JPWO2018150582A1 - 空調装置及び空調システム - Google Patents

Abstract

二酸化炭素を含有する処理対象ガスを含む空調対象空間Ｒに用いられる空調装置５０であって、処理対象ガスが流通する固定床型の吸着塔１０と、吸着塔１０内の吸着材充填部１１に充填された吸着材の造粒物９と、を備え、吸着材は、処理対象ガスに接触すると二酸化炭素を吸着する。

Description

本発明は、空調装置及び空調システムに関する。

近年、温室効果ガスの排出による地球温暖化が世界的な問題となっている。温室効果ガスとしては、二酸化炭素（ＣＯ_２）、メタン（ＣＨ_４）、フロン類（ＣＦＣｓ等）などが挙げられる。温室効果ガスの中でも二酸化炭素の影響が最も大きく、二酸化炭素（例えば、火力発電所、製鉄所等から排出される二酸化炭素）の除去方法の構築が求められている。

また、二酸化炭素は眠気、人体の体調等に影響を与えることが知られている（特許文献１及び２参照）。人の密度が高い空間（ビル、車輛等）においては、人の呼気により室内の二酸化炭素濃度（以下、場合により「ＣＯ_２濃度」という）が上昇しやすく、労働安全衛生法の事務所衛生基準規則において室内のＣＯ_２濃度は、５０００ｐｐｍ以下に調整されるべきことが規定されている。そのため、ＣＯ_２濃度が５０００ｐｐｍを超過しないように換気することでＣＯ_２濃度を調整する場合がある。

室内空気と外気とを素早く換気するためには、ブロア等の送風装置を稼働させる必要がある。また、外から取り込む空気（外気）は温度及び湿度が調整されていないため、夏季には冷房を稼働させ、冬季には暖房を稼働させる必要がある。これらの理由から、室内のＣＯ_２濃度上昇は、空調に伴う消費電力の増加の要因となっている。

換気による室内の二酸化炭素の減少量（ＣＯ_２減少量）は、下記式で表される。下記式において、左辺のＣＯ_２減少量が、人の呼気によるＣＯ_２増加量と同等であればＣＯ_２濃度を一定に保つことができる。
ＣＯ_２減少量＝（室内のＣＯ_２濃度−外気のＣＯ_２濃度）×換気量

しかしながら、近年では、外気のＣＯ_２濃度が増加しているため、室内とのＣＯ_２濃度差が小さくなっている。そのため、ＣＯ_２濃度を調整するために必要な換気量も増加している。今後、外気のＣＯ_２濃度が更に増加した場合、換気によるＣＯ_２濃度の調整では消費電力が増加すると考えられる。

前記課題は、外気との換気により生じるものである。そのため、換気以外の方法を用いて二酸化炭素を選択的に除去できれば、換気量を低減でき、結果として、空調に伴う消費電力を低減できる可能性がある。

また、空気の存在する外気から遮断された空間（宇宙ステーション、潜水艇等）においては、外気と室内空気との換気が困難であるため、換気以外の方法により二酸化炭素を選択的に除去する必要がある。

前記課題の解決策としては、例えば、化学吸収法、物理吸収法、膜分離法、吸着分離法、深冷分離法等により二酸化炭素を除去する方法が挙げられる。例えば、ＣＯ_２吸着材（以下、単に「吸着材」という。）を用いて二酸化炭素を分離及び回収する方法（ＣＯ_２分離回収法）が挙げられる。吸着材としては、例えば、ゼオライトが知られている（例えば、下記特許文献３参照）。

特開平１０−２３０１３１号公報 特開２０１５−１８５１７号公報 特開２０００−１４０５４９号公報

ところで、吸着材を用いて空調対象空間内のＣＯ_２の除去を行う場合、内部に吸着材が固定的に充填された、固定床型の吸着塔が用いられることがある。固定床型の吸着塔を用いる方法では、吸着材の充填量が多い程、ＣＯ_２の吸着量が増加し、ＣＯ_２の除去効率に優れる傾向がある。一方、通常、吸着材は粉状であるため、吸着材の充填量を増加させると、吸着材が最密充填状態に近づき、処理対象ガスが流通する際の圧力損失が高まる。このため、従来は、ＣＯ_２の吸着に多くのエネルギーが必要となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、処理対象ガスが吸着塔内を流通する際の圧力損失を抑えることができ、低エネルギーでＣＯ_２の吸着を行うことができる空調装置及び当該空調装置を備える空調システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る空調装置は、二酸化炭素を含有する処理対象ガスを含む空調対象空間に用いられる。かかる空調装置は、処理対象ガスが流通する固定床型の吸着塔と、吸着塔内の吸着材充填部に充填された吸着材の造粒物と、を備える。また、かかる空調装置において、吸着材は、処理対象ガスに接触すると二酸化炭素を吸着する。

上記空調装置では、粉状の吸着材をそのまま用いる場合と比較して、処理対象ガスが吸着塔内を流通する際の圧力損失を抑えることができ、低エネルギーでより多くのＣＯ_２を吸着することができる。上記空調装置において圧力損失を低減できる理由は、吸着材の造粒物を用いることに起因すると推察される。すなわち、上記空調装置では、吸着材の造粒物を用いるため、吸着材充填部の空隙率が高まり、圧力損失が低減されると推察される。また、上記空調装置では、粉状の吸着材をそのまま用いる場合と比較して、ＣＯ_２の吸着性にも優れる。上記空調装置がＣＯ_２の吸着性に優れる理由は、造粒物中の吸着材が相互に固着した状態で存在しており、固着した吸着材同士の間に形成された間隙においてＣＯ_２の物理吸着が起こるためであると推察される。

一態様において、吸着材充填部の空隙率は６０〜９０％である。本態様では、処理対象ガスが流通する際の圧力損失を更に低減することができ、本願発明の効果が顕著となる傾向がある。

一態様において、吸着材の造粒物はセリウム酸化物及びバインダーを含む。セリウム酸化物は、他の吸着材と比較して、特に処理対象ガスが水成分を含まない乾燥状態では、二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ以下である場合に二酸化炭素に対する優れた吸着性（ＣＯ_２吸着性）を有する傾向がある。二酸化炭素に対する優れた吸着性（ＣＯ_２吸着性）を有する傾向は、処理対象ガスが水成分を含む湿った状態である場合特に顕著となり、他の吸着材と比較して優位となる濃度は１０００ｐｐｍ以上となる。そのため、本態様に係る空調装置は、このような二酸化炭素濃度の処理対象ガスを含む処理対象空間で用いられる場合に二酸化炭素の除去効率に優れる傾向がある。また、セリウム酸化物は、他の吸着材と比較して、前述したように処理対象ガスが水を含有する場合であっても、優れたＣＯ_２吸着性を有する。そのため、除湿装置が不要であり、より効率的にＣＯ_２を除去することができる。

前述したように、労働安全衛生法の事務所衛生基準規則において室内のＣＯ_２濃度は、５０００ｐｐｍ以下に調整すべきとあるため、処理対象ガスの濃度は、５０００ｐｐｍ以上であるが、５０００ｐｐｍ以下であることを必ず退けるものではない。建築基準法では室内のＣＯ_２濃度を１０００ｐｐｍ以下とすべきことが定められている。本発明の吸着材では、外気の導入を少なくして、これらを実現することが可能である。このため、一態様において、処理対象ガスを処理して（処理対象ガスから二酸化炭素を回収して）達成できる二酸化炭素濃度（雰囲気二酸化炭素の濃度）は、５０００ｐｐｍ以下であってよく、１０００ｐｐｍ以下であってもよい。

本発明の一側面に係る空調システムは、上記空調装置を複数備える。

本発明によれば、処理対象ガスが吸着塔内を流通する際の圧力損失を抑えることができ、低エネルギーでＣＯ_２の吸着を行うことができる空調装置及び当該空調装置を備える空調システムを提供することを目的とする。

図１は、本発明の一実施形態に係る空調システムを示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る空調装置の部分拡大断面図である。 図３は、一実施形態で用いられる吸着材の造粒物の写真を示す図である。 図４は、一実施形態で用いられる吸着材の造粒物の写真を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面中、同一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。本明細書において、「上流」又は「下流」とは、処理対象ガスの流通方向における「上流」又は「下流」を意味する。

＜空調装置及び空調システム＞
図１は、本実施形態に係る空調システムを示す模式図である。本実施形態に係る空調システム１００は、複数の空調装置５０（空調装置５０Ａ及び空調装置５０Ｂ）と、複数の空調装置５０を制御する制御装置１９と、を備えている。本実施形態に係る空調装置５０及び空調システム１００は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含有する処理対象ガスを含む空調対象空間ＲにおいてＣＯ_２を除去するために用いられる。

（空調装置）
まず、本実施形態に係る空調装置の構成ついて説明する。図１に示すように、空調装置５０は、送風装置１と、処理対象ガスが流通する吸着塔１０と、送風装置１と吸着塔１０とを接続する流路２と、吸着塔１０に接続された流路３と、吸着材の造粒物９と、制御装置１４と、加熱装置１５と、温度検出装置１６と、ＣＯ_２濃度検出装置１７と、減圧装置１８と、を備える。

送風装置１は、例えばブロワーである。送風装置１は、空調対象空間Ｒに設けられている。送風装置１は、吸着塔１０に接続された流路２に接続されている。そして、送風装置１は、空調対象空間Ｒの処理対象ガスを流路２に送り込むことで、空調対象空間Ｒの処理対象ガスを吸着塔１０に供給する。送風装置１は、制御装置１４と電気的に接続されており、制御装置１４により制御される。送風装置１は、例えば、排気ファン等の排気装置であってもよい。また、自然対流により処理対象ガスが吸着塔１０へ供給される場合には、送風装置１を用いなくてもよい。

流路２は、送風装置１から吸着塔１０に処理対象ガスが流通する流路である。流路２の一端は、送風装置１に接続されており、流路２の他端は、吸着塔１０に接続されている。流路２には、手動バルブ４ａ及び電磁バルブ５ａが設けられている。電磁バルブ５ａは、制御装置１４と電気的に接続されており、制御装置１４により制御される。本実施形態では、手動バルブ４ａ及び電磁バルブ５ａにより吸着塔１０への処理対象ガスの流量を調整することができる。なお、手動バルブ４ａは必ずしも必要ではない。

本実施形態に係る吸着塔１０は、固定床型の吸着塔である。すなわち、吸着塔１０は、吸着材の造粒物９が固定的に充填された状態で処理対象ガスと接触するように構成されている。吸着塔１０は、吸着材の造粒物９が充填された吸着材充填部１１と、第１の空間１２と、第２の空間１３と、を有する。吸着材充填部１１は、吸着材の造粒物９が充填される空間である。吸着塔１０に供給された処理対象ガスは、吸着材充填部１１、第１の空間１２、及び第２の空間１３の順に流通する。つまり、処理対象ガスの流通方向において、吸着材充填部１１は最も上流側に配置され、第１の空間１２は吸着材充填部１１の下流側に配置され、第２の空間１３は第１の空間１２の下流側に配置される。吸着塔１０の上流側には、流路２が接続されており、吸着塔１０の下流側には、流路３が接続されている。そして、吸着塔１０は、流路２を介して送風装置１から供給された処理対象ガスを吸着材充填部１１において処理した後、流路３を介して処理後のガス（ＣＯ_２が除去された処理対象ガス）を空調対象空間Ｒに供給する。

流路３は、吸着塔１０で処理されたガスを空調対象空間Ｒに供給する流路である。流路３の一端は、吸着塔１０に接続されており、流路３の他端は、空調対象空間Ｒ内に配置されて空調対象空間Ｒに開放されている。具体的には、流路３は、吸着塔１０に接続される流路３ａと、流路３ａから二分岐して空調対象空間Ｒに開放される流路３ｂ及び流路３ｃと、により構成される。流路３ｂ及び流路３ｃの開放端（流路３の他端）は、空調対象空間Ｒ内に配置されていれば如何なる位置に配置されていてもよい。本実施形態に係る空調システム１００においては、空調装置５０（５０Ａ）における流路３ｃの開放端は、空調装置５０（５０Ｂ）における吸着材充填部１１に向けられている。同様に、空調装置５０（５０Ｂ）における流路３ｃの開放端は、空調装置５０（５０Ａ）における吸着材充填部１１に向けられている。すなわち、一方の空調装置５０の流路３ｃから流出するガスが他方の空調装置５０における吸着材充填部１１の外壁に接触するように流路３ｃが構成されている。

また、流路３には、手動バルブ４ｂ及び電磁バルブ５ｂが設けられている。電磁バルブ５ｂは、流路３ａに設けられている。手動バルブ４ｂは、流路３ａから流路３ｂ及び流路３ｃに分岐する分岐部に設けられている。電磁バルブ５ｂは、制御装置１４と電気的に接続されており、制御装置１４により制御される。本実施形態では、電磁バルブ５ｂによって、吸着塔１０から流出するガスの流量を調整することができ、手動バルブ４ｂによって、流路３ｂ及び流路３ｃに流出するガスの流量の分配比率を調整することができる。流路３は、流路３ｂ及び流路３ｃに加えて、又は、流路３ｂ若しくは流路３ｃに代えて、空調対象空間Ｒ外の空間（外気）に開放される流路を備えていてもよい。また、流路３は流路３ｂ又は流路３ｃの一方を備えていなくてもよい。この場合、手動バルブ４ｂは不要である。

なお、図１では、吸着塔１０が空調対象空間Ｒに設置されているが、吸着塔１０の設置場所は特に限定されない。また、図１では、第１の空間１２が第２の空間１３よりも処理対象ガスの流通方向における下流側に位置しているが、これに限定されない。例えば、第１の空間１２と第２の空間１３が区別されずに同一の空間として存在していてもよい。

図３及び図４は、吸着材の造粒物を示す図である。図３は、粒径が３ｍｍの吸着材の造粒物を示し、図４は、粒径が２ｍｍの吸着材の造粒物を示す。吸着材の造粒物９は、吸着材をバインダーによって造粒してなる。すなわち、造粒物９は、吸着材及びバインダーを含む。ここで、「造粒」とは、複数の粉状の吸着材をバインダーによって結着して一体化させることをいう。通常、固定床型の吸着塔において吸着材の造粒物を用いる場合、造粒物中のバインダーの存在によりＣＯ_２の吸着量が低下すると考えられており、固定床型の吸着塔を用いる場合には吸着材の造粒物は用いられていなかったが、本実施形態では、敢えて吸着材の造粒物９を用いている。

吸着材は、処理対象ガスに接触するとＣＯ_２を吸着し、加熱されると吸着材に吸着したＣＯ_２を脱着する機能を有する。本実施形態において、吸着材はセリウム酸化物である。セリウム酸化物としては、ＣｅＯｘ（ｘ＝１．５〜２．０）等が挙げられ、具体的には、ＣｅＯ_２、Ｃｅ_２Ｏ_３等が挙げられる。なお、吸着材は、ゼオライト、活性炭、ＭＯＦ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ）等の多孔体であってもよく、これらの多孔体にセリウム酸化物（例えばセリア）を充填したもの又はこれらの多孔体をセリウム酸化物で被覆したものであってもよく、セリア多孔体（セリウム酸化物からなる多孔体）にアミンを修飾又は充填したものなどであってもよい。バインダーは、例えば、熱処理によってセリウム酸化物と結着する樹脂、又は、シラノール基等のセリウム酸化物と結合し得る官能基を有するフィラー（例えば、アルミナ、シリカ等）であってよい。

吸着材の造粒物の形状及び大きさ、並びに吸着材の形状、大きさ及び比表面積は、必要となる反応速度、圧力損失、吸着材の吸着量、吸着材に吸着されるガス（吸着ガス）の純度（ＣＯ_２純度）等を勘案して決定すればよい。例えば、吸着材の造粒物の形状は粒状の球体であってよく、ペレット状、ハニカム状等であってもよい。吸着材の造粒物の粒径は、吸着材充填部の空隙率を上記範囲内に設定しやすい観点から、例えば、１００μｍ〜１０ｍｍであり、７５０μｍ〜１０ｍｍ又は３ｍｍ〜５ｍｍであってもよい。吸着材は、例えば、粒径１μｍ〜１００μｍの粉状であってよい。ここで、吸着材の造粒物の粒径及び吸着材の粒径とは、金属顕微鏡によって測定される平均直径、又は、篩によって得られるメッシュサイズから特定される粒度分布を意味する。

吸着材の造粒物における空隙率は、ＣＯ_２の吸着時に圧力損失の低下を起こりにくくする観点から、例えば、７７〜８４％である。空隙率は、「空隙率（％）＝（１−比重（ｇ／ｃｍ^３）／吸着材の造粒物の真密度（ｇ／ｃｍ^３）×１００」で表される。本実施形態では、例えば、既知容量の容器に吸着材の造粒物をいれて重量を測定することによって比重を得てよい。吸着材の造粒物の真密度は吸着材の造粒物に含まれる成分の物性値と吸着材の造粒物の組成から計算してよい。また、例えば、吸着材の造粒物の断面を金属顕微鏡、ＳＥＭ等により観察した際に、断面の全面積に占める空隙部分の面積の割合を空隙率とすることができる。吸着材の造粒方法は、例えば、熱圧着、押し出し加工、型転写等の方法、スプレードライ法などが挙げられる。

本実施形態では、吸着材がセリウム酸化物であるため、特に処理対象ガスが水成分を含まない乾燥状態では、二酸化炭素濃度が１０００ｐｐｍ以下である場合に二酸化炭素に対する優れた吸着性（ＣＯ_２吸着性）を有する傾向がある。二酸化炭素に対する優れた吸着性（ＣＯ_２吸着性）を有する傾向は、処理対象ガスに水成分を含む湿った状態で特に顕著となり、他の吸着材と比較して優位となる濃度は１０００ｐｐｍ以上となる。このように他の吸着材と比較して、効率的にＣＯ_２を除去することができる理由は、以下の通りであると本発明者らは推察している。吸着材としてセリウム酸化物を用いる場合、ＣＯ_２が吸着材（セリウム酸化物）の表面に物理吸着するのではなく、ＣＯ_２が吸着材（セリウム酸化物）の表面に化学結合によって吸着されると考えられる。この場合、吸着材への吸着におけるＣＯ_２の分圧依存性が小さくなる。そのため、乾燥状態では、処理対象ガスのＣＯ_２濃度が１０００ｐｐｍ以下の場合に他の吸着材（ＣＯ_２を物理吸着する吸着材）より有利となり、効率的にＣＯ_２を吸着することが可能であると推察される。また、処理対象ガスが水成分を含む湿った状態では、処理対象ガスのＣＯ_２濃度が１０００ｐｐｍ以上の場合に他の吸着材（ＣＯ_２を物理吸着する吸着材）より有利となり、水成分の水酸基が化学結合に大きく寄与し、効率的にＣＯ_２を吸着することが可能であると推察される。

ところで、ゼオライト等の吸着材では、処理対象ガスが水を含有する場合にＣＯ_２吸着性が大幅に低下する傾向がある。そのため、ゼオライト等の吸着材を用いる場合、吸着材のＣＯ_２吸着性を向上させるためには、処理対象ガスを吸着材に接触させる前に処理対象ガスから水分を取り除く除湿工程を行う必要がある。除湿工程は、例えば、除湿装置を用いて行われるため、設備の増加及びエネルギー消費量の増加につながる。一方、本実施形態では、吸着材としてセリウム酸化物を用いるため、処理対象ガスが水を含有する場合であっても、優れたＣＯ_２吸着性を有する。そのため、除湿装置が不要であり、より効率的にＣＯ_２を除去することができる。

吸着材充填部１１は、外壁４０により画成されている。つまり、吸着材充填部１１は、外壁４０により画成される吸着塔１０の内部空間である。外壁４０は、熱伝導性の高い材料で構成されている。このような材料としては、例えば、鉄、銅、アルミ等の金属単体、ステンレス等の合金などが挙げられる。

外壁４０は、上壁４０ａと、底壁４０ｂと、側壁４０ｃとによって構成されている。上壁４０ａは、吸着材充填部１１の上方に位置する。底壁４０ｂは、吸着材充填部１１の下方に位置する。側壁４０ｃは、吸着材充填部１１の側方に位置する。側壁４０ｃは、上壁４０ａの周縁部と底壁７０ｂの周縁部とに接続されて、上下方向に延びる。上壁４０ａは、取り外し可能なように構成されている。上壁４０ａには、処理対象ガス（未処理又は処理後のガス）を流出させる流出口４３が設けられている。底壁４０ｂには、流路２が接続されて処理対象ガスを流入させる流入口４２が設けられている。このため、吸着材充填部１１では、処理対象ガスは下方から上方に流通する。吸着材充填部１１において処理対象ガスが流通する方向を、流通方向Ｄ１とする。流出口４３は、第１の空間１２に接続されており、流入口４２は、流路２に接続されている。流入口４２には、吸着材の造粒物９の落下を防止するための網部（図示せず）が設けられている。側壁４０ｃには、加熱装置１５及び温度検出装置１６を吸着材充填部１１に取り付けるための開口が設けられている（図２には、簡略化のため、温度検出装置１６及び温度検出装置１６を接続するための開口は図示していない。）。なお、本実施形態では、流入口４２側を下に向けることを想定して吸着塔１０が設計されているため流入口４２に網部を有するが、流出口４３側を下に向ける場合には、流出口４３に網部を設けてよい。

図２に示すように、吸着材充填部１１には、吸着材の造粒物９が充填されている。本実施形態では、処理対象ガスが流通する際の圧力損失を更に低減することができると共に、本願発明の効果が顕著となる観点から、吸着材充填部１１の空隙率は、６０〜９０％であることが好ましく、７５〜８５％であることがさらに好ましく、７７〜８４％であることがより好ましい。

加熱装置１５は、発熱体２０と、発熱体２０を電源（図示せず）に接続する配線２１と、配線２１を被覆するカバー２２と、を有する。加熱装置１５は、例えばヒータである。発熱体２０は、吸着材充填部１１の外に配置されてもよいが、本実施形態では、加熱効率の観点から、吸着材充填部１１に配置される。加熱装置１５は、制御装置１４と電気的に接続されており、制御装置１４により制御される。加熱装置１５は、発熱体２０を発熱させることで吸着材充填部１１を加熱し、吸着材からＣＯ_２を脱着させることができる。本実施形態では、発熱体２０は、処理対象ガスの流通方向Ｄ１における上流側に位置する。吸着材充填部１１では、処理対象ガスが下方から上方に流通するため、発熱体２０は、吸着材充填部１１の下部に位置する。熱は上昇するため、効率的に吸着材充填部１１全体の昇温が促進される傾向がある。また、下流側の吸着材が、上流側の吸着材から脱着したＣＯ_２（加熱された状態のＣＯ_２）によっても加熱されることとなり、ＣＯ_２脱着時のエネルギー効率に優れる傾向がある。

温度検出装置１６は、外壁４０（側壁４０ｃ）に取り付けられている。温度検出装置１６は例えば温度センサであり、吸着材充填部１１内の温度を検出する機能を有する。

ＣＯ_２濃度検出装置１７は第１の空間１２の外壁に取り付けられている。ＣＯ_２濃度検出装置１７は例えばＣＯ_２センサであり、吸着材充填部１１から流出するガスのＣＯ_２濃度を検出する機能を有する。

減圧装置１８は第２の空間１３の外壁に取り付けられている。減圧装置１８は例えば減圧ポンプであり、吸着材充填部１１内を減圧する機能を有する。図１には示していないが、減圧装置１８は、外気に開放された流路を備えており、吸着材から脱着されたＣＯ_２は減圧装置１８を介して外気に排出される。減圧装置１８は、制御装置１４と電気的に接続されており、制御装置１４により制御される。なお、減圧装置１８は、外気に開放された流路を備えていなくてもよい。この場合、吸着材から脱着されたＣＯ_２は空調対象空間Ｒ内に排出される。減圧装置１８は必ずしも必要ではない。空調装置５０が減圧装置１８を備えない場合、空調装置５０は、減圧装置１８に代えて、第２の空間１３及び外気に接続される流路を更に備えていてもよい。

制御装置１４は、電磁バルブ５ａ、電磁バルブ５ｂ、送風装置１、加熱装置１５、温度検出装置１６、ＣＯ_２濃度検出装置１７及び減圧装置１８と電気的に接続されている。制御装置１４は、例えば、温度検出装置１６によって検出される温度及びＣＯ_２濃度検出装置１７によって検出されるＣＯ_２濃度に基づいて、吸着塔１０への処理対象ガスの流入量、吸着材充填部１１の温度（造粒物９の温度）、及び吸着材充填部１１内の圧力を制御することができる。

以上のように構成された空調装置５０を用いることにより、処理対象ガスが吸着塔内を流通する際の圧力損失を抑えることができ、低エネルギーでＣＯ_２の吸着を行うことができる。

空調装置５０は、ＣＯ_２濃度の管理が必要な密閉された空間において好適に実施することができる。ＣＯ_２濃度の管理が必要な空間としては、例えば、ビル；車輛；自動車；宇宙ステーション；潜水艇；食品又は化学製品の製造プラント等が挙げられる。本実施形態に係る空調装置５０は、特に、ＣＯ_２濃度が５０００ｐｐｍ以下に制限される空間（例えば、ビル、車輛等の人の密度が高い空間）において好適に実施することができる。また、食品又は化学製品等の製造時においてＣＯ_２が悪影響を与える可能性があることから、本実施形態に係る空調装置５０は、食品又は化学製品の製造プラント等において好適に実施することができる。また、空調装置５０は、吸着塔１０から排出されるＣＯ_２を回収し、ＣＯ_２を利用する分野において、回収したＣＯ_２を再利用するために用いることもできる。例えば、温室栽培向けハウス等では、ＣＯ_２濃度を高めることで植物の成長が促進されることから、ＣＯ_２を利用してＣＯ_２濃度を１０００ｐｐｍレベルに高める場合がある。

空調装置を用いたＣＯ_２の除去は、例えば、吸着モード、脱着モード及び冷却モードをこの順に繰り返し実行することによって行われる。具体的には、まず、手動バルブ４ａを開状態とし、手動バルブ４ｂを操作して流路３ａと流路３ｂ及び／又は流路３ｃが接続された状態とした後に吸着モードが実行される。吸着モードでは、制御装置１４によって、電磁バルブ５ａ及び電磁バルブ５ｂが開状態とされた後、送風装置１から処理対象ガスの送風が開始され、処理対象ガスが流路２を介して吸着塔１０に供給される。吸着塔１０に供給された処理対象ガスは吸着材充填部１１に流入し、造粒物９に含まれる吸着材に接触する。これにより、処理対象ガスに含有されるＣＯ_２が吸着材に吸着され、処理対象ガスからＣＯ_２が除去される。ＣＯ_２が除去された処理対象ガスは、流出口４３から流出した後、第１の空間１２、第２の空間１３を通って吸着塔１０から流路３へ流出し、流路３を通って空調対象空間Ｒに流出する。この際、第１の空間１２では、ＣＯ_２濃度検出装置１７により、吸着材充填部１１から流出したガスのＣＯ_２濃度が検出される。ＣＯ_２濃度が所定濃度（例えば、処理対象ガスにおけるＣＯ_２濃度）に到達すると、ＣＯ_２濃度検出装置１７から制御装置１４へ信号が出される。次いで、制御装置１４からの信号によって、電磁バルブ５ａ及び電磁バルブ５ｂが閉状態とされた後、送風装置１による処理対象ガスの送風が停止される。

続いて、脱着モードが実行される。脱着モードでは、吸着材充填部１１を加熱すると共に、吸着材充填部１１内を減圧することにより、吸着材からＣＯ_２を脱着させる。吸着材の温度が高い程吸着材からのＣＯ_２の脱着量が多くなる傾向があり、吸着材の存在する雰囲気の全圧が低いほど吸着材からのＣＯ_２の脱着量が多くなる傾向がある。吸着モードでは、まず、制御装置１４からの信号によって、減圧装置１８よる減圧が開始され、加熱装置１５による吸着材充填部１１の加熱が開始される。これにより、吸着材からのＣＯ_２の脱着が開始される。この際、温度検出装置１６により吸着材充填部１１の温度（造粒物９の温度）が検出される。前記温度が所定温度Ｔ_２に到達すると、温度検出装置１６から制御装置１４へ信号が出される。次いで、制御装置１４からの信号によって、加熱装置１５による加熱が制御される。一定時間が経過してＣＯ_２濃度検出装置１７により検出されるＣＯ_２濃度が一定値を下回ると、ＣＯ_２濃度検出装置１７から制御装置１４へ信号が出され、制御装置１４からの信号によって、加熱装置１５による加熱が停止される。これにより、脱着モードが終了する。吸着材から脱着したＣＯ_２を含むガスは、減圧装置１８から空調対象空間Ｒへ排出される。

続いて、冷却モードが実行される。冷却モードでは、吸着材を冷却することで、続く吸着モードにおいて処理対象ガスを吸着材に接触させる際の吸着材の温度Ｔ_１を調整する。温度Ｔ_１が低いほど吸着材のＣＯ_２吸着量が多くなる傾向がある。冷却モードでは、温度検出装置１６において検出される吸着材充填部１１の温度（造粒物９の温度）が所定温度となるまで、減圧装置１８による減圧が行われた状態で放置する。吸着材充填部１１が前記所定温度まで冷却されると、減圧装置１８による減圧が停止され、冷却モードが終了する。冷却モードの終了後は、再度吸着モードが実行される。以上のようにして、空調対象空間Ｒ内のＣＯ_２の除去が連続的に行われる。

（制御装置）
制御装置１９は、各空調装置５０における上述の制御装置１４を制御することにより、複数の空調装置５０の空調運転を制御する。例えば、制御装置１９により、複数の空調装置５０の空調運転を、互いに同じ条件又は異なる条件で行うように調整することができる。また、例えば、制御装置１９により、一方の空調装置５０において冷却モードが実行されている際に、他方の空調装置５０で吸着モードが実行されるように制御してもよい。この場合、他方の空調装置５０の流路３ｃから排出されるガスが、一方の空調装置５０における吸着材充填部１１の外壁に吹き付けられるように手動バルブ４ｂを操作することで、一方の空調装置５０における吸着材の冷却を促進させることができる。

＜空調対象空間＞
空調対象空間Ｒは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を含有する処理対象ガスを含む。処理対象ガスは、ＣＯ_２を含有するガスであれば特に限定されず、ＣＯ_２以外のガス成分を含有していてもよい。ＣＯ_２以外のガス成分としては、水（水蒸気、Ｈ_２Ｏ）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、ＳＯｘ、ＮＯｘ、揮発性有機物（ＶＯＣ）等が挙げられる。処理対象ガスの具体例としては、ビル、車輛等の室内における空気が挙げられる。処理対象ガスが水、一酸化炭素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、揮発性有機物等を含有する場合、これらのガス成分は吸着材に吸着される場合がある。吸着材にＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵等が吸着した場合、吸着工程における吸着材のＣＯ_２吸着性が低下する可能性があるため、処理対象ガスはＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵等を含有しないことが好ましい。処理対象ガスがＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵等の不純物を含有する場合（例えば、処理対象ガスが、石炭火力発電所等から排出される排ガスである場合）、例えば、吸着塔１０の上流側に、脱硝装置、脱硫装置、脱塵装置等の不純物除去装置を設置してよい。不純物除去装置によってあらかじめ不純物を除去することで、吸着材のＣＯ_２吸着性を保持しやすくなる。なお、吸着材に吸着した不純物は、例えば、吸着材を加熱することにより除去することもできる。

処理対象ガスにおけるＣＯ_２濃度は、例えば、処理対象ガスの全体積基準で１０００ｐｐｍ以下（０．１体積％以下）であってよい。ＣＯ_２濃度が上記範囲である場合、吸着材としてセリウム酸化物を用いると、他の吸着材を用いる場合と比較して効率的にＣＯ_２を除去することができる。吸着材としてセリウム酸化物を用いることによる上記効果が顕著となる観点から、ＣＯ_２濃度は、処理対象ガスの全体積基準で、７５０ｐｐｍ以下であってもよく、５００ｐｐｍ以下であってもよい。ＣＯ_２濃度は、二酸化炭素の除去量が多くなりやすい観点から、処理対象ガスの全体積基準で、１００ｐｐｍ以上であってもよく、２００ｐｐｍ以上であってもよく、４００ｐｐｍ以上であってもよい。これらの観点から、ＣＯ_２濃度は、処理対象ガスの全体積基準で、１００〜１０００ｐｐｍであってもよく、２００〜１０００ｐｐｍであってもよく、４００〜１０００ｐｐｍであってもよく、４００〜７５０ｐｐｍであってもよく、４００〜５００ｐｐｍであってもよい。建築物環境衛生管理基準において二酸化炭素濃度は、１０００ｐｐｍ以下に調整されるべきことが規定されている。処理対象ガスにおけるＣＯ_２濃度は、前記範囲に限られず、例えば、５００〜５０００ｐｐｍであってもよく、７５０〜５０００ｐｐｍであってもよく、５０００ｐｐｍ以上であってもよい。

処理対象ガスを処理して（処理対象ガスから二酸化炭素を回収して）達成できるＣＯ_２濃度（雰囲気二酸化炭素の濃度）は、５０００ｐｐｍ以下であってよく、１０００ｐｐｍ以下であってもよい。

処理対象ガスの露点は、例えば、−４０℃以上５０℃以下であってよく、０℃以上４０℃以下であってもよく、１０℃以上３０℃以下であってもよい。処理対象ガスの露点を上記範囲とすると、吸着材としてセリウム酸化物を用いる場合に、セリウム酸化物表面の水酸基を増加させ、ＣＯ_２との反応性を高めることができる傾向がある。

処理対象ガスの相対湿度は、除湿によるエネルギー消費を低減する観点から、１００％以下である（すなわち、吸着材上で結露しない）ことが好ましく、０．１％以上９０％以下がより好ましく、１０％以上８０％以下が更に好ましい。前記相対湿度は、例えば３０℃における相対湿度である。

以上、本実施形態に係る空調装置、空調システム、並びに、空調装置及び空調システムが用いられる空調対象空間について説明したが、本実施形態に係る空調装置及び空調システムは、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を行ってもよい。

例えば、複数の空調装置５０における吸着塔１０をそれぞれ異なる空調対象空間に接続することで、空調システム１００を複数の空調対象空間において用いてもよい。また、１つの吸着塔１０を複数の空調対象空間に接続することで、空調システム１００を複数の空調対象空間において用いてもよい。

また、空調装置５０は、処理対象ガスの露点及び相対湿度を調整するための調湿器；空調対象空間の湿度を測定する湿度測定器；上述の不純物除去装置などを備えていてもよい。

また、外壁４０は、上壁４０ａを有しなくてもよく、底壁４０ｂを有しなくてもよい。例えば、外壁４０は、底壁４０ｂと側壁４０ｃとからなる箱体であってよく、側壁４０ｃからなる筒体であってもよい。外壁４０が底壁４０ｂを有しない場合は、側壁４０ｃに網部を設ければよい。

９…吸着材の造粒物、１０…吸着塔、１１…吸着材充填部、５０，５０Ａ，５０Ｂ…空調装置、１００…空調システム。

Claims (5)

1. 二酸化炭素を含有する処理対象ガスを含む空調対象空間に用いられる空調装置であって、
   前記処理対象ガスが流通する固定床型の吸着塔と、前記吸着塔内の吸着材充填部に充填された吸着材の造粒物と、を備え、
   前記吸着材は、前記処理対象ガスに接触すると前記二酸化炭素を吸着する、空調装置。
2. 前記吸着材充填部の空隙率が６０〜９０％である、請求項１に記載の空調装置。
3. 前記吸着材の造粒物がセリウム酸化物及びバインダーを含む、請求項１又は２に記載の空調装置。
4. 前記処理対象ガスを処理して達成できる二酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ以下である、請求項３に記載の空調装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の空調装置を複数備える、空調システム。