(57)【要約】本発明は、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位の空気中の二酸化炭素濃度を低減するための方法に関する。本発明の方法は、空間単位から空気流を除去するステップと、この空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が２を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システム内に案内するステップと、膜を透過した二酸化炭素を除去するステップと、この膜システムにおいて二酸化炭素が低減された空気流を空間単位に戻すステップと、を含む。本発明の方法は、場合により、酸素富化方法と組み合わせてもよい。さらに本発明は、本発明の方法を実施するための対応する装置に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位からの空気中の二酸化炭素を低減するための方法であって、以下のステップ、
前記空間単位から空気流を抜き出すステップと、
前記空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するステップと、
前記膜を透過した二酸化炭素を除去するステップと、
前記膜システムにおいて二酸化炭素が低減された空気流を前記空間単位内に戻すステップと、
を含む方法。
【請求項２】
閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位内の二酸化炭素を低減すると同時に空気を酸素富化するための方法であって、以下のステップ、
前記空間単位から第１空気流を抜き出すステップと、
前記第１空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するステップと、
前記膜を透過した二酸化炭素を除去するステップと、
前記膜システムにおいて二酸化炭素が低減された第１空気流を前記空間単位に戻すステップと、
酸素富化空気流および窒素富化空気流を生成する酸素富化システムによって第２空気流を酸素富化するステップと、
前記酸素富化空気流を前記空間単位に供給するステップと、
前記窒素富化空気流を別個に除去するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
前記透過した二酸化炭素が、減圧、真空を用いるか、または前記膜モジュールの透過物側のパージガス流で少なくとも１つの膜モジュールの透過物側をパージすることによって除去されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記透過した二酸化炭素が、好適な液体吸収剤に吸収されることによって排出されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素が低減された第１空気流が、前記空間単位に戻される前に、前記酸素富化システムからの前記酸素富化空気流と一緒に浄化されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２空気流の少なくとも一部が、前記空間単位、前記パージガス膜システム手前の前記第１空気流、または前記二酸化炭素が低減された第１空気流由来のものであることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記空間単位が、建物；部屋；自動車、飛行機、船、または路面電車の与圧されたキャビン；テント；蚊帳の中；空気呼吸システム；潜水服；呼吸保護具；または吸入回路から選択されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの前記膜モジュールが、炭素膜、セラミック膜、プラスチック膜、ならびにこれらの膜の組合せおよび／または複合体を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
使用される前記酸素富化システムが、圧力スイング吸着システム、中空糸膜モジュール、またはゼオライト膜、ゼオライト混合マトリックス系、炭素膜、もしくはポリマー膜をベースとした、膜に基づく空気分離装置であることを特徴とする、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記パージガスが、必要に応じて調節および／または環境に適合された空気であることを特徴とする、請求項４〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１空気流対前記第２空気流の体積比が５００：１〜２：１の範囲にあることを特徴とする、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位からの空気中の二酸化炭素を低減するための装置であって、
前記空間単位から空気流を抜き出すための設備と、
前記空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するための設備と、
少なくとも１つの膜モジュールの透過物側から二酸化炭素を除去するための設備と、
前記膜システムにおいて二酸化炭素が低減された前記空気流を前記空間単位内に戻すための設備と、
を含む装置。
【請求項１３】
閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている閉回路内の二酸化炭素を低減すると同時に空気を酸素富化するための装置であって、
前記空間単位から第１空気流を抜き出ための設備と、
前記第１空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するための設備と、
少なくとも１つの膜モジュールの透過物側から二酸化炭素を除去するための設備と、
二酸化炭素が低減された前記第１空気流を前記空間単位内に戻すための設備と、
導入された第２空気流から酸素富化空気流および窒素富化空気流を生成する酸素富化システムと、
前記酸素富化空気流を前記空間単位に供給するための設備と、さらに、
前記窒素富化空気流を排出するための設備と、
を含む装置。
【請求項１４】
二酸化炭素を除去するための前記設備が、前記膜システムの透過物側に減圧または真空を供するための設備を備えることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
二酸化炭素を除去するための前記設備が、前記膜システムにパージガスを供給および排出するための設備を備えることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記酸素富化システムが、圧力スイング吸着システム、中空糸膜モジュール、またはゼオライト膜、ゼオライト混合マトリックス系、炭素膜、もしくはポリマー膜をベースとした、膜に基づく空気分離装置であることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記圧力スイング吸着システムが装置ごとに、
前記第２空気流を圧縮するためのコンプレッサと、
ゼオライト分子ふるいを含む１〜１０の吸着室と、
を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記膜システムが、炭素膜、セラミック膜、プラスチック膜、ならびにこれらの膜の組合せおよび／または複合体から選択される少なくとも１つの膜を含むことを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置が、ＣＯ2センサー、Ｏ2センサー、または空気質センサーに加えて、それに結合した、前記膜システムおよび前記酸素富化システムから前記空間単位に戻される空気流の体積流量を調節するためのコンピュータ支援制御装置を備えることを特徴とする、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位内の空気中の二酸化炭素濃度を低下させ、必要に応じてそれと同時に酸素富化を行うための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素を呼吸するとその「廃ガス」として二酸化炭素が発生する。二酸化炭素は空気中に天然に存在する無臭の気体であり、その割合は０．０３ｖｏｌ％と非常に低い。周囲空気中の二酸化炭素含有量が高くなると人体に好ましくない生理的影響が及ぼされる。周囲空気中のＣＯ2濃度が０．５ｖｏｌ％程度の低さであれば、典型的な症状、例えば頭痛が起こる。職場のＣＯ2最大濃度が０．５ｖｏｌ％（５０００ｐｐｍ）に定められているのはそのためである。
【０００３】
したがって、空調の効いた閉め切った空間内では、例えば過剰のＣＯ2を空気中から連続的に除去することによって空気中の二酸化炭素含有量が調節できることが望ましい。
【０００４】
さらに有利には、室内環境を改善する追加手段（例えば空調と同時に室内空気を酸素富化することによる）をＣＯ2含有量の低減と組み合わせてもよい。
【０００５】
閉鎖された空気循環系および部屋またはキャビン(Kabine)内の空気質を改善するための従来の酸素富化方法は、そのほとんどが単なる酸素富化装置、例えば圧力スイング吸着システムや中空糸膜システムなどに基づいている。これに相当する装置が、例えば、米国特許第４，８６７，７６６号明細書、米国特許第５，８９０，３６６号明細書、米国特許第６，４２７，４８４号明細書、米国特許第５，１５８，５８４号明細書、および米国特許第４，８９６，５１４号明細書に記載されている。
【０００６】
上に同定された従来技術による装置のなかには、酸素富化された空気の調節を行うものもある。吸着体を用いて二酸化炭素を除去するシステムも提案されている（例えば独国特許第１９５  ４５  ７６４号明細書）。しかしこの技術は同時に空気の除湿も行ってしまうという欠点も有している。その結果として、別途室内空気の加湿を行うとともに、熱風もしくは真空引きによる吸着体の再生を多大な費用をかけて行うか、または使用後の吸着体カートリッジを廃棄するかのいずれかとなるが、そうなるとこれに対応するシステムがほとんどの用途において不経済なものとなってしまう。
【０００７】
室内空気中の二酸化炭素が高濃度になることによる上述した不利な生理学的影響を避けるために、室内空気の二酸化炭素含有量を低減することができ、必要に応じてそれと同時に環境に適合させる(klimatisieren)かまたはその空気を酸素富化することができる好適な方法および装置が必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空気循環系および部屋またはキャビン内の二酸化炭素含有量を調節するため、特に二酸化炭素含有量を低減するための、従来技術の欠点を解消する方法および専用の装置を提供することにある。
【０００９】
さらに本発明の目的は、閉鎖されているかまたは少なくとも部分的に閉鎖されている空間単位内の空気から二酸化炭素を低減し、それと同時にその空気を酸素富化することが可能な方法および専用の装置を提供にすることにある。
【００１０】
特に本発明の目的は、安価かつ可能であれば低騒音な方法でひとまとまりの空気中の二酸化炭素を低減し、必要に応じて基本的にはそれと同時に酸素富化を行うことができる、上述した種類の方法および装置を提供することにある。上述の目的は、独立方法クレームおよび装置クレームの特徴により達成される。
【００１１】
本発明による方法、または場合によっては本発明による装置の好ましい実施態様は従属クレームに定義されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位からの空気中の二酸化炭素を低減するための方法であって、以下のステップ、
−  上記空間単位から空気流を抜き出すステップと、
−  上記空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するステップと、
−  上記膜を透過した二酸化炭素を除去するステップと、
−  上記膜システムにおいて二酸化炭素が低減された空気流を上記空間単位内に戻すステップと、
を含む方法が提供される。
【００１３】
本発明の別の態様においては、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位中の二酸化炭素を低減すると同時に空気を酸素富化するための方法であって、以下のステップ、
−  上記空間単位から第１空気流を抜き出すステップと、
−  上記第１空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するステップと、
−  上記膜を透過した二酸化炭素を除去するステップと、
−  上記膜システムにおいて二酸化炭素が低減された第１空気流を上記空間単位内に戻すステップと、
−  酸素富化空気流および窒素富化空気流を生成する酸素富化システムによって第２空気流を酸素富化するステップと、
−  上記酸素富化空気流を上記空間単位に供給するステップと、
−  上記窒素富化空気流を別個に除去するステップと、
を含む方法が提供される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている空間単位からの空気中の二酸化炭素を低減するための装置(Vorrichtung)であって、
−  上記空間単位から空気流を抜き出すための設備(Einrichtung)と、
−  上記空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するための設備と、
−  少なくとも１つの膜モジュールの透過物側から二酸化炭素を除去するための設備と、
−  二酸化炭素が低減された空気流を上記空間単位内に戻すための設備と、
を含む装置が提供される。
【００１５】
本発明のさらなる態様によれば、閉鎖されているかまたは部分的に閉鎖されている循環閉回路内の二酸化炭素を低減すると同時に空気を酸素富化するための装置であって、
−  上記空間単位から第１空気流を抜き出すための設備と、
−  上記第１空気流を、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える少なくとも１つの膜モジュールを含む膜システムに供給するための設備と、
−  少なくとも１つの膜モジュールの透過物側から二酸化炭素を除去するための設備と、
−  上記膜システムにおいて二酸化炭素が低減された第１空気流を上記空間単位に戻すための設備と、
−  送入された第２空気流から酸素富化空気流および窒素富化空気流を生成する酸素富化システムと、
−  上記酸素富化空気流を上記空間単位に供給するための設備と、さらに、
−  上記窒素富化空気流を排出するための設備と、
を含む装置が提供される。
【００１６】
本発明の範囲内における「酸素富化」または「窒素富化」という用語は、それぞれの場合において、天然の空気よりも酸素または窒素の体積百分率が相対的に高い空気組成を意味する。
【００１７】
「二酸化炭素が富化」または「二酸化炭素が低減」された空気組成においては、上記膜システムで処理する前の出発空気組成に比べて二酸化炭素の体積百分率が相対的に増加または減少していることを理解されたい。
【００１８】
本発明による膜モジュールとは、実質的に連続的な物質の横断が未透過物側すなわち上流側と透過物側すなわち下流側との間の膜を介した透過によってのみ基本的に可能となるように、未透過物側すなわち上流領域と透過物側すなわち下流領域とが技術的に互いに分離されたアセンブリの形態にある膜表面の好適な幾何学的配置であると理解されたい。本発明に従い使用可能な膜モジュールは、１０００ｍ2／ｍ3超、好ましくは１５００ｍ2／ｍ3超、特に２０００ｍ2／ｍ3超という、可能な限り高い充填密度を基本とし、有利には非常に小さな寸法で構成してもよい。
【００１９】
本発明における「膜システム」とは、空気または他の混合ガスを膜または膜モジュールの上流側に供給または排出するための好適な装置とともに、透過したガスを膜または膜モジュールの下流側から除去するための好適な装置が取り付けられた、少なくとも１つ、好ましくは複数の膜モジュールの配置を意味する。
【００２０】
本発明により、膜システムを使用することによって、室内空気中の二酸化炭素含有量の調節または十分な低減化を、定期的な交換や再生が必要な吸着カートリッジに頼ることなく、簡単、連続的、かつ経済的な方法で達成できることが示された。
【００２１】
さらに本発明により、健康面および経済面で有意義な酸素富化は、一方では酸素富化と二酸化炭素特異的な低減化とが機能的に互いに関連し合うことと、他方では、これまで従来技術においては全く考慮されてこなかったさらなる臭気物質の必要に応じた低減化とに特に依存することがわかった。
【００２２】
本発明により、室内空気のＣＯ2含有量が効果的かつ経済的に調節されるだけでなく、好ましい実施態様においては酸素富化と二酸化炭素の低減とを基本的に同時に行い、好ましくはそれと同時に他の臭気物質の低減と、さらに場合によっては空気の湿度および温度制御とを行うことが可能となる。
【００２３】
本発明の有利なさらなる効果としては、利用される膜モジュール内で細菌やウイルスが濾去されるため、割り当て分の空気からこれらを取り除くことができるという点もある。
【００２４】
驚くべきことに、本発明の第１の態様により、選択性を有する膜システムを使用することによって、室内空気のＣＯ2含有量の制御または低減化が有利に促進できることと、循環流れの中でＣＯ2を選択的に透過させることによって空間単位の空気からＣＯ2を連続的に取り出し、その後再び送り戻すことが可能となることとがわかった。相対的な比率が低い室内空気中のＣＯ2の気体分離には、選択性に加えて非常に高い効率が必要となるため、このことは特に驚くべきことである。
【００２５】
本明細書において、本発明は、特定の膜に対するＣＯ2分子の透過性が酸素よりも相対的に高いことを利用することに基づいている。これは主として速度論的効果によるものであるが、これは、相対的な体積百分率が非常に小さい気体を高い選択性で非常に経済的に分離することも促す。
【００２６】
本発明により、まず第１に、空気中のＣＯ2濃度を効果的に低減することのできる、吸着体を用いない種類の装置または方法が提供される。
【００２７】
さらに、二酸化炭素を低減するための本発明による方法または装置は、空気質を向上させる他の方法と簡単かつ効果的に組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の方法および装置を詳細に説明する。ＣＯ2低減化および酸素富化の組合せに関して説明されたＣＯ2低減化に関する特徴がＣＯ2低減化方法および装置単独の場合にも当てはまることは明らかであるが、このことはそれぞれの場合において明確に述べられているはずである。
【００２９】
本発明の好ましい態様においては、好適な酸素富化システムを用いた効率的な酸素富化（または窒素低減化）方法を、本発明による二酸化炭素を選択的に低減するための適切な方法と組み合わせると特に有利である。
【００３０】
驚くべきことに、二酸化炭素選択性が高く、閉回路から大部分の二酸化炭素を取り出すことができる膜を含む連続運転される膜システムに、例えば空気循環回路から窒素を得ることができるかまたはその空気を酸素富化することができる従来の圧力スイング吸着システムまたは膜プロセスを組み合わせると、非常に有効であると同時に、連続運転される装置の運転費用が抑えられることが示された。
【００３１】
本発明による、空気中からＣＯ2を低減し、それと同時に必要に応じて酸素富化するための方法によれば、（第１）空気流が好適な装置、例えば適切な排気装置または換気用送風機によって空間単位から取り出される。
【００３２】
本発明における空間単位とは、周囲環境から基本的に閉鎖されているか少なくとも部分的に仕切られている所望のひとまとまりの空気、例えば部屋；建物；自動車、飛行機、船、または路面電車の(与圧された(Druck))キャビン；テント；蚊帳の中；空気呼吸システム；潜水服；呼吸保護具；吸入回路などの中の空気を意味し得る。さらに酸素富化空気は比重量がより高いことから、上部が開口している例えば浴槽などの主な環境も、本発明の意味上考えられ得る。
【００３３】
空間単位から取り出されたこの第１空気流は、次いで、例えば好適な寸法および構成の管、ホース、または空気流路を介して膜システムに供給され、少なくとも１つの膜（通常は、好ましくはＣＯ2／Ｏ2選択性の高い膜の好適なアセンブリから構成される膜モジュール一式）に供給される。好ましくは、この膜モジュール、または場合によってはその中に収容されている膜の選択性は１を超え、例えば、１．１または１．５、特に好ましくは２を超える。
【００３４】
本明細書におけるＣＯ2／Ｏ2選択性とは、ＣＯ2対Ｏ2の膜透過速度の相対的な比として理解され、したがって、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超えることは、二酸化炭素が酸素よりも速く膜を透過することを表す。ＣＯ2／Ｏ2選択性が２を超えることは、二酸化炭素が膜を透過する速度が酸素の透過速度の２倍を超えることを意味する。本発明に従い用いられる膜システムは、ＣＯ2／Ｏ2選択性が３を超えることが特に好ましく、特に５を超えることが好ましい。
【００３５】
当業者らは、膜の選択性がより高ければ、通常はそれに伴い処理量がより低くなるが、その一方で、処理量の高い連続孔の多い系は分離選択性がより低くなることを認識している。本明細書において使用する膜の選択においては、その用途の実際の目的に応じて適切に妥協すべきである。
【００３６】
本発明によれば、ＣＯ2選択性膜モジュールを備えた好適な膜システムは、炭素膜、セラミック膜、プラスチック膜、ならびにこれらの膜の組合せおよび／または複合体から構成される膜を含む。本発明に使用可能な膜システムに適切な選択膜または膜モジュールは、例えば、独国特許第１０  ０１３  ４５７号明細書、国際公開第０１／６８５３３号パンフレット、独国特許第１０  ０５１  ９１０号明細書、国際公開第０２／３２５５８号パンフレット、ならびに独国特許第１９  ８４９  ２１６号明細書、および国際公開第００／２４５００号パンフレットに記載されている。これらに記載されている膜、膜システム、および膜モジュール（必要に応じてその物理化学的性質を適切に改質したもの）は、原理上は、本発明に使用する膜として、また、膜システムの膜モジュールに好適である。
【００３７】
本発明の方法または装置においては、国際公開第０２／３２５５８号パンフレットに記載されているような熱分解により調製された炭素系材料、および当該明細書に記載されている方法により調製された材料（当該明細書に述べられているセラミック材料を含む）由来の膜または膜モジュールが好ましい。
【００３８】
本発明の方法および装置の膜および膜モジュールに好ましい他の材料が独国特許出願第１０２  ３３  １８２号明細書に記載されている。
【００３９】
使用する膜のＣＯ2選択性をさらに高めるために、上述した膜材料を、例えば、好適な酸化または還元剤を用いた酸化または還元による表面処理、金属塩、特に遷移金属塩の含浸、金属、特に遷移金属または貴金属の混合、または膜表面を膜活性プラスチック層で被覆することによりさらに表面改質を施すことによって、本発明の特に好ましい実施態様の形態にしてもよい。
【００４０】
本発明に従い用いられる膜は、例えば以下の活性層、ポリスルホン、ポリオクチルメチルシロキサン、ポリエーテルイミド、シリコーン、エチルセルロース、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート、およびこれらの組合せを有してもよい。
【００４１】
したがって当業者は、膜を透過させることによって第１空気流から十分な量の二酸化炭素が除去されるような十分な膜表面が利用可能となるように、処理すべき空気流の総量に応じた寸法で膜システムを作製するであろう。
【００４２】
この目的のために、例えば膜システム中に複数の膜モジュールを組み合わせることも可能である。このことに関し、組み合わせた膜モジュールのＣＯ2／Ｏ2選択性は同一であっても異なっていてもよく、例えば、透過物を予備的にＣＯ2富化しておくための、ＣＯ2／Ｏ2選択性のより低い１つまたは複数の膜モジュールに、ＣＯ2／Ｏ2選択性が１を超える１つまたは複数のモジュール（必要であれば膜面積も異なっていてもよい）を組み合わせる。
【００４３】
この膜システム中においては、二酸化炭素は主として透過速度がより高いことに基づき膜の中を移動（透過）する。膜に留められて透過しなかった、今や二酸化炭素が低減された第１空気流の残りは、例えば膜システムの未透過物側の排気口を通じて適切な装置、例えば、送風機またはポンプを介して再び排出され、第１空気流を取り出した循環閉回路内の空間単位中に戻される。
【００４４】
二酸化炭素は膜／膜モジュールの透過物側の膜を通じて除去される。
【００４５】
本発明の実施態様においては、この除去は、好適な装置、例えばポンプを用いて膜システムの透過物側を減圧もしくは真空で吸引するかまたは減圧もしくは真空を適用することによって実施してもよい。
【００４６】
さらに、透過した二酸化炭素を、好適な液体吸収剤（例えば有機アミンやアルコールアミンなど）中に吸収させることによっても除去してもよい。ジエタノールアミンが好ましい。本明細書において特に二酸化炭素に対する選択性を有する吸収性有機液体をＣＯ2除去に使用することの利点は、膜に連続孔を設けることができ、それによって処理量と、それに伴い本発明による方法の有効性とがさらに高くなることにある。
【００４７】
本発明の別の実施態様によれば、透過した二酸化炭素はパージガス流によって除去される。この目的のためには、パージガスを好適な装置、例えばポンプおよび／または送風機によって供給および排出する。パージガスとしては、通常は空気、例えば当該閉回路外からの新鮮な空気を使用する。しかし、他の任意の好適な気体または混合気体、例えば、酸素富化システムからの窒素富化空気を用いてもよい。
【００４８】
本発明により使用可能な酸素富化システムは、空気から酸素富化を行うための技術分野において知られている任意のシステムであってもよい。本発明に従い使用可能な酸素富化システムは、例えば圧力スイング吸着システムおよび中空糸膜モジュールであり、その構造および使用する膜の材質に従い、加圧および減圧、例えば真空引きによって動作させてもよい。本発明において使用可能な適切な圧力スイング吸着装置および方法は、例えば、米国特許第４，６８５，９３９号明細書に記載されているものなどのゼオライト吸着手段に基づく装置である。本発明における酸素富化システムとして使用することのできる他の好適な圧力スイング吸着装置は、例えば米国特許第５，８９０，３６６号明細書、米国特許第４，８９６，５１４号明細書、および米国特許第４，８６７，７６６号明細書に記載されている。
【００４９】
本発明において圧力スイング吸着システムを使用する限りにおいては、圧力スイング吸着システムは、好ましくは、第２空気流を例えば圧力０．１２ＭＰａ〜１．０ＭＰａ、好ましくは０．１５ＭＰａ〜０．２５ＭＰａに圧縮するコンプレッサと、ゼオライト分子ふるいを含む吸着室を１ユニット当たり１〜１０個、好ましくは２個とを備えるものである。大規模な装置の場合はこうしたユニットを複数用いてもよい。
【００５０】
さらに本発明によれば、減圧下で運転される圧力スイング吸着システムも同様に使用可能であり、その場合は、通常、コンプレッサに替えて真空ポンプが用いられる。
【００５１】
本発明により酸素富化システムとして使用可能な中空糸膜に基づくシステムは、例えば、独国特許第１９  ６４５  ７６４号明細書および米国特許第５，１５８，５８４号明細書に記載されている。例えば米国特許第６，４２７，４８４号明細書に記載されているものなどのプラスチック膜分離システムも同様に、本発明の方法および装置に使用可能である。
【００５２】
さらに、本発明に従い用いられる酸素富化システムには、ゼオライト膜、ゼオライト混合マトリックス系、炭素またはポリマー膜を利用した、膜に基づく空気分離装置を使用してもよい。
【００５３】
好ましくは、第２空気流を好適な方法で酸素富化システムに供給する。ここから酸素富化システムによって酸素富化空気流および窒素富化空気流が生成される。
【００５４】
この窒素富化空気流は、場合により、好適に別個に抜き取られるかまたは廃棄される。
【００５５】
この酸素富化空気流は、さらに空間単位に供給されるか、または二酸化炭素が低減された第１空気流と一緒に空間単位に供給される。好ましくは、二酸化炭素が低減された第１空気流を空間単位に戻す前に酸素富化システムからの酸素富化空気流と合一する。
【００５６】
本発明の特に好ましい実施態様においては、本発明による装置は、Ｏ2センサー、ＣＯ2センサーまたは空気質センサーに加えて、それに結合した、膜システムおよび酸素富化システムから空間単位に戻される空気流の流量を調節するためのコンピュータ支援制御装置を備えている。この種の装置のうちの１種を用いることにより、例えば、空間単位内の空気について所定の平均酸素含有量および／または二酸化炭素含有量を達成し、それを維持することが可能となる。
【００５７】
第２空気流は、新鮮な空気、周囲（例えば空間または建物の中）の空気、または外気から得たものであってもよい。
【００５８】
本発明による方法または本発明による装置の好ましい実施態様によれば、第２空気流は少なくとも、空間単位、膜システム手前の第１空気流、または二酸化炭素が低減された第１空気流から一部取り出されたものも含む。空間単位から、または第１空気流からの第２空気流の分配は、ガス体積流を分割する分野の当業者に知られている任意の装置によって実施することができる。
【００５９】
本発明によれば、経済的な理由から、第１空気流の体積が第２空気流よりも大きいことがさらに好ましい。好ましくは、第１空気流対第２空気流の体積比は５００：１〜２：１の範囲である。
【００６０】
好ましい実施態様においては、第１空気流および第２空気流またはそこから得られた酸素富化空気流を、望ましくない臭気物質やゴミなどを取り除くために、活性炭フィルタを通過させてもよい。このことは特に、膜の性能を一定に維持し、細孔が初期段階で閉塞されることを防ぐために、空気を予備浄化する役割を果たす。
【００６１】
さらに好ましい実施態様においては、それぞれの空気流は必要に応じて調節、加湿、または環境適合される。
【００６２】
不純物、堆積物、水分の回収、または膜の細孔の閉塞によって分離効率が除々に低下していくことに関しては、本発明による膜システムによれば、膜を時々浄化または再生してもよい。導電性膜モジュール、例えば炭素を基材とする膜の場合、例えば電気誘導抵抗加熱を実施してもよく、不純物を蒸発させるか酸化分解するように膜を加熱する。しかしながら、膜を熱的に浄化するために他の熱源、例えば熱風送風機、放熱器、赤外線放射、ヒートパイプ放熱、熱線管、蛍光灯、電熱線、誘導加熱なども使用できる。
【００６３】
圧縮空気を用いるかまたは膜システムに溶剤を通過させることによる浄化が使用できる実施態様もある。
【００６４】
さらに、膜の浄化、および必要に応じて滅菌を、好適な酸化手段、例えばオゾンやガンマ線によって行ってもよい。
【００６５】
図１により、本発明による併用法の好ましい実施態様を添付の流れ図を用いてさらに説明する。
【００６６】
図１に、基本的に閉鎖された空間単位ＡＢを示す。ここから二酸化炭素比率の高い第１空気流１ａが抜き出されてパージガス膜システムＭ１に供給される。パージガス膜システムにおいては、透過速度のより高い二酸化炭素が優先的に膜モジュール（図示せず）を透過し、二酸化炭素富化された空気は膜モジュールの未透過物側に残留する。ここに留められたＣＯ2が低減された空気流１ｂは空間単位ＡＢに再び戻される。
【００６７】
膜モジュールの膜を透過したＣＯ2（または透過物側に出てくるＣＯ2比率が著しく増加した空気）はパージガス膜システムＭ１から、パージガス流１ｃにより、二酸化炭素が添加されたパージガス流１ｄとして除去される。
【００６８】
これと並行して、第２空気流２ａが酸素富化システムＭ２に供給され、ここで窒素富化空気流２ｃ（これは除去される）とともに酸素富化空気流２ｂが生成される。これは空気の酸素含有量を相対的に上昇させるべく空間単位ＡＢに供給される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による併用法の好ましい実施態様を示す流れ図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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