JP4743397B2 - 汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システム - Google Patents

Description

本発明は、取り入れようとする外気中に含まれる生物・化学剤などの毒性物や汚染物質を除去する汚染除去機能と、空調対象室内の炭酸ガス除去機能とを備えた空調システムに関するものである。

最近、屋外が放射性物質や生物・化学剤などの毒性物、火山性ガスや他の汚染物質で汚染されたときに、室内の安全を確保するための装備の研究が注目されている。従来、この種の汚染物質を除去する装置を建物に備えたシステムとして、外気中の汚染物質の存在を検知センサが検知したときに、汚染除去装置を稼働させて、室内への汚染物質の浸入を阻止するシステムが多く知られている。

しかし、特に生物・化学剤の検知は難しい上に、検知してから汚染除去装置が稼働するまでにタイムラグがあると、汚染物質が室内に入り込むおそれが大きい。従って、実際に有効性を発揮させるためには、汚染除去装置を常時稼働させるシステムにする必要がある。

例えば、生物化学テロを警戒する箇所において、外気の汚染を除去する装置を単独に空調システムに組み込んだ例がある。また、特殊なケースで使用するシェルター等においては、例えば、特許文献１に記載のように、外気中の汚染物質を汚染除去装置で除去して、防護空間に送気するシステムが既に多く知られている。
特開２００４−３２１５３６号公報

しかし、従来の汚染除去機能を備えた空調システムでは、常時稼働のために外気取入量が多くなり、ランニングコストがかかる上、汚染除去装置のフィルタ交換頻度が多くなることによりメンテナンスコストがかかるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、対象室の空気質安全性を常時連続的に確保することができると共に、汚染除去装置の連続運転に費やすライニングコストやメンテナンスコストを最小限に抑えることのできる、汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、外気中に含まれる生物・化学剤などの毒性物や汚染物質を除去する汚染除去装置と、空調すべき対象室からの還気中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去装置と、通過空気の温湿度を調整する空調装置と、前記対象室へ前記汚染除去装置および空調装置を順次介して外気を取り入れる外気取入経路と、前記対象室からの還気を前記炭酸ガス除去装置および前記空調装置を順次介して対象室内に循環させる循環経路とを備え、前記対象室から排出される空気量に応じて外気を前記外気取入経路を介して対象室に供給することにより、対象室内を外気圧より高い陽圧に維持し、前記汚染除去装置、炭酸ガス除去装置、空調装置、外気取入経路、および循環経路を、前記対象室に隣接した空調機械室に装備し、該空調機械室を外気圧より高い陽圧に維持すると共に、前記対象室を、前記空調機械室よりも高い陽圧に維持し、前記空調機械室内の空気を外部に排出するための排気設備を設け、前記対象室から空調機械室への漏気量および空調機械室から外部への漏気量に応じて前記排気設備を運転することにより、空調機械室の陽圧を維持することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムにおいて、前記対象室に酸素を供給する酸素供給装置を設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムにおいて、前記空調装置の入口部に、外気と還気を混合するミキシングチャンバを設けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１、２または３に記載の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムにおいて、前記対象室内に炭酸ガスセンサを取り付けておき、該対象室内の炭酸ガス濃度を測定して、その測定結果に基づいて前記炭酸ガス除去装置や前記空調装置を制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、循環経路を通して対象室内の空気を循環させることにより、循環空気中に含まれる炭酸ガスを除去しながら温湿度を調整することができる。従って、炭酸ガス濃度を低減するための外気の取り込み量（換気量）を最小限に抑制することができる。即ち、外気の取り込みは、対象室内を陽圧に維持することができ、且つ、炭酸ガスの除去により、それ以外の空気質維持のために必要な最小量だけ行えばよくなるため、外気取入経路およびその経路に介在させる汚染除去装置の小型化を図ることができる。また、外気取入量を最小量に軽減できるので、ランニングコストの低減および汚染除去装置のフィルタ交換頻度の減少によるメンテナンスコストの低減を図ることができる。また、対象室を陽圧に維持すること、および、外気取入量をできるだけ減らせることにより、対象室への外部汚染の浸入を有効に阻止することができる。また、対象室内の炭酸ガス濃度が基準以下のときには、循環経路の運転を停止して、対象室内の陽圧維持と空気質維持のために外気取入経路の運転だけを行えばよいので、ランニングコストを抑えることができる。

また、空調すべき対象室に隣接する空調機械室に、汚染除去装置、炭酸ガス除去装置、空調装置、外気取入経路、循環経路を装備し、その空調機械室を陽圧に維持するので、空調機械室への外部汚染の浸入を極力防ぐことができる。しかも、その空調機械室に隣接する対象室を、空調機械室よりも高い陽圧に維持するので、空調機械室を経由しての対象室への外部汚染の浸入をより確実に防ぐことができる。

さらに、空調機械室内の空気を外部に排出するための排気設備を設け、前記対象室から空調機械室への漏気量および空調機械室から外部への漏気量に応じて前記排気設備を運転することにより、空調機械室の陽圧を維持するので、対象室から空調機械室へ漏れてきた空気を屋外へ排出することができ、またその排出量を制御することで、空調機械室内の圧力を調整することができる。

請求項２の発明によれば、対象室に酸素を供給する酸素供給装置を設けたので、長期的な執務や滞在に備えて空気質を改善することができる。

請求項３の発明によれば、外気取入経路を通して汚染除去済みの外気を取り入れて、ミキシングチャンバ内に導入することにより、外気と還気を混合した空気を空調装置を通して対象室内に送り込むことができる。

請求項４の発明によれば、対象室内に炭酸ガスセンサを取り付けておき、対象室内の炭酸ガス濃度を測定して、その測定結果に基づいて炭酸ガス除去装置や空調装置を制御することにより、最適運転を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１、図２は本発明の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムの一実施形態を示す概略系統図であり、図１は外気取入経路のみが稼働している状態（稼働中の経路を太実線で示す）、図２は外気取入経路と循環経路とが共に稼働している状態（稼働中の経路を太実線および太点線で示す）を示している。

この空調システムは、空調すべき対象室１内の空気質や温湿度を適正に維持するためのもので、対象室１に隣接して設けられた空調機械室２の内部に、通過空気の温湿度を調整する空調装置（空調機）４と、対象室１からの還気中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス（ＣＯ_２）除去装置５と、外気中に含まれる生物・化学剤などの毒性物や汚染物質を除去する汚染（生物化学剤）除去装置６と、空調すべき対象室１へ汚染除去装置６および空調装置４を順次介して外気ＯＡを取り入れる外気取入経路Ａと、対象室１内の空気を還気ＲＡとして取り出し、炭酸ガス除去装置５および空調装置４を順次介して、給気ＳＡとして対象室１内に送り出す循環経路Ｂとを備えたものである。

空調装置４の入口部には、外気ＯＡと還気ＲＡを混合するミキシングチャンバ８が設けられ、出口部には、空調した給気ＳＡをスムーズに送り出すサプライチャンバ９が設けられている。また、空調機械室２の外側の屋外機置場３には、空調装置４に冷媒を循環させる空調屋外機７が配置されている。

外気取入経路Ａは、空調機械室２の壁に設けた外気取入口１６と汚染除去装置６の入口とをダンパ付きの通風路３１で接続し、汚染除去装置６の出口と空調装置４のミキシングチャンバ８の一方の入口とをダンパ付きの通風路３２で接続し、空調装置４のサプライチャンバ９の出口と対象室１の壁に設けた給気口１１とを通風路３５で接続することにより構成されている。

また、循環経路Ｂは、対象室１の壁に設けた排気口１５と炭酸ガス除去装置５の入口とをダンパ付きの通風路３６で接続し、炭酸ガス除去装置５の出口と空調装置４のミキシングチャンバ８の他方の入口とをダンパ付きの通風路３７で接続することにより構成されている。循環経路Ｂの空調装置４から給気口１１までは、外気取入経路Ａと共有の経路で構成されている。

また、空調機械室２内には、空調機械室２内の空気を排気口１７を通して外部に排出するための排気ファン（排気設備）２１が設けられている。また、対象室１の床面は、給気チャンバ１２を有する二重床構造とされており、対象室１１内への給気が給気チャンバ１２を通して、床面の吹出口１３から上向きに吹き出されるように構成されている。

炭酸ガス除去装置５は、炭酸ガスを吸収ないし吸着可能な各種の薬剤、たとえばモノエタノールアミン等の液体アミン系のもの、あるいは固体アミン系のもの、もしくは活性炭等、によって炭酸ガスを効率的に吸収あるいは吸着するものであり、還気ＲＡ中の炭酸ガスを効率的に除去する。

この空調システムは、次のように運転する。
まず、基本的には、対象室１から排出される空気量に応じて、外気ＯＡを外気取入経路６を介して対象室１に供給することにより、対象室１内を外気圧より高い陽圧に維持する。その場合、空調機械室２を外気圧より高い陽圧に維持し、対象室１内の圧力を空調機械室２よりも高い陽圧に維持する。

つまり、対象室１から空調機械室２への漏気量および空調機械室２から外部への漏気量に応じて排気ファン２１を運転することにより、空調機械室２の陽圧を維持し、空調機械室２の圧力より対象室１の圧力が高くなるように、外気取入経路Ａによる外気ＯＡの取入量を制御する。

なお、空調機械室２から外部への自然漏気量が多かったりして、対象室１からの漏気だけでは空調機械室２の陽圧確保が無理な場合は、より安全な他室の排気などを導入して空調機械室２の陽圧を確保する。

具体的な運転方法として、在室者がいない場合は、図１に示すように、炭酸ガス除去装置５の運転を停止し、対象室１内の陽圧を確保するためだけに、最低風量の外気ＯＡを外気取入経路Ａ（図中の太線経路）を介して対象室１に取り入れる。

また、対象室１内に在室者がいて通常運転する時には、外気取入経路Ａと循環経路Ｂの両方を通して給気ＳＡを対象室１に送り込む。即ち、対象室１内の空気を循環経路Ｂを介して循環させつつ、途中の炭酸ガス除去装置５で循環空気中の炭酸ガスを除去し、空調装置４で温湿度を調整して対象室１内に送り込む。これにより、対象室１内の炭酸ガス濃度を下げることができる。この時も同時に、外気取入経路Ａを通して汚染除去済みの外気ＯＡを取り入れて、ミキシングチャンバ８内に導入することにより、外気ＯＡと還気ＲＡを混合した空気を空調装置４を通して対象室１内に送り込む。

このように運転することにより、炭酸ガス濃度を低減するための外気の取り込み量（換気量）を最小限に抑制することができる。つまり、外気の取り込みは、対象室１内を陽圧に維持することができ、且つ、炭酸ガスの除去に伴う空気質の維持のために必要な最小量だけ行えばよくなるため、外気取入経路Ａおよびその経路Ａに介在させる汚染除去装置６の小型化を図ることができる。また、外気取入量を最小量に軽減できるので、ランニングコストの低減および汚染除去装置６のフィルタ交換頻度の減少によるメンテナンスコストの低減を図ることができる。

また、対象室１を陽圧に維持すること、および、外気取入量をできるだけ減らせることにより、対象室１への外部汚染の浸入を有効に阻止することができる。特に汚染除去装置６は、花粉の除去も可能であるから、花粉症対策としても有効性を発揮できる。また、対象室１内の炭酸ガス濃度が基準以下のときには、循環経路Ｂの運転を停止して、対象室１内の陽圧維持と空気質維持のために外気取入経路Ａの運転だけを行えばよいので、ランニングコストを最小限に抑えることができる。

しかも、汚染除去装置６、炭酸ガス除去装置５、空調装置４、外気取入経路Ａ、循環経路Ｂ等を装備する空調機械室２を陽圧に維持するので、空調機械室２への外部汚染の浸入を極力防ぐことができるし、さらに、その空調機械室２に隣接する対象室１を、空調機械室２よりも高い陽圧に維持するので、空調機械室２を経由しての対象室１への外部汚染の浸入をより確実に防ぐことができる。

また、本システムでは、炭酸ガス除去装置５の薬剤として、液体アミン系のもの、あるいは固体アミン系のもの、もしくは活性炭等を用いているので、炭酸ガスを効率的に除去できることはもとより、それらの薬剤に吸収ないし吸着した炭酸ガスを再放出させることなく処分することができ、地球温暖化防止対策としても有効性を発揮できる。

また、本システムでは、給気を床面全体から吹き出すことにより、対象室１内全体に良好な気流分布を確保できるので、システム全体として省資源、環境負荷低減に寄与することができる。

なお、対象室１からの漏気量が少ない場合には、排気ファン２１を必ずしも使用する必要はない。また、対象室１内において長期的な執務や滞在を行うことを考えた場合、酸素供給装置などの空気質を改善する装備を組み込むことで、それを実現可能にすることができる。

また、夜間電力を用いた蓄熱運転にも対応可能である。即ち、二重床内の給気チャンバ１２に空調空気（給気ＳＡ）を供給した際に、その給気チャンバ１２に接するコンクリートスラブ、二重床パネルなどに蓄熱することで、その熱を暖冷房などに有効利用することができる。また、給気を天井部に向けて行うことにより、天井内部に蓄熱することも可能である。

また、対象室１の例としては、地下室を含む建物内の一室を挙げることができるが、複数の室であってもよいし、建物全体を対象室としてとらえることもできる。

また、対象室１内に炭酸ガスセンサを取り付けておき、対象室１内の炭酸ガス濃度を測定して、その測定結果に基づいて炭酸ガス除去装置５や空調装置４を制御することで、最適運転を行うように構成してもよい。

本発明の空調システムの一実施形態を示す概略系統図であり、外気取入経路のみが稼働している状態（稼働中の経路を太実線で示す）を示す図である。 同システムにおいて、外気取入経路と循環経路とが共に稼働している状態（稼働中の経路を太実線および太点線で示す）を示す概略系統図である。

符号の説明

１ 対象室
２ 空調機械室
４ 空調装置
５ 炭酸ガス除去装置
６ 汚染除去装置
１２ 給気チャンバ
Ａ 外気取入経路
Ｂ 循環経路
ＯＡ 外気
ＲＡ 還気
ＳＡ 給気

Claims (4)

1. 外気中に含まれる生物・化学剤などの毒性物や汚染物質を除去する汚染除去装置と、空調すべき対象室からの還気中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去装置と、通過空気の温湿度を調整する空調装置と、前記対象室へ前記汚染除去装置および空調装置を順次介して外気を取り入れる外気取入経路と、前記対象室からの還気を前記炭酸ガス除去装置および前記空調装置を順次介して対象室内に循環させる循環経路とを備え、前記対象室から排出される空気量に応じて外気を前記外気取入経路を介して対象室に供給することにより、対象室内を外気圧より高い陽圧に維持し、
   前記汚染除去装置、炭酸ガス除去装置、空調装置、外気取入経路、および循環経路を、前記対象室に隣接した空調機械室に装備し、該空調機械室を外気圧より高い陽圧に維持すると共に、前記対象室を、前記空調機械室よりも高い陽圧に維持し、
   前記空調機械室内の空気を外部に排出するための排気設備を設け、前記対象室から空調機械室への漏気量および空調機械室から外部への漏気量に応じて前記排気設備を運転することにより、空調機械室の陽圧を維持することを特徴とする汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システム。
2. 請求項１に記載の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムにおいて、
   前記対象室に酸素を供給する酸素供給装置を設けたことを特徴とする汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システム。
3. 請求項１または２に記載の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムにおいて、
   前記空調装置の入口部に、外気と還気を混合するミキシングチャンバを設けたことを特徴とする汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システム。
4. 請求項１、２または３に記載の汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システムにおいて、
   前記対象室内に炭酸ガスセンサを取り付けておき、該対象室内の炭酸ガス濃度を測定して、その測定結果に基づいて前記炭酸ガス除去装置や前記空調装置を制御することを特徴とする汚染除去および炭酸ガス除去機能を備えた空調システム。

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