(57)【要約】【課題】取り扱い容易で、破損し難く、薄く軽量の二酸化炭素吸着要素を提供する。【解決手段】二酸化炭素吸着要素１は、高分子材製のベースフィルム１５の少なくとも一面が担体フィルム１６により覆われる。担体フィルム１６は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイルの表層を酸化することで形成され、その表層が多孔質の酸化アルミニウム製担持層１６ａとされ、残部がアルミニウムまたはアルミニウム合金製支持層１６ｂとされる。担持層１６ａの各孔１６ａ′の内面に二酸化炭素吸着用アミン基１７が付着される。【選択図】図２
2008212844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の二酸化炭素を吸着するための可撓性を有するフィルム状の二酸化炭素吸着要素であって、
高分子材製のベースフィルムと、
前記ベースフィルムの少なくとも一面に形成される担体フィルムとを備え、
前記担体フィルムは、その表層が多孔質の酸化アルミニウム製担持層とされると共に残部がアルミニウムまたはアルミニウム合金製支持層とされるように、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイルの表層を酸化することで形成され、
前記担持層の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基が付着されている二酸化炭素吸着要素。
【請求項２】
前記高分子材がポリエチレンテレフタレートである請求項１に記載の二酸化炭素吸着要素。
【請求項３】
空気通路を構成する第１ダクトと、
前記空気通路を通過する空気よりも高温の流体が通過する高温流体通路を構成する第２ダクトと、
前記空気通路と前記高温流体通路とを仕切る隔壁とを備え、
前記隔壁に開口が形成され、
請求項１または２に記載の前記二酸化炭素吸着要素が前記開口を閉鎖するように設けられ、
前記二酸化炭素吸着要素は、前記アミン基が前記空気通路内に配置され、
前記高温流体通路を高温の流体が通過しない吸着状態と通過する再生状態とに切り換える切換機構が設けられている二酸化炭素吸着装置。
【請求項４】
前記二酸化炭素吸着要素により偏平な袋が形成され、
前記アミン基が付着された表層が前記袋の外面側とされ、
前記アミン基が付着された表層が前記空気通路を通過する空気の流れ方向に沿うように、前記袋は前記空気通路内に配置され、
前記再生状態において前記袋の内部に前記高温流体通路を通過する流体が導入されるように、前記袋の開口の周囲部により前記隔壁の開口の周囲部が覆われる請求項３に記載の二酸化炭素吸着装置。
【請求項５】
前記高温流体通路における圧力と前記空気通路における圧力との差を前記再生状態では前記吸着状態におけるよりも増大する機構を備え、その圧力差の増大により前記再生状態では前記袋が膨張される請求項４に記載の二酸化炭素吸着装置。
【請求項６】
前記二酸化炭素吸着要素により袋が形成され、
前記再生状態において前記袋の内部に前記高温流体通路を通過する流体が導入されるように、前記袋の開口の周囲部により前記隔壁の開口の周囲部が覆われ、
前記高温流体通路における圧力と前記空気通路における圧力との差を前記再生状態では前記吸着状態におけるよりも増大する機構を備え、その圧力差の増大により前記再生状態では前記袋が膨張される請求項３に記載の二酸化炭素吸着装置。
【請求項７】
前記高温流体通路を通過する高温の流体として水蒸気が用いられ、
前記第２ダクトにおける前記水蒸気の凝縮により生じる水を加熱する加熱装置と、
前記加熱装置による水の加熱により生じる水蒸気を前記高温流体通路に還流させる還流通路とが設けられている請求項３〜６の中の何れか１項に記載の二酸化炭素吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば航空機などのキャビンにおける空気中の二酸化炭素を吸着するために用いられる二酸化炭素の吸着要素および吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば航空機においては、二酸化炭素吸着装置によりキャビン内空気の二酸化炭素を低減することで、換気のために機内に取り込む機外空気量を低減し、高々度における低圧の機外空気をキャビン内圧力まで上昇させるのに要する圧縮エネルギを節約することが図られている。そのような二酸化炭素吸着装置において、図１７に示すような二酸化炭素吸着要素１００を用いることが提案されている。この従来の二酸化炭素吸着要素１００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の金属層１０１と、金属層１０１を覆う多孔質の酸化アルミニウム層１０２と、酸化アルミニウム層１０２の各孔１０２ａの内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基１０３とを備えている（特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ／２００５／０８２４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
航空機等に搭載される二酸化炭素吸着要素においては、空気中の二酸化炭素を空気流路における圧力損失を大きくすることなく迅速に吸着でき、小型軽量であることが要望されている。しかし、従来の二酸化炭素吸着要素１００においては、アミン基１０３の担体を構成する酸化アルミニウム層１０２はアルミニウムまたはアルミニウム合金製の金属層１０１に比べて脆い。そのため、アミン基１０３の担持量を増大するために酸化アルミニウム層１０２の厚さを大きくすると、機器への装着等の取り扱いが難しくなる。これを防止するために金属層１０１の厚さを大きくして強度を増大すると重量が増大してしまう。本発明は、そのような問題を解決することのできる二酸化炭素の吸着要素および吸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、空気中の二酸化炭素を吸着するための可撓性を有するフィルム状の二酸化炭素吸着要素であって、高分子材製のベースフィルムと、前記ベースフィルムの少なくとも一面に形成される担体フィルムとを備え、前記担体フィルムは、その表層が多孔質の酸化アルミニウム製担持層とされると共に残部がアルミニウムまたはアルミニウム合金製支持層とされるように、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイルの表層を酸化することで形成され、前記担持層の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基が付着されている。
これにより、柔軟で可撓性を有する高強度、高靱性の高分子材製のベースフィルムが二酸化炭素吸着要素の強度維持の核となり、アルミニウムやアルミニウム合金を強度維持の核とするのに比べ、二酸化炭素吸着要素を薄く軽量化でき、また、取り扱い容易となる。
【０００５】
ベースフィルムは、高分子材を二軸延伸により薄いフィルム状に延ばすことで形成されるのが好ましく、二軸延伸によって強度向上が図られ、耐熱性に優れたものとなる。その厚さは４０μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは８〜２０μｍ程度であって例えば食品パッケージ用として大量生産されることで入手容易なポリエステルフィルムが良い。そのため、前記高分子材はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であるのが好ましい。
【０００６】
本発明の二酸化炭素吸着装置は、空気通路を構成する第１ダクトと、前記空気通路を通過する空気よりも高温の流体が通過する高温流体通路を構成する第２ダクトと、前記空気通路と前記高温流体通路とを仕切る隔壁とを備え、前記隔壁に開口が形成され、本発明の前記二酸化炭素吸着要素が前記開口を閉鎖するように設けられ、前記二酸化炭素吸着要素は、前記アミン基が前記空気通路内に配置され、前記高温流体通路を高温の流体が通過しない吸着状態と通過する再生状態とに切り換える切換機構が設けられている。
これにより、吸着状態においては、空気通路を通過する空気中に含まれる二酸化炭素がアミン基により吸着される。再生状態においては、高温流体通路を通過する流体によりアミン基が二酸化炭素吸着時より高温に加熱され、吸着した二酸化炭素を空気通路を通過する空気中に放出することで再生される。この場合、隔壁に形成される開口の数や二酸化炭素吸着要素の数は特に限定されない。アミン基が付着された二酸化炭素吸着要素の表層は空気通路を通過する空気の流れ方向に沿うのが好ましい。これにより、二酸化炭素吸着要素が薄くされることと相まって空気通路における圧力損失を大きくすることなく二酸化炭素の吸着を迅速に行うことができる。また、ベースフィルムの一面のみに担体フィルムが形成されるのが好ましい。
【０００７】
本発明の二酸化炭素吸着装置においては、前記二酸化炭素吸着要素により偏平な袋が形成され、前記アミン基が付着された表層が前記袋の外面側とされ、前記アミン基が付着された表層が前記空気通路を通過する空気の流れ方向に沿うように、前記袋は前記空気通路内に配置され、前記再生状態において前記袋の内部に前記高温流体通路を通過する流体が導入されるように、前記袋の開口の周囲部により前記隔壁の開口の周囲部が覆われるのが好ましい。これにより、吸着状態においては偏平な袋の外面が空気通路を通過する空気の流れ方向に沿うので空気通路における圧力損失を大きくすることがなく、再生状態においては袋の内部に高温流体が導入されることでアミン基を迅速に再生できる。また、その袋の数を複数とすることで二酸化炭素の吸着量を増大させることができる。この場合、前記高温流体通路における圧力と前記空気通路における圧力との差を前記再生状態では前記吸着状態におけるよりも増大する機構を備え、その圧力差の増大により前記再生状態では前記袋が膨張されるのが好ましい。これにより、再生状態において袋の内部に高温流体を確実に導入し、アミン基の再生を促進できる。
【０００８】
本発明の二酸化炭素吸着装置において、前記二酸化炭素吸着要素により袋が形成され、前記再生状態において前記袋の内部に前記高温流体通路を通過する流体が導入されるように、前記袋の開口の周囲部により前記隔壁の開口の周囲部が覆われ、前記高温流体通路における圧力と前記空気通路における圧力との差を前記再生状態では前記吸着状態におけるよりも増大する機構を備え、その圧力差の増大により前記再生状態では前記袋が膨張されてもよい。これにより、再生状態において袋の内部に高温流体を確実に導入し、アミン基の再生を促進できる。
【０００９】
本発明の二酸化炭素吸着装置においては、前記高温流体通路を通過する高温の流体として水蒸気が用いられ、前記第２ダクトにおける前記水蒸気の凝縮により生じる水を加熱する加熱装置と、前記加熱装置による水の加熱により生じる水蒸気を前記高温流体通路に還流させる還流通路とが設けられているのが好ましい。高温流体として水蒸気を用いることで、ヒートパイプ方式によりアミン基を加熱し、水蒸気の凝縮により生じる水を回収できる。これにより、消費されることのない熱媒体として水を繰り返し利用できる。特に、二酸化炭素吸着要素により形成される袋が再生状態において膨張する場合、袋に引き込まれた水蒸気が凝縮温度で多量の凝縮熱を発することでアミン基を一気に加熱でき、また必要以上に温度を上昇させることなく短時間で再生を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、取り扱い容易で、破損し難く、薄く軽量の二酸化炭素吸着要素と、大量の二酸化炭素を迅速に吸着し、二酸化炭素吸着用アミン基を均一かつ迅速に再生処理するのに適した二酸化炭素吸着装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素吸着要素１を備える二酸化炭素吸着装置２を航空機用空気調和装置３に適用した場合の構成を示す。空気調和装置３は、航空機のエンジン４からの抽出空気を、温度、圧力、湿度、酸素濃度等を調整した調整空気とした後に航空機のコックピット空間を含むキャビン５に導入し、キャビン５から排出された空気の一部を圧力調整等のために機外に排気し、残部を調整空気とした後に再びキャビン５に還流させる公知のものを用いることができる。なお、航空機が地上にあってエンジン４が停止している時は、エンジン４からの抽出空気に代えて高圧空気供給ユニットにより圧縮された空気が空気調和装置３に供給されてもよい。また、エンジン４に代えて電動モータにより駆動されるコンプレッサーにより圧縮された高温空気を空気調和装置３に供給するようにしてもよい。
【００１２】
空気調和装置３に、第１空気流路６と第２空気流路７を介して導入側切換バルブ８が接続され、導入側切換バルブ８に二酸化炭素吸着装置２の吸着容器１４の空気導入口１４ａが接続され、吸着容器１４の空気排出口１４ｂに排出側切換バルブ９を介して第３空気流路１０と排気流路１１が接続されている。二酸化炭素吸着装置２の吸着容器１４は、空気通路を構成するダクトとして機能する。吸着容器１４に、空気中の二酸化炭素を吸着するための可撓性を有するフィルム状の二酸化炭素吸着要素１が収納されている。二酸化炭素吸着要素１は、例えばロール状に巻いた状態で吸着容器１４に収納することで、空気との接触面積を増大するのが好ましい。
【００１３】
図２に示すように、二酸化炭素吸着要素１は高分子材製のベースフィルム１５と、ベースフィルム１５の両面に形成される担体フィルム１６とを備える。本実施形態のベースフィルム１５は二軸延伸ポリエステルフィルムであり、ベースフィルム１５を構成する高分子材はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とされている。各担体フィルム１６は、その表層が多孔質の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）製担持層１６ａとされると共に残部がアルミニウムまたはアルミニウム合金製支持層１６ｂとされるように、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイルの表層を酸化することで形成されている。各担持層１６ａの各孔１６ａ′の内面に二酸化炭素吸着用アミン基１７が付着されている。アミン基１７は、空気に含まれる二酸化炭素分子を吸着し、吸着時よりも温度が上昇することで吸着した二酸化炭素分子を放出する。担持層１６ａの各孔１６ａ′の深さ方向は担体フィルム１６の厚さ方向（図２の矢印Ａ方向）とされている。担持層１６ａの厚さは、例えば数μｍ〜数十μｍとされる。担持層１６ａの各孔１６ａ′の内面に付着されたアミン基１７により囲まれた孔の内径は、例えば２ｎｍ〜１００ｎｍとされる。各孔１６ａ′の開口が閉鎖されていないのは勿論のことである。本実施形態においては、各担体フィルム１６はベースフィルム１５に接着剤層１８を介して接着されている。
【００１４】
図３は二酸化炭素吸着要素１の製造工程の一例を示す。
ノズル２０から流出する重合された溶融樹脂２１を、凝固させながらローラ２２間を通過させることでフィルム状とし、これを二軸延伸装置２３を通すことで長手方向と幅方向とに延伸させることで、ベースフィルム１５が形成される。二軸延伸装置２３は公知のものを用いることができる。
次に、ベースフィルム１５の両面に噴霧器２４を介して接着剤１８Ａが噴霧されることで接着剤層１８が形成され、ロールから繰り出されるアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル１６Ａがベースフィルム１５の両面に接着され、加熱ローラ２６により加熱されることで接着剤層１８が硬化される。
次に、積層されたベースフィルム１５とフォイル１６Ａは、容器２７内の酸性処理液２８に導入され、フォイル１６Ａの表層に陽極酸化処理が施されることで担持層１６ａが形成される。すなわち、フォイル１６Ａにおける支持層１６ｂとなる部分を陽極として、例えば希硫酸を主成分とする電解液である酸性処理液２８内で電流を流す陽極酸化処理により、そのフォイルの表層に図４に示すように担持層１６ａが形成される。担持層１６ａは担体フィルム１６の厚さ方向に成長することから、担持層１６ａにおける各孔１６ａ′の深さ方向は担体フィルム１６の厚さ方向になる。酸性処理液２８の種類、濃度、温度、印加電流値などのパラメータを管理することで、アミン基１７を付着させるのに適した孔１６ａ′を有する均一な品質の担持層１６ａを生成することができる。このような陽極酸化による担持層１６ａの生成は公知の工程により行うことができる。
次に、積層されたベースフィルム１５と担体フィルム１６は、容器２９内のアミン基を含む溶液３０内に導入され、担持層１６ａの各孔１６ａ′の内面にアミン基１７が付着され、ヒーター２５により乾燥させられることで二酸化炭素吸着要素１が製造される。なお、容器２９内のアミン基を含む溶液３０としては、アミン基１７を多数持つ例えばポリエチレンイミンのような高分子剤を揮発性溶剤に溶かしたものを用いることができる。
【００１５】
空気調和装置３は、キャビン５から循環のために排出されるほぼ常温の空気を第１空気流路６から導入側切換バルブ８に導き、また、キャビン５から機外排気のために排出される空気を加熱機構により例えば８０℃〜１２０℃程度まで昇温させた後に減圧弁等を介して第２空気流路７から導入側切換バルブ８に導く。導入側切換バルブ８と排出側切換バルブ９は、吸着容器１４の空気導入口１４ａが第１空気流路６に接続されると共に空気排出口１４ｂが第３空気流路１０に接続される吸着状態と、空気導入口１４ａが第２空気流路７に接続されると共に空気排出口１４ｂが排気流路１１に接続される再生状態とに切り換える切換機構を構成する。
【００１６】
上記二酸化炭素吸着装置２によれば、吸着状態においては、キャビン５から流出する空気に含まれる二酸化炭素を吸着し、第３空気流路１０を介してキャビン５に二酸化炭素濃度が低減された空気を還流できる。また、再生状態においてはアミン基１７は吸着状態におけるよりも高温の空気により加熱され、吸着した二酸化炭素を放出できるのでアミン基１７は再生され、アミン基１７から放出された二酸化炭素を含む空気は排気流路１１を介して機外に排出される。その吸着状態および再生状態において、吸着容器１４内の空気流路において二酸化炭素吸着要素１の表面に沿って空気が流れるように二酸化炭素吸着要素１が配置される。これにより、二酸化炭素吸着要素１が薄いことから、その空気の流動に対する抵抗を小さくでき、空気流路における圧力損失を大きくすることなく二酸化炭素の吸着とアミン基１７の再生を迅速に行うことができる。また、支持層１６ｂは熱伝導性に優れたアルミニウム製またはアルミニウム合金製であるので、たとえ局所的に加熱されても熱が拡散されることで劣化を生じるような温度上昇は生じず、均一な温度分布となるように加熱され、アミン基１７を再生に適した温度に均一かつ迅速に加熱できる。
【００１７】
上記二酸化炭素吸着要素１によれば、柔軟で可撓性を有する高強度、高靱性の高分子材製のベースフィルム１５が二酸化炭素吸着要素１の強度維持の核となり、アルミニウムやアルミニウム合金を強度維持の核とするのに比べ、二酸化炭素吸着要素１を薄く軽量化でき、また、取り扱い容易で振動等により破損し難いものにできる。さらに、その高分子材をポリエチレンテレフタレートとし、ベースフィルム１５を二軸延伸により薄いフィルム状に延ばすことで形成される入手容易なポリエステルフィルムとすることで、二酸化炭素吸着要素１を強度と耐熱性に優れるものにできる。
【００１８】
なお、陽極酸化処理による担持層１６ａの形成途中において処理電圧を下げることにより担持層１６ａの厚さが変化する。これにより、図５の変形例に係る二酸化炭素吸着要素１′に示すように、担持層１６ａに形成される孔を、表面側の大径孔１６ａ″と、大径孔１６ａ″の底部において開口する複数の小径孔１６ａ′として成長させることができる。この場合、小径孔１６ａ′の内面に付着されたアミン基１７が二酸化炭素吸着要素１の表面積の大部分を占めるため、小径孔１６ａ′の内面に付着されたアミン基１７により囲まれた孔の内径Ｄを吸着に適した２ｎｍ〜１００ｎｍとするのが好ましい。大径孔１６ａ″の内面に付着されたアミン基１７により囲まれた孔の内径は１００ｎｍを超えてもよい。大径孔１６ａ″の存在により、二酸化炭素吸着要素１の表面に沿う空気の流れに変化を与え、アミン基１７により囲まれた孔への二酸化炭素分子の導入を促進できる。
【００１９】
本発明による二酸化炭素吸着要素１の実用可能な諸元の一例を以下に示す。なお、担持層１６ａの構成は図５の変形例のものとした。
ベースフィルム    ：厚さ１２μｍ、比重１．４０
各担持層          ：厚さ３０．０μｍ、比重１．９９
各支持層          ：厚さ５．０μｍ、比重２．７１
各接着剤層        ：厚さ２．５μｍ、比重１．４１
二酸化炭素吸着要素：厚さ８７．０μｍ、単位面積当たり重量０．１７０g/cm2 
【００２０】
これに対し、従来例で示した金属層１０１を覆う多孔質の酸化アルミニウム層１０２の各孔１０２ａの内面にアミン基１０３を付着させる二酸化炭素吸着装置１００の、実用可能な諸元の一例を以下に示す。
各酸化アルミニウム層：厚さ３０．０μｍ、比重１．９９
金属層              ：厚さ４０．０μｍ、比重２．７１
二酸化炭素吸着装置  ：厚さ１００．０μｍ、単位面積当たり重量０．２２８g/cm2 
すなわち、本発明によれば従来に比べ二酸化炭素吸着要素１を薄く軽量にできる。
【００２１】
図６は、第２実施形態に係る二酸化炭素吸着要素１″を備える二酸化炭素吸着装置２″を航空機用空気調和装置３に適用した場合の構成を示す。以下、第１実施形態と同様部分は同一符号で示し、相違点を説明する。本実施形態の二酸化炭素吸着装置２″は、第１実施形態の吸着容器１４に代えて、空気通路３１Ａを構成する第１ダクト３１と、空気通路３１Ａを通過する空気よりも高温の流体が通過する高温流体通路３２Ａを構成する第２ダクト３２とを備える。導入側切換バルブ８に第１ダクト３１の空気導入口３１ａが接続され、第１ダクト３１の空気排出口３１ｂに排出側切換バルブ９を介して第３空気流路１０と排気流路１１が接続される。
【００２２】
第２ダクト３２の流入口３２ｂと流出口３２ｃとを接続する還流通路３３が設けられ、還流通路３３の途中にタンク３４、開閉バルブ３５、チェックバルブ３６が設けられる。第２ダクト３２における高温流体通路３２Ａを通過する高温の流体として水蒸気が用いられ、第２ダクト３２における水蒸気の凝縮により生じる水は残りの水蒸気と共に、還流通路３３、チェックバルブ３６を介してタンク３４に導かれる。タンク３４内の水を加熱する加熱装置３７が設けられ、加熱装置３７による水の加熱により生じる水蒸気は還流通路３３、開閉バルブ３５を介して高温流体通路３２Ａに還流される。なお、タンク３４への水の流れが促進されるように、水平飛行状態において二酸化炭素吸着装置２″が傾斜するように配置するのが好ましい。
【００２３】
空気調和装置３は、キャビン５から循環のために排出されるほぼ常温の空気を第１空気流路６から導入側切換バルブ８に導き、また、キャビン５から機外排気のために排出される空気を第２空気流路７から導入側切換バルブ８に導く。なお、本実施形態では第２空気流路７から導入側切換バルブ８に導く空気を第１実施形態のように加熱する必要はないが、加熱してもよい。導入側切換バルブ８、排出側切換バルブ９、および開閉バルブ３５は、第１ダクト３１の空気導入口３１ａが第１空気流路６に接続され、空気排出口３１ｂが第３空気流路１０に接続され、開閉バルブ３５が閉鎖される吸着状態と、空気導入口３１ａが第２空気流路７に接続され、空気排出口３１ｂが排気流路１１に接続され、開閉バルブ３５が開かれる再生状態とに切り換える切換機構を構成する。吸着状態においては高温流体通路３２Ａを水蒸気は通過せず、再生状態においては通過する。
【００２４】
図７に示すように、第２実施形態の二酸化炭素吸着要素１″は、ベースフィルム１５と、ベースフィルム１５の一面のみに形成される担体フィルム１６とを備えるものとされている。本実施形態の二酸化炭素吸着要素１″を製造するに際しては、ベースフィルム１５の一面にのみ接着剤層１８を介してアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル１６Ａが接着される。次に、陽極酸化処理を行う前にベースフィルム１５にフォイル１６Ａを接着した状態の積層フィルムを、図８に示すようにフォイル１６Ａが外面側となるように筒状に曲げ、長手方向に沿う両縁部を互いに例えばヒータ内蔵ローラ３９を介して融着したり接着剤を介して接着することで、筒状に成形する。その筒状とされた積層フィルムの外面側であるフォイル１６Ａの表層に陽極酸化処理により担持層１６ａを形成し、担持層１６ａにおける各孔１６ａ′の内面にアミン基１７を付着させることで二酸化炭素吸着要素１″を筒状に成形している。さらに、その筒状の二酸化炭素吸着要素１″を所定の軸方向間隔で切断することで、複数の筒状二酸化炭素吸着要素１″とし、各筒状二酸化炭素吸着要素１″の両端の開口の中の一方を、その開口の周縁同志の融着や接着剤を介する接着等により閉鎖している。これにより、図９に示すように二酸化炭素吸着要素１″により偏平な複数の袋αが形成され、アミン基１７が付着された二酸化炭素吸着要素１″の表層が各袋αの外面側とされている。各袋αは一辺にのみ沿う開口３８を有し、その開口３８の相対応する周縁部それぞれは外方への張出部３８′とされている。複数の袋αが、開口３８が同一方向を向くと共に厚さ方向に沿って一列に並列され、相隣接する袋αは張出部３８′同志が互いに融着されたり接着剤を介して接着されることで連結される。各袋αは第１ダクト３１により構成される空気通路３１Ａ内に配置される。
【００２５】
第２実施形態の第１ダクト３１と第２ダクト３２の具体的形態は図１０〜図１２に示すものとされている。第１ダクト３１は、一端側に端部壁を有する円筒状の外筒５０、外筒５０の他端開口を覆う蓋部材５１、外筒５０内に配置される両端開口の角筒状の内筒５３、導入側ガイドカバー５４、および排出側ガイドカバー５５により構成され、第２ダクト３２は内筒５３により構成される。
【００２６】
蓋部材５１は、外筒５０の他端開口を覆うように、外筒５０の他端に形成されたフランジ５０ｆにネジ等の固定手段（図示省略）によって着脱可能に取り付けられ、外筒５０の他端面と蓋部材５１との間には環状シール部材５６が挟み込まれる。外筒５０の周壁に複数の導入用開口５０ａが軸方向に沿って並列するように設けられ、導入用開口５０ａを覆うように導入側ガイドカバー５４が外筒５０の外周に融着等により取り付けられ、導入側ガイドカバー５４に導入用開口５０ａに通じる空気導入口３１ａが設けられている。導入用開口５０ａに対向する位置において外筒５０の周壁に複数の排出用開口５０ｂが軸方向に沿って並列するように設けられ、排出用開口５０ｂを覆うように排出側ガイドカバー５５が外筒５０の外周に融着等により取り付けられ、排出側ガイドカバー５５に排出用開口５０ｂに通じる空気排出口３１ｂが設けられている。
【００２７】
内筒５３は、幅が高さよりも大きくされ、幅方向に沿う一対の主部５３ａ、５３ｂと、高さ方向に沿う一対のサイド部５３ｃ、５３ｄとを有し、２つの部材５３Ａ、５３Ｂを融着等により連結することで形成されている。一方の部材５３Ａは一方の主部５３ａと、両サイド部５３ｃ、５３ｄにおける一方の主部５３ａ側部分とを構成し、他方の部材５３Ｂは他方の主部５３ｂと、両サイド部５３ｃ、５３ｄにおける他方の主部５３ａ側部分とを構成する。内筒５３の一端は、外筒５０の一端の端部壁に形成された外方突出部５０ｄの内面により支持され、外方突出部５０ｄに流出口３２ｃが内筒５３の一端開口に通じるように設けられている。内筒５３の一端面と外方突出部５０ｄの内面との間に環状シール部材５７が挟み込まれる。内筒５３の他端は、蓋部材５１に形成された外方突出部５１ａの内面により支持され、外方突出部５１ａに流入口３２ｂが内筒５３の他端開口に通じるように設けられている。内筒５３の他端面と外方突出部５１ａの内面との間に環状シール部材５８が挟み込まれる。
【００２８】
これにより、外筒５０と蓋部材５１と内筒５３により囲まれた空間を空気通路３１Ａとする第１ダクト３１が構成され、内筒５３により囲まれた空間を高温流体通路３２Ａとする第２ダクト３２が構成され、空気通路３１Ａに空気が外筒５０の径方向から導入され、高温流体通路３２Ａに水蒸気が外筒５０の軸方向から導入される。
【００２９】
内筒５３は、空気通路３１Ａと高温流体通路３２Ａとを仕切る隔壁として機能する。本実施形態では、内筒５３の各主部５３ａ、５３ｂそれぞれにより、開口４０ａが形成される隔壁４０が構成される。隔壁４０の開口４０ａが袋αを構成する二酸化炭素吸着要素１″により閉鎖されるように覆われる。すなわち、隔壁４０の開口４０ａは、連結された複数の袋αと同数のスリット状とされ、各スリット状開口４０ａの幅は小さく（例えば数ｍｍ）長さは袋αの幅と略同一とされ、袋αの並列間隔に対応する間隔で外筒５０の軸方向に沿って一列に並列される。隔壁４０の開口４０ａそれぞれに袋αそれぞれが挿入され、各袋αの開口３８の周囲部により隔壁４０の開口４０ａの周囲部が覆われ、しかる後に２部材５３Ａ、５３Ｂの連結により形成された内筒５３を外筒５０内に配置することで、各袋αは空気通路３１Ａ内に配置される。なお、２部材５３Ａ、５３Ｂの連結は各連結端に形成されたフランジにおいて融着等により行なえばよい。これにより、再生状態において袋αの内部に高温流体通路３２Ａを通過する水蒸気が導入される。なお、袋αの開口３８の周囲部と隔壁４０の開口４０ａの周囲部との間は、空気や水蒸気が洩れないようにシールするのが好ましく、例えば接着剤の層をシールとして設ける。
【００３０】
空気通路３１Ａに空気が外筒５０の径方向から導入され、隔壁４０におけるスリット状の開口４０ａの長手方向は外筒５０の径方向に沿うものとされ、アミン基１７が付着された二酸化炭素吸着要素１″の表層が各袋αの外面側となるように各袋αは空気通路３１Ａに配置されている。これにより、アミン基１７は空気通路３１Ａ内に位置し、二酸化炭素吸着要素１″におけるアミン基１７が付着された表層は空気通路３１Ａを通過する空気の流れ方向に沿う。
【００３１】
吸着状態においては、空気調和装置３はキャビン５から流出する空気を第１ダクト３１の空気通路３１Ａを通過した後に再びキャビン５に還流させるので、第１ダクト３１における空気の圧力は空気調和装置３により圧力調整されたキャビン５の圧力と同等とされている。再生状態においては、空気通路３１Ａは排気流路１１を介して機外に通じることから、航空機が高々度を飛行する場合は空気通路３１Ａにおける圧力はキャビン５の圧力よりも低下する。一方、第２ダクト３２の高温流体通路３２Ａにおける圧力は、再生状態においては水蒸気が導入されることから吸着状態におけるよりも高圧になる。すなわち、吸着状態と再生状態とに切り換える切換機構が、高温流体通路３２Ａにおける圧力と空気通路３１Ａにおける圧力との差を再生状態では吸着状態におけるよりも増大する機構を構成する。各袋αを空気通路３１Ａに配置するための組み立ては常圧下で行なわれることから、その圧力差の増大により再生状態では袋αが吸着状態におけるよりも膨張される。他の構成は第１実施形態と同様とされる。
【００３２】
第２実施形態の二酸化炭素吸着要素１″と二酸化炭素吸着装置２″によれば第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、吸着状態においては偏平な袋αの外面が空気通路３１Ａを通過する空気の流れ方向に沿うので空気通路３１Ａにおける圧力損失を大きくすることがなく、袋αの数を複数とすることで二酸化炭素の吸着量を増大させることができる。再生状態においては、袋αの内部に高温流体が導入されることでアミン基１７を迅速に再生でき、この際、袋αが膨張することで確実に高温流体を導入できる。その高温流体として水蒸気を用いることで、ヒートパイプ方式によりアミン基１７を加熱し、水蒸気の凝縮により生じる水を回収できる。これにより、消費されることのない熱媒体として水を繰り返し利用できる。特に、袋αが再生状態において膨張する場合、袋αに引き込まれた水蒸気が凝縮熱を発することでアミン基１７を一気に加熱でき、必要以上に温度を上昇させることなく短時間で再生を行うことができる。
【００３３】
図１３〜図１５は、第２実施形態の第１変形例に係る第１ダクト３１′と第２ダクト３２′を示す。以下、第２実施形態と同様部分は同一符号で示し、相違点を説明する。本変形例の第１ダクト３１′は、両端開口の円筒状の内筒５３′により構成され、第２ダクト３２′は、一端側に壁を有する円筒状の外筒５０′、外筒５０′の他端開口を覆う蓋部材５１′、および内筒５３′により構成され、内筒５３′は外筒５０′内に配置される。
【００３４】
蓋部材５１′は、外筒５０′の他端開口を覆うようにネジ等の固定手段（図示省略）によって外筒５０′に着脱可能に取り付けられ、外筒５０′の他端面と蓋部材５１′との間には環状シール部材５６′が挟み込まれる。外筒５０′の周壁に流入口３２ｂが設けられている。流入口３２ｂに対向する位置において外筒５０′の周壁に流出口３２ｃが設けられている。
【００３５】
内筒５３′は一端にフランジ５３ｆ′を有し、そのフランジ５３ｆ′を介して外筒５０′の一端の端部壁に形成された外方突出部５０ｄ′の内面により支持され、外方突出部５０ｄに空気排出口３１ｂが内筒５３′の一端開口に通じるように設けられている。内筒５３′の一端面と外方突出部５０ｄ′の内面との間に環状シール部材５７′が挟み込まれる。内筒５３′の他端は、蓋部材５１′に形成された外方突出部５１ａ′の内面により支持され、外方突出部５１ａ′に空気導入口３１ａが内筒５３′の他端開口に通じるように設けられている。内筒５３′の他端面と外方突出部５１ａ′の内面との間に環状シール部材５８′が挟み込まれる。
【００３６】
これにより、内筒５３′により囲まれた空間を空気通路３１Ａとする第１ダクト３１′が構成され、外筒５０′と蓋部材５１′と内筒５３′により囲まれた空間を高温流体通路３２Ａとする第２ダクト３２′が構成され、空気通路３１Ａに空気が外筒５０′の軸方向から導入され、高温流体通路３２Ａに水蒸気が外筒５０′の径方向から導入される。
【００３７】
内筒５３′は、空気通路３１Ａと高温流体通路３２Ａとを仕切る隔壁として機能する。本変形例では、内筒５３′の周壁により、開口４０ａ′が形成される隔壁４０′が構成される。隔壁４０′の開口４０ａ′が、第２実施形態と同様の袋αを構成する二酸化炭素吸着要素１″により閉鎖されるように覆われる。すなわち、隔壁４０′の開口４０ａ′は、内筒５３′の軸方向に沿うスリット状とされ、内筒５３′の周壁の一端から他端にわたり形成され、その数は連結された複数の袋αと同数とされ、各スリット状開口４０ａ′の幅は小さく（例えば数ｍｍ）、袋αの並列間隔に対応する間隔で周方向に沿って一列に並列され、外周から内周に向かうに従い内筒５３′の径方向に対して傾斜する。図１４に示すように、連結された複数の袋αは、各開口３８が内筒５３′の外周に沿い、開口３８の反対側の辺が内筒５３′の軸心に沿うように巻かれた状態で、隔壁４０′の開口４０ａ′それぞれに袋αそれぞれが挿入され、しかる後に内筒５３′は外筒５０′内に配置される。これにより、各袋αの開口３８の周囲部により隔壁４０′の開口４０ａ′の周囲部が覆われ、各袋αは空気通路３１Ａ内に配置される。なお、袋αの開口３８の周囲部と隔壁４０′の開口４０ａ′の周囲部との間は、空気や水蒸気が洩れないようにシールするのが好ましく、例えば接着剤の層をシールとして設ける。しかる後に内筒５３′が外筒５０′内に収納され、第１ダクト３１′と第２ダクト３２′が構成される。これにより、再生状態において袋αの内部に高温流体通路３２Ａを通過する水蒸気が導入される。
【００３８】
空気通路３１Ａに空気が外筒５０′の軸方向から導入され、隔壁４０′におけるスリット状の開口４０ａ′の長手方向は内筒５３′の軸方向に沿うものとされ、アミン基１７が付着された二酸化炭素吸着要素１″の表層が各袋αの外面側とされ、各袋αは空気通路３１Ａに配置されている。これにより、アミン基１７は空気通路３１Ａ内に位置し、二酸化炭素吸着要素１″におけるアミン基１７が付着された表層は空気通路３１Ａを通過する空気の流れ方向に沿う。本変形例の他の構成は第２実施形態と同様とされ、第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３９】
図１６は、第２実施形態の第２変形例に係る第１ダクト３１″と第２ダクト３２″を示す。以下、第２実施形態と同様部分は同一符号で示し、相違点を説明する。
本変形例の第１ダクト３１″は、両端に壁を有する外筒５０″と両端開口の円筒状の内筒５３″により構成され、第２ダクト３２″は内筒５３″により構成され、内筒５３″は外筒５０″内に配置され、両軸心は平行とされる。外筒５０″の一端の端部壁に複数の空気導入口３１ａが設けられ、他端の端部壁に複数の空気排出口３１ｂが設けられている。内筒５３″の両端は外筒５０″の両端の端部壁に形成された開口の内面によりシール部材（図示省略）を介して支持され、外筒５０″の一端の端部壁に流入口３２ｂが内筒５３″の一端開口に通じるように設けられ、外筒５０″の他端の端部壁に流出口３２ｃが内筒５３″の他端開口に通じるように設けられている。これにより、外筒５０″と内筒５３″により囲まれた空間を空気通路３１Ａとする第１ダクト３１″が構成され、内筒５３″により囲まれた空間を高温流体通路３２Ａとする第２ダクト３２″が構成され、空気通路３１Ａに空気が外筒５０″の軸方向から導入され、高温流体通路３２Ａに水蒸気が外筒５０″の軸方向から導入される。
【００４０】
内筒５３″の周壁により、開口４０ａ″が形成される隔壁４０″が構成される。隔壁４０″の開口４０ａ″が二酸化炭素吸着要素１″により閉鎖されるように覆われる。本変形例においては、二酸化炭素吸着要素１″は両端開口の円筒状に成形され、アミン基１７が付着された表層は外周側とされ、内筒５３″に嵌め合わされることで隔壁４０″の開口４０ａ″を覆う。隔壁４０″の開口４０ａ″の形状は特に限定されず、例えば内筒５３″の軸方向に沿うスリット状の複数の開口を周方向間隔をおいて形成してもよいし、複数の丸孔状の開口４０ａ″としてもよい。なお、筒状の二酸化炭素吸着要素１″の両端内周と内筒５３″の両端外周との間は、空気や水蒸気が洩れないようにシールするのが好ましく、例えば接着剤の層をシールとして設ける。空気通路３１Ａに空気が外筒５０″の軸方向から導入され、筒状とされた二酸化炭素吸着要素１″の軸方向は外筒５０″の軸方向に沿い、アミン基１７が付着された二酸化炭素吸着要素１″の表層は外周側とされることで空気通路３１Ａに配置されている。これにより、アミン基１７は空気通路３１Ａ内に位置し、二酸化炭素吸着要素１″におけるアミン基１７が付着された表層が空気通路３１Ａを通過する空気の流れ方向に沿う。本変形例の他の構成は第２実施形態と同様とされる。
【００４１】
本変形例によれば、吸着状態においては、キャビン５から流出する空気に含まれる二酸化炭素を吸着し、第３空気流路１０を介してキャビン５に二酸化炭素濃度が低減された空気を還流できる。また、再生状態においてはアミン基１７は吸着状態におけるよりも高温の空気により加熱され、吸着した二酸化炭素を放出できるのでアミン基１７は再生され、アミン基１７から放出された二酸化炭素を含む空気は排気流路１１を介して機外に排出される。二酸化炭素吸着要素１″の支持層１６ｂは熱伝導性に優れたアルミニウム製またはアルミニウム合金製であるので、たとえ局所的に加熱されても熱が拡散されることで劣化を生じるような温度上昇は生じず、均一な温度分布となるように加熱され、アミン基１７を再生に適した温度に均一かつ迅速に加熱できる。さらに、高温流体として水蒸気を用いることで、ヒートパイプ方式によりアミン基１７を加熱し、水蒸気の凝縮により生じる水を回収できる。これにより、消費されることのない熱媒体として水を繰り返し利用できる。なお、本変形例における空気導入口３１ａと流入口３２ｂとを入れ替え、空気排出口３１ｂと流出口３２ｃとを入れ替え、筒状とされた二酸化炭素吸着要素１″のアミン基１７が付着された表層を内周側とし、外筒５０″と内筒５３″により囲まれた空間を高温流体通路３２Ａとし、内筒５３″により囲まれた空間を空気通路３１Ａとしてもよい。また、外筒５０″内に複数の内筒５３″を収納してもよい。
【００４２】
本発明は上記各実施形態や各変形例に限定されない。例えば、第２実施形態の二酸化炭素吸着要素１″における担持層１６ａを、図５の変形例と同様に大径孔１６ａ″と小径孔１６ａ′とを有するものとしてもよい。第１実施形態における吸着容器１４や、第２実施形態やその変形例における各ダクト３１、３１′、３１″、３２、３２′、３２″を複数としてもよい。高温流体通路３２Ａを通過する高温流体として水蒸気以外の流体を用いてもよく、例えば空気通路を通過する空気よりも高温の空気を用いてもよい。ベースフィルムの成型方法も特に限定されない。例えば、空気通路と高温流体通路とを仕切る隔壁と、隔壁の開口の周縁から張り出す袋状部分とを一体成型し、しかる後に、その袋状部分を延伸することによって袋状のベースフィルムを構成してもよい。この場合、隔壁と袋状のベースフィルムを後で連結する必要がなく、製作が容易になる上、その気密性も容易に確保される。また、ベースフィルムと担体フィルムとの一体化手段は接着剤を介するものに限定されず、例えば担体フィルムにベースフィルムを融着させてもよい。あるいは、ベースフィルムを真空槽の中に入れてアルミを蒸着することによって、ベースフィルム上にアルミ層を形成し、そのアルミ層の表層を酸化することで担体フィルムとしてもよい。ベースフィルムの材質としてポリエチレンテレフタレート以外の高分子材を用いてもよい。さらに、本発明による二酸化炭素吸着要素と二酸化炭素吸着装置を航空機以外の空間における空気中の二酸化炭素を吸着するために用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素吸着要素を備える二酸化炭素吸着装置を航空機用空気調和装置に適用した場合の構成を示す図
【図２】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素吸着要素の部分拡大断面図
【図３】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素吸着要素の成形方法を示す図
【図４】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素吸着要素の成形途中の状態を示す部分拡大断面図
【図５】本発明の変形例に係る二酸化炭素吸着要素の部分拡大断面図
【図６】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素吸着要素を備える二酸化炭素吸着装置を航空機用空気調和装置に適用した場合の構成を示す図
【図７】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素吸着要素の部分拡大断面図
【図８】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素吸着要素による袋の形成途中の状態を示す斜視図
【図９】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素吸着要素により形成される袋の連結状態を示す図
【図１０】本発明の第２実施形態における第１ダクトと第２ダクトの具体的形態を示す分解斜視図
【図１１】本発明の第２実施形態における第１ダクトと第２ダクトの具体的形態を示す横断面図
【図１２】本発明の第２実施形態における第１ダクトと第２ダクトの具体的形態を示す軸方向に沿った部分断面図
【図１３】本発明の第２実施形態の第１変形例に係る二酸化炭素吸着装置の断面図
【図１４】本発明の第２実施形態の第１変形例に係る二酸化炭素吸着要素と内筒の分解斜視図
【図１５】本発明の第２実施形態の第１変形例に係る内筒と二酸化炭素吸着要素の部分拡大断面図
【図１６】本発明の第２実施形態の第２変形例に係る第１ダクトと第２ダクトを示す断面図
【図１７】従来例の二酸化炭素吸着要素の部分拡大断面図
【符号の説明】
【００４４】
１、１′、１″  二酸化炭素吸着要素
２、２′、２″  二酸化炭素吸着装置
８  導入側切換バルブ（切換機構）
９  排出側切換バルブ（切換機構）
１５  ベースフィルム
１６  担体フィルム
１６ａ  担持層
１６ｂ  支持層
１６ａ′  孔
１７  アミン基
３１、３１′、３１″  第１ダクト
３１Ａ  空気通路
３２、３２′、３２″  第２ダクト
３２Ａ  高温流体通路
３３  還流通路
３５  開閉バルブ（切換機構）
３７  加熱装置
４０、４０′、４０″  隔壁
４０ａ、４０ａ′、４０ａ″  開口
α  袋
【図１】
2008212844.tif 000003
【図２】
2008212844.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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