JP6970522B2 - 空気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、部屋内の空気を浄化する空気浄化システムに関する。
建物や輸送機器などにおける人を収容する部屋に対しては、二酸化炭素濃度の上昇を抑えるために換気が行われる。また、部屋には、暖房または冷房を行う空調装置が設けられる。
上記の二酸化炭素濃度の上昇を抑えるための換気量は比較的に大きいために、その分、空調装置の負荷が高くなる。近年では、空調装置の負荷を低減するために、部屋内の空気から二酸化炭素を除去して当該空気を浄化することが提案されている。
例えば、特許文献１には、鉄道車両に搭載される空気浄化システムが開示されている。この空気浄化システムでは、部屋内の空気を循環させる循環路に二酸化炭素除去装置が設けられている。二酸化炭素除去装置は、二酸化炭素を選択的に透過させる分離膜を含む。また、二酸化炭素除去装置には、分離膜の循環路側（分離膜で仕切られる空間の一方）と透過側（分離膜で仕切られる空間の他方）との間に圧力差を与えるために、透過側を真空引きする減圧ポンプが接続されている。
特開２００３−２５９９１号公報
しかしながら、真空引きを行うポンプを用いた場合には、そのポンプの駆動に比較的に大きな電力を要する。
そこで、本発明は、真空引きを行うポンプを用いずに部屋内の空気を浄化することができる空気浄化システムを実現することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の空気浄化システムは、部屋内の空気を浄化する空気浄化システムであって、二酸化炭素を選択的に透過させる分離膜で仕切られた第１空間および第２空間を含む二酸化炭素除去装置と、前記部屋内の空気を前記第１空間へ導く送り路と、二酸化炭素が除去された清浄空気を前記第１空間から前記部屋へ導く戻り路と、前記部屋内の空気よりも二酸化炭素分圧の低いスイープガスを前記第２空間へ供給する供給路と、前記分離膜を透過した二酸化炭素と混合した前記スイープガスを前記第２空間から排出する排出路と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、分離膜で仕切られた第１空間と第２空間との間で二酸化炭素分圧に圧力差が生じる。これにより、第１空間に導かれた空気中の二酸化炭素が分離膜を選択的に透過する。従って、真空引きを行うポンプを用いずに部屋内の空気を浄化することができる。
例えば、前記スイープガスは、外気であってもよい。
上記の空気浄化システムは、前記部屋に設けられた、暖房および冷房を行う空調装置と、前記部屋へ外気を供給する前記第１換気路と、前記部屋内の空気を排出する第２換気路と、前記第２換気路を流れる空気と前記供給路を流れるスイープガスとの間で顕熱交換を行う熱交換器と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、熱交換器での顕熱交換により、第２空間へ供給されるスイープガスの温度を部屋内の空気の温度に近づけることができるため、分離膜を介した顕熱交換を抑制することができる。
前記熱交換器は、顕熱交換だけでなく潜熱交換をも行うものであってもよい。この構成によれば、分離膜が二酸化炭素だけでなく水蒸気をも透過させるものである場合に、二酸化炭素の除去の前後で部屋内の空気の湿度が変化することを抑制することができる。
前記供給路は、前記戻り路から分岐しており、前記スイープガスは、清浄空気であってもよい。この構成によれば、二酸化炭素除去装置から流出する清浄空気の一部がスイープガスとして利用されるため、構成を簡易化することができる。
本発明によれば、真空引きを行うポンプを用いずに部屋内の空気を浄化することができる。
本発明の第１実施形態に係る空気浄化システムの概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る空気浄化システムの概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る空気浄化システムの概略構成図である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る空気浄化システム１Ａを示す。この空気浄化システム１Ａは、人を収容する部屋２内の空気を浄化するものである。
例えば、部屋２は、オフィスビルのような建物の部屋であってもよいし、鉄道車両や航空機のような輸送機器の部屋（いわゆるキャビン）であってもよい。あるいは、部屋２は、宇宙ステーション、潜水船、災害時避難設備などの部屋であってもよい。
空気浄化システム１Ａは、二酸化炭素除去装置４を含む。図例では、二酸化炭素除去装置４が部屋２外に配置されているが、二酸化炭素除去装置４は部屋２内に配置されてもよい。
二酸化炭素除去装置４は、分離膜４３で仕切られた第１空間４１および第２空間４２を含む。分離膜４３は、第１空間４１から第２空間４２へ向かって、二酸化炭素を選択的に透過させる。
例えば、分離膜４３は、中空糸膜である。この場合、多数の中空糸膜が１つの膜モジュールを構成し、二酸化炭素除去装置４が多数の膜モジュールを含んでもよい。分離膜４３が中空糸膜である場合、中空糸膜の内側が第１空間４１、中空糸膜の外側が第２空間４２である。
二酸化炭素除去装置４の第１空間４１へは、送り路５１を通じて部屋２内の空気が導かれ、第１空間４１からは、戻り路５２を通じて二酸化炭素が除去された清浄空気が部屋２へ導かれる。本実施形態では、送り路５１に送風機５３が設けられているが、送風機５３は戻り路５２に設けられてもよい。送風機５３は、ブロアであってもよいしファンであってもよい（後述する送風機も同様）。
二酸化炭素除去装置４の第２空間４２へは、供給路６１を通じてスイープガスが導かれる。スイープガスは、部屋２内の空気よりも二酸化炭素分圧の低いものである。本実施形態では、スイープガスが、部屋２外の大気である外気である。つまり、供給路６１の上流端は、大気中に開口している。
例えば、部屋２内の空気中の二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍである場合、その二酸化炭素分圧は約０．１ｋＰａである。一方、外気中の二酸化炭素濃度が４００ｐｐｍである場合、その二酸化炭素分圧は約０．０４ｋＰａである。
二酸化炭素除去装置４の第２空間４２内で、分離膜４３を透過した二酸化炭素と混合したスイーブガスは、排出路６２を通じて第２空間４２から大気中へ排出される。つまり、排出路６２の下流端は、大気中に開口している。
本実施形態では、供給路６１に送風機６３が設けられているが、送風機６３は排出路６２に設けられてもよい。
部屋２には、暖房および冷房を行う空調装置３が設けられている。また、部屋２には、第１換気路７１および第２換気路７２が接続されている。
部屋２へは、第１換気路７１を通じて大気中から外気が供給され、部屋２内の空気は、第２換気路７２を通じて大気中へ排出される。第１換気路７１および第２換気路７２には、それぞれ送風機７３，７４が設けられている。
以上説明したように、本実施形態の空気浄化システム１Ａでは、分離膜４３で仕切られた第１空間４１と第２空間４２との間で二酸化炭素分圧に圧力差が生じる。これにより、第１空間４１に導かれた空気中の二酸化炭素が分離膜４３を選択的に透過する。従って、真空引きを行うポンプを用いずに部屋２内の空気を浄化することができる。
（第２実施形態）
図２に、本発明の第２実施形態に係る空気浄化システム１Ｂを示す。なお、本実施形態および後述する第３実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態の空気浄化システム１Ｂは、第１実施形態の空気浄化システム１Ａに第１熱交換器８１と第２熱交換器８２を加えたものである。
第１熱交換器８１は、第２換気路７２を流れる空気と供給路６１を流れるスイープガス（外気）との間で顕熱交換を行う。第２熱交換器８２は、第１換気路７１を流れる外気と排出路６２を流れるスイーブガスとの間で顕熱交換を行う。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、第１熱交換器８１での顕熱交換により、第２空間４２へ供給されるスイープガスの温度を部屋２内の空気の温度に近づけることができるため、分離膜４３を介した顕熱交換を抑制することができる。また、第２熱交換器８２での顕熱交換により、第１換気路７１を通じて部屋２へ供給される外気を予め加熱または冷却することができる。
なお、第１熱交換器８１は、顕熱交換だけでなく潜熱交換をも行うものであることが望ましい。この場合には、分離膜４３が二酸化炭素だけでなく水蒸気をも透過させるものである場合に、二酸化炭素の除去の前後で部屋２内の空気の湿度が変化することを抑制することができる。なお、潜熱交換とは、湿度の高い側から低い側へ水蒸気が移動することである。
例えば、第１熱交換器８１は、全熱交換器であってもよいし、潜熱交換膜（水蒸気透過膜）と顕熱交換器の組み合わせであってもよい。
（第３実施形態）
図３に、本発明の第３実施形態に係る空気浄化システム１Ｃを示す。本実施形態では、供給路６１の上流端が大気中に開口しているのではなく、戻り路５２に接続されている。つまり、供給路６１は戻り路５２から分岐しており、スイープガスは、二酸化炭素が除去された清浄空気である。
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、二酸化炭素除去装置４から流出する清浄空気の一部がスイープガスとして利用されるため、構成を簡易化することができる。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、部屋２には、必ずしも空調装置３が設けられている必要はない。
１Ａ〜１Ｃ 空気浄化システム
２ 部屋
３ 空調装置
４ 二酸化炭素除去装置
４１ 第１空間
４２ 第２空間
４３ 分離膜
５１ 送り路
５２ 戻り路
６１ 供給路
６２ 排出路
７１ 第１換気路
７２ 第２換気路

Claims (3)

  1. 建物の部屋内の空気を浄化する空気浄化システムであって、
    二酸化炭素を選択的に透過させる分離膜で仕切られた第１空間および第２空間を含む二酸化炭素除去装置と、
    前記部屋内の空気を前記第１空間へ導く送り路と、
    二酸化炭素が除去された清浄空気を前記第１空間から前記部屋へ導く戻り路と、
    前記部屋内の空気よりも二酸化炭素分圧の低い外気であるスイープガスを前記第２空間へ供給する供給路と、
    前記分離膜を透過した二酸化炭素と混合した前記スイープガスを前記第２空間から排出する排出路と、
    前記部屋に設けられた、暖房および冷房を行う空調装置と、
    前記部屋へ外気を供給する第１換気路と、
    前記部屋内の空気を排出する第２換気路と、
    前記第２換気路を流れる空気と前記供給路を流れるスイープガスとの間で顕熱交換を行う熱交換器と、
    を備える、空気浄化システム。
  2. 前記熱交換器は、顕熱交換だけでなく潜熱交換をも行うものである、請求項１に記載の空気浄化システム。
  3. 前記第１換気路を流れる外気と前記排気路を流れるスイープガスとの間で熱交換を行う熱交換器をさらに備える、請求項１または２に記載の空気浄化システム。
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