吸着素子１００の製造方法として、多孔化工程、接続工程、種結晶担持工程、及び形成工程の順に実施する例を示した。しかしながら、多孔化後に種結晶１２１ａを担持させてから接続工程を実施しても良い。また、接続工程実施後に、多孔化し、種結晶１２１ａを担持させても良い。また、製造工程としても、少なくとも接続工程と形成工程を備えれば良いので、多孔化（凹凸化）工程を実施しない構成としても良い。また、種結晶担持工程を実施しない構成としても良い。
【００４６】
また、本実施形態においては、基材１１０と犠牲部材１３０とを導電部材１３１を介して電気的に接続する例を示した。しかしながら、基材１１０と犠牲部材１３０とを接触配置することで、両者を電気的に接続しても良い。この場合、形成工程において、接触するように容器２０１内に基材１１０及び犠牲部材１３０を配置すれば良いので、接続工程を不要とすることができる。
【００４７】
また、本実施形態においては、基材１１０の一面上に吸着層１２０を形成する例を示した。しかしながら、吸着層形成部位は上記例に限定されるものではない。導電部材１３１を介して犠牲部材１３０を基材１１０に接続する構成の場合、犠牲部材１３０を基材１１０に対して離間して配置することができるので、基材１１０の表面全体（導電部材１３１との接続部位除く）に吸着剤１２１からなる吸着層１２０を形成することも可能である。
【００４８】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態における吸着素子１００の概略構成を示す断面図である。
【００４９】
第２の実施形態における吸着素子１００及びその製造方法は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００５０】
基材１１０と電子供給体である犠牲部材１３０の電気的な接続形態としては、少なくとも水熱合成時（前駆体溶液に浸漬中）において確保されれば良い。第１の実施形態においては、犠牲部材１３０が導電部材１３１を介して基材１１０に電気的に接続される例を示した。それに対し、本実施形態においては、犠牲部材１３０を基材１１０に一体化させた構成としている。
【００５１】
具体的には、図４に示すように、基材１１０の吸着層形成面の裏面に、犠牲部材１３０が露出するように、基材１１０に設けた溝部内に犠牲部材１３０を嵌め込んで、嵌合、導電部材による接着等により固定した構成となっている。このような構成としても、第１の実施形態に示した形成工程において、犠牲部材１３０から溶出する金属イオンによって生成される不純物が、吸着層１２０に含まれるのを極力防ぐことができる。すなわち、吸着剤１２１が吸着層１２０の表面に露出するので、吸着性能を向上することができる。この場合、吸着素子１００が犠牲部材１３０を有するので、侵害発見が容易である。
【００５２】
また、第１の実施形態に示した接続工程を不要とすることができる。尚、それ以外の製造工程は、第１の実施形態同様である。
【００５３】
尚、図４においては、吸着素子１００として、基材１１０の一面上に吸着層１２０を形成した構成を示した。しかしながら、吸着層形成部位は上記例に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、基材１１０の両表面に吸着層１２０を形成する場合には、吸着層１２０の形成されない基材１１０の端部に、犠牲部材１３０を一体的に設ければ良い。図５は、本実施形態の変形例を示す断面図である。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を、図６及び図７に基づいて説明する。図６は、本実施形態における接続工程を示す概略構成図である。図７は、本実施形態における形成工程を示す概略構成図である。
【００５５】
第３の実施形態における吸着素子１００及びその製造方法は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００５６】
本実施形態においては、電子供給体として外部直流電源を採用し、図６に示す接続工程（第１の実施形態に示す接続工程に対応）において、基材１１０をカソードとし、基材１１０を構成する金属と同じかそれよりも貴な導電性材料からなる部材をアノード１４１として、外部直流電源１４０に接続する。尚、図６において、符号１４２，１４３は、それぞれアノード１４１と外部直流電源１４０、外部直流電源１４０と基材１１０とを電気的に接続する導電部材である。
【００５７】
そして、この接続状態で、図７に示すように、容器２０１内に充填された前駆体溶液１２２中にカソードとしての基材１１０及びアノード１４１を浸漬し、水熱合成（形成工程）を実施する。このとき、基材１１０から金属イオンが溶出する酸化反応が生じないように、基材１１０の電位をその平衡電位より卑（カソード的）にしつつ、水熱合成を実施する。具体的には、外部直流電源１４０により印加する電圧を、前駆体溶液１２２に浸漬した状態における基材１１０とアノード１４１の電位差以上とする。
【００５８】
従って、基材１１０からの金属イオンの溶出を防ぎつつ、基材１１０の表面に吸着剤１２１からなる吸着層１２０を形成することができる。なお、形成された吸着素子１００は、第１の実施形態に示した構成と同様（図１参照）である。第１の実施形態においては、電子供給体（犠牲部材１３０）の構成材料が、基材１１０よりも卑である金属に限定される物であった。それに対し、本実施形態に係る製造方法によれば、基材１１０とともに前駆体溶液１２２中に浸漬されるアノード１４１に構成材料は特に限定されるものではないが、アノード１４１が基材１１０よりも卑な金属からなる場合には、第１の実施形態に示した構成のほうが簡素であるので、特に、基材１１０と同じ金属かそれよりも貴な導電材料からなる構成においての適用が好ましい。
【００５９】
尚、アノード１４１としては、前駆体溶液１２２に対して不溶性を示す材料からなるものを採用すると、安定して水熱合成を実施することができる。また、繰り返し使用が可能となる。例えば、黒鉛、シリコン鋳鉄、マグネタイト、白金メッキ電極、金メッキ電極等を採用することができる。本実施形態においては、黒鉛を採用している。
【００６０】
（第４の実施形態）
本実施形態においては、第１〜第３の実施形態に示した吸着素子１００の製造において適用される水熱合成装置２００に係る発明について説明する。図８は電子供給体として犠牲部材１３０を適用する際の水熱合成装置２００を示す概略断面図である。図９は電子供給体として外部直流電源１４０を適用する際の水熱合成装置２００を示す概略構成図である。
【００６１】
第４の実施形態における水熱合成装置２００は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００６２】
図８に示すように、本実施形態に係る水熱合成装置２００は、前駆体溶液１２２が容器２０１内に充填された状態で、前駆体溶液１２２に晒されるように、犠牲部材１３０が容器２０１に一体的に設けられている。すなわち、犠牲部材１３０が水熱合成装置２００の一部として構成されている。具体的には、容器２０１を構成する内部容器２０１ａが耐薬性を有する樹脂からなり、容器内部に露出するように、内部容器２０１ａに犠牲部材１３０がインサート成形されている。
【００６３】
このように構成される水熱合成装置２００を吸着素子１００の形成に適用した場合、前駆体溶液１２２に金属からなる基材１１０を浸漬配置した状態で、基材１１０が容器２０１内に設けられた犠牲部材１３０と接触し、基材１１０と犠牲部材１３０との間に電気的な接続状態が確保される。従って、形成工程において、基材１１０からの金属イオンの溶出を防ぐことができる。また、第１の実施形態に示した接続工程が不要（導電部材１３１が不要）であるので、電気的な接続形態を簡素化することができる。
【００６４】
また、図９に示すように、前駆体溶液１２２が容器２０１内に充填された状態で、前駆体溶液１２２に晒されるように、第３の実施形態に示したアノード１４１を容器２０１に一体的に設けた構成としても良い。すなわち、アノード１４１を水熱合成装置２００の一部として構成しても良い。具体的には、容器２０１を構成する内部容器２０１ａが耐薬性を有する樹脂からなり、容器内部に露出するように、内部容器２０１ａにアノード１４１がインサート成形されている。尚、図示されないが、アノード１４１は、導電部材１４２を介して容器２０１外の外部直流電源１４０に接続されている。
【００６５】
このように構成される水熱合成装置２００においても、基材１１０からの金属イオンの溶出を防ぐことができる。
【００６６】
尚、上記例においては、犠牲部材１３０及びアノード１４１を、それぞれ容器２０１の内面に露出するように容器２０１に一体化させた構成を示した。しかしながら、水熱合成装置２００に一体化された構成であれば、上記例に限定されるものではない。例えば、容器２０１（２０１ａ）と接触しないように、冶具によって支持された構成としても良い。
【００６７】
（第５の実施形態）
本実施形態においては、第１〜第４の実施形態に示した吸着素子１００、吸着素子１０の製造方法、及び水熱合成装置２００の好ましい適用例の一例を示す。図１０は、吸着式ヒートポンプの概略構成を示す図である。図１１は、吸着コアの斜視図である。図１２は、基材１１０としてのチューブへの吸着剤の形成を示す概略構成図、図１３は、基材１１０としてのフィンへの吸着剤の形成を示す概略構成図である。
【００６８】
図１０に示すように、吸着式ヒートポンプ３００は、第１の吸着コア３０１及び第２吸着コア３０２を備えている。これら吸着コア３０１、３０２は、それぞれ密閉容器３０３及び３０４内に収容されており、密閉容器３０３及び３０４には、気体吸着質（本実施形態においては水蒸気）の出入口部３０５、３０６が備えられている。
【００６９】
これら出入口部３０５、３０６には、三方切換弁３０７、３０８が接続されており、この三方切換弁３０７、３０８の間には、吸着質を液化する凝縮器３０９、吸着質の気液分離及び液体吸着質の一時貯留を行うレシーバ３１０、液体吸着質を送るポンプ３１１、及び液体吸着質を気化させて外気との熱交換を行う蒸発器３１２が直列に接続され、もって吸着質回路３１３が構成されている。この吸着質回路３１３内には、所要量の吸着質、本実施形態の場合、例えば水が封入されている。
【００７０】
このような構成において、第１、第２吸着コア３０１、３０２は、図示しないマイコン等の制御装置によって制御されることにより、一方が気体吸着質（水蒸気）を脱離させる脱離側となるとき、他方が蒸発器３１２からの気体吸着質を吸着する吸着側となるよう、交互に切換え可能に構成されている。
【００７１】
具体的には、図１０において、第１吸着コア３０１を脱離側とし、第２吸着コア３０２を吸着側として使用する場合には、三方切替弁３０７、３０８が図１０中の実線位置とされる。これにより、吸着コア３０１側の密閉容器３０３の出入口部３０５と凝縮器３０９とが連通状態とされ、吸着コア３０２側の密閉容器３０４の出入口部３０６と蒸発器３１２とが連通状態とされる。また、吸着コア３０１側に加熱流体、吸着コア３０２側に冷却流体が供給される。
【００７２】
第１吸着コア３０１を吸着側とし、第２吸着コア３０２を脱離側として使用する場合には、三方切替弁３０７、３０８が図１０中の点線位置とされる。これにより、吸着コア３０１側の密閉容器３０３の出入口部３０５と蒸発器３１２とが連通状態とされ、かつ、吸着コア３０２側の密閉容器３０４の出入口部３０６と凝縮器３０９とが連通状態とされる。また、吸着コア３０１側に冷却流体、吸着コア３０２側に加熱流体が供給される。
【００７３】
次に、吸着コア３０１、３０２の構造について、図１１を用いて説明する。吸着コア３０１、３０２は、熱交換器（熱交換部材）４００と、この熱交換器４００の表面に形成された多数の粒子状の吸着剤１２１とから構成されている。
【００７４】
熱交換器４００は、両端にヘッダタンク４０１、４０２を備え、このヘッダタンク４０１、４０２の間には、熱交換流体が流れる複数のチューブ４０３が並列的に所定距離を隔てて配置されている。チューブ４０３の間には、コルゲート状のフィン（伝熱フィン）４０４がろう付け、溶接、或いは接着により固定されている。尚、ヘッダタンク４０１、４０２は成形性に優れた材料、例えば樹脂、アルミニウム、銅等からなり、チューブ４０３及びフィン４０４は、熱伝導に優れた材料、例えばアルミニウムや銅からなる。
【００７５】
そして、入口側のヘッダタンク４０１、チューブ４０３、出口側のヘッダタンク４０２の順に、冷却流体（例えば室外熱交換器からの比較的低温な流体）または加熱流体（例えばエンジン冷却水）が流れるようになっている。
【００７６】
吸着剤１２１は、上記したように、冷却状態において吸着質（例えば水蒸気やアルコール水溶液等）を高能力で吸着し、また、吸着質の吸着に伴い吸着能力が次第に低下するが、加熱状態とされることにより、吸着していた吸着質を脱離して吸着能力が再生されるという性質を有している。従って、吸着剤１２１は、チューブ４０３及びフィン４０４を介した熱伝導により、チューブ４０３を流れる流体と熱交換を行い、冷却されることで気体吸着質を吸着し、加熱されることで気体吸着質を脱離することができるようになっている。
【００７７】
すなわち、本実施形態において、熱交換器４００（チューブ４０３及びフィン４０４）が基材１１０に相当し、吸着コア３０１、３０２が吸着素子１００に相当する。このように構成される吸着コア３０１、３０２において、基材１１０に相当する筒状態であるチューブ４０３の肉厚は１ｍｍ以下であり、板状体であるフィン４０４の板厚も１ｍｍ以下である。このように薄肉であると、前駆体溶液１２２に熱交換器４００を浸漬し、チューブ４０３及びフィン４０４の表面に吸着剤１２１を形成する際に、腐食により穴が生じやすいので注意が必要である。穴が生じると、穴を介して熱交換流体が漏れたり、熱交換性能が低下する。
【００７８】
これに対し、上記構成において、熱交換器４００の表面に吸着剤１２１を水熱合成により形成する際に、第１〜第４の実施形態の少なくとも１つに示した吸着素子１００、吸着素子１０の製造方法、及び水熱合成装置２００を、水熱合成による吸着剤１２１の形成に適用すれば、チューブ４０３及びフィン４０４から金属イオンが溶出するのを確実に防ぎ、図１２、１３に示すように、チューブ４０３及びフィン４０４の表面に、それぞれ吸着剤１２１からなる吸着層１２０を形成することができる。
【００７９】
このように、腐食により、チューブ４０３及びフィン４０４に穴が生じるのを防ぐことができるので、薄肉の基材１１０に対しても好適である。また、吸着コア３０１、３０２の性能が向上し、吸着式ヒートポンプ３００の体格を小型化することができる。
【００８０】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施することができる。
【００８１】
本発明を吸着式ヒートポンプ３００の吸着コア３０１，３０２に適用する例を示した。しかしながら、適用範囲は上記例に限定されるものではない。水熱合成によって、金属からなる基材１１０上に、吸着剤１２１からなる吸着層１２０を形成してなるものであれば適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る吸着素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】吸着素子を製造する方法を示す概略断面図であり、（ａ）は多孔化工程、（ｂ）は接続工程、（ｃ）は種結晶担持工程である。
【図３】形成工程を示す概略断面図である。
【図４】第２の実施形態における吸着素子の概略構成を示す断面図である。
【図５】変形例を示す概略断面図である。
【図６】第３の実施形態における接続工程を示す概略構成図である。
【図７】形成工程を示す概略構成図である。
【図８】第４の実施形態に係る水熱合成装置を示す概略断面図である。
【図９】変形例を示す概略構成図である。
【図１０】第５の実施形態に係り、吸着式ヒートポンプの概略構成を示す図である。
【図１１】吸着コアの斜視図である。
【図１２】チューブへの吸着剤の形成を示す概略構成図である。
【図１３】フィンへの吸着剤の形成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００・・・吸着素子
１１０・・・基材
１１１・・・多孔部
１２０・・・吸着層
１２１・・・吸着剤
１２１ａ・・・種結晶
１３０・・・犠牲部材（電子供給体）
１４０・・・外部直流電源（電子供給体）
１４１・・・アノード
２００・・・水熱合成装置
３００・・・吸着式ヒートポンプ
３０１，３０２・・・吸着コア
４０３・・・チューブ（基材１１０に相当）
４０４・・・フィン（基材１１０に相当）
【図１】
2007070128.tif 000003
【図２】
2007070128.tif 000004
【図３】
2007070128.tif 000005
【図４】
2007070128.tif 000006
【図５】
2007070128.tif 000007
【図６】
2007070128.tif 000008
【図７】
2007070128.tif 000009
【図８】
2007070128.tif 000010
【図９】
2007070128.tif 000011
【図１０】
2007070128.tif 000012
【図１１】
2007070128.tif 000013
【図１２】
2007070128.tif 000014
【図１３】
2007070128.tif 000015