JP2005090941A - 空調補助装置および空調補助方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 室内に外気を取り込む回数を減少させて外気負荷を軽減し、既存の空調設備に簡単に取り付け可能であって、さらに必要最低限の吸着剤を用いて空調補助が可能な空調補助装置および空調補助方法を提供すること。
【解決手段】 室内４０の空気を循環させる循環路３１を備えた空調設備に取り付け可能な空調補助装置１０において、二酸化炭素を吸着する吸着手段１１と、循環路３１に接続され、循環路３１を流れる空気を第一流量制御弁１４を介して吸着手段１１に導く導入路１２と、循環路３１に接続され、吸着手段１１を通過した空気を第二流量制御弁１５を介して循環路３１に戻す導出路１３と、第一流量制御弁１４および第二流量制御弁１５を作動制御して、吸着手段１１に導入される空気の流量を調整可能な制御手段１６とを備えさせた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビルや住宅内部の居住空間、さらには病院や学校、劇場、地下街といった場所の空調を補助するための空調補助装置および空調補助方法に関するものである。

現在、ビルや住宅などにおいては、省エネ化を図るため、室内を高気密、高断熱に維持するように設計されている結果、室内環境の悪化を防止する必要がある。例えば 『建築物における衛生的環境の確保に関する法律（ビル管理法）』では、ビル内部の二酸化炭素の濃度を基準値（１０００ｐｐｍ）以下に保つことが定められており、各ビルはこの基準を満たすような設備を備えていなければならない。（例えば特許文献１）
このような従来の空調設備として、図１０に示すような空調設備が知られている。図１０において、空調設備本体３０は、空調空間としてのビル等の室内４０の空気を送風機等を用いて循環路３１へ導入し、循環させている。この循環路３１を通過する空気は、粉塵や臭気等を循環路３１中に設けたエアクリーナ等（図示していない）によって除去された後、室内４０に戻される。さらに、循環路３１に設けた換気口３２から循環路３１を流れる空気の一部を排出して、外気との換気を行っている。

前述のような換気は、換気の制御を行うための空調制御部３３や、温度センサ、二酸化炭素濃度センサ等（図示せず）を用いて行われることもある。すなわち、ビル内の空気中の二酸化炭素濃度が上昇し、所定の濃度値を超えたことを前記二酸化炭素濃度センサが検知した場合に、空調制御部３３から換気口３２，３４の弁３２ａ，３４ａを作動制御することによって、自動的に外部との換気を行っている。また、図示していないが、空調設備本体３０は別途室内の温度を調節するための加熱手段、冷却手段を含む温度調節手段を備えており、室内の温度調節を前述の空調を組み合わせて室内の温度環境を適切に保っている。
特開平５−１８０４８８号公報

しかしながら、前述のような従来の空調設備においては、建物内部の環境の変化（人員数、ＯＡ機器の増加など）によって空調能力の増大が要求される場合、空調設備自体の空調能力を増大する方法しか無かったため、設備の取り替えや追加が必要となり、大がかりな施工が必要となる。従って、前記施工の間、空調設備を長時間停止しなければならないだけでなく、施工に要する工事費用や設備費用も多大なものとなり、施工後の空調設備のランニングコストも増大する。また、空調設備の老朽化に伴う空調能力の低下に対応するためには、設備の取り替えや追加など同様の対策が必要となり、多大のコストを要する。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空調設備による空調能力を容易にかつ低コストで高めることができる空調補助を行うための空調補助装置および空調補助方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明に係る空調補助装置は、空調空間の空気を循環させる循環路を備えた空調設備に取り付け可能であって、二酸化炭素を吸着する吸着手段と、前記循環路に接続され、該循環路を流れる空気を第一流量制御弁を介して前記吸着手段に導く導入路と、前記循環路に接続され、前記吸着手段を通過した空気を第二流量制御弁を介して前記循環路に戻す導出路と、前記第一流量制御弁および第二流量制御弁を作動制御して、前記吸着手段に導入される空気の流量を調整可能な制御手段とを有することを特徴としている。

このような空調補助装置は、既存の空調設備の循環路に対して簡単な施工を行うのみで、空調設備の能力を向上させることができる。すなわち、空調能力向上のために、空調設備本体を取り替えや、大がかりな工事などを行わずに、空調設備の能力を簡単かつ低コストで高めることができる。これによって、二酸化炭素の濃度を低減するための外気との換気を極力なくすことができるので、空調空間が換気によって損失するエネルギーを極力抑えた効率のよい空調を行うことが可能となる。なお、前記流量制御弁としては、流路の開閉のみを行う開閉弁や、可変流量弁を用いることができる。

また、本発明に係る空調補助装置は、前記吸着手段に吸着された二酸化炭素を脱離する再生手段を更に備えていてもよく、前記再生手段に、流体を循環して前記吸着手段を通過させる流体循環手段と、前記流体循環手段により循環される流体を加熱する加熱手段と、前記流体循環手段により循環される流体を排出可能な排出弁とを備えさせてもよい。これによって、前記吸着手段に含まれる吸着剤を加熱することで吸着剤に吸着されていた二酸化炭素を脱離することができ、その結果、吸着剤が再生し繰り返し使用することが可能になる。なお、前記吸着手段を加熱する加熱手段は、吸着手段を直接加熱すると局所的に過熱が生じることがあるため、前述のように、循環する流体を加熱し、吸着手段を通過させることで加熱する方が好ましい。

また、本発明に係る空調補助装置において、前記流体循環手段は、吸着手段を含む独立した閉ループによって形成されてもよいが、前記導入路の途中と導出路の途中とを接続路で結ぶことで、前記吸着手段、導出路、接続路、導入路からなる閉ループによって形成されてもよい。このようにすることで、空調補助装置全体の構造を複雑化させることなく、簡単に流体循環手段を形成することができる。

また、前記排出弁は、前記流体循環手段により循環される流体の圧力が所定値以上になると流体を排出する圧力制御弁であることが好ましい。このようにすることで、前記流体循環手段内を循環する流体の圧力が、吸着手段から脱離する二酸化炭素によって増大した場合に、特別な制御をしなくとも前記排出弁から前記流体が自動的に排出される。

また、前記制御手段は、空調空間の二酸化炭素濃度を検出するセンサの信号に基づいて、前記第一流量制御弁および第二流量制御弁の作動を制御するようにしてもよい。これによって、空調空間の二酸化炭素濃度を効率よく低減させることができる。

また、本発明は、空調空間の空気を循環させる循環路を備えた空調設備の空調補助を行う空調補助方法であって、前記循環路を分岐させ、第一流量制御弁を介して吸着手段に接続するステップと、前記吸着手段を第二流量制御弁を介して前記循環路に接続するステップと、前記第一流量制御弁および第二流量制御弁の作動を制御することにより、前記吸着手段に導入する空気の流量を調整するステップとを含むことを特徴とする空調補助方法をも提供する。このような空調補助方法によって、既存の空調設備による空調能力を容易に増大させることができる。

また、前記空調補助方法において、前記吸着手段に空気を導入するステップの後に、例えば、吸着手段によって二酸化炭素を吸着した後に、吸着手段を含む閉ループを形成するステップと、前記閉ループ内に加熱した空気を循環させるステップと、前記閉ループ内の加熱後の空気を排出するステップとをさらに含めてもよい。なお、前記閉ループを形成するために、吸着手段を含む独立した循環路を新たに形成してもよいが、前記導入路の途中と導出路の途中とを接続路で結ぶことで、前記吸着手段、導出路、接続路、導入路によって形成してもよい。このようにすると閉ループが簡単に形成され、空調補助を簡単な制御により行うことが可能となる。

また、前記空気の流量を調整するステップは、前記空調空間内の二酸化炭素濃度を計測するサブステップと、前記空調空間内の計測によって得られた二酸化炭素濃度値と、既定の濃度値とを比較し、前記二酸化炭素濃度値が、既定の濃度値よりも高い場合に、前記第一流量制御弁および第二流量制御弁の作動を制御して前記吸着手段に空気を導入し、前記二酸化炭素濃度値が、既定の濃度値よりも低い場合に前記吸着手段への空気の導入を停止するサブステップとを備えていてもよい。このようにすると、空調空間の二酸化炭素濃度が高い場合にのみ、空調補助が行われるため、吸着手段に二酸化炭素を吸着させる頻度を最低限とすることができる。これによって、不要なエネルギーを消費することなく、効率のよい二酸化炭素の吸着を行うことが可能となる。また、このような場合、吸着手段に二酸化炭素を吸着させる頻度が減るため、吸着剤の寿命も伸びるという効果も得られる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る空調補助装置および空調補助方法は、空調設備による空調能力を容易にかつ低コストで高める空調補助を行うことができる。

以下、本発明に係る実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明をする。なお、説明に用いる図面においては、同一又は同種の部分に同じ番号を付して説明を省略することがある。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る空調補助装置の第１実施形態の概略構成図、図２は図１の空調補助装置を用いて二酸化炭素を吸着手段に吸着させる動作説明図、図３は二酸化炭素を吸着手段から脱離させる動作説明図である。

図１に示すように、空調補助装置１０は吸着手段としての吸着層１１を備えており、ポンプ手段としての送風機（図示しない）を備えた循環路３１の途中に導入路１２、導出路１３を介して分岐接続されている。この導入路１２及び導出路１３は、循環路３１中を流れる空気の一部を分流した後に、吸着層１１を経て循環路３１中に戻すループＬ₁を形成している。

導入路１２には第一流量制御弁１４ａ、補助送風機１８および加熱手段としての電熱ヒータ１７が備えられており、導出路１３には第二流量制御弁１４ｂが備えられている。また、導入路１２の途中と導出路１３の途中とは、第三流量制御弁１４ｃを備えた接続路１５によって接続されており、図３に示すように、吸着手段１１、導出路１３、接続路１５、導入路１２からなる閉ループＬ₂を形成する。また、閉ループＬ₂に含まれる導出路１３上には排出弁１９が設けられており、空調補助装置１０内の空気を必要に応じて外部に排出可能となっている。

また、第一流量制御弁１４ａ、第二流量制御弁１４ｂ、第三流量制御弁１４ｃ、電熱ヒータ１７、補助送風機１８，排出弁１９は、制御部１６からの信号によりその駆動が制御される。また、制御部１６は空調設備本体３０のＯＮ／ＯＦＦを検知可能に構成されている。

吸着層１１には、二酸化炭素を吸着によって分離可能な吸着剤が充填されており、前記吸着剤として具体的には空孔に炭酸カリウムなどの炭酸塩を担持させて乾燥させた多孔質物質が好適に用いられる。また、多孔質物質としては活性炭、ゼオライト、アルミナ、珪藻土等の中から適宜選択して用いられる。また、類似の吸着方式として、アルカリ炭酸塩を担持しない多孔質吸着剤（活性炭、ゼオライト等）を用いることも可能であるが、この場合は空気中の水分を除去するための除湿器を前置して使用することが好ましい。さらには多孔質吸着剤にアミンを担持した吸着剤を用いることも可能である。

式１に、前記吸着剤として炭酸カリウムを担持させたものを用いた場合の、二酸化炭素が吸着されるときの化学反応式を示す。

また、前述のように吸着層１１に加熱した空気を循環させて加熱し、吸着層１１内に吸着した二酸化炭素を脱離させる場合は、吸着層１１においては以下の式２に示す化学反応が行われる。

なお、前述の式２のような化学反応が行われるためには、吸着層１１は約１００〜２００℃程度、望ましくは１５０℃程度に加熱する必要がある。このような温度設定は、電熱ヒータ１７を制御することによって行われる。なお、前記加熱手段として用いられる電熱ヒータに代えて、スチームや排熱風を送り込む機構を用いることもできる。

次に、空調補助装置１０の作動方法について図２及び図４を用いて詳細に説明する。図４は、空調補助装置１０によって室内の二酸化炭素の一部を吸着する手順を示すフローチャートである。なお、室内４０内の空調は、主として室内で人が活動する昼間の時間帯に行われ、この時間帯では室内４０中の空気は循環路３１を通じて循環している。

図４に示すように、まず制御部１６は、空調設備本体３０が稼働していることを確認し（ＳＴＥＰ１）、空調設備本体３０が稼働している場合は（ＳＴＥＰ１のＹＥＳ）、空調補助を行うか否かを判断する（同ＳＴＥＰ２）。本実施形態の場合、空調補助を行うか否かの判断は、例えば室内４０に二酸化炭素センサを設けることによって得られる、室内４０中の二酸化炭素濃度を基準として行われる。制御部１６が、空調補助を行うと判断した場合（ＳＴＥＰ２のＹＥＳ）、第一流量制御弁１４ａおよび第二流量制御弁１４ｂが開かれ、接続路１５の第三流量制御弁１４ｃ及び排出弁１９が閉じられる（同ＳＴＥＰ３）。これによって、導入路１２、吸着層１１、導出路１３のループＬ１が形成され、循環路３１からの空気の一部を吸着手段１１に導くことが可能になる。

続いて、制御部１６は、補助送風機１８を作動させて循環路３１からの空気の一部を導入路１２に導入する（同ＳＴＥＰ４）。導入路１２に導入する空気の量は特に限定されるものではないが、導入路１２において分岐する前の循環路３１を通過する空気の量の１〜２割程度が好ましい。なお、導入路に導入する空気の量は、第一流量制御弁１４ａ又は第二流量制御弁１４ｂの開度によって制御される。

導入路１２に導入された空気が吸着層１１を通過すると、その中に含まれる二酸化炭素は吸着層１１中の吸着剤に吸着され（ＳＴＥＰ５）、吸着層１１を通過した空気は、導出路１３を介して循環路３１に戻される（ＳＴＥＰ６）。循環路３１に戻された空気は、二酸化炭素をほとんど含まない状態であるため、この空気が循環路３１を通じて室内４０に戻されると、室内４０における二酸化炭素の濃度が低減される。このように、室内４０内の二酸化炭素濃度を一定時間低減した後、制御部１６は第一流量制御弁１４ａおよび第二流量制御弁１４ｂを閉じて（ＳＴＥＰ７）、空調補助を終了する。

また、空調設備本体３０が稼働していない場合（ＳＴＥＰ１のＮＯ）、または制御部１６が空調補助を行わないと判断した場合（ＳＴＥＰ２のＮＯ）は、それ以後の処理を行わずに、空調補助を終了する。

ところで、吸着層１１の吸着剤は、吸着可能な二酸化炭素の量が限られているため、吸着剤が二酸化炭素を吸着できなくなる前に、吸着剤に吸着された二酸化炭素を脱離し、吸着剤を再生させる必要がある。一方、建物内部に人が活動しない時間帯になると、室内４０の二酸化炭素濃度を低減する必要がないため、空調制御部３３は空調設備本体３０を停止させる。本実施形態は、このような時間帯を利用して、空調補助装置１０における吸着層１１を再生させる場合であり、以下に図３及び図５を用いて詳細に説明する。

まず、制御部１６は、空調設備本体３０が停止していることを確認し（ＳＴＥＰ１０１）、空調設備本体３０が停止している場合には（ＳＴＥＰ１０１のＹＥＳ）、吸着層１１を再生させるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１０２）。本実施形態の場合、吸着層１１を再生させるか否かの判断は、夜間電力を使用可能な時間帯であるか否かを基準として行われる。制御部１６が、吸着層１１を再生させると判断した場合（ＳＴＥＰ１０２のＹＥＳ）、制御手段１６は第一流量制御弁１４ａ、第二流量制御弁１４ｂおよび排出弁１９を閉じ、接続路１５上の第三流量制御弁１４ｃを開く（ＳＴＥＰ１０３）。これにより、図３に示すように、導入路１２→吸着層１１→導出路１３→接続路１５→導入路１２の流体循環手段としての閉ループＬ₂が形成される。

この状態で、制御部１６は電熱ヒータ１７を作動させ、閉ループＬ₂内の空気を１５０℃程度に加熱するとともに、補助送風機１８によって閉ループＬ₂内の空気を循環させる（ＳＴＥＰ１０４）。これによって吸着層１１が加熱され、前記式２に示したような化学反応が吸着層１１内で生じ、吸着層１１に吸着していた二酸化炭素が脱離する。

このような加熱空気の循環を行うと、吸着層１１から脱離した二酸化炭素によって循環ループＬ₂内の二酸化炭素の量が増すため、閉ループＬ₂内の圧力が上昇する。閉ループＬ₂内の圧力がある程度高まると、制御部１６は適宜排出弁１９を開いて閉ループＬ₂内の圧力を開放する（ＳＴＥＰ１０５）。これによって、閉ループＬ₂内に充満した二酸化炭素の大部分は外に放出される。このとき、排出弁１９を、所定の圧力を加えると開くレギュレータや、閉ループ内の圧力が下がると逆に大気を吸入する機能を有するブリーザ弁等の圧力制御弁で構成すると、前述のような閉ループＬ₂内の開放が制御部１６で制御することなく行われるので好適である。

このように、吸着層１１内に吸着された二酸化炭素を脱離して外部に放出した後、所定時間経過すると、制御部１６は流量制御弁１４ａ，１４ｂおよび排出弁１９を閉じて（ＳＴＥＰ１０６）、再生処理を終了する。

なお、本実施形態において、空調補助装置１０の稼働を空調設備本体３０と連動させて行うようにしてもよい。すなわち、空調設備本体３０が稼働している間は、空調補助装置１０を稼働させ、空調設備本体３０が停止する場合は、空調補助装置１０も停止させるようにしてもよい。この場合、空調補助装置１０の吸着層１１の再生は、空調設備本体３０が停止している間のうち、所定の時間帯において定期的に行われるように制御されることが好ましい。

また、前述のような吸着層１１の再生は、空調設備が作動していない夜間等の時間帯に行うが、吸着層１１の再生は流量制御弁１４ａ，１４ｂを閉じた状態で行われているため、吸着層１１の再生中であっても空調設備を作動させることは可能である。すなわち、夜中に一時的に空調設備を作動させる必要がある場合でも、吸着層１１の再生を独立して行うことができる。

また、吸着層１１の再生を、空調設備を作動させる必要がなく、深夜電力を使用できる夜中に行うと、吸着層再生時の加熱等に必要なランニングコストを低減することができるため、より好適である。

なお、前述の実施形態では、室内４０からの空気を電熱ヒータ１７に通すように構成していたが、図６に示すように、電熱ヒータ１７を接続路１５中に設け、吸着層１１における二酸化炭素の吸着が行われている間、電熱ヒータ１７に空気を通さないようにしてもよい。

このような実施形態の空調補助装置の場合、空調設備の循環路に対して簡単に取り付けるだけで、空調設備の能力を向上させることができる。したがって、空調能力向上のため、空調設備本体を取り替えや、大がかりな工事などを行う必要がなく、空調設備の能力を簡単かつ低コストで高めることができる。また、吸着層１１に含まれる吸着剤を繰り返し再生して使用することができるため、相当の期間、吸着層１１を取り替える必要がなく、メンテナンスに必要なコストや工数を抑えることが可能になる。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る空調補助装置を用いて空調補助を行うための第２の実施形態を、図７を用いて説明する。図７は、同一建物内の室内４０１，４０２，４０３に各々取り付けられた空調設備本体に対して、空調補助を行う様子を示す概略図である。

この建物中に存在する室内４０１，４０２，４０３には、各々空調設備本体３０１，３０２，３０３が設けられており、それぞれ循環路３１１，３１２，３１３を介して室内の空気を空調設備本体内に導入した後、各室内に戻すことで空調を行っている。各空調設備３０１，３０２，３０３には、換気口３４１，３４２，３４３及び弁３４１ａ、３４２ａ、３４３ａが備えられ、室内の空気を外気と換気可能としている。また、この建物中には、共通の熱源装置５０と、この熱源装置５０に接続された熱源路５１とが備えられており、空調設備３０１，３０２，３０３は、熱源路５１と熱交換を行うことができる。すなわち、各空調設備の内部を通過する空気を加熱または冷却することで、各室内を暖房または冷房することが可能となっている。

本実施形態の空調補助装置１００は、各循環路を流れる空気の一部を内部に取り込むための導入路１２１、１２２、１２３を備えている。導入路１２１、１２２、１２３はその終端で合流して共通路１２０にまとめられた後に分岐路１１０で分岐し、吸着手段１１１，１１２，１１３に接続される。各吸着手段は、それぞれ導出路１３１、１３２、１３３に接続されており、これらは各循環路３１１、３１２、３１３の途中、すなわち空調設備３０１、３０２、３０３の上流側に接続されている。また、吸着手段１１１と導出路１３１との間には、排出弁１９０が設けられている。

前述の導入路１２１，１２２，１２３にはそれぞれ第一流量制御弁１４１ａ、１４２ａ、１４３ａが設けられ、空調補助装置１００内に取り込む空気の量を調節する。同様に、導出路１３１、１３２、１３３には第二流量制御弁１４１ｂ、１４２ｂ、１４３ｂが設けられている。また、共通路１２０には、補助送風手段１８０と、加熱手段としての電熱ヒータ１７０とが備えられている。なお、補助送風機１８０及び電熱ヒータ１７０は、メイン制御部１６０によって駆動を制御されている。また、導入路の途中と導出路の途中とは、第三流量制御弁１４１ｃ、１４２ｃ、１４３ｃをそれぞれ備えた接続路１５１、１５２、１５３によって接続されている。また、空調補助装置１００は制御部１６１，１６２，１６３を備え、第一流量制御弁、第二流量制御弁、第三流量制御弁の開閉を制御可能としている。

このように構成された空調補助装置１００は、各循環路３１１、３１２、３１３から導入路１２１、１２２、１２３を介して導入された空気を吸着手段１１１，１１２，１１３を通過させ、導出路１３１、１３２、１３３を介して各循環路に戻すループを形成している。

本実施形態における空調補助装置１００の作動方法は、前述の第１実施形態とほぼ同じであるが、以下に詳細に説明する。空調設備本体３０１、３０２，３０３の稼働中に空調補助を行う場合は、各制御部１６１、１６２，１６３からの信号により、第一流量制御弁１４１ａ、１４２ａ、１４３ａおよび第二流量制御弁１４１ｂ、１４２ｂ、１４３ｂを開き、第三流量制御弁１４１ａ、１４２ａ、１４３ａ及び排出弁１９０を閉じる。この状態で、メイン制御部１６０からの指示によって補助送風機１８０を作動させ、各導入路１２１、１２２、１２３に循環路３１１、３１２、３１３からの空気を導入する。

各導入路内に導入された空気は、共通路１２０を経て吸着層１１１、１１２，１１３に送られ、各吸着層内で二酸化炭素を吸着された後、導出路１３１、１３２、１３３を介してそれぞれ循環路３１１、３１２、３１３に戻る。循環路に戻された空気は室内４０１、４０２、４０３に戻され、その結果、室内４０１、４０２、４０３における二酸化炭素の濃度が低減される。

一方、吸着手段１１１、１１２、１１３に吸着された二酸化炭素を脱離させる場合は、第一流量制御弁１４１ａ、１４２ａ、１４３ａおよび第二流量制御弁１４１ｂ、１４２ｂ、１４３ｂを閉じ、第三流量制御弁１４１ｃ、１４２ｃ、１４３ｃを開く。これによって導入路１２１、１２２、１２３と、共通路１２０、および導出路１３１、１３２、１３３によって流体循環手段としての閉ループが形成される。そして、閉ループ内に電熱ヒータ１７０で加熱された空気を循環させることで、各吸着層の内部を加熱し、吸着剤に吸着された二酸化炭素を脱離することができる。また、閉ループ内に充満された二酸化炭素は、排出弁１９０を開くことで外部に放出される。

このような実施形態の場合、電熱ヒータ１７０や補助送風機１８０を、共通の設備とすることができるため、空調補助装置全体の構成が簡略化され、設備に必要なコストの低減を図ることができる。

なお、本実施形態においては便宜上、３つの室内及び空調補助装置を用いて説明しているが、本発明はこれに限られるものではなく、任意の数の室内に空調補助装置を取り付けるようにしてもよいことは言うまでもない。さらに、各制御部１６１、１６２、１６３からの信号により、第一流量制御弁、第二流量制御弁、第三流量制御弁及び排出弁１９０を開閉して特定の吸着層のみを含む閉ループを形成可能にしてもよい。このようにすると、吸着層１１１、１１２、１１３のうち特定の吸着層のみを再生することができる。

また、本発明に係る空調補助装置に用いる吸着手段に充填される吸着剤の種類や量は、空調を行う対象となる空間の広さや、その空間に居住する人間の数などによって適宜定める必要がある。以下に、吸着剤としてＫ₂ＣＯ₃担持活性炭を採用し、複数の条件下で空気に含まれる二酸化炭素を吸着する実験及びその実験結果について説明する。

図８は、吸着層１１の一例として、Ｋ₂ＣＯ₃担持活性炭を吸着剤として用いてＣＯ₂を吸着させる実験（実施例１）の結果を示すものである。図８（Ａ）は、実施例１を実現するために必要な設備の概略を示す概略図であり、本実施例においては容量１６０Ｌの密閉容器２１内に満たされたＣＯ₂濃度１０００ｐｐｍの空気（大気）を、カラム２２に充填された吸着剤２２ａに吸着させる構成を有している。なお、このＣＯ₂濃度はビル管理法の基準値である。そして、密閉容器２１には、カラム２２及びポンプ２３が途中に設けられた流路２４が接続されており、密閉容器２１の内部に満たされた空気が、カラム２２を通過して密閉容器２１内に戻されるようになっている。また、カラム２２の近傍には、カラム２２に充填された吸着剤２２ａを加熱するための加熱手段２５が設けられている。密閉容器２１の内部のＣＯ₂濃度は、測定手段としてのガスクロマトグラフィ２６によって測定される。なお、カラム２２に充填される吸着剤２２ａとしては、６０ｇのＫ₂ＣＯ₃担持活性炭を用いている。

このような実験装置において以下のような実験を行った。すなわち、ポンプによってカラム２２内に５０Ｌ／分の量の空気を連続して送り込み、空気中に含まれるＣＯ₂を吸着させた。このような吸着を２時間行った後、加熱手段２５によってカラム２２内部を１５０℃で６０分間程度加熱し、吸着剤２２ａに吸着されたＣＯ₂を脱離させた。このような吸着−脱離を３回繰り返した際の密閉容器２１内のＣＯ₂濃度をガスクロマトグラフィ２６で測定した。

前述のような密閉容器２１内のＣＯ₂濃度の測定を行った結果、図８（Ｂ）に示すグラフのような結果が得られた。図８（Ｂ）に示すグラフは、横軸が吸着時間、縦軸が密室容器２１内のＣＯ₂濃度を表しており、前述のようなＣＯ₂濃度の測定を３回行った結果を示している。このグラフから明らかなように、吸着処理を３回繰り返した場合の密閉容器２１内のＣＯ₂濃度変化がほぼ同じであることから、１〜３回の吸着処理において吸着→脱離の処理を複数回繰り返しても吸着剤の性能が劣化せず、再現性良く吸着していることがわかる。また、吸着剤２２ａに吸着したＣＯ₂を脱離した後の密閉容器２１内のＣＯ₂濃度がほぼ一定であることから、吸着剤２２ａに吸着したＣＯ₂がほぼ完全に脱離されていることがわかる。

次に、実施例２について説明する。この実施例では、吸着剤として粒径０．５〜１．５ｍｍのＫ₂ＣＯ₃担持活性炭を５４ｇ程度含有させた吸着カラム内に、ＣＯ₂濃度４５０〜５００ｐｐｍ程度の室内空気（大気）を１０Ｌ／分の割合で６時間程度通気させた。このようにカラム内に通気させた空気に含まれるＣＯ₂を吸着剤に吸着させた状態で、カラム出口付近のＣＯ₂濃度を測定した。また、カラムに送り込む空気の量を２０Ｌ／分に変更して、同様にカラム出口付近のＣＯ₂濃度を測定した。

その結果、図９に示すような結果が得られた。図９のグラフから明らかなように、カラム２２内に空気を送り込む流量が１０Ｌ／分の場合は、カラム内に空気を通気させてから約４時間は送り込まれる空気中のＣＯ₂をほぼ完全に吸着可能であったことが読み取れる。

この実験結果から、吸着剤の量や種類、カラムに送り込む空気の流量等を適当に選択すれば、送り込まれた空気に含まれるＣＯ₂を、所望の間完全に吸着させることが可能になると考えられる。

次に、実施例３について説明する。この実施例では、吸着剤として粒径０．５〜１．５ｍｍのＫ₂ＣＯ₃担持活性炭を６０ｇ程度含有させたカラム内に、ＣＯ₂濃度４５０〜５００ｐｐｍ程度の室内空気を流量５Ｌ／分で１２０分間通気させた後、１５０度で６０分間加熱し、脱離させた。このような吸着−脱離のサイクルを９６回繰り返し、カラム出口付近のＣＯ₂濃度の経時変化を測定した。

この実験の結果、各サイクルにおける吸着操作後のＣＯ₂濃度はいずれも５０ｐｐｍ以下であった。さらに、本実施例で用いた吸着剤の性能は、吸着−脱離を繰り返してもその吸着能力に劣化は見られなかった。この結果から、カラム内に充填する吸着剤を適当な量及び粒径とし、このカラム内に通気させる空気の流量を適切に選択すれば、通気された空気に含まれる二酸化炭素は吸着剤によってほぼ完全に吸着されると予想できる。また、吸着−脱離の処理を繰り返し行っても吸着剤の性能が劣化しないことも併せて予想できる。

なお、本発明は、前述の実施例において用いられている吸着剤の種類やＣＯ₂の濃度等に限定されるものではなく、個々の材質や数値については、発明を具体化するに際して適宜選択するべきものであることは言うまでもない。

本発明に係る空調補助装置を用いた空調設備の全体を表す全体図である。 本発明に係る空調補助装置が、二酸化炭素の吸着を行っている場合の動作を示す部分図である。 本発明に係る空調補助装置に含まれる吸着手段が、二酸化炭素の脱離を行っている場合の動作を示す部分図である。 本発明に係る空調補助装置が、二酸化炭素の吸着を行う際の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る空調補助装置が、二酸化炭素の脱離を行う際の手順を示すフローチャートである。 他の形態を有する空調補助装置が、二酸化炭素の吸着を行っている場合の動作を示す部分である。 本発明に係る空調補助装置を複数の室内に用いた場合の実施形態を表す全体図である。 本発明に係る空調補助装置に用いられる吸着剤の一例で、密閉容器内の二酸化炭素の吸着を行った実験（実施例１）に関する図であり、（Ａ）は実験の全体図、（Ｂ）は実験結果としての密閉容器中の二酸化炭素濃度の変化を示すグラフである。 ＣＯ₂を含む所定流量の室内空気を、吸着剤を含むカラムに通気させた際に、通気させた空気中に含まれる二酸化炭素濃度の経時的変化を測定する実験（実施例２）の実験結果を示すグラフである。 従来の空調設備を示す全体図である。

符号の説明

１０ 空調補助装置
１１ 吸着手段（吸着層）
１２ 導入路
１３ 導出路
１４ａ 第一流量制御弁
１４ｂ 第二流量制御弁
１４ｃ 第三流量制御弁
１５ 接続路
１６ 制御部
１７ 加熱手段（電熱ヒータ）
１８ 補助送風機
１９ 排出弁
３０ 空調設備本体
３１ 循環路
３２，３４ 換気口
３３ 空調制御部
４０ 室内

Claims (8)

1. 空調空間の空気を循環させる循環路を備えた空調設備に取り付け可能な空調補助装置であって、
   二酸化炭素を吸着する吸着手段と、
   前記循環路に接続され、該循環路を流れる空気を第一流量制御弁を介して前記吸着手段に導く導入路と、
   前記循環路に接続され、前記吸着手段を通過した空気を第二流量制御弁を介して前記循環路に戻す導出路と、
   前記第一流量制御弁および第二流量制御弁を作動制御して、前記吸着手段に導入される空気の流量を調整可能な制御手段と
   を有することを特徴とする空調補助装置。
2. 前記吸着手段に吸着された二酸化炭素を脱離する再生手段を更に備え、前記再生手段は、流体を循環して前記吸着手段を通過させる流体循環手段と、前記流体循環手段により循環される流体を加熱する加熱手段と、前記流体循環手段により循環される流体を排出可能な排出弁とを備えることを特徴とする請求項１に記載の空調補助装置。
3. 前記導入路の途中と前記導出路の途中とを結ぶ接続路をさらに備えており、前記流体循環手段は、前記吸着手段、導出路、接続路、導入路からなる閉ループによって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の空調補助装置。
4. 前記排出弁は、前記流体循環手段により循環される流体の圧力が所定値以上になると流体を排出する圧力制御弁であることを特徴とする請求項２または３に記載の空調補助装置。
5. 前記制御手段は、前記空調空間の二酸化炭素濃度を検出するセンサの信号に基づいて、前記第一流量制御弁および第二流量制御弁の作動を制御する請求項１から４のいずれかに記載の空調補助装置。
6. 空調空間の空気を循環させる循環路を備えた空調設備の空調補助を行う空調補助方法であって、
   前記循環路を分岐させ、第一流量制御弁を介して吸着手段に接続するステップと、
   前記吸着手段を第二流量制御弁を介して前記循環路に接続するステップと、
   前記第一流量制御弁および第二流量制御弁の作動を制御することにより、前記吸着手段に導入する空気の流量を調整するステップと
   を含むことを特徴とする空調補助方法。
7. 前記吸着手段に空気を導入するステップの後に、
   吸着手段を含む閉ループを形成するステップと、
   前記閉ループ内に加熱した空気を循環させるステップと、
   前記閉ループ内の加熱後の空気を排出するステップと
   をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の空調補助方法。
8. 前記空気の流量を調整するステップは、
   前記空調空間内の二酸化炭素濃度を計測するサブステップと、
   前記空調空間内の計測によって得られた二酸化炭素濃度値と、既定の濃度値とを比較し、前記二酸化炭素濃度値が、既定の濃度値よりも高い場合に、前記第一流量制御弁および第二流量制御弁の作動を制御して前記吸着手段に空気を導入し、前記二酸化炭素濃度値が、既定の濃度値よりも低い場合に前記吸着手段への空気の導入を停止するサブステップと
   を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の空調補助方法。

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