JP6386953B2 - 換気システム及び換気方法 - Google Patents

Description

本発明は、換気システム及び換気方法に関する。

建築物や土木構造物（トンネル、地下道等）等、人間が活動する空間（以下「活動空間」ともいう。）では、二酸化炭素の排出のために換気をする必要がある。活動空間に二酸化炭素が蓄積すると、そこで活動する人間の健康状態や生産活動に悪影響を及ぼすからである。

例えば二酸化炭素の空間濃度は、ビル管理法等により規制値が設けられている。この規制値を遵守するためには、ある程度の換気回数が必要となる。その一方で、低炭素社会を目指す省エネルギーの観点からは、換気回数を減らすことが求められている。

具体的な換気方法としては、従来、機械換気が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

田中俊六，武田仁，足立哲夫，土屋喬雄共著、"最新 建築環境工学"、第１版、井上書院、１９８５年、１２８頁

しかしながら、単純に外気を取り入れて活動空間の二酸化炭素濃度を低下させたとしても、昨今の大気汚染物質及び放射性物質の飛散状況に鑑みれば、必ずしも活動空間の環境改善には至らない。また、外部環境によっては外気の二酸化炭素濃度が高いことがあり、単純な換気では活動空間の二酸化炭素濃度が十分に低下せず、換気回数が嵩むことになる。

そこで本発明は、外気の状態に関わらず活動空間の二酸化炭素濃度を低下させることができ、且つ、従来の換気方法による換気回数を減らすことができる換気システム及び換気方法を提供することを目的とする。

本発明は、換気対象空間の二酸化炭素濃度を低下させる換気システムであって、隔壁で仕切られた陽極室及び陰極室を含む電解槽と、陽極室に設けられた陽極と、陰極室に設けられた陰極と、陽極及び陰極の間に電圧を印加する電源部とを有し、水又は電解質の水溶液を電解槽内で電気分解する電解装置と、換気対象空間から二酸化炭素を含む気体を陰極室に導入する導入手段と、上記気体に由来する陰極室内の気体を換気対象空間に戻す気体回収利用手段と、を備える、換気システムを提供する。

水又は電解質の水溶液を電気分解すると、陰極から水素が発生するとともに、陰極での還元反応で陰極室内に水酸化物イオンが発生し、陰極室内の水又は電解質の水溶液はアルカリ性となる。他方、陽極からは酸素が発生するとともに、陽極での酸化反応で陽極室内に水素イオンが発生し、陽極室内の水又は電解質の水溶液が酸性となる。陰極室に二酸化炭素を含む気体が導入されると、二酸化炭素は陰極室内のアルカリ性となった水又は電解質の水溶液に容易に溶解し、炭酸イオンとして安定に存在するようになる。溶解しなかった気体は気体回収利用手段によって陰極室内から換気対象空間に戻される。一方、炭酸イオンは、電気分解の通電によって徐々に隔壁を通り抜けて陽極室側へ移動する。陽極室内の水又は電解質の水溶液は酸性となっているため、陽極室内に移動した炭酸イオンは二酸化炭素分子に戻り、気体として放出される。ここで、炭酸イオンは上記のとおり陰極室から陽極室へ移動するため、陰極室内の水又は電解質の水溶液は炭酸イオンで飽和されず、二酸化炭素を吸収し続けることができる。これらの仕組みによれば、陰極室内の水又は電解質の水溶液が換気対象空間内の二酸化炭素を十分に吸収することができるため、外気との交換によらず換気対象空間の二酸化炭素濃度を低下させることができる。したがって、本発明によれば、外気の状態に関わらず換気対象空間の二酸化炭素濃度を低下させることができ、且つ、従来の換気方法による換気回数を減らすことができる。

本発明の換気システムは、陽極室から二酸化炭素を換気対象空間外に排出する排出手段を更に備えることが好ましい。これによれば、陽極室で放出される二酸化炭素を換気対象空間外へ確実に排出することができる。

また、本発明の換気システムは、電気分解時に陽極から発生する酸素を収集して換気対象空間に供給する酸素収集利用手段を更に備えることが好ましい。これによれば、二酸化炭素を陰極室において吸収するとともに、陽極室から酸素を換気対象空間に供給することができる。

電源部は、燃料電池を含み、換気システムは、電気分解時に陰極から発生する水素を収集して燃料電池に供給する水素収集利用手段を更に備えていてもよい。これによれば、電気分解に要する電力の一部を、電気分解で生じた水素を反応原料とする燃料電池が賄うことができ、省電力に資する。

また、本発明の換気システムは、換気対象空間の気体を陽極室に通気して換気対象空間に戻す通気手段を更に備えることが好ましい。換気では、二酸化炭素のみならず、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、壁や家具等からのアウトガス、人体発塵等も除去することが望ましい。これらの物質の中には酸性溶液に溶けやすいものがあるため、電気分解に伴って酸性となった陽極室内の水又は電解質の水溶液に換気対象空間の気体を通気することにより、これらの物質を容易に除去することができる。

また、本発明の換気システムは、陽極室内の水又は電解質の水溶液と陰極室内の水又は電解質の水溶液とを混合する混合手段を更に備えることが好ましい。換気が進むにつれて、陰極室内に生じた炭酸イオンは上記のとおり陽極室側へ移動するが、全ての炭酸イオンが移動するのではなく陰極室内に留まる部分がある。そこで、混合手段を用いて両液を混合することによって、陰極内の水又は電解質の水溶液に蓄積された炭酸イオンが、陽極内の酸性となった水又は電解質の水溶液によって二酸化炭素分子に戻される。これによれば、陰極室内に蓄積された炭酸イオンを確実に系外へ排出することができる。

本発明は、上記換気システムを用いた換気方法であって、水又は電解質の水溶液を電解槽内で電気分解する電解工程と、換気対象空間から二酸化炭素を含む気体を陰極室に導入する導入工程と、上記気体に由来する陰極室内の気体を換気対象空間に戻す気体回収利用工程と、を有する換気方法を提供する。

ここで、導入工程における陰極室内の水又は電解質の水溶液のｐＨは、９以上であることが好ましい。これによれば、二酸化炭素を確実に吸収することができる。

この換気方法では、導入工程の開始後に、陽極室内の水又は電解質の水溶液と陰極室内の水又は電解質の水溶液とを混合する混合工程を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、外気の状態に関わらず活動空間の二酸化炭素濃度を低下させることができ、且つ、従来の換気方法による換気回数を減らすことができる換気システム及び換気方法を提供することができる。

第１の実施形態の換気システムの概略構成図である。 第１の実施形態の換気システムの作用を示す図である。 第２の実施形態の換気システムの概略構成図である。 第３の実施形態の換気システムの概略構成図である。 二酸化炭素の吸収実験に用いた実験装置を示す図である。 陰極室の電解液のｐＨの経時変化を示すグラフである。 陰極室の電解液のｐＨ及び二酸化炭素濃度の経時変化を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に関し、まず、換気システムの構成について説明する。図１に示される換気システム１Ａは、換気対象空間である建築物の室内２の二酸化炭素濃度を低下させる換気システムであり、室内２から取り入れた空気中の二酸化炭素を電解装置３Ａを介して室外４へ排出するものである。

換気システム１Ａは、電気分解を行う電解装置３Ａと、室内２の空気を電解装置３Ａ内に取り入れる導入管（導入手段）５と、取り入れた空気の大部分を電解装置３Ａから室内２に戻す戻し管（気体回収利用手段）６と、電解装置３Ａから二酸化炭素を室外４に排出する排出管（排出手段）７と、電解装置３Ａから室内２に酸素を供給する酸素収集供給管（酸素収集利用手段）８とを備えている。

電解装置３Ａは、隔壁３１で仕切られた陽極室３２Ａ及び陰極室３２Ｂを含む電解槽３３を有しており、陽極室３２Ａには陽極１０Ａが、陰極室３２Ｂには陰極１０Ｂがそれぞれ固定して設けられている。陽極室３２Ａ及び陰極室３２Ｂは、内部の液体及び気体が外部に漏れないように上部が閉じられ、内部にはそれぞれ電解液３５Ａ，３５Ｂが収容されて陽極１０Ａ及び陰極１０Ｂがそれぞれ電解液３５Ａ，３５Ｂに浸かっている。また、電解装置３Ａは、陽極１０Ａと陰極１０Ｂとの間に電圧を印加するための電源（電源部）１１を有している。

電解槽３３の材質としては、電解液３５Ａ，３５Ｂに対して耐性を有するものを用いる。ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の有機材料や、ガラス、セラミックス等の無機材料等を用いることができる。

隔壁３１は、素焼き板、イオン交換膜等、イオンを通過させるものを用いる。後述する作用効果に鑑みれば、炭酸イオンの透過性が高いものが好ましい。

陽極１０Ａ及び陰極１０Ｂの材質としては、金属、金属酸化物、合金等が挙げられる。特に、電解液の電気分解によって生じる酸やアルカリに腐食されにくいものが好ましく、白金、金、チタン、導電性炭素材料等が挙げられる。

電解液３５Ａ，３５Ｂとしては、水又は電解質の水溶液を用いる。電気分解の速度を高める観点からは、電解質の水溶液が好ましい。電解質としては、無機塩又は無機酸（鉱酸）が好ましい。後述する作用効果に鑑みれば、無機塩としては、水に溶解した際に水のｐＨが中性を示し、電気分解の結果、陰極１０Ｂ側で水素と水酸化物イオンが発生し、陽極１０Ａ側で酸素と水素イオンが発生することが好ましい。こうした無機塩としては、硫酸塩、炭酸塩、ナトリウム塩が好ましく、中でも、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウムカリウム等が好ましい。無機酸としては、塩酸、硫酸、リン酸、ホウ酸等が挙げられる。

水の電気分解の速度を高める観点から、電解質の濃度は、０．０１〜１０ｍｏｌ／Ｌが好ましく、０．１〜５ｍｏｌ／Ｌがより好ましく、０．１〜１ｍｏｌ／Ｌが更に好ましい。

電気分解を進めると、陰極１０Ｂから水酸化物イオンが発生するため、陰極室３２Ｂ内の電解液３５ＢのｐＨが上昇する。ここで、陰極室３２Ｂ内の電解液３５ＢのｐＨは、９以上を維持することが好ましい。これにより、室内の空気が陰極室３２Ｂに導入された際に、空気中の二酸化炭素が電解液３５Ｂに溶解しやすくなる。こうした観点から、当該ｐＨは、９．３５以上がより好ましく、９．８以上が更に好ましい。９．３５以上であると、室内の２０００ｐｐｍ程度の二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍ以下とすることに有効であり、９．８以上であると、室内の２０００ｐｐｍ程度の二酸化炭素濃度を５００ｐｐｍ以下とすることに有効である。

陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂの必要量は、室内２の容積（空気量）、二酸化炭素濃度の希望低下値や必要除去量、成人の二酸化炭素発生量等から、適宜計算して求めることができる。例えば、二酸化炭素の必要除去量は、二酸化炭素の発生強度（非特許文献１の１２９頁に記載がある。）で決まり、除去速度は電解液のｐＨで決まる。成人の二酸化炭素発生量を１５Ｌ／（ｈ・人）とし、室内２の二酸化炭素濃度を１０００ｐｐｍとしたとき、陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂによる二酸化炭素の吸収によって、これを０ｐｐｍまで低下させるならば、１５０００Ｌ／（ｈ・人）通流することになる。実験では３．５Ｌの水溶液に２Ｌ／分で室内空気を通流できる装置を用いて二酸化炭素除去率１００％を達成することができるので、実験装置の大きさと効果を比例計算すると、電解液３５Ｂの必要量は１人当たり約４００Ｌとすることが好ましい結果となる。ただし、これを小型化することは可能である。

また、陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂに対する二酸化炭素の溶解量は、電解液３５ＢのｐＨや陽極室３２Ａへの炭酸イオンの移行量によって変動するが、概ね０．１〜５ｍｏｌ／Ｌである。こうした知見からも、任意の容積を有する室内２の換気に必要な電解液３５Ｂの量を適宜求めることができる。

電源１１は、陽極１０Ａと陰極１０Ｂとの間に直流電圧を印加することができるものであり、水又は電解質の水溶液の電気分解に要する電圧（理論上は１．２Ｖ以上）を印加することができるものであれば、特に制限なく使用することができる。

導入管５は、室内２の空気を電解装置３Ａ内に導入するための管であり、室内２から延びて電解槽３３の陰極室３２Ｂ内に挿通され、端部が電解液３５Ｂに浸かっている。戻し管６は、導入管５によって導入された空気のうち電解液３５Ｂに溶解しなかった部分を電解装置３Ａから室内２に戻すための管であり、電解槽３３の陰極室３２Ｂ内の上部に開口して取り付けられており、陰極室３２Ｂと室内２とを連絡している。他方、排出管７は、電解装置３Ａから二酸化炭素を排出するための管であり、電解槽３３の陽極室３２Ａ内の上部に開口して取り付けられており、陽極室３２Ａと室外４とを連絡している。

酸素収集供給管（酸素収集利用手段）８は、電気分解時に陽極１０Ａから発生する酸素を収集して電解装置３Ａから室内２に供給する管である。具体的には、酸素収集供給管８は、電解槽３３の陽極室３２Ａにおいて陽極１０Ａの周囲及び上方を覆うように取り付けられた傘状の覆い部８１と、覆い部８１の内側頂部に開口し陽極室３２Ａの上部を突き抜けて室内２へと延びる管部８２とからなる。

換気システム１Ａは、電気分解時に陰極１０Ｂから発生する水素を収集して電解装置３Ａから外部へ取り出すための水素収集供給管（水素収集利用手段）９を備えている。具体的には、水素収集供給管９は、電解槽３３の陰極室３２Ｂにおいて陰極１０Ｂの周囲及び上方を覆うように取り付けられた傘状の覆い部９１と、覆い部９１の内側頂部に開口し陰極室３２Ｂの上部を突き抜けて外部へと延びる管部９２とからなる。

電解槽３３の下部には、陽極室３２Ａ内の電解液３５Ａと陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂとを混合するための混合路（混合手段）１３が設けられている。混合路１３は、陽極室３２Ａの底と陰極室３２Ｂの底とを連通する移送管１３１と、移送管１３１の途中に設置され電解液を輸送するためのポンプ１３２とを有している。

次に、図１及び図２を参照しながら、換気システム１Ａを用いた換気方法、及びその作用効果について説明する。図２は、電解装置３Ａを介して室内２の二酸化炭素が室外４へ排出される化学的メカニズムを示す概念図である。

電源１１によって陽極１０Ａと陰極１０Ｂとの間に直流電圧を印加すると、電解液（水又は電解質の水溶液；ここでは、電解質として硫酸ナトリウムを溶解させた水溶液を用いた場合について説明する。）３５Ａ，３５Ｂの電気分解が始まる（電解工程）。すると、陰極１０Ｂから水素が発生するとともに、陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂに水酸化物イオンが発生し、電解液３５Ｂはアルカリ性となる。他方、陽極１０Ａからは酸素が発生するとともに、陽極室３２Ａ内の電解液３５Ａに水素イオンが発生し、電解液３５Ａが酸性となる。

ここで、室内２の空気を電解槽３３の陰極室３２Ｂに導入する前に、陰極室３２Ｂ内の電解液のｐＨを９以上としておくことが好ましい（ｐＨ調整工程）。

導入管５を通じて室内２から二酸化炭素を含む空気が陰極室３２Ｂに導入されると（導入工程）、当該空気中の二酸化炭素は陰極室３２Ｂ内のアルカリ性となった電解液３５Ｂに容易に溶解し、炭酸イオンとして安定に存在するようになる（図２）。当該空気のうち電解液３５Ｂに溶解しなかった大部分の空気は戻し管６によって陰極室３２Ｂ内から室内２に戻される（気体回収利用工程；図１）。

一方、炭酸イオンは、電気分解の通電によって徐々に隔壁３１を通り抜けて陽極室３２Ａ側へ移動する（図２）。陽極室３２Ａ内の電解液３５Ａは酸性となっているため、陽極室３２Ａ内に移動した炭酸イオンは二酸化炭素分子に戻り、気体として陽極室３２Ａ内に放出される。この二酸化炭素は、排出管７を通じて室外４へ排出される（排出工程）。

陽極１０Ａから発生した酸素は、酸素収集供給管８によって収集され、室内２に供給される（酸素収集供給工程）。

上記過程においては、炭酸イオンは上記のとおり陰極室３２Ｂから陽極室３２Ａへ移動するため、陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂは炭酸イオンで飽和されず、二酸化炭素を吸収し続けることができる。こうした仕組みによれば、陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂが室内２の二酸化炭素を十分に吸収することができるため、外気との交換によらず室内２の二酸化炭素濃度を低下させることができる。したがって、換気システム１Ａによれば、外気の状態に関わらず室内２の二酸化炭素濃度を低下させることができ、且つ、従来の換気方法による換気回数を減らすことができる。

また、上記換気システム１Ａを用いた換気方法によれば、陰極室３２Ｂにおいて二酸化炭素が電解液３５Ｂに溶解し、二酸化炭素濃度が低下した空気を、戻し管６によって室内２に戻す一方で、陽極室３２Ａからは、排出管７により二酸化炭素を室外４に確実に排出することができる。

また、換気が進むにつれて、陰極室３２Ｂ内に生じた炭酸イオンは上記のとおり陽極室３２Ａ側へ移動するが、全ての炭酸イオンが移動するとは限らず、陰極室３２Ｂ内に留まる（濃縮される）部分がある。そこで、ポンプ１３２を駆動して陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂを陽極室３２Ａ内へ移動して電解液３５Ａと混合させれば（混合工程）、電解液３５Ｂに蓄積された炭酸イオンが、酸性となった電解液３５Ａによって二酸化炭素分子に戻される。これによれば、陰極室３２Ｂ内に蓄積された炭酸イオンを確実に系外へ排出することができる。なお、この混合工程は、換気の終了時に行ってもよく、導入工程の開始直後から少量ずつ行ってもよい。換気の終了時に行う場合は、電解液３５Ａが強酸性になっているので、弱酸である炭酸イオンが二酸化炭素分子に戻りやすくて好ましい。混合後の電解液は再使用することができる。

また、室内２の気体を陰極室３２Ｂに導入する前に陰極室３２Ｂ内の電解液３５ＢのｐＨを９以上に調整しておいた場合は、導入した空気中の二酸化炭素が当該電解液３５Ｂに一層容易に溶解することができる。

また、換気システム１Ａは、酸素収集供給管８を備えているため、陽極１０Ａから発生する酸素を収集して室内２に供給することができ、室内２の酸素濃度を高めることができる。このとき、陽極１０Ａから発生した酸素が陽極室３２Ａ内に広く拡散していくことが酸素収集供給管８の覆い部８１によって防止されるので、排出されるべき二酸化炭素と酸素とが混ざり合うことが防止される。また、換気システム１Ａは、水素収集供給管９を備えているため、陰極１０Ｂから発生する水素を収集して外部へ取り出すことができる。

また、空気中の二酸化炭素が陰極室３２Ｂ内の電解液３５Ｂに溶け込む際に、空気中に存在する他の有害成分（例えばＶＯＣ（揮発性有機化合物）、壁や家具等から揮発するアウトガス）であってアルカリ性溶液に溶解しやすい成分も同時に電解液に溶け込むため、戻し管６によって室内２に戻される空気はこれらの物質が除かれているといえる。すなわち、換気システム１Ａによれば、室内２の二酸化炭素濃度を低下させるだけでなく、他の有害成分についても濃度を低下させることができる。

なお、本実施形態において、電解質として塩酸や塩化ナトリウム等を用いると、陽極からは酸素ではなく塩素が発生する。この場合、酸素収集供給管８を使用しないで塩素を二酸化炭素とともに室外４へ排出するなど、適宜換気システム１Ａの設計を変更して対処することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。図３に示されるとおり、第２の実施形態の換気システム１Ｂが第１の実施形態の換気システム１Ａと異なる点は、酸素収集供給管８と混合路１３とを備えない点、及び、電源部として電源１１の他に燃料電池１１１を含む点である。

換気システム１Ｂの電解装置３Ｂでは、電源部として、燃料電池１１１が電源１１と直列に配置されている。そして、水素収集供給管９のうち、陰極室３２Ｂから外部へ延びる管部９２の端部が燃料電池１１１に結合している。また、燃料電池は１１１は、外気（酸素）を取り入れるための供給管１１２を備えている。

この換気システム１Ｂによれば、電気分解で発生した水素を燃料電池１１１の反応原料として利用することができる。したがって、換気システム１Ｂ全体としてエネルギー効率が向上し、省電力に資する。

なお、上記実施形態では燃料電池１１１に外気を取り入れることで酸素を供給しているが、これに代えて、第１の実施形態で示した酸素収集供給管８を用いて、陽極１０Ａで発生する酸素を燃料電池１１１に供給する構成としてもよい。あるいは、当該酸素を室内２に戻す構成としてもよい。

［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の換気システム１Ｃは、第１及び第２の実施形態の換気システム１Ａ，１Ｂによる換気を終えた後に追加で換気するためのものである。

図４に示されるとおり、第３の実施形態の換気システム１Ｃは、室内２の空気を電解槽３３の陽極室３２Ａに通気して室内２に戻す通気管（通気手段）１２を備えている。なお、図４では、第１及び第２の実施形態に相当する、二酸化炭素濃度を低下させるための換気に関する構成については図示を省略している。

通気管１２は、室内２の空気を陽極室３２Ａ内に取り入れる通気導入管１２１と、取り入れた空気の大部分を陽極室３２Ａの上部から室内２に戻す通気戻し管１２２とを有する。

この換気システム１Ｃを用いた換気方法としては、電解装置３Ｃでの電気分解に伴い酸性となった陽極室３２Ａ内の電解液３５Ａに、室内２の空気を導入する。すると、空気中に含まれるアンモニア、ＶＯＣ、壁や家具等からのアウトガス、人体発塵等のうち、酸性溶液に溶解しやすい物質が当該電解液３５Ａに溶解する。したがって、通気戻し管１２２によって室内２に戻される空気はこれらの物質が除かれているといえる。すなわち、換気システム１Ｃによれば、二酸化炭素濃度以外の有害成分についても濃度を低下させることができる。

なお、有害成分の除去に利用し、除去能力が低下した陽極室３２Ａ内の電解液３５Ａは、別途用意した混合槽に導いて、陰極室３２Ｂ内から同様に導いた電解液３５Ｂと混合して中和し、必要に応じて更にｐＨ調整をして廃棄することができる。ここで、混合槽では電解液３５Ａ，３５Ｂに溶解した物質の一部が気化するため、混合槽の上部に排気機構を設けることが好ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では二酸化炭素を室外４に排出する際に特別な装置を介在させていないが、陽極室３２Ａから二酸化炭素を排出した後、室外４に排出する前の段階で、活性炭等を充填したフィルタを通過させるようにしてもよい。第３の実施形態で電解液３５Ａ，３５Ｂを混合して廃棄する場合にも、混合槽の上部に排気機構を設ける場合は当該フィルタを使用してもよい。

また、本発明における電気分解に要する電圧は小さいため、電源部としては、再生可能な太陽光・風力等に起因した電力、又は、最近のエネルギーハーベスト技術（振動発電等）に起因した微量の電力を直接利用又は蓄電したものを利用することも可能である。

また、上記実施形態では、換気対象空間が室内空間である場合を示したが、トンネルや地下道のような土木構造物を換気対象としてもよい。また、本発明は、コンクリート塊や石灰改良土等に起因する気体のｐＨ調整（中性化）のための二酸化炭素吸収装置として適用することもできる。

以下、電解液のｐＨの変化と二酸化炭素の吸収について、実験例を示す。

図５に示される装置を用いて、電気分解された電解液が二酸化炭素を有効に吸収できることを確認した。

＜実験装置の準備＞
隔壁３１で仕切られた陽極室３２Ａ及び陰極室３２Ｂを有する電解槽３３を準備し、二つのマグネチックスターラー１５Ａ，１５Ｂの上に、それぞれ陽極室３２Ａ及び陰極室３２Ｂが位置するように電解槽３３を載置した。陽極室３２Ａには陽極１０Ａを、陰極室３２Ｂには陰極１０Ｂをそれぞれ設けた。陽極室３２Ａ及び陰極室３２Ｂの底にスターラーチップ１６Ａ，１６Ｂを置いた。陽極室３２Ａ及び陰極室３２Ｂに、電解液３５Ａ，３５Ｂとして、それぞれ０．２５ｍｏｌ／Ｌ硫酸ナトリウム水溶液３．５Ｌずつを入れた。陽極１０Ａと陰極１０Ｂとをそれぞれ電源１１の正極及び負極に接続した。陰極室３２Ｂの上部に、気体が漏れないようにカバー１７を取り付けた。

カバー１７に、バルブＶ１が付いた排出管Ｌ１を接続し、その他端をエアポンプ２１の入口に接続した。エアポンプ２１の出口に配管Ｌ２を接続し、その他端を流量調節計２２の入口に接続した。流量調節計２２の出口に配管Ｌ３を接続し、その他端をアルミニウム製のエアバッグ２３の入口に接続した。エアバッグ２３の出口に配管Ｌ４を接続し、その他端を二酸化炭素濃度を計測できるポンプ装置（製品名：ＥＣＯ-Ｐｒｏｂｅ；ＲＳ ＤＹＮＡＭＩＣＳ社製）２４の入口に接続した。ポンプ装置２４の出口に、バルブＶ２が付いた導入管Ｌ５を接続し、その他端を電解槽３３の陰極室３２Ｂ内に挿入した。

陰極室３２Ｂ内に挿入した導入管Ｌ５の端部には散気管２５を取付け、散気管２５を陰極室３２Ｂの底に置いた。また、陰極室３２Ｂの電解液３５ＢのｐＨを計測することができるように、ｐＨメーター２６の電極を当該電解液３５Ｂに挿入した。

＜実験＞
電源１１によって陽極１０Ａと陰極１０Ｂとの間に１３Ｖの直流電圧を印加した。陰極室３２Ｂの電解液３５ＢのｐＨの経時変化を記録した。

その後、エアバッグ２３内に二酸化炭素濃度が約２０００ｐｐｍの模擬エア７Ｌを充填した。次に、エアポンプ２１及びポンプ装置２４を駆動し、流量調節計２２が０．５Ｌ／ｍｉｎを示すようにバルブＶ１，Ｖ２の開閉を調整した。これにより、模擬エアがエアバッグ２３、ポンプ装置２４、電解槽３３、エアポンプ２１、流量調節計２２をこの順に循環するようにした。模擬エアの二酸化炭素濃度及び電解液３５ＢのｐＨの経時変化を記録した。

＜結果＞
模擬エアを循環させる前に電気分解した陰極室３２Ｂの電解液３５ＢのｐＨの経時変化を図６に示す。電気分解の開始から４０分程度でｐＨが１２を超え、１８０分後に１２．４となった。

電解液３５ＢのｐＨ及び二酸化炭素濃度の経時変化を図７に示す。二酸化炭素濃度は時間が経つにつれて低下し、６０分でほぼゼロになった。これに対し、ｐＨはほとんど変化しなかった。すなわち、３．５Ｌの電解液を用いた場合に、二酸化炭素濃度が２０００ｐｐｍの模擬エア７Ｌを換気することができることが確認された。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…換気システム、２…室内（換気対象空間）、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…電解装置、５…導入管（導入手段）、６…戻し管（気体回収利用手段）、７…排出管（排出手段）、８…酸素収集供給管（酸素収集利用手段）、９…水素収集供給管（水素収集利用手段）、１０Ａ…陽極、１０Ｂ…陰極、１１…電源（電源部）、１２…通気管（通気手段）、１３…混合路（混合手段）、３１…隔壁、３２Ａ…陽極室、３２Ｂ…陰極室、３３…電解槽、３５Ａ，３５Ｂ…電解液（水又は電解質の水溶液）、１１１…燃料電池（電源部）。

Claims (9)

1. 換気対象空間の二酸化炭素濃度を低下させる換気システムであって、
   隔壁で仕切られた陽極室及び陰極室を含む電解槽と、前記陽極室に設けられた陽極と、前記陰極室に設けられた陰極と、前記陽極及び前記陰極の間に電圧を印加する電源部とを有し、水又は電解質の水溶液を前記電解槽内で電気分解する電解装置と、
   前記換気対象空間内の二酸化炭素を含む気体を前記陰極室に導入する導入手段と、
   前記気体に由来する前記陰極室内の気体を前記換気対象空間に戻す気体回収利用手段と、を備える、換気システム。
2. 前記陽極室から二酸化炭素を前記換気対象空間外に排出する排出手段を更に備える、請求項１記載の換気システム。
3. 電気分解時に前記陽極から発生する酸素を収集して前記換気対象空間に供給する酸素収集利用手段を更に備える、請求項１又は２記載の換気システム。
4. 前記電源部は、燃料電池を含み、
   電気分解時に前記陰極から発生する水素を収集して前記燃料電池に供給する水素収集利用手段を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項記載の換気システム。
5. 前記換気対象空間の気体を前記陽極室に通気して前記換気対象空間に戻す通気手段を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項記載の換気システム。
6. 前記陽極室内の水又は電解質の水溶液と前記陰極室内の水又は電解質の水溶液とを混合する混合手段を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項記載の換気システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の換気システムを用いた換気方法であって、
   前記水又は電解質の水溶液を前記電解槽内で電気分解する電解工程と、
   前記換気対象空間から二酸化炭素を含む気体を前記陰極室に導入する導入工程と、
   前記気体に由来する前記陰極室内の気体を前記換気対象空間に戻す気体回収利用工程と、を有する換気方法。
8. 前記導入工程における前記陰極室内の前記水又は電解質の水溶液のｐＨは、９以上である、請求項７記載の換気方法。
9. 前記導入工程の開始後に、前記陽極室内の水又は電解質の水溶液と前記陰極室内の水又は電解質の水溶液とを混合する混合工程を更に備える、請求項７又は８記載の換気方法。

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