(57)【要約】【課題】多種の有毒ガス成分に対応するため、必要最小限の消費電力で、副系統の物理吸着財及び化学吸着剤を再生し、かつ脱離ガスの放出による環境汚染を許容可能なレベルまで低減させる。【解決手段】三方弁８、四方弁１１を切り替えることにより、複数の吸収缶９、１０のうち、一方の吸収缶については、汚染空気取入口を外気取り入れ口に、そして、浄化空気排出口を浄化空気排出部に接続する。他方の吸収缶については、浄化空気排出口を封止するとともに、浄化空気排出口に空気ポンプ１３からの負圧を印加し、プラズマ発生装置を作動させる。これにより、他方の吸収缶においては、物理吸着剤に吸着された有毒ガス成分が減圧によりガス脱離し、かつプラズマ発生装置により発生したプラズマにより、化学吸着剤に吸着された有毒ガス成分を脱離する。有毒ガス成分の脱離後、再度、三方弁８、四方弁１１を切り替え、浄化に供する吸収缶の切り替えを行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属容器の内部に、外気中の有毒ガス成分を吸着する物理吸着剤と化学吸着剤を前後して配置するとともに、前記化学吸着剤の中心付近に挿入された内部電極４と前記金属容器１の内周面との間で、プラズマを発生させるプラズマ発生装置を備えた複数の吸収缶と、
各吸収缶の浄化空気排出口を、第１の切替弁を介して浄化空気排出部に接続する第１の管路群と、
各吸収缶の汚染空気取入口を、第２の切替弁を介して、外気取入口あるいは外気排出口に選択的に接続する第２の管路群と、
前記第２の切替弁を介して前記汚染空気取入口に負圧を印加する空気ポンプと、
前記プラズマ発生器、前記第１、第２の切替弁、及び、前記空気ポンプを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記複数の吸収缶のうち、一部の吸収缶については、前記汚染空気取入口を前記外気取り入れ口に、そして、前記浄化空気排出口を前記浄化空気排出部に接続するとともに、
他の吸収缶については、前記浄化空気排出口を封止して、前記浄化空気排出口に前記空気ポンプから負圧を印加するとともに、前記プラズマ発生装置を作動させ、前記物理吸着剤に吸着された有毒ガス成分を減圧によりガス脱離し、かつ前記プラズマ発生装置により発生したプラズマにより、前記化学吸着剤に吸着された有毒ガス成分を脱離し、脱離ガスを圧力容器に一時的に貯蔵するとともに、出口側流路を絞ることにより微少流量にて放電容器に導入し、放電による汚染ガス浄化を行った後に、外部へ放出することを特徴とする空気清浄システム。
【請求項２】
前記浄化空気排出部を顔面マスクに連結したことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄システム。
【請求項３】
前記空気浄化システムを、ファンを介して毒ガスシェルターに連結したことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄システム。
【請求項４】
前記放電容器の下流にオゾンセンサを設け、該放電容器に供給する電力を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に、防毒マスクや毒ガスシェルターに適した空気清浄システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
防毒マスクは、吸収缶と呼ばれるカートリッジ式の吸着剤をマスクに装着する形式のものが一般的であり、有毒ガスの種類に応じて吸着剤を選択する。吸着剤には活性炭が使用されることが多く、対象ガス種に応じて、物理吸着、化学吸着、触媒反応を利用する。
物理吸着剤として、活性炭が用いられることが多く、主に有機ガスが対象であるが、ハロゲンガスやＮＯｘ、ＳＯｘ等も吸着が可能であり、多様なガス種に対応できる。
ただし、防毒マスクでは、安全性の観点から、ハロゲンガスや、酸性ガス等に対しては活性炭表面に酸、アルカリ、酸化剤等を添着させた化学吸着剤が用いられる。触媒反応は主として一酸化炭素を吸着する際に適用される。
【０００３】
一方、シェルター用の空気清浄機としては、フィルターや吸着剤を用いて放射性物質や毒ガスの除去を行う方式が一般的である。
【０００４】
特許文献１には、吸着剤の再生／ガス脱離を放電プラズマで行う技術が開示されている。
また、特許文献２には、吸着剤を複数系統用意し、交替使用と放電脱離の併用により長時間の使用を可能とすることが、そして、特許文献３には、ガス脱離と有毒ガスの分解を同一の放電で行うことがそれぞれ開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５１−１４５４９１号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９０３２号公報
【特許文献３】特許第３９７１４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、防毒マスクや毒ガスシェルターに適用する空気清浄システムにおいては、人命に関わる災害や事故などが発生した場合に使用されるため、救出あるいは退出に到るまで、長期にわたり、所期の有毒ガス成分除去性能を維持しなければならない。
こうした観点から、特許文献２には、吸着剤を複数系統用意し、交替使用と放電脱離の併用により長時間の使用を可能とすることが記載されているが、吸着剤は、主として臭気成分、有毒ガス成分を吸着する吸着剤を用い、吸着剤再生時の脱離ガスは触媒により処理を行う方式である。しかし、触媒による処理では、多種の有毒ガス成分に対応することが困難であり、汚染ガス種が不明な緊急時の用途には適用できない。
そして、この吸着剤の再生をプラズマのみにより行っているため、再生までに時間を要し、電力消費が大きくなるという問題がある。このため、長時間使用するためには、電力確保が前提となり、電力を確保できない事故現場等では使用時間に限界が生じる。
【０００７】
特に防毒マスクや毒ガスシェルターに適用する場合、多様な有毒ガスや汚染ガスに即時対応することが求められるため、想定し得る各種有毒ガス成分の吸着に有効な多種の吸着成分を少量ずつ調合する必要があるため、１種の有毒ガス成分に対する吸着容量が少なく、交換用吸収缶の大量備蓄や、頻繁な再生が必要となる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、多種の有毒ガス成分に対応するため、物理吸着剤と多種の化学吸着成分を少量ずつ調合した場合でも、必要最小限の消費電力で、副系統の物理及び化学吸着剤を再生し、主系統と副系統の切り替えを安全かつ確実に行い、しかも、脱離ガスの放出による環境汚染を許容可能なレベルまで低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記の課題を解決するため、本発明の空気清浄システムは、金属容器の内部に、外気中の有毒ガス成分を吸着する物理吸着剤と化学吸着剤を前後して配置するとともに、前記化学吸着剤の中心付近に挿入された内部電極と前記金属容器の内周面との間で、プラズマを発生させるプラズマ発生装置を備えた複数の吸収缶と、各吸収缶の浄化空気排出口を、第１の切替弁を介して浄化空気排出部に接続する第１の管路群と、各吸収缶の汚染空気取入口を、第２の切替弁を介して、外気取入口あるいは外気排出口に選択的に接続する第２の管路群と、前記第２の切替弁を介して前記汚染空気取入口に負圧を印加する空気ポンプと、前記プラズマ発生器、前記第１、第２の切替弁、及び、前記空気ポンプを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記複数の吸収缶のうち、一部の吸収缶については、前記汚染空気取入口を前記外気取り入れ口に、そして、前記浄化空気排出口を前記浄化空気排出部に接続するとともに、他の吸収缶については、前記浄化空気排出口を封止するとともに、前記浄化空気排出口に前記空気ポンプから負圧を印加するとともに、前記プラズマ発生装置を作動させ、前記物理吸着剤に吸着された有毒ガス成分を減圧によりガス脱離し、かつ前記プラズマ発生装置により発生したプラズマにより、前記化学吸着剤に吸着された有毒ガス成分を脱離し、脱離ガスを圧力容器に一時的に貯蔵するとともに、出口側流路を絞ることにより微少流量にて放電容器に導入し、放電による汚染ガス浄化を行った後に、外部へ放出するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、防毒マスクや毒ガスシェルター用の空気清浄機として用いた場合に、多種類の汚染ガスに対して、即時かつ長時間の対応が可能である。
さらに、小型・軽量化、省電力化が可能である上、排出ガスによる環境汚染の低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明を防毒マスクに適用した実施例における吸収缶の構造を示す。
【図２】図２は、防毒マスクの全体ブロック図を示す。
【図３】図３は、防毒マスクのシステムブロック図を示す。
【図４】図４は、防毒マスクの制御装置から出力される信号のタイムチャートを示す。
【図５】図５は、本発明を毒ガスシェルターに適用した実施例における全体ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を防毒マスクに適用した実施例を図面を用いて説明する。
本実施例では、図１に示すように、主副一組の吸収缶９、１０は、汚染ガス中の有毒成分を吸収する金属容器缶１をそれぞれ備えている。金属容器缶１の内部には、汚染空気の流入方向からみて上流側から、主として活性炭からなる物理的吸着剤２と、化学吸着剤３を順に配置する。化学吸着剤３の内部に内部電極４を侵入させ、再生時にのみ、この内部電極４に電圧を印加し、金属容器缶１の内周壁との間にプラズマを発生させる。
【００１３】
本実施例の防毒マスクの全体ブロック図を図２に示す。
装置の配置としては、顔面マスク５に小型の吸気弁７と排気弁６が付設し、それ以外の装置を背中に背負い、顔面マスク５との間をフレキシブルチューブで連結する。
基本的な空気の流れは、吸収缶９が稼働中の場合、装着者の吸引により、有毒ガス成分を含む汚染空気は、四方弁１１から吸収缶９内に導入され、内部の物理的吸着剤２と化学吸着剤３により、有毒成分が除去され、清浄空気化される。
浄化空気は、三方弁８、一方向弁である吸気弁７を経由して、顔面マスク５に導入され、装着者に供給される。
一方、装着者からの吐気は、顔面マスク５から、一方向弁である排気弁６を介して、外気に排出され、吸気弁７により、吸収缶９、１０への逆流は防止される。
【００１４】
このように、人間の吸気により、四方弁１１から吸入された汚染空気は、上流側で、物理吸着剤２を通過し、主として有機ガスを吸着し、濃度を安全レベルまで低減する。活性炭に代表される物理吸着剤２は、多孔性のものであり、多孔間の内部に有機ガス等の有毒ガス成分を吸着する作用を奏する。
その後、空気は、化学吸着剤３に流入し、物理吸着剤２で吸着できなかったハロゲンガスや酸性ガス、さらには、種々の有毒ガス成分の無毒化に対応できるよう、種々の成分が調合されている。なお、化学吸着剤３としては、活性炭の表面に、例えば、酸、アルカリ、酸化剤などをコーティングしたもの等が使用される。
なお、稼働中の吸気缶９では、内部電極４への電圧印加が停止されている。
【００１５】
一方、再生中の吸収缶１０においては、ポンプ１３からの吸引力が、開閉弁１２、四方弁１１を介して印加され、物理吸着剤２においては、吸着された有毒ガス成分を吸い出し、開閉弁１２を介して排気される。これにより、消費電力を最小限に抑制した上で、効率的な、減圧脱離が行われる。
一方、吸収缶１０の化学吸着剤３については、その中心付近に、物理吸着剤２との境界まで延出する内部電極４への電圧印加が行われる。これにより、化学吸着剤３の中心部分から、金属容器缶１の内周面に向けて沿面放電を発生させ、化学吸着剤３において、化学的に結合された有毒ガス成分の化学結合がプラズマにより断ち切られ、脱離するとともに、一部は、有毒ガス成分が分解し無毒化される。
【００１６】
こうして、吸収缶１０の物理吸着剤２、化学吸着剤３から脱離された有毒ガス成分は、空気とともに、四方弁１１、開閉弁１２、ポンプ１３、そして、圧力容器１４、放電容器１５を経由して外気に排出される。
なお、ポンプ１３下流には圧力容器１４が設けられており、吸収缶１０からの脱離ガスを一時的に貯留することで、ポンプ１３の負荷を軽減し、消費電力を低減する。圧力容器１４には、オリフィス等で絞られた出口側流路が設けられ、脱離ガスを微少流量排出することで、脱離ガスによる環境汚染を必要最小限に軽減する。
【００１７】
吸収缶１０からの脱離ガスの残りの部分は、放電容器１５により、一部の成分についての無害化を行い、外部に排出される。
吸収缶１０から排出される有毒ガス成分は、開閉弁１２により逆流が防止され、圧力容器１４により、一次貯留されるとともに、圧力変動が防止される。
そして、細管を介して微少流量にて放電容器１５に排出され、ここで、有毒ガス成分の分解を行い無毒化する。放電容器１５の下流には、オゾンセンサ１６が設けられ、有毒ガス成分の分解を効率的に行うとともに、排出されるオゾン量が一定値以上とならないよう、放電容器１５内で印加される電圧をフィードバック制御する。
【００１８】
なお、吸収缶９及び１０内における放電とは別に、放電容器１５内で放電を行うことは、小型・軽量化にも有効である。すなわち、脱離ガスを一時的に圧力容器１４に滞留した後に、微小流量にて放電容器１５を通して外界へ放出することで、放電で処理する流量を微小とし、放電容器１５を大幅に小型化することが可能である。
圧力容器１４に関しても、ゴム等の伸縮性素材を用いて風船状の容積可変容器とすることにより小型・軽量化が可能である。
【００１９】
さらに、ポンプ１３は減圧と圧縮の併用型ポンプであるが、その小型化も可能である。上述のように、本実施例では、化学吸着剤の放電脱離と物理吸着剤の減圧脱離を同時併行で行うが、放電脱離にはある程度の時間を要するため、減圧脱離も緩慢に行うことが必要となる。したがって、減圧用のポンプ１３は低流量で動作させることになり、小型・軽量化が可能である。
【００２０】
また、放電容器１５への放電電力の過剰投入は、消費電力の増大を招く上、ＮＯｘやオゾンなどの有害副生物も生成する。そのため、本実施例では、オゾンセンサ１６によりオゾン生成量をモニターし、過剰な電力投入を抑制するための指標としている。放電によるガス浄化では、放電で生成した酸素原子と汚染ガスとの反応で酸化分解反応が進むが、同時に酸素原子と酸素分子が結合し、オゾンも生成する。生成したオゾンは、汚染ガスとの酸化反応で消費されるが、汚染ガス濃度が低下した際には、そのまま残存する。
このため、放電電力を過剰に投入した場合には、オゾン濃度が上昇する。そこで、本発明では、オゾン濃度をモニターすることにより放電に投入する電力を調節し、過剰な電力投入を防止している。これにより省電力化を図るとともに、ＮＯｘ等の有害副生成物の抑制を行っている。
【００２１】
また、放電容器１５への投入電力と生成するオゾンの濃度を比較することにより、吸収缶１０の化学吸着剤３の再生が完了したことを検知でき、この時点で、吸収缶１０内での放電電圧印加を停止することができる。
なお、防毒マスクから排出されるガスは可能な限り無毒化することが好ましいが、放電による処理では分解できない汚染ガス種も存在する。
このため、排出ガスの微少流量化を併用することにより、排出ガスによる環境汚染を抑制している。両者の併用により、多種類の汚染ガスを吸着した吸着剤に対して、使用現場での再生が可能となる。
なお、微少流量化では排出ガスの汚染濃度は低減しないが、呼気による排出ガスと併せて考えると、長時間平均の汚染ガス濃度は、環境の汚染濃度と等しくなる。さらに、放電処理の併用により、汚染濃度はより一層低減する。
【００２２】
さらに、実際の運用において、蓄電池２０の消耗が懸念される場合や、周囲の汚染濃度が高い場合には、放電容器１５における放電浄化を省略することも可能であり、運用面での柔軟性に優れている。
また、三方弁８の吸収缶側の両管を細管で接続、もしくは、三方弁８の吸収缶１０側の開度を微小な導通状態とし、再生中、吸気缶９で浄化された空気の一部を吸気缶１０の再生に用いてもよい。
なお、三方弁８の開度を調節し、吸収缶１０側を封止せずに、微少な導通状態とすることによっても、吸収缶９からの浄化空気を吸収缶１０の再生用空気として利用することができる。
【００２３】
以下、稼働中の吸収缶９において、吸着された有毒ガス成分が飽和する前に、四方弁１１と三方弁８を切り換えて、吸収缶１０を稼働させ、吸収缶９の再生を行う場合を例にして、各部位の作動を説明する。
前述のように、稼働中の吸収缶９において、有毒ガス成分の吸着が所定時間以上継続すると、物理吸着剤２あるいは化学吸着剤３が飽和状態に近づく。飽和状態になると、有毒ガス成分が十分に吸着されず、顔面マスク５内に有毒ガス成分が混入するという危険性が高まる。
【００２４】
そこで、吸収缶９の稼働が所定時間継続した場合、三方弁８と四方弁１１を切り替えて、すでに再生の終了した吸収缶１０を稼働させる。すなわち、三方弁８が、吸気弁７の上流側と吸収缶１０を接続し、四方弁１１が吸収缶１０の導入側と開閉弁１２の下流側を接続するよう切り替えられる。
これにより、再生の終了した吸収缶１０により、有毒ガス成分が効率よく吸着され、装着者は安全に作業を継続することが可能となる。
【００２５】
一方、稼働を終えた吸収缶９については、前述のように、ポンプ１３からの吸引力が、開閉弁１２、四方弁１１を介して印加され、主として、物理吸着剤２に吸着された有毒ガス成分が効率的に除去されるとともに、内部電極４への電圧印加により、化学吸着剤３に吸着された有毒ガス成分の除去も行われ、再生が行われる。
【００２６】
図３に、本実施例のシステムブロック図を示す。
蓄電池２０により電力の供給を受ける制御装置１９は、三方弁８、四方弁１１、ポンプ１３、そして、吸収缶９、１０の内部電極４に高電圧を供給する高電圧電源１７の切り替え制御を行う。さらに、オゾンセンサ１６の検出値に基づいて、放電容器１８に高電圧を供給する高電圧電源１８のＯＮ・ＯＦＦ制御や、蓄電池２０の残量に基づいて、警告表示などを行う。
【００２７】
有毒ガス発生等事故が発生した場合、事故現場に充満する有毒ガスの濃度やその種類が具体的に特定できない状況で救助作業を行うことになる。そこで、本発明では、物理吸着剤２、化学吸着剤３として、多種の有毒ガス成分の吸着に対応できるよう調合されている。また、稼働中の吸収缶において、これらの吸着剤が飽和するタイミングも、有毒ガス成分の濃度によって異なる。
そこで、本実施例では、制御装置１９は、少なくとも飽和した吸収缶の物理吸着剤２、化学吸着剤３の再生に要する時間以上の一定時間毎に、三方弁８、四方弁１１、吸収缶９、１０の内部電極４に高電圧を供給する高電圧電源１７の切り替え、そして、ポンプ１３のＯＮ・ＯＦＦ制御を行う。なお、制御装置１９は、オゾンセンサ１６の検出値に基づいて、高圧電源１８のＯＮ・ＯＦＦ制御も併せて行う。また、高圧電源１８については、蓄電池２０の電力消費を低減させるため、手動停止できるようスイッチが設けられている。
【００２８】
吸収缶９、１０には、再生に必要な時間以上、様々な有毒ガス成分を確実に除去できるよう、物理吸着剤２、化学吸着剤３の容量が確保されている。なお、予め、有毒ガスの濃度やその種類が特定できる場合には、物理吸着剤２、化学吸着剤３の調合を予め選定しておいてもよいし、吸収缶９、１０の切り替え時間を調節するタイマースイッチを設け、蓄電池２０の消費電力を必要最小限とし、長時間の連続作業を可能とするようにしてもよい。
さらに、放電容器１５への投入電力とオゾンセンサ１６の検出値に基づいて、再生中の吸収缶が吸着した有毒ガス成分の量を推測し、この量に基づいて、安全基準を維持した上で、一定の稼働時間を調整するようにしてもよい。
【００２９】
図４は、制御装置１９から出力される、三方弁８、四方弁１１、ポンプ１３、及び吸収缶９、１０の内部電極４に高電圧を供給する高電圧電源１７、そして、放電容器１５へ供給する高圧電源１８に対する信号のタイムチャートを示す。
なお、高電圧電源１８は、ポンプ１３の停止後、圧力容器１４の圧力が外界と等しくなった後に停止することが必要であるため、ポンプ１３停止後、所定の時間経過後に停止するように設定されている。例外として、蓄電池２０の残量が少ない場合は自動的に休止させるようにしたり、周囲環境の汚染濃度が高い場合にも手動で休止できるようにすることが好ましい。
【００３０】
以上の実施例では、防毒マスクへの応用について説明を行ったが、外気の取り入れをファン駆動により行い、清浄空気を家屋やテント・車両などへ供給することにより、防毒シェルターを構築することが可能である。即ち、本発明は、防毒シェルター用の空気清浄機としての応用も可能である。
すなわち、図５に示すように、顔面マスク５に換え、防毒シェルターに清浄空気を送り込むためのファン２１を設置する。もちろん、吸収缶９、１０に充填される物理吸着剤２、化学吸着剤３、放電容器１５、ポンプ１３、高圧電源１７、１８、蓄電池２０等を、防毒シェルターへ供給するのに必要な清浄空気量に合わせて大容量化している。もちろん、吸収缶を３個以上としたり、本実施例の空気浄化システムを複数設置するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、多種類の汚染ガスに対して、即時かつ長時間の利用が可能な防毒マスクとして利用できる。特に、汚染ガス種が不明な緊急時における即時・長時間の対応に適している。
また、本発明は、毒ガスシェルター用空気清浄機として利用が可能であり、通常の建物への応用のほか、簡易テントや車両のような移動型シェルター用の空気清浄機として、長時間の空気清浄機能を発揮することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：金属容器缶          ２：物理吸着剤          ３：化学吸着剤
４：内部電極            ５：顔面マスク          ６：排気弁
７：吸気弁              ８：三方弁              ９：吸収缶
１０：吸収缶          １１：四方弁            １２：開閉弁
１３：ポンプ          １４：圧力容器          １５：放電容器
１６：オゾンセンサ    １７：高電圧電源        １８：高電圧電源
１９：制御装置        ２０：蓄電池            ２１：ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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