JPWO2017061108A1 - 避難装置及び密閉空間用生命維持システム - Google Patents

Abstract

シェルターで家庭用や小型のものを提供し、人命を救急する。交流全電源喪失の場合には、機能する生命維持装置を提供する。生命維持装置６は、酸素濃度計６０、二酸化炭素濃度計６１、温度計６２、圧力計６３、ドアロックセンサ６４、蓄電池６５、電磁弁６６、ファン６７、室内灯６８から構成され、シェルターが水没した時を想定して酸素等の生命維持機能を持つので、例えば、大人４人でも、少なくとも１２時間以上はシェルター内で生命を維持できる。

Description

本発明は、既設建築物の建物に隣接して設置可能な防災用避難用の避難装置及び密閉空間用生命維持システムに関する。

特許文献１の発明によれば、老人や病人が避難するときに困難が生じたり、また、多数の避難者が同一の避難場所に短時間で避難するのが困難であるという課題を解決できる津波避難タワーを提供するため、津波から避難する避難者を収容する水密可能な避難空間を有する構造体を地上に設け、前記避難空間に出入りする出入口を地面から近い位置に設けると共に前記出入り口を水密に閉鎖可能な開閉扉を設け、水密時間中に、前記避難空間内に収容した津波避難者の呼吸により、前記避難空間内の空気中の酸素の割合が所定の酸素下限値よりも低くならず、かつ、二酸化炭素の割合が所定の二酸化炭素上限値よりも高くならないように、空気の汚染防止を図る発明が提案されている。

特許文献２によれば、猛火時に、カプセル内に避難し、焔、熱、煙、有毒ガス等から人を護るため、耐火耐煙性の素材により、容部とドアからなるカプセルを形成し、ドアに内外で施錠解錠可能なドアロックを設け、容部内に、充電器・バッテリー・室内灯・座席・２つの酸素ボンベ・空気ボンベ・二酸化炭素吸着器・操作盤・冷凍庫・温度センサー・感熱スイッチを設け、容部の前後に前換気扇、後換気扇、外気取入口を設け、二酸化炭素吸着器の前後に吸込用及び放出用のファンを設け、ドアに扉スイッチを設け、座席に座席スイッチを設け、操作盤にレバーと各種のスイッチを設け、扉スイッチ及び座席スイッチの閉成以後、室内灯の点滅、１つの酸素ボンベや空気ボンベの電磁開閉弁の開栓閉栓、前換気扇の作動の開始及び停止を、当初自動によって行い、所定時間以降は手動に行える電気回路を組成する発明が提案されている。

特開２０１５−９２０４９号公報 特開平８−１４１０９６号公報

しかしながら、特許文献１は、階段を有する避難タワーであり、大人数、例えば、１００〜５００名を収容することを前提に設計されているため、コストがかかり、構造も複雑となり、家庭用や小型のものでは、実現性が低いという問題がある。一方、特許文献２は一人を収容するカプセルを前提としているため、同様に、家族の人数を救命することは困難である。さらに、特許文献１、２ともに電源として交流電源を前提としているため、交流全電源喪失の場合には、機能しなくなるおそれがある。

上記の諸課題に鑑みて、本発明は、鉄鋼製のシェルター本体と、前記シェルター本体に設けた鉄鋼製の防火扉と、を備え、少なくとも水深５ｍの水圧に耐え、密閉状態において、前記シェルター本体の内部空間に酸素を供給する酸素供給装置と、前記シェルター本体の内部空間の二酸化炭素を吸着する二酸化炭素除去装置と、酸素の濃度を計測する酸素濃度計と、二酸化炭素の濃度を計測する二酸化炭素濃度計と、コントローラと、を設けることにより、酸素供給装置と二酸化炭素除去装置を調整することにより、少なくとも１２時間以上生存できる生命維持環境とすることを特徴とする避難装置である。前記水深は５ｍに代えて、好ましくは１０ｍ、より好ましくは１５ｍ、さらに好ましくは２０ｍである。ここでいう避難装置には半地下式シェルター、地下式シェルター、避難カプセル、浮上式避難装置（水面に浮上できる構造を備えたもの）等が挙げられる。生存時間は、１２時間以上、例えば、少なくとも、２４時間、３６時間、４８時間以上までは可能である。

前記二酸化炭素除去装置は、二酸化炭素吸着剤を含浸あるいは塗布させたシート状部材を備えたカートリッジでも良く、あるいは二酸化炭素吸着剤を封入した容器でも良い。

前記二酸化炭素除去装置は、二酸化炭素吸着剤を含浸あるいは塗布させたシート状部材をシェルター本体の内壁に装着したことが好ましい。

前記酸素供給装置は、酸素缶が好ましい。また、例えば、生命維持の時間を４８時間とした場合、必要酸素量から判るように、収容人数が多くなると、酸素缶では本数が多くなるので、酸素ボンベを使うことも好ましい。酸素缶と酸素ボンベを併用することも可能である。前記酸素供給装置を酸素缶とする場合、前記酸素缶を脱着自在に複数個装着する配管と、配管に設けた電磁弁と、コントローラを備え、コントローラからの信号により、配管出口から酸素をパルス的に前記内部空間に放出することが好ましい。

前記酸素缶を装着する装着口を備える配管と同様な構造の配管及び装着口を備え、当該配管の装着口に前記カートリッジを脱着自在に装着できることが好ましい。

本発明は、出入口を備えた密閉空間を備え、密閉状態において、前記シェルター本体の内部空間に酸素を供給する酸素供給装置と、前記シェルター本体の内部空間の二酸化炭素を吸着する二酸化炭素除去装置と、酸素の濃度を計測する酸素濃度計と、二酸化炭素の濃度を計測する二酸化炭素濃度計と、コントローラと、を設けることにより、酸素供給装置と二酸化炭素除去装置を調整することにより、少なくとも１２時間以上生存できる生命維持環境とすることを特徴とする密閉空間用生命維持システムである。

ここでいう生命維持環境とは、水没或いは火災中に、前記内部空間内に収容した津波避難者の呼吸により、前記内部空間内の空気中の酸素の割合が所定の酸素濃度下限値よりも低くならず、かつ、二酸化炭素の割合が所定の二酸化炭素濃度上限値よりも高くならない様に、空気の汚染防止を図ったことを特徴とする。

避難装置において、津波から避難する避難者を収容する水密可能な内部空間を有する構造体を地上に設け、前記内部空間に出入りする出入口を地面から近い位置に設けると共に前記出入口を水密に閉鎖可能な開閉扉を設け、水密時間中に、前記内部空間内に収容した津波避難者の呼吸により、前記内部空間内の空気中の酸素の割合が所定の酸素濃度下限値よりも低くならず、かつ、二酸化炭素の割合が所定の二酸化炭素濃度上限値よりも高くならないように、調整することが好ましい。

酸素濃度下限値は空気中の酸素の割合が安全限界の１８％で、二酸化炭素濃度上限値は前記空気中の二酸化炭素の割合が労働衛生上の長期安全限界の０．５％が例示される。

生命維持環境を維持する生命維持装置はシェルターの壁に組み込んでも良いし、パッケージ化してシェルター内部に置いても良いし、システム単体での製造販売も可能とする。

前記シェルター本体が鉄板と、鉄板の少なくとも一面にコンクリート面を備え、前記鉄板が地中に突出し、熱伝導を生じさせ、シェルター内の熱を地中に放熱する放熱構造を備えることが好ましい。

内部空間を水密空間としたので、避難装置が水没した状態になっても避難者は大丈夫である。内部空間を小規模とすることで、様々な行政の規制を克服することが可能である。内部空間に生命維持装置を設けたので少なくとも４８時間以上にわたって生命を維持できるという効果も得られる。津波による災害だけでなく、台風、高潮、暴風雨、地震、火災等の災害に対する避難場所としても利用できる。

本発明実施形態１の避難装置としての半地下式避難シェルター１の設置された敷地の平面図である。 （ａ）は本発明実施形態１の避難装置としての半地下式避難シェルター１の平面図、（ｂ）は同じく内部構造を示す正面図である。 （ａ）本発明実施形態１の避難装置としての半地下式避難シェルター１の正面図、（ｂ）はシェルター本体３の鉄板の正面図、（ｃ）本発明実施形態１の半地下式避難シェルター１の背面図である。 生命維持装置６のブロック図である。 酸素缶を含む周辺配置図である。 本発明の別の実施形態２を斜視図である。 本発明の別の実施形態３を斜視図である。 本発明の別の実施形態４を斜視図である。

本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１〜図３に示す通り、本発明実施形態１の避難装置の一例としての半地下式避難シェルター１（以下、単にシェルター１という。）は、コンクリート基礎２に固着して用いるシェルター本体３を備えたシェルター１であって、シェルター１の周囲コンクリートの鉄筋と、コンクリート基礎２の鉄筋と、住宅５００のベタ基礎５０１の鉄筋を連結させるものである。これにより、想定されている南海トラフ大地震の震度７での液状化現象による沈下を防止する。ここでの例示としては、土地４０坪、１F床面積１５坪、２F床面積１５坪、延べ床面積３０坪を挙げて説明する。コンクリート基礎２の厚みは、１５０ｍｍである。住宅５００の他、敷地内には、駐車場５０２を設け自動車５０３の区画を設けてある。また、庭５０４にシェルター１を設け、周囲には、適宜、フェンス５０５を設けてある。

シェルター本体３は鉄筋コンクリート製の構造体であり、シェルター本体３の外部両側にスロープ３ａを設けている。スロープ３ａには残土が設けられ、表面をコンクリートで被覆してある。シェルター本体３は複数本のＨ型鋼材３ｂで補強してある。地上部に開口部４を設け、開口部４を開閉する二重構造の防火鉄鋼製扉５を設け、津波の圧力に耐える構造としている。生命維持装置６を壁面に設置してある。生命維持装置６は、生命維持制御するためのコントローラ６００を設けている。酸素缶７、二酸化炭素除去装置８を備えている。内部空間９を円柱構造とし、内部空間９は床板３ｃで仕切られており、２階構造となっており、行き来ができるように開口３ｄを設けている。裏面にＨ型鋼材１１ａを連結した防護壁１１を開口部４に脱着自在に設けている。土間鉄筋コンクリート１２を地表部に設けてあり、厚みは１５０ｍｍが例示される。シェルター本体３の鉄筋コンクリートの両側の壁面（スロープ３ａと接する壁面）には垂直方向に二対設け、このＨ型鋼材３ｂの溝に２枚の鉄板３ｆ（図３（ｂ）参照）を挿入し固定してある。防護壁１１は鉄板であり、裏面にＨ型鋼材１１ａが固定してあり、外表面は防水塗装仕上げである。円弧形状の突出部３ｅがシェルター１の背面側に突出している。なお、シェルター本体３は、鉄板をコンクリートで挟持した三重構造の壁体を含むものでもよい。

シェルター本体３を二重構造とし、外側領域が鉄筋コンクリート３ｇ、内側領域が鉄板３ｈによる円柱構造とする。

ここでの寸法例は、例えば、防護壁１１、鉄板３ｆの厚みは９ｍｍ、鉄鋼製扉５の厚みは７５ｍｍである。シェルター１の長さ６４３０ｍｍ（シェルター本体３の長さ１５５０ｍｍ、スロープ３ａの長さ２５１５ｍｍ）、地上高さ１５５０ｍｍ、横幅１６００ｍｍ、突出部３ｅの突出長さ３６０ｍｍ、７００ｍｍである。シェルター本体３の壁の鉄筋コンクリートの厚さ、土間鉄筋コンクリート１２の厚さは１５０ｍｍ、スロープ３ａの角度は３０度、内部空間９の内径は１４００ｍｍ、高さ２８００ｍｍ（１Ｆ高さ１４００ｍｍ、地下高さ１３７０ｍｍ、床板３ｃの厚み３０ｍｍ）が例示される。内部空間９内に大人４人まで収容可能である。収容人数を多くする際には、拡張や増設が可能である。

防火鉄鋼製扉５は、水密性と耐衝撃性能を持った強度とする。内部には防火用に砂を封入してある。シェルター１は、防火鉄鋼製扉５が水深２０メートルで水圧２００ｋＮ/ｍ^２に耐えうるように設計される。また、台風・竜巻にも耐えうる。防火鉄鋼製扉５により、耐激突性能、津波による激突物の衝撃に耐えうるために２重扉構造にし、内側から心張棒を設置し、耐衝撃性を高めている。

防火鉄鋼製扉５は、年寄りや子供にはロックしにくいために、自動施錠機構を設けることが好ましい。自動施錠機構は機械式または電気式の一般的なものでよい。

図４は、人の呼吸によって二酸化炭素が増加し、酸素が減少した汚染空気を調整する生命維持装置６を示す。二酸化炭素（炭酸ガス）の除去手段には種々の方法が公知になっている。ここでは、物理吸着法について説明する。シェルター１内の空気は循環させるため、二酸化炭素だけが床に滞留する可能性はほとんどないと考えられる。

生命維持装置６は、酸素濃度計６０、二酸化炭素濃度計６１、温度計６２、圧力計６３、ドアロックセンサ６４、蓄電池６５、電磁弁６６、ファン６７、室内灯６８から構成されている。

生命維持制御を司る生命維持装置６のコントローラ６００について図４を参照して説明する。このコントローラ６００は、ＣＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、ＲＯＭ６０３、カウンタ６０４、タイマ６０５、音声制御部６０６、入力部６０７、モニター６０８、入出力インタフェース６０９をバス６１０により相互に接続したものである。入出力インタフェース６０９には、酸素濃度計６０、二酸化炭素濃度計６１、温度計６２、圧力計６３、ドアロックセンサ６４、蓄電池６５、その検出結果を示す出力信号が入力され、また、電磁弁６６，ファン６７、室内灯６８等が接続され、ＣＰＵ６０１が初期設定、或いは入力信号を受けて所定の演算等を行い、それらに対して、制御信号が出力されるようになっている。

ＣＰＵ６０１は、各部に出力する制御信号を生成し、制御信号を出力することで、生命維持制御を実行する。ＲＡＭ６０２は、生命維持制御などのデータを一時的に読み書きするものである。ＲＯＭ６０３には生命維持制御などのプログラムが読み出し専用で格納されている。ＣＰＵ６０１は、各部に出力する制御信号を生成し、制御信号を出力することで、生命維持制御を実行する。なお、プログラム制御に代えて、ＬＳＩロジック等のハードウェア制御によっても実施が可能である。

カウンタ６０４は計数部等として機能するものであり、電源投入後、カウンタ６０４のカウント値の初期値を「０」とし、各種入力信号を参照して、インクリメントするものである。

タイマ６０５は時間等に関する演算処理等を行なうものである。

音声制御部６０６は音源ＩＣ及び増幅器等から構成され、スピーカ等の駆動制御を司るものである。

モニター６０８は、液晶表示盤等からなるものであり、コントローラ６００に隣接して配置されている。モニター６０８は、生命維持制御に関しての各種のメッセージや図柄、外部の様子等を表示するものである。液晶表示盤、ＬＥＤ、ＣＲＴ等、その他の種類のモニターでも良い。なお、外部の様子を示す場合にはファイバースコープ等を利用する。

シェルター１内における生命維持制御方法を説明する。

シェルター本体３が津波で水没する、或いは、猛火に包まれるなど、人がシェルター１に避難し、鉄鋼製扉５がロック装置（図示略）によりロックされると、ドアロックセンサ６４がＯＮとなり、生命維持装置６が自動的に作動する。

このシェルター１内の酸素容量では、酸素呼吸が持たないので、事前に搭載してある酸素缶７から酸素供給をパスル式で行う。酸素缶７については、収容人数、子供、大人などの条件によって異なるので、シェルター１内部に最低４８時間、滞在できるための容量を確保してある。

適切な酸素濃度の確保のため、シェルター１内部の安全・安心な居住性を保つために必要な酸素、二酸化炭素の濃度が室内の酸素濃度計６０、二酸化炭素濃度計６１からの信号で判断できるようにして、適切な基準値でなくなった場合には備え付け電磁弁６６を制御することで、酸素缶７から適宜量の酸素を噴射することで酸素濃度の調整を行うことを可能にしている。また、二酸化炭素の濃度調整も、主として、自動、場合により、手動で、ファン６７の回転数を調整できるようにしてある。ここでの目標値シェルター内部の酸素濃度は１８〜２１％、二酸化炭素の濃度は０．０４〜０．５％である。

シェルター本体３の内部の気体の圧力を抜く逆止弁を含む圧力調整部１０を備えている。二酸化炭素の増え過ぎを防止するため、二酸化炭素除去装置８で二酸化炭素を減らすようにしてある。太陽光発電パネル等により蓄電池６５が満タンになっているので、その蓄電池６５で、電磁弁６６、ファン６７、室内灯６８を駆動できる。

モニター６０８が複数（ここでは２か所）設けている。夜中にモニター６０８を見て、酸素濃度、二酸化炭素濃度、気温、圧力等、外部の様子、各種情報を確認できるようになっている。

シェルター本体３内に携帯電話、衛星電話、トランシーバー等の通信機能を備え、簡易トイレ、ＡＥＤ、防災用品等も備えることが可能である。

生命維持装置６は、シェルターあるいは密閉空間と組み合わせた場合、ドアがロックされたときに、ドアロックセンサ６４のＯＮにより、自動的に作動する。パッケージ化された生命維持装置の場合は、入力部６０７に設けた室内灯用のスイッチを手動により開閉することによって、室内灯６８を点灯することも可能である。たとえば、生命維持装置６はドアロックセンサ６４によってＯＮ状態になるが、鉄鋼製扉５が閉まる直前はシェルター１内が真っ暗にならないように、ドアロックセンサ６４のほかに人感センサ（図示略）を設けて、まず、室内照明をＯＮにしてから生命維持装置６がＯＮになるシーケンスを設けてもよい。

酸素缶７を開口するための電磁弁６６は、ドアロックセンサ６４のＯＮによって、内部空間９内の酸素濃度を計測する酸素濃度計６０が自動的にＯＮになり、その計測値が設定濃度以下になると開栓して酸素をパルスで噴出する。必要に応じて、入力部６０７上のスイッチ（図示略）を手動により開閉成して開栓又は閉栓することも可能である。

酸素濃度計６０は、公知の計測器で、内部空間９内の酸素が、避難者が生存するのに必要な最小限度の酸素濃度以下になると警報音を発する。二酸化炭素除去装置８の筒内には顆粒状の二酸化炭素吸着剤を充填してあり、筒の前後は金網によって覆って筒内の吸着剤の脱流を防止している。金網の外部には、モータの駆動力によって回転するファン６７を設け、シェルター１内の空気を二酸化炭素吸着剤まで強制的に送ることができる。

酸素濃度計６０が、自動的に計測の結果、シェルター１内の酸素が１８％に低下すると酸素濃度計に組み込まれている警報器が鳴り、酸素不足を報知するとともに電磁弁６６のオープン信号を発生する。

室内の酸素濃度が規定値より低くなった場合、酸素をパルス的に噴出し絶えず酸素濃度計との計測値と比較するため、過剰供給にはならないので、空気ボンベは使わなくてもよい。

ドアロックセンサ６４がＯＮにされると、酸素濃度が安全限界の１８％を切ったときに酸素缶７の電磁弁６６が自動的に開栓され、酸素が内部空間９内に供給される。そして、酸素缶７を節約する事態に対応するために、必要に応じて手動によってスイッチ（図示略）を開閉して電磁弁６６を開閉し、酸素噴出の中止、または再開を行うこともできる。

ドアロックセンサ６４と共に回路がＯＮすると、二酸化炭素除去装置８のファン６７が自動的に回転し、避難者の呼吸によって出された炭酸ガスや煙に含まれている二酸化炭素は器内に吸いこまれて機器内の吸着剤（図示略）によって吸着され、清浄な空気がファン６７の回転によって内部空間９内に送り出される。

津波時間或いは火災時間が長引いたり、また避難者の体が大きく酸素の消費量が多いため、後述の酸素濃度計６０の警報によって内部空間９内の酸素が不足するおそれを知った場合には、入力部６０７上のスイッチ（図示略）を押して、回路をＯＦＦとし、緊急用の酸素ボンベの電磁開閉弁を開口すると共にタイマー６０５を作動させ１０秒間づゝ酸素を放出させ、必要に応じてスイッチ（図示略）の押圧を反覆し、酸素の放出を反覆し、補給する。

蓄電池６５は生命維持装置６を少なくとも４８時間程度、連続運転可能な容量であることが望ましい。４８時間も経過すれば、津波が引くか、猛火も収まり、他の避難場所に移動できるからである。蓄電池６５は、正極はコントローラ６００に接続され、負極は接地してある。

図５は酸素缶７を使用した酸素を添加する酸素添加装置の例を示す。酸素添加装置は壁面に配列する。複数の酸素缶７が配管１３の装着口１４に装着されている。酸素ガスは高圧に圧縮されて酸素缶７に入れられている。配管１３に電磁弁６６が配置され、電磁弁６６はコントローラ６００に接続されている。

シェルター１が津波で水没、或いは猛火に包まれてから収まるまでの時間を、４８時間と想定している。大人４人を収容する場合、４８時間で酸素６．７２Ｋｇが必要であり、また、炭酸ガスが約８Ｋｇが出ると想定される。生命維持装置６で酸素濃度と二酸化炭素濃度を自動的に調整する。酸素は酸素缶７からパルス的に噴出されることが好ましい。

ネジ付きの高圧の酸素が封入された酸素缶７を使用する。使用の目安としては、流量調整ダイヤルの最大ダイヤルで4分強、最小ダイヤルで20分間噴射可能である。主な仕様は、内容量が98cc、重量が300g、噴出流量平均が1リットル/min、ガス量が18リットル、サイズは使用状態で直径3.8cm、高さ24cm、空気噴出量は5リットル/minである。上部に雄ネジが切られており、ねじを回すことで配管１３の装着口１４に脱着可能である。大人４人で４８時間で酸素２６２本が必要である。大人４人、４８時間で二酸化炭素約４，１００Ｌを発生する。二酸化炭素を吸着する二酸化炭素除去装置８を備えている。手動でも自動でも、手動と自動と組み合わせでもよい。理論上、４８時間、生命を維持するためには、少なくとも２６２本が必要である。酸素の放出に伴い、内部空間９の空気圧力は約２倍に増加するため、圧力調整バルブあるいは圧力逃がし弁等から構成される圧力調整機構によって所定の圧力を保つことが好ましい。

酸素濃度計６０により、酸素濃度の設定値を下回ったら、電磁弁６６をオンとして、パルス式に酸素を供給する。お年寄りや子供のためにも、操作が簡単な自動とするが、安全のため、手動の要素も含む。人体からの発熱量も考慮する必要がある。人間一人の発熱量を100J/sとすると、前記シェルター１の内容積では、人間一人一時間で約６４℃の温度上昇が考えられる。熱源は人だけではなく、室内灯も発熱する。減圧弁を開放する時間は短い場合もあり得るので、熱を外部に逃がす効果が限定されることもあり得る。シェルター本体３に熱を逃がす構造を備えることで、シェルター内の熱による温度上昇の問題は解決可能である。

次に、二酸化炭素の吸着については、１．吸収法、２．物理吸着法、３．膜分離法、４．深冷分離法、５．酸素燃焼法が挙げられる。そのうちでは、吸収法と物理吸着法が適用できる。１．吸収法には、化学吸収法：二酸化炭素を反応吸収するアミンなどのアルカリ性の溶液を用いて、二酸化炭素を分離・回収する手法。吸収した溶液を加熱して二酸化炭素を分離する「再生工程」で消費する熱コストが問題となっている）、固体化学吸収法：二酸化炭素のみを吸収するような固体に、二酸化炭素を吸収させて分離・回収する手法。固体にはリチウムシリケートや酸化亜鉛などを用いる。物理吸収法には、高圧でメタノール、ポリエチレングリコール等の溶解度を上げた液体に二酸化炭素を物理的に吸収させ、分離・回収する手法がある。化学吸収法に比べて必要な熱量が小さく、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物の影響による吸収液の劣化程度も小さい。

２．物理吸着法としては、ゼオライト、活性炭、アルミナなどの吸着剤に、二酸化炭素を選択吸着させ、分離・回収する手法である。さらに、圧力を変化させて二酸化炭素を選択的に分離・回収を行う方法をPSA法といい、温度を変化させて行う方法をTSA法という。その双方を組合わせた方式をPTSA法という。ここでは、人工あるいは天然ゼオライトで吸着させる。ゼオライトを使うと、常温で炭酸ガスを吸着して加熱または減圧することによって吸着した炭酸ガスを吐き出して再生することができ、ゼオライトを繰り返して使うことが可能となる。吸着して脱着した炭酸ガスをどこに吐き出させるかが問題であるが、ゼオライトを封入したカートリッジを複数個備えることによって、連続的に炭酸ガスを処理できる。

市販のゼオライトの二酸化炭素吸着性能は、ゼオライト１グラムあたり約４５ミリグラムである。理論計算によれば、一人一日あたりの二酸化炭素を吸着するのにゼオライトが約２２キログラム必要となるが、二酸化炭素除去装置の運転方法を工夫することにより、ゼオライトの必要量を減らすことが可能である。シェルター１内は密閉空間なので、使用する材質・素材は安全なもの、余計なガスが出ないものを使うこととする。

再生式の吸着剤（ゼオライト）を持つ複数式の二酸化炭素除去装置も使用でき、取り除かれた二酸化炭素はシェルター１外に排出される。

再生式の二酸化炭素除去装置の他に、水酸化リチウムの利用も出来る。

二酸化炭素吸着キャニスター（水酸化リチウム缶）の場合、水酸化リチウムを使用し化学反応で二酸化炭素を吸収する使い捨ての反応容器である。水酸化リチウム１グラムで０．４５リットルの二酸化炭素を吸着できる。理論計算によれば、一人一日あたりの二酸化炭素を吸着するのに約１，２００グラムの水酸化リチウムがあればよい。本実施形態１では、基本的には、使い捨て型を採用するが、再生型でも実施は可能である。フィルター、例えば、不織布をプリーツ状に形成し、これに、液化して染み込ませてた二酸化炭素吸着材を塗布又は噴射して、これを乾燥させたものを、容器に収容して、カートリッジとしたものである。外気に普段は触れないようにするため、パックに封入しておく。使用する際は開封して使用する。

二酸化炭素吸着剤は、原材料は粉末であるが、効率よく二酸化炭素を吸着させるため、例えば、不織布のフィルターに、水酸化リチウム粉末を水に溶かし、スプレーで吹きつけて、例えば、プリーツ状に整形することが考えられる。ファン付きのカートリッジ構造でもよい。

ファン６７で空気を強制循環させない場合には、壁面に二酸化炭素吸着シートを貼り付けてもよい。電池式のファンでも空気を循環させてもよい。

酸素缶７と二酸化炭素除去装置８については、交換のアラームがでるようになっている。

生命維持装置６は移動式としてもよいし、壁のどこかに仮固定、または、固定してもよい。ここのところを可動式にすれば、通常、壁に対して平行になっているが、差し込みの便宜のため、水平位置にして、脱着する構造である。酸素濃度計６０は計測し易い箇所に設置する。酸素濃度及び二酸化炭素濃度を基準値と比較するプログラムを格納してある。酸素、二酸化炭素を計測する場所はポイントになり、高齢者、子供による作業が容易な箇所に設置しておく。数ヶ月、例えば、３ヶ月に1回は訓練と、メンテナンスを行うことが適宜であるし、必要でもある。酸素缶は４８時間で２６２本必要なため、訓練あるいはメンテナンスで使用した場合は、適宜補充する。酸素缶７は小さいほうが単価が安い。若い世代であれば自分で交換できるので、小容量でよいが、高齢者のいる場合は大容量でもよい。電源は蓄電池６５であるが、適宜、乾電池を電源としてもよい。

圧力調整部１０は、内部空間９と連通し、シェルター本体３を貫通する配管と、配管に配置される逆止弁とを備えている。室内のガス量が増大し、室内圧力も増大すると想定されるので、室内の減圧が必要である、そのため、シェルター本体３の外壁面を所定深さ（例えば、２〜３センチ）、所定径（例えば、２〜３センチ）で凹部を形成し、この凹部に開口することで、内部空間９の空気を土中に逃がすようにしてある。これにより、酸素の放出により高まる内部の圧力を減圧するようにしてあり、内部空間９での圧力増大に対しては、減圧弁を含む圧力調整部１０で調整できる。

津波あるいは土石流に襲われた場合、最低、２時間くらいはシェルター本体３に水圧或いは土圧がかかるので、それに耐えるだけの強度は維持されている。また、最低４８時間、耐えられるだけの酸素は備えてある。最低時間は、場所によって、時間が異なるので、対応しておく。

内部空間９内において、人の呼吸によって二酸化炭素が増加し、酸素が減少した汚染空気を浄化する生命維持装置６を示す。二酸化炭素除去装置８は、吸着剤に二酸化炭素を吸着させて二酸化炭素を除去するものである。酸素は酸素缶７から供給され、内部空間９に拡散される。

生命維持装置６を駆動運転すれば、内部空間９内の空気を避難者が正常に呼吸できる範囲に維持することは可能である。二酸化炭素除去装置８において、汚染空気から炭酸ガスが除去され、除去された後の炭酸ガス濃度を解析的に求めることもできる。

つぎに避難装置である半地下式避難シェルター本体３の築造工事方法について説明する。本体を設置するにあたって地面に縦横の外周ともに半地下式避難シェルター本体３の外部寸法よりも大きい寸法で掘り下げる。深さは、コンクリート基礎２と土圧の関係があるために一定とはならない。事前調査の場合によっては、土留工事を行う必要となる場合がある。もし必要となれば、土留工事も同時に進める。

人力掘削及び超小型の掘削機を使用して所定の深さまで彫り上げる。掘削作業中は、建物の本体の挙動に注意を払いながら作業を進める。特に掘削深度には、注意を要する。掘削完了後は、エンジン式プレートにて転圧を行い、続いて砕石を敷きならす。砕石の材料は、再生骨材のＪＩＳ規格 RC２５を使用する。砕石の敷均し後は、エンジンプレートにて転圧を行って平坦化を図る。

続いて、コンクリート基礎２の築造を行う。このとき、コンクリート基礎２の鉄筋と、住宅５００のベタ基礎５０１と鉄筋で連結してから、コンクリートを打設する。コンクリート材料は、普通ポルトランドセメントを使用する。工事日程の短縮が必要な場合は、早強コンクリートを使用して硬化時間の短縮を行う。基本的には現場施工である。コンクリート基礎２の上に表面保護コンクリートを打設する。コンクリート材料は、普通ポルトランドセメントでよい。

コンクリート基礎２はスクリューパイルのような羽つきの鋼管杭を、強度を強くするため、地中に打設することが好ましい。これにより、シェルター１を支持するだけではなく、倒れないようにすることができる。

コンクリートが硬化後にシェルター本体３の施工を行う。現場施工の場合には鉄筋を構築してからコンクリートを打設する。シェルター本体３を二重構造とし、外側領域が鉄筋コンクリート３ｇ、内側領域が鉄板３ｈによる円柱構造を築造する。鉄板３ｆは、水圧に対抗できるように溶接を行うものとした。シェルター本体３のスロープ３ａと隣接する側の鉄筋に二対のＨ型鋼材３ｂを間隔を開けて連結し、コンクリートを打設し、Ｈ型鋼材３ｂの半分を埋め込んで固定する。一対のＨ型鋼材３ｂで形成される溝に鉄板３ｆを差し込んで固定する。

シェルター本体３は現場施工であるが、工場製造のプレキャストコンクリートとしてもよい。この部品は、重量があるのでトラッククレーンにて、搬入する。先行して基礎コンクリート２に埋めてあるエントランス定着アンカーに合わせて据え付ける。据え付け後は、ナットにて締め付けを行う。ナットの締め付け作業は、すべてのナットが均一になるように、トルク式レンチを使用する。

次にシェルター本体３の両側に残土とセメントを混ぜあわせた土を積み上げ、表面にコンクリートを打設し、スロープ３ａを築造する。

次に開口部４に防火鉄鋼製扉５を取り付ける。

さらに生命維持装置６とコントローラ６００を配置する。

本実施形態１の効果を説明する。

耐水圧性能が２気圧（水深２０ｍ相当）であり、シェルターが水没した時を想定して酸素等の生命維持機能を持つので、例えば、大人４人でも、少なくとも４８時間はシェルター内で生命を維持できる。

本実施形態１によれば、津波に襲われ或いは猛火に包まれた場合、避難者がシェルター１の防火鉄鋼製扉５を開けて入り、ドアロックのハンドルを廻せば施錠されて、シェルター１は密閉される。そして、津波或いは火焔はシェルター１の外側を形成している防護壁１１によって遮断され、また高熱や煙は防火鉄鋼製扉５によっても遮断され、避難者は焔や熱や煙から隔離保護され、身体の安全を守る事が出来る。また、ドアの施錠解錠は内外の両ハンドルの何れからでも操作出来るので避難者をシェルター１内から救出又は脱出させる場合の安全性はより一層向上する。防火鉄鋼製扉５は、年寄りや子供にはロックしにくいために、自動施錠機構を設けることが好ましい。自動施錠機構は機械式または電気式の一般的なものでよい。

避難者がシェルター１に入ると、シェルター１内部に設置された人感センサによって室内灯６８がＯＮになったあと、生命維持装置６が自動的に起動する。

避難時に、煙や有毒ガスがシェルター１に侵入しても二酸化炭素除去装置８によって吸収されるので、避難者は安全に居室出来、呼吸困難や気管器障害等を起こすことはない。

酸素缶７の電磁弁６６を、当初の自動操作以後手動によってスイッチを開成して反覆開閉したため、酸素がなくなった場合でも、酸素濃度計６０による酸素量の計測結果から酸素量不足が報知されるので、緊急用の酸素缶を必要に応じて噴出させて容部内に補充出来るので、生命の安全維持が可能である。また、室内灯６８の点燈は勿論のこと、酸素缶からの酸素の供給もドアの閉止と同時に自動的に電気的におこなわれるので、点燈や供給の操作を忘れたりすることなく安全である。酸素濃度を自動調節し、二酸化炭素を減らす。非常時だけではなく、常時使うことが可能である。

別の実施形態２の避難装置２０１を図６に示す。基本的には実施形態１と同様であるので、説明は援用し、主に相違点を説明する。この避難装置２０１は、円筒形の三重構造の壁体２０３と防火鉄鋼製扉２０５とを備えている。この壁体２０３は、鉄板２０３ａの表裏にコンクリート又は鉄筋コンクリート２０３ｂを配置し、挟持した三重構造のものである。鉄板２０３ａが下方に連続的に地中に突出しており、鉄板２０３ａの下端部が地中に埋設可能な構造となっており、地中への固定強度を構造力学的に高めるとともに、内部温度が上昇した場合、温度勾配により、鉄板２０３ａを介して内部空間に蓄積した熱を地中に逃がすことで、温度低下装置（熱アース）として機能する。円筒形は角形であっても構わない。

別の実施形態３の避難装置３０１を図７に示す。基本的には実施形態１と同様であるので、説明は援用し、主に相違点を説明する。この避難装置３０１は、突出する鉄板３０３ａが櫛歯形状に形成されているものであり、他は避難装置２０１と同様の構造であり、効果も同様である。

別の実施形態４の避難装置４０１を図８に示す。基本的には実施形態１、２と同様であるので、説明は援用し、主に相違点を説明する。この避難装置４０１は、実施形態２に支柱４０３ｃを側壁に追加設置したもので、液状化現象に対して、避難装置４０１が沈下または浮上を防止する効果がある。この支柱４０３ｃは、予め壁体４０３に貫通穴を設け、この貫通穴にパイプ杭、鉄板、短管等から構成される支柱４０３ｃを溶接等で４０３ｂに接続したものである。工事は、避難装置４０１の内部空間に杭打ち機を入れ、内側から貫通穴に支柱４０３ｃを入れて、杭打ち機で地中に撃ち込むこととする。杭打ち機が大型であれば、天井板を分離式として、工事後、杭打ち機を除去し、鉄板を本体に溶接すればよい。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、様々な改変、置換、欠失等を行うことが出来、改変、均等、置換、欠失等も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、本発明の密閉空間用生命維持システムは、半地下式シェルターに限らず、地下式シェルター、カプセル構造（災害時に水面に浮上する方式を含む）等の避難装置にも適用が可能である。実施形態１〜４において、地上部の外面にコンクリートのキャップを設けて火災に対する防火性、耐熱性を向上させることもできる。この場合、コンクリートの厚みは２５〜４０ｍｍが好ましい。さらに壁体の内部又は外部に熱伝導率の高いアルミニウム等の金属製の放熱板を設けることで熱を拡散させる構造としてもよい。

生命維持装置を備えた家庭用の避難シェルターを安価で工期も短縮して提供でき、津波、火災、竜巻等に対して安心安全な環境を提供できる。特に、沿岸部において、その産業上の利用価値は大である。

１・・・半地下式避難シェルター（避難装置）
２・・・コンクリート基礎
３・・・シェルター本体
３ａ・・・スロープ
３ｂ・・・Ｈ型鋼材
３ｃ・・・床板
３ｄ・・・開口
３ｅ・・・突出部
３ｆ・・・鉄板
３ｇ・・・鉄筋コンクリート
３ｈ・・・鉄板
４・・・開口部
５・・・防火鉄鋼製扉
６・・・生命維持装置
６０・・・酸素濃度計
６１・・・二酸化炭素濃度計
６２・・・温度計
６３・・・圧力計
６４・・・ドアロックセンサ
６５・・・蓄電池
６６・・・電磁弁
６７・・・ファン
６８・・・室内灯
６００・・・コントローラ
６０１・・・ＣＰＵ
６０２・・・ＲＡＭ
６０３・・・ＲＯＭ
６０４・・・カウンタ
６０５・・・タイマ
６０６・・・音声制御部
６０７・・・入力部
６０８・・・モニター
６０９・・・入出力インタフェース
６１０・・・バス
７・・・酸素缶
８・・・二酸化炭素除去装置
９・・・内部空間
１０・・・圧力調整部
１１・・・防護壁
１１ａ・・・Ｈ型鋼材
１２・・・土間鉄筋コンクリート
１３・・・配管
１４・・・装着口
２０１，３０１，４０１・・・避難装置
２０３，３０３，４０３・・・壁体
２０３ａ・・・鉄板
２０３ｂ・・・コンクリート
４０３ｃ・・・支柱
５００・・・住宅
５０１・・・ベタ基礎
５０２・・・駐車場
５０３・・・自動車
５０４・・・庭
５０５・・・フェンス

Claims (7)

1. 鉄鋼製のシェルター本体と、
   前記シェルター本体に設けた鉄鋼製の防火扉と、を備え、
   少なくとも水深５ｍの水圧に耐え、密閉状態において、前記シェルター本体の内部空間に酸素を供給する酸素供給装置と、前記シェルター本体の内部空間の二酸化炭素を吸着する二酸化炭素除去装置と、酸素の濃度を計測する酸素濃度計と、二酸化炭素の濃度を計測する二酸化炭素濃度計と、コントローラと、を設けることにより、酸素供給装置と二酸化炭素除去装置を調整することにより、少なくとも１２時間以上生存できる生命維持環境とすることを特徴とする避難装置。
2. 前記二酸化炭素除去装置は、二酸化炭素吸着剤を含浸あるいは塗布させたシート状部材を備えたカートリッジである請求項１の避難装置。
3. 前記二酸化炭素除去装置は、二酸化炭素吸着剤を含浸あるいは塗布させたシート状部材をシェルター本体の内壁に装着した請求項１の避難装置。
4. 前記酸素供給装置が酸素缶であり、前記酸素缶を脱着自在に複数個装着する配管と、配管に設けた電磁弁と、コントローラを備え、コントローラからの信号により、配管出口から酸素をパルス的に前記内部空間に放出する請求項１の避難装置。
5. 前記酸素缶を装着する装着口を備える配管と同様な構造の配管及び装着口を備え、当該配管の装着口に前記カートリッジを脱着自在に装着できる請求項２の避難装置。
6. 前記シェルター本体が鉄板を備え、鉄板が地中に突出する放熱構造を備える請求項１の避難装置。
7. 出入口を備えた密閉空間を備え、密閉状態において、前記シェルター本体の内部空間に酸素を供給する酸素供給装置と、前記シェルター本体の内部空間の二酸化炭素を吸着する二酸化炭素除去装置と、酸素の濃度を計測する酸素濃度計と、二酸化炭素の濃度を計測する二酸化炭素濃度計と、コントローラと、を設けることにより、酸素供給装置と二酸化炭素除去装置を調整することにより、少なくとも１２時間以上は生存できる生命維持環境とすることを特徴とする密閉空間用生命維持システム。

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