(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリメチルメタクリレートを含む多孔質ポリマ担体と、
前記多孔質ポリマ担体の内部に配置され、第三級アミンを含む吸着剤と、
を備え、
前記多孔質ポリマ担体の孔の平均半径が１０ｎｍ〜２５ｎｍであり、前記第三級アミンが前記多孔質ポリマ担体の重量に対して７０〜１００重量％存在することを特徴とする吸着剤システム。
【請求項２】
前記多孔質ポリマ担体の孔の容積率が、２５％〜４０％であることを特徴とする請求項１に記載の吸着剤システム。
【請求項３】
前記多孔質ポリマ担体の孔を含む全表面積が、４００ｍ2／ｇ〜１０００ｍ2／ｇであることを特徴とする請求項１に記載の吸着剤システム。
【請求項４】
前記第三級アミンが、トリエタノールアミンを含むことを特徴とする請求項１に記載の吸着剤システム。
【請求項５】
前記吸着剤が、本質的に第三級アミンからなることを特徴とする請求項１に記載の吸着剤システム。
【請求項６】
前記多孔質ポリマ担体が、吸着剤床の内部に複数のペレットを含むことを特徴とする請求項１に記載の吸着剤システム。
【請求項７】
ポリメチルメタクリレートを含む多孔質ポリマ担体と、
前記多孔質ポリマ担体の内部に配置され、再生温度が１４０°Ｆ（６０℃）未満である吸着剤と、
を備え、
前記吸着剤が第三級アミンを含み、前記多孔質ポリマ担体の孔の平均半径が１０ｎｍ〜２５ｎｍであり、前記吸着剤が前記多孔質ポリマ担体の重量に対して７０〜１００重量％存在することを特徴とする吸着剤システム。
【請求項８】
前記再生温度が１２２°Ｆ（５０℃）であることを特徴とする請求項７に記載の吸着剤システム。
【請求項９】
前記第三級アミンがトリエタノールアミンを含むことを特徴とする請求項７に記載の吸着剤システム。
【請求項１０】
ポリメチルメタクリレートを含む多孔質ポリマ担体と、
前記多孔質ポリマ担体の内部に配置され、吸着された水を含む吸着剤と、
を備える吸着剤システムを再生する方法であって、
（ａ）１４０°Ｆ（６０℃）未満の再生温度で前記吸着剤からほぼすべての水を脱離させること、
を含み、
前記吸着剤が第三級アミンを含み、前記多孔質ポリマ担体の孔の平均半径が１０ｎｍ〜２５ｎｍであり、前記吸着剤が前記多孔質ポリマ担体の重量に対して７０〜１００重量％存在することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記再生温度が１２２°Ｆ（５０℃）であることを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記吸着剤からほぼすべての水を脱離させるために、水蒸気分圧を、周囲の相対湿度よりも低くなる圧力に減圧することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着剤システムに関し、詳しくは、空気から水を除去する吸着剤システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼオライト分子ふるい（ｚｅｏｌｉｔｉｃ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｓｉｅｖｅｓ）、シリカゲルおよびクレー（ｃｌａｙ）のような従来の吸着剤は、空気から水および／または二酸化炭素を除去するものとして一般に知られ、使用されている。これらの従来の種類の吸着剤は、有効ではあるが、広範囲に及ぶ使用を制限してしまういくつかの欠点がある。例えば、従来の吸着剤は、吸着された水と強く結合し、再生を困難にするか、実用には向かないほど再生を非効率にしてしまう。水の結合エネルギ（すなわち、吸着熱）は、例えば、ゼオライトでは約１８００ｂｔｕ／ｌｂ、シリカゲルでは約１３００ｂｔｕ／ｌｂである。吸着容量が飽和した後、再生ステップにおいて、１５０℃（約３０２°Ｆ）〜１９０℃（約３７４°Ｆ）程度の比較的高温で、吸着剤を加熱し、結合エネルギを上回って吸着容量の一部を回復させることができる。しかし、結合エネルギが高いので、吸着された水を完全に脱離させることはできない。吸着された水の残留により、吸着剤は、続いての吸着サイクルにおいて効果が低下することがある。あるいは、吸着剤が棄てられ、新しい吸着剤と交換される。従って、従来の吸着剤は、かなりの熱エネルギまたは交換費を必要とすることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、水分を除去し、かつ再生温度が比較的低い吸着剤システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、この必要性に対処するとともに、従来技術の短所や欠点を回避する。
【０００５】
一例としての吸着剤システムは、多孔質ポリマ担体と、この多孔質ポリマ担体内の吸着剤と、を含む。吸着剤は、例えば、トリエタノールアミンなどの第三級アミン（ｔｅｒｔｉａｒｙ  ａｍｉｎｅ）を含む。
【０００６】
他の態様においては、吸着剤システムは、多孔質ポリマ担体と、この多孔質ポリマ担体内の吸着剤と、を含み、この吸着剤の再生温度は、１４０°Ｆ（約６０℃）未満である。
【０００７】
吸着剤システムを再生する一例としての方法は、約１４０°Ｆ（約６０℃）未満の温度で吸着剤からほぼすべての水を脱離させるステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、例えば、居住環境内の空気から水蒸気を除去する一例としての吸着剤システム８の選択された部分を示す。この例においては、吸着剤システム８は、入口空気流を受ける入口１２と、吐出する清浄化空気の出口１４と、を有する吸着剤床１０を含む。特定の構成が示されるが、開示例の吸着剤システム８は、図示される構成や示唆される使用法に限定されないことを理解されたい。
【０００９】
図２を参照すると、吸着剤床１０が、複数のペレット２４を含む。ペレット２４の各々は、相互接続された複数の孔２８を有する多孔質ポリマ担体２６を含む。ペレット２４は、吸着剤床１０または他の吸着剤システムの使用に適した寸法や形状にすることができる。
【００１０】
図３は、ペレット２４の一部を通過する断面図における孔２８を示す。孔２８は、内部に不動にされた吸着剤３０を含む。例えば、吸着剤キャリアを液体の吸着剤３０と混合して使用する含浸法（ｗｅｔ  ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）などの周知の技術を使って、孔２８の内部に吸着剤３０を不動にすることができる。
【００１１】
吸着剤３０は、通過する空気流から水蒸気を吸着する第三級アミンの化学構造を有する。一例において、この第三級アミンは、トリエタノールアミンであり、（単位分子に含まれる）３つのアルコール部位に水を吸着する官能基を含む。従って、トリエタノールアミンは、官能基が少ない従来の吸着剤の多くよりも効率よく水を除去する。少なくとも一例においては、第三級アミンの吸着剤３０は、ペレット２４に使用される唯一の吸着剤であり、ほぼ完全に水を除去することを目標とする。第三級アミンの吸着剤３０は、吸着剤の特性または本質に影響を及ぼさない程度の測定不能または検知不能な不純物を含み得ることを理解されたい。他の例においては、孔２８は、１つまたは複数の他の吸着剤を追加的に含み得る。
【００１２】
比較的低い水蒸気分圧で水蒸気を除去するために、多孔質ポリマ担体２６の材料と、孔２８の寸法および分布と、が調節される。例えば、多孔質ポリマ担体２６は、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）からなり、これは、空気から水蒸気を除去するために、全体的な孔の容積率と、平均的な孔の半径と、全表面積と、を所望の大きさに製造することができる。一例においては、ポリメチルメタクリレートは、三菱化学から調達可能なＤｉａｉｏｎ（登録商標）ＨＰ２ＭＧのような高分子の吸着剤樹脂である。他の種類のポリメチルメタクリレート樹脂も使用され得る。いくつかの例においては、孔の内部の不必要な物質を除去するために、この樹脂が洗浄される。
【００１３】
他の例においては、多孔質ポリマ担体２６のポリメチルメタクリレートは、機械的な一体性に対する特性と、水の除去を促進する特性と、が特に調節されている。例えば、多孔質ポリマ担体２６は、全体的な孔の容積率が約０．２５ｃｍ3／ｃｍ3〜０．４０ｃｍ3／ｃｍ3、平均の孔の半径が約１０ｎｍ〜２５ｎｍ、全表面積が約４００ｍ2／ｇ〜１０００ｍ2／ｇとされる。各パレット２４が比較的多量の吸着剤３０を含むことができるような平均の孔の半径によって、孔２８を介してパレット２４の内部深くまで吸着剤３０を浸透させることができる。所与の特性に関して本明細書中に使用される「約」という語句は、例えば、当技術における寸法偏差または通常受ける変形ないし公差などの生じ得るばらつきについて言及している。
【００１４】
吸着剤３０は、水の除去に必要とされる容量に応じて、選択された量で各々のパレット２４の内部に充填することができる。吸着剤３０は、一例においては、担体２６に対して重量比で約０．７ｗｔ／ｗｔ〜１．０ｗｔ／ｗｔの割合で存在する。いくつかの例においては、上記の充填条件のもとで、吸着剤床１０は、２０℃の温度で１０Ｔｏｒｒ（約１３３３．２Ｐａ）である水蒸気分圧を０．２Ｔｏｒｒ（約２６．７Ｐａ）未満に減圧するが、これは、水の吸着容量の約１５（ｗｔ／ｗｔ）％〜２５（ｗｔ／ｗｔ）％に対応する。
【００１５】
吸着剤３０の第三級アミンは、従来の吸着剤と比較して水との結合エネルギが小さい。結合エネルギが小さいことは、再生の際に吸着剤３０から水を脱離させるのに必要な温度が低いことに対応する。しかも、再生ステップにおいて、吸着剤３０からほぼすべての水を脱離させることができる。例えば、１４０°Ｆ（約６０℃）未満の再生温度で、吸着された水のほぼすべてを吸着剤３０から除去することができる。一例においては、再生温度は、約１２２°Ｆ（約５０℃）である。
【００１６】
上記の比較的低い再生温度により、再生ステップの際に、吸着された水のほぼすべてを吸着剤３０から除去できるようになる。吸着された水のほぼすべてを吸着剤３０から脱離させることは、続いての吸着サイクルにおける水の吸着容量を増加させ、かつ、低い水蒸気分圧での水の吸着を容易にし、空気からほぼすべての水を除去できるようにする。パレット２４は、吸着された水のほぼすべてを除去するために、所定の時間、再生温度で加熱することができる。この時間は、例えば、使用される吸着剤３０の量、孔２８の寸法、およびパレット２４の寸法に応じて変えることができる。この時間は、一例においては、実験によって確定することができる。
【００１７】
温度の利用に加え、例えば、再生の際に、パレット２４ないし吸着剤床８の雰囲気中の水蒸気分圧を、周囲の相対湿度より低くなるように選択的に減圧することにより、脱離を促し、再生時間を短縮する。
【００１８】
水分除去の程度については、実験によって算定または確定することができる。例えば、吸着剤床１０（ないしパレット２４）が水を含まない空気流に晒されたとき、吸着された水のほぼすべてが脱離されているのであれば、空気流中における水の凝縮は、検知できるほどには増えない。水分除去の程度を確定する他の方法も存在し得る。
【００１９】
図示した例に特徴の組合せが示されているが、本開示のさまざまな実施例の恩恵を実現するために、すべての特徴を組み合わせる必要はない。言い換えれば、本開示の実施例によって設計されたシステムは、いずれか１つの図に示される特徴のすべて、または各図に概略的に示される部分のすべてを含む必要はない。さらに、一実施例の選択された特徴を他の実施例の選択された特徴と組み合わせることができる。
【００２０】
前述の記述は、例示するためのものであり、本質を限定するものではない。当業者であれば、本開示の本質を逸脱することなく、いくつかの変更および修正がなされ得ることを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一例としての吸着剤床を示す図。
【図２】吸着剤床に使用される一例としてのパレットを示す図。
【図３】不動にされた吸着剤を有する多孔質ポリマ担体を示すパレットの断面図。
【符号の説明】
【００２２】
８…吸着剤システム
１０…吸着剤床
１２…入口
１４…出口
２４…ペレット
２６…多孔質ポリマ担体
２８…孔
３０…吸着剤
【図１】
0005026345.tif 000002
【図２】
0005026345.tif 000003
【図３】
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