JPH0295411A - 空気の清浄化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気中に含まれる汚染物気体を低減して空
気を清浄にする方法およびその装置に関するものである
。

従来の技術 室内等の閉空間内の空気汚染物の除去は、換気に代表さ
れるいわゆる空調工学の課題として現在に至っており、
工学技術として格段の飛躍を遂げてきている。しかし、
閉空間内の空気汚染物の除去は、基本的には換気に頼っ
ているだめ、依然として新鮮な外気を必要とし、閉空間
内の温湿度調整のだめの省エネルギー化は限界にきてい
ると考えられる。

他方、ここ十数年来、大気は汚染さ７′Ｖ５、新鮮な空
気は特に部会では得にくくなってきている。さらに、放
射能汚染、炭酸ガス（Ｃｏ２（Ｇ））増加は、グローバ
ルな問題になりつつある。

発明が解決しようとする課題 このような環境の中で、現在の我々の住んでいる空間、
特に室内等の閉空間は、人間の呼気による空気汚染だけ
でなく、大気汚染の室内侵入、事務機器や新建材等から
の新しい汚染物質の発生等により、ますます汚染が激し
くなっている。

したがって、従来の換気を中心とした室内の空調による
浄化だけでは、新鮮な空気は得られにくくなってきてお
り、効率も悪いという問題点がある。

そこで、この発明は、換気による空気の清浄化よりも効
率的に空気を清浄にする方法を提供することを第１の課
題とし、そのための装置を提供することを第２の課題と
する。

課題を解決するだめの手段 上記第１の課題を解決するために、請求項１．２および
３の各発明にかかる空気の清浄化方法は、空気を選択性
気体透過膜に沿って通過させながら、前記空気中に含ま
れる汚染物気体を前記選択性気体透過膜に選択的に透過
させて前記空気中から前記汚染物気体を低減させるもの
とされている。

請求項２の発明にかかる空気の清浄化方法は、請求項１
の発明において、選択性気体透過膜に沿って透過し終え
た気体（以下「非透過気体」と言う）の量が、前記選択
性気体透過膜を透過した気体（以下「透過気体」と言う
）の量の５倍以上となるようにされている。

請求項３の発明にかかる空気の清浄化方法は、請求項１
または２の発明において、選択性気体透過膜が平膜状で
あるものとされている。

上記第２の課題を解決するために、請求項４の発明にか
かる空気の清浄化装置は、接した空気中の汚染物気体を
選択的に透過させる選択性気体透過膜、同選択性気体透
過膜の透過側（２次側）と非透過側（１次側）とで圧力
差を設ける手段、および、空気を前記選択性気体透過膜
に沿って流れさせる手段を備え、前記空気を前記選択性
気体透過膜の１次側へ導いて同選択性気体透過膜に沿っ
て通過させながら、前記空気中に含まれていた汚染物気
体を前記選択性気体透過膜に選択的に透過させて前記空
気中から前記汚染物気体を低減させ、同汚染物気体の低
減した空気を流出させるものとされている。

作用 請求項１ないし３の各発明にかかる空気の清浄化方法は
、空気中に存在する汚染物気体を選択性気体透過膜を用
いて低減させる。換気による清浄化では、内気と入れ換
える外気中の汚染物気体の濃度が清浄化の下限となって
いたのに対し、この発明によれば、選択性気体透過膜に
沿って通過させる空気中の汚染物気体の濃度が清浄化の
下限となることはなく、それよりも汚染物気体の濃度を
低減させることができ、効率的に空気を清浄化すること
ができる。

請求項２の発明にかかる空気の清浄化方法は、透過気体
の量と非−透過気体の量とを上記のように設定すること
により、非透過気体中の酸素ガス濃度の低下が０．５％
以下となり、しかも、汚染物気体の低減ができる。

請求項３の発明にかかる空気の清浄化方法は、選択性気
体透過膜が平膜状であり、気流の調整、あるいは、気体
の透過性に優れており、気流の調整または気体の透過を
行いやすい。

請求項４の発明にかかる空気の清浄化装置は、空気を選
択性気体透過膜の１次側へと導き、選択性気体透過膜の
１次側と２次側との圧力差により、気体が選択性気体透
過膜をその１次側から２次側へと透過するようになって
おり、】次側の空気中の汚染物気体を選択的に透過させ
て１次側の空気中から汚染物気体を低減させ、汚染物気
体の低減した１次側の空気を流出させる。これにより、
空気が清浄化される。

実施例 以下に、この発明にかかる空気の清浄化方法および装置
を、請求項４の発明にかがる装置の一実施例を表す図面
を参照しながら詳しく説明する。

第１図および第２図は、請求項４の発明にかかる空気の
清浄化装置を閉空間内の空気の清浄化に用いる場合の一
実施例を表し、第３図はその一部を拡大して表している
。これらの図にみるように、この装置は、選択性気体透
過膜４１、真空ポンプＰ１および、排気ファン２を備え
ている。

選択性気体透過膜４１は、板状の多孔質支持体４２の表
面全面を同多孔質支持体４２と一体となるようにして覆
っていて、多孔質支持体４２とで複合膜４を形成してい
る。

一端に大きな開口１１を他端に小さな開口１２を有する
四角い筒状の本体カバー１の内側に、複数の複合膜４が
スリット状に適当な間隔を置いて並んで配置されていて
１．複合膜４の各一端は本体カバー１の大きな開口１１
に臨んでおり、各他端は本体カバー１の内側中央付近に
配置されている。これにより、選択性気体透過膜モジー
−ル５が形成されている。

複合膜５の前記各一端側の端面には、膜透過気体収集ヘ
ッダー３の吸入口３１がそれぞれ接続されており、これ
らが１つにまとまって真空ポンプＰへと繋がっている。

すなわち、この装置では、本体カバー１の内側で選択性
気体透過膜４１の外側が１次側、選択性気体透過膜４１
の内側や膜透過気体収集ヘッダ−３内部などが２次側で
ある。

本体カバー１の前記小さな開口１２のすぐ内側に排気フ
ァン２が設置されている。排気ファン２は、その作動に
より閉空間内の空気を大きな開口１１から本体カバー１
の内側へ流入させ（矢印Ａで示す）、選択性気体透過膜
４１へと導き、これに沿って流れさせて小さな開口１２
から再び閉空間内へ流出させる。真空ポンプＰは、その
作動により選択性気体透過膜４１の２次側を減圧にして
、常圧の１次側よりも低圧となるように圧力差を設ける
。この圧力差により、選択性気体透過膜４１０１次側へ
と導かれた空気の一部は選択性気体透過膜４１を透過し
、ヘッダー３から排出される（矢印Ｃで示す）。このと
き、汚染物気体は選択的に透過して２次側に濃縮し、１
次側では減少する。そして、汚染物気体の減少した空気
が閉空間内へと戻される（矢印Ｂで示す）。

この発明で用いる選択性気体透過膜の材料としては、気
体透過性に優れるポリオルガノシロキサンあるいはこの
共重合体、架橋型共重合体が適するが、これらに限定す
るものではなく、これら以外にも、たとえば、ポリオレ
フィン系単独重合体または共重合体、ポリフェニレンオ
キサイド、二置換ポリアセチレン等が気体透過性に優れ
ており、使用可能である。

選択性気体透過膜は、従来、たとえば酸素富化膜として
利用されていて、その透過気体を利用していたが、この
発明では、従来とは異なり、選択性気体透過膜に沿って
流れた（この発明では、これを「通過」と称している）
後の非透過気体を利用するものであり、透過気体の利用
は全くないか、あるいは、あっても副産物的である。

選択性気体透過膜の選択性は、たとえば、ポリジメチル
シロキサンを主体とする高分子膜の場合、窒素ガス（Ｎ
２　（Ｇ）　）の透過率を１としてその相対比を見ると
、水蒸気（Ｎ２０（Ｇ））が約１００倍、炭酸ガス（Ｃ
Ｏ２（Ｇ）　ｌが約１０倍、二酸化窒素ガス（ＮＯ２（
Ｇ））が約２５倍、亜硫酸ガス（ＳＯ２（Ｇ））が約５
０倍、メタンカス（ＣＨ４（Ｇ））が約４倍、アンモニ
アガス（ＮＨａ　（Ｇ）　）が約２０倍といった高透過
性を示す。水蒸気など上記の各気体を汚染物気体と考え
た場合、１次側の気体（非透過気体）が選択性気体透過
膜の膜面に接して同膜面を通過すると、これらの汚染物
気体が１次側の気体から低減されることになる。

なお、汚染物気体は、上記のものに限るものではない０ しかし、酸素ガス（０２（Ｇ））もＮ２ガスに比べて２
倍透過しやすく、１次側の気体の量をあまり少なくする
と、非透過気体中の酸素ガス濃度が低くなりすぎてしま
い、室内等の閉空間内の空気に不適当となってしまうこ
とがある。発明者らの実験によれば、非透過気体の量を
透過気体の量の５倍以上に保てば、非透過気体が十分な
酸素ガス濃度を保ち、かつ、汚染物気体の低減されたも
のとすることがわかった。

この発明によれば、選択性気体透過膜を使って空気を清
浄化するので、室内等の閉空間での換気は、はとんどす
る必要がないか、または、非常に換気の量が少なくて済
み、これにより空気の清浄化を効率良く行うことができ
、空調工学の新しい手法を提供できる。換気を全くまた
はほとんど行わず空気の清浄化を行うと、内外の温度差
を補うだめのエネルギーが不要になり、この点からも省
エネルギー（省エネ）化を図ることができる。

さらに、この発明にかかる空気の清浄化方法捷たは装置
を、空気調和贅たは空気調和装置（いわ（ゆる「エアコ
ン」）と一体化したり、あるいは、透過気体の有効利用
を図れば、この発明にかかる空気の清浄化方法および装
置は、非常に有用なものとなる。

透過気体は、その中に含壕れる酸素ガスの濃度かもとの
空気よりも富化されているので、この透過気体をボイラ
等の燃焼機器に導いて燃焼に利用し、暖房などの省エネ
化を図ることも可能である。

まだ、透過気体へ濃縮分離された炭酸ガス等の汚染物気
体のみを吸着分離してから、透過気体も室内等の閉空間
に戻すことも可能である。このような手法を用いても従
来の換気に比べると、非常に効率的な汚染物気体の低減
が可能になるのである。

なお、この明細書では、低減とは、少なくするというこ
とのみを意味するものではなく、取り除いてゼロにする
ことをも意味するものとする。また、閉空間とは、完全
に密閉された空間のみを言うのではなく、通常の意味で
の室内、屋内など気体の対流や拡散が一部または全部遮
られた空間をも指している。

選択性気体透過膜の形状とｉ−では、中空糸状、スパイ
ラル状、平膜状などと特に制限はないが、気流の調整あ
るいは気体の透過性を考慮すると、平膜状が優れる。ま
た、選択性気体透過膜の使用形態も特に制限はなく、た
とえば、選択性気体透過膜単独で使用されてもよいが、
多孔質支持体の表面などにこれと一体化されて複合膜と
して用いられてもよく、後者の使用形態が主である。こ
のような複合膜として用いる場合には、たとえば、多孔
質支持体が２次側となるように配置されるが、この逆の
配置でもよい。

選択性気体透過膜に気体を透過させるだめ、選択性気体
透過膜の１次側と２次側とで圧力差を設ける。たとえば
、２次側を減圧にするための手段および１次側を加圧す
るだめの手段のいずｔｌか一方または両方を設置し、た
とえば、２次側を減圧寸たは常圧状態にし、１次側を常
圧または加圧状態とするのである。２次側を減圧にする
だめの手段としては、特に限定はないが、たとえば真空
ポンプが使用される。１次側を加圧するだめの手段も特
に制限はなく、たとえば加圧用コンプレッサーが使用さ
れる。このようにして、選択性気体透過膜の１次側の気
体が２次側へ透過するようにするのである。なお、選択
性気体透過膜へと空気を導くため、空気を選択性気体透
過膜に沿って流れさせる手段、たとえばファンなどが、
空気の清浄化装置の１次側の空気流入口付近、捷だけ、
１次側の空気流出口付近に設置される。これにより、空
気が選択性気体透過膜へと導かれて間膜に沿って流れる
ようになるのである。透過気体の量と非透過気体との量
の割合の調節は、たとえば、空気を選択性気体透過膜に
沿って流れさせる手段による流量調節などによってなさ
れる。

選択性気体透過膜へと導かれた空気は、選択性気体透過
膜に沿って流れるとともに、膜の１次側と２次側との圧
力差によって膜を透過する。この透過は、気体の種類に
よって選択的に行われるので、透過率の高い気体はど１
次側よりも２次側の方に濃縮され、透過率の低い気体は
ど１次側の方に濃縮される。すなわち、汚染物気体が上
記のように窒素ガスよりも透過率が高いため、汚染物気
体が２次側に濃縮され、１次側では汚染物気体の濃度が
減少するのである。

この発明にかかる空気の清浄化方法および装置は、上述
した実施例に限定されるものではない。

たとえば、選択性気体透過膜の１次側と２次側との配置
の仕方は、第１〜３図に示すものとする必要はない。ま
た、平膜状の選択性気体透過膜を用いた複合膜をモジュ
ール化する必要もない。この発明にかかる空気の清浄化
方法、装置は、それぞれ、閉空間内の空気を選択性気体
透過膜に沿って通過させて浄化するのみならず、換気す
るため導入する外気など、閉空間内の空気以外の空気の
浄化にも使用可能であり、上記した用途以外にも応用す
ることができる。粉塵など空気中を浮遊している固体粒
子を適宜のフィルターなどで除去するようにすれば、そ
れらの粒子の付着などによる選択性気体透過膜の性能低
下などを防ぐことができる。

以下に、この発明のより具体的な実施例を示すが、この
発明は下記実施例に限定されない。

〈実施例１〜４〉 第１〜３図に示す構造の清浄化装置を用い、選択性気体
透過膜モジュール５として、パナ０２　（松下電器産業
株式会社精密キャパ／り事業部製の市販酸素富化膜キッ
ト）を組み込んだ。ここで用いた選択性気体透過膜４１
は、ポリジメチルシロキサンを主体とする高分子膜であ
り、上述のような気体透過特性を持つものであった。

真空ポンプＰにより選択性気体透過膜４１の２次側を２
６０ｍ１１ＬＨｇの圧力とし、常圧の１次側とで圧力差
を設けるとともに、温度約２５°Ｃ（室温）としてこの
一定条件で、１次側および２次側の各気体流量を第１表
に示す値となるように排気ファン２を制御してコントロ
ールした。

第１表には、空気の清浄化装置に導いた閉空間の空気の
組成（膜通過前の空気組成）、透過気体の組成（膜透過
後の空気組成）およびその流量、非透過気体の組成（膜
通過後の空気組成）およびその流量をそれぞれ示した。

以下余白 第１表かられかるように、選択性気体透過膜により１次
側の気体から汚染物（Ｃ０２、Ｈ２０）が選択的に低減
されている。これにより、室内汚染物質の炭酸ガスを低
減することができ、除湿を行うことができるのがわかる
。実施例に用いた選択性気体透過膜は、上記実験での室
内の空気中にほとんど存在しなかった窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）、あるいは、亜硫酸ガスなどのイオウ酸化物（ＳＯ
ｘ）等に対しても高い透過選択性を持っていることから
、これらに対しても同様の効果が期待できる。なお、選
択性気体透過膜により１次側の０２濃度も低減している
が、非透過気体の量を透過気体の量の５倍以上にするこ
とにより、非透過気体中の酸素ガス濃度の低減を０．５
％以下に止めることができるのがわかる。

発明の効果 請求項１．２および３の各発明にかかる空気の清浄化方
法は、以上のように、換気による空気の清浄化よりも効
率が良い。換気による清浄化だと、換気後の汚染物気体
の濃度は外気中の濃度が下限となるが、この発明によれ
ば、換気による場合よりも極端に汚染物気体の量を低減
させることができ、省エネ化が図れる。さらに、近年、
大気汚染で必ずしも換気では低減できなかった汚染物気
体も低減することができる。

請求項２の発明にかかる空気の清浄化方法は、以上のよ
うに、非透過気体が十分な酸素ガス濃度を保ち、しかも
、汚染物気体の除去されたものとなる。

請求項３の発明にかかる空気の清浄化方法は、以上のよ
うに、気流の調整がしやすく、あるいは、選択性気体透
過膜の気体の透過性が良い。

請求項４の発明にかかる空気の清浄化装置は、以上のよ
うに、換気を主体とする清浄化装置よりも効率的に空気
を清浄化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における空気の清浄化装置の
概略を表す斜視図、第２図はその平面断面図、第３図は
その一部の拡大断面図である。 １　・本体カバー　３　膜透過気体収集ヘンダー４　・
複合膜、５　・モジュール。 代理人の氏名　弁理士　粟野重　孝　ほか１名第１図 嬉　３　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気を選択性気体透過膜に沿って通過させながら
   、前記空気中に含まれる汚染物気体を前記選択性気体透
   過膜に選択的に透過させて前記空気中から前記汚染物気
   体を低減させる空気の清浄化方法。
2. （２）選択性気体透過膜に沿って通過し終えた気体の量
   が、前記選択性気体透過膜を透過した気体の量の５倍以
   上となるようにされている請求項１記載の空気の清浄化
   方法。
3. （３）選択性気体透過膜が平膜状である請求項１または
   ２記載の空気の清浄化方法。
4. （４）接した空気中の汚染物気体を選択的に透過させる
   選択性気体透過膜、同選択性気体透過膜の透過側と非透
   過側とで圧力差を設ける手段、および、空気を前記選択
   性気体透過膜に沿って流れさせる手段を備え、前記空気
   を前記選択性気体透過膜の非透過側へ導いて同選択性気
   体透過膜に沿って通過させながら、前記空気中に含まれ
   ていた汚染物気体を前記選択性気体透過膜に選択的に透
   過させて前記空気中から前記汚染物気体を低減させ、同
   汚染物気体の低減した空気を流出させる空気の清浄化装
   置。