(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個以上の複数除湿塔と、
二酸化炭素を吸着及び脱着する脱炭剤を備える複数脱炭塔と、
前記複数除湿塔の各々について、第１流れの状態の時間が第２流れの状態の時間より短くなるように、前記第１流れの状態及び前記第２流れの状態を発生する流れ発生装置と
を具備し、
前記第１流れの状態において、浄化対象空間を出た空気が前記除湿塔を通過した後に前記複数脱炭塔のいずれかを通過して前記浄化対象空間に戻り、
前記第２流れの状態において、前記浄化対象空間を出た空気が前記除湿塔を通過した後に前記複数脱炭塔のいずれも通過せずに前記浄化対象空間に戻り、
前記第１流れの状態において、前記除湿塔が備える除湿剤は湿分を吸着し、
前記第２流れの状態において、前記除湿剤は湿分を脱着する
空気清浄装置。
【請求項２】
前記複数脱炭塔は、第１脱炭塔と、前記第１脱炭塔にヒートパイプを介して接続された第２脱炭塔とを含む
請求項１の空気清浄装置。
【請求項３】
前記ヒートパイプに封入された熱媒体を循環させる人工筋肉ポンプを更に具備する
請求項２の空気清浄装置。
【請求項４】
前記流れ発生装置は、前記第１流れの状態又は前記第２流れの状態において空気が流れる流路を含み、
前記流路は、集積配管構造体に形成され、
前記集積配管構造体は、前記流路に対応する溝が形成された第１プレートと、前記溝を覆うように前記第１プレートに接合された第２プレートとを備える
請求項１乃至３のいずれかに記載の空気清浄装置。
【請求項５】
前記複数除湿塔又は前記複数脱炭塔は、前記集積配管構造体に形成され、
前記除湿剤又は前記脱炭剤は、前記第１プレート及び前記第２プレートに挟まれた空間に収容される
請求項４の空気清浄装置。
【請求項６】
前記空間は直方体形状に形成される
請求項５の空気清浄装置。
【請求項７】
前記複数脱炭塔は、第１排気弁を介して宇宙真空に接続される第１脱炭塔と、第２排気弁を介して前記宇宙真空に接続される第２脱炭塔とを含み、
前記第１脱炭塔及び前記第２脱炭塔は、均圧弁を介して接続される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項８】
前記第１流れの状態において、前記浄化対象空間を出た空気が前記除湿塔を通過した後に前記第１脱炭塔及び前記第２脱炭塔のいずれかを通過して前記浄化対象空間に戻り、
前記第２流れの状態において、前記浄化対象空間を出た空気が前記除湿塔を通過した後に前記第１脱炭塔及び前記第２脱炭塔のいずれも通過せずに前記浄化対象空間に戻り、
前記流れ発生装置は、前記第１排気弁、前記第２排気弁及び前記均圧弁が閉じられ且つ前記複数除湿塔のいずれについても前記第１流れの状態が発生しないときに前記第１脱炭塔及び前記第２脱炭塔の一方から他方へ空気を移動するキーピングポンプを備える
請求項７の空気清浄装置。
【請求項９】
前記複数脱炭塔の各々は、排気弁を介して宇宙真空に接続され、
前記流れ発生装置は、前記複数脱炭塔及び前記複数除湿塔の各々が弁を介して接続される除湿済み空気供給ラインと、前記複数脱炭塔及び前記複数除湿塔の各々が弁を介して接続される二酸化炭素除去済み空気戻りラインと、キーピングポンプとを備え、
前記浄化対象空間を出た空気が前記複数除湿塔のうち前記第１流れの状態に対応する第１除湿塔を通過し、前記第１除湿塔を通過した空気が前記除湿済み空気供給ラインを通過し、前記除湿済み空気供給ラインを通過した空気が前記複数脱炭塔のうち第１脱炭塔を通過し、前記第１脱炭塔を通過した空気が前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインを通過し、前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインを通過した空気が前記複数除湿塔のうち前記第２流れの状態に対応する第２除湿塔を通過し、前記第２除湿塔を通過した空気が前記浄化対象空間に戻り、
前記複数脱炭塔のうちの第２脱炭塔を前記除湿済み空気供給ラインに接続する弁、前記第２脱炭塔を前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインに接続する弁、及び前記第２脱炭塔を前記宇宙真空に接続する排気弁が閉状態のとき、前記キーピングポンプは前記第２脱炭塔から前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインに空気を移動する
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１０】
前記流れ発生装置は、
除湿済み空気ポート及び二酸化炭素除去済み空気ポートを備える第１弁板と、
処理空気ポート及び湿分回収済み空気ポートを備える第２弁板と、
前記処理対象空間から前記処理空気ポートへ空気が流れる処理空気供給ラインと、
前記除湿済み空気ポートから前記複数脱炭塔へ空気が流れる除湿済み空気供給ラインと、
前記複数脱炭塔から前記二酸化炭素除去済み空気ポートへ空気が流れる二酸化炭素除去済み空気戻りラインと、
前記湿分回収済み空気ポートから前記処理対象空間へ空気が流れる湿分回収済み空気戻りラインと
を備え、
前記複数除湿塔は、円周上に配列されて除湿塔集合体を形成し、
前記複数除湿塔のうち１以上のＭ個の除湿塔を介して前記処理空気ポートと前記除湿済み空気ポートとが接続され、
前記複数除湿塔のうちＭ個より多い他のＮ個の除湿塔を介して前記二酸化炭素除去済み空気ポートと前記湿分回収済み空気ポートとが接続され、
前記第１弁板と前記第２弁板とが形成する弁板対に対して前記除湿塔集合体が相対的に回転することで、前記Ｍ個の除湿塔を構成する除湿塔が入れ替わり、前記Ｎ個の除湿塔を構成する除湿塔が入れ替わる
請求項１乃至８のいずれかに記載の空気清浄装置。
【請求項１１】
３個以上の複数除湿塔の各々について、浄化対象空間を出た空気が前記除湿塔を通過した後に複数脱炭塔のいずれかを通過して前記浄化対象空間に戻る第１流れの状態を発生するステップと、
前記除湿塔について、前記浄化対象空間を出た空気が前記除湿塔を通過した後に前記複数脱炭塔のいずれも通過せずに前記浄化対象空間に戻る第２流れの状態を、前記第１流れの状態より長時間となるように、発生するステップと
を具備し、
前記複数脱炭塔の各々は、二酸化炭素を吸着及び脱着する脱炭剤を備え、
前記第１流れの状態を発生するステップにおいて、前記除湿塔が備える除湿剤は湿分を吸着し、
前記第２流れの状態を発生するステップにおいて、前記除湿剤は湿分を脱着する
空気清浄方法。
【請求項１２】
脱炭部が備える第１脱炭塔及び第２脱炭塔の一方が二酸化炭素を吸着し他方が二酸化炭素を脱着するステップと、
前記一方と前記他方の役割を交換するステップと、
除湿部が備える３個以上の複数除湿塔のうち１個以上のＭ個の除湿塔を介して処理空気供給ラインと除湿済み空気供給ラインとを接続し、且つ、前記複数除湿塔のうちＭ個より多い他のＮ個の除湿塔を介して二酸化炭素除去済み空気戻りラインと湿分回収済み空気戻りラインとを接続するステップと、
前記Ｍ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替え、且つ、前記Ｎ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替えるステップと
を具備し、
前記複数除湿塔の各々は、湿分を吸着及び脱着する除湿剤を備え、
前記一方が二酸化炭素を吸着し前記他方が二酸化炭素を脱着するステップにおいて、
処理対象空間からの空気が前記処理空気供給ラインを通って前記除湿部に流れ、
前記除湿部で除湿された空気が前記除湿済み空気供給ラインを通って前記一方に流れ、
前記一方で二酸化炭素が除去された空気が前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインを通って前記除湿部に流れ、
前記除湿部において湿分が戻された空気が前記湿分回収済み空気戻りラインを通って前記処理対象空間に戻り、
前記他方で脱着した二酸化炭素が外部空間へ排気される
空気清浄方法。
【請求項１３】
前記外部空間は宇宙真空であり、
前記一方と前記他方の圧力を均圧するステップを更に具備する
請求項１２の空気清浄方法。
【請求項１４】
ポンプを用いて前記一方から前記他方に空気を移動するステップを更に具備する
請求項１３の空気清浄方法。
【請求項１５】
前記第１脱炭塔及び前記第２脱炭塔の各々は、開閉弁を介して前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインに接続され、
ポンプを用いて前記一方から前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインに空気を移動するステップを更に具備する
請求項１２の空気清浄方法。
【請求項１６】
前記複数除湿塔は、円周上に配列されて除湿塔集合体を形成し、
弁板対は、除湿済み空気ポート及び二酸化炭素除去済み空気ポートを備える第１弁板と、処理空気ポート及び湿分回収済み空気ポートを備える第２弁板とを備え、
前記除湿済み空気ポートは、前記除湿済み空気供給ラインに接続され、
前記二酸化炭素除去済み空気ポートは、前記二酸化炭素除去済み空気戻りラインに接続され、
前記処理空気ポートは、前記処理空気供給ラインに接続され、
前記湿分回収済み空気ポートは、前記湿分回収済み空気戻りラインに接続され、
前記Ｍ個の除湿塔を介して前記処理空気ポートと前記除湿済み空気ポートとが接続され、
前記Ｎ個の除湿塔を介して前記二酸化炭素除去済み空気ポートと前記湿分回収済み空気ポートとが接続され、
前記入れ替えるステップにおいて、前記除湿塔集合体を前記弁板対に対して相対的に回転する
請求項１２乃至１５のいずれかに記載の空気清浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄装置に関し、特に、空気中から二酸化炭素を除去する空気清浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙ステーションで使用される二酸化炭素除去装置が知られている。
【０００３】
図１は、ジェームズ・Ｃ・ノックス（Ｊａｍｅｓ  Ｃ．  Ｋｎｏｘ）によって「国際宇宙ステーション二酸化炭素除去装置試験（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｐａｃｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｉｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）」（アメリカ航空宇宙局技術報告、２０００年）に開示された二酸化炭素除去装置を示す。二酸化炭素除去装置は、除湿剤床２０１及び２０２と、二酸化炭素吸収剤床２１１及び２１２を備える。
【０００４】
二酸化炭素吸収剤床２１１及び２１２の二酸化炭素吸着性能を維持するため、除湿剤床２０１及び２０２により予め空気から湿分を除去する必要がある。また、空気から除去された湿分は、有人閉鎖空間に戻す必要がある。
【０００５】
空気清浄装置は、下記動作を繰り返すことにより、二酸化炭素を連続的に除去する。
【０００６】
はじめに、空気は、除湿剤床２０１、二酸化炭素吸収剤床２１２、及び除湿剤床２０２を順に通過して戻される。除湿剤床２０１は、空気中の湿分を吸着する。二酸化炭素吸収剤床２１２は、除湿剤床２０１からの空気中の二酸化炭素を吸着する。除湿剤床２０２は、吸着している湿分を二酸化炭素吸収剤床２１２からの空気に脱着する。このとき、二酸化炭素吸収剤床２１１は吸着している二酸化炭素を脱着し、この二酸化炭素は宇宙真空へ排気される。
【０００７】
次に、空気は、除湿剤床２０２、二酸化炭素吸収剤床２１１、及び除湿剤床２０１を順に通過して戻される。除湿剤床２０２は、空気中の湿分を吸着する。二酸化炭素吸収剤床２１１は、除湿剤床２０２からの空気中の二酸化炭素を吸着する。除湿剤床２０１は、吸着している湿分を二酸化炭素吸収剤床２１１からの空気に脱着する。二酸化炭素吸収剤床２１２は吸着している二酸化炭素を脱着し、この二酸化炭素は宇宙真空へ排気される。
【０００８】
【非特許文献１】ジェームズ・Ｃ・ノックス、「国際宇宙ステーション二酸化炭素除去装置試験」、アメリカ航空宇宙局技術報告、２０００年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、空気清浄装置をコンパクト化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明による空気清浄装置は、３個以上の複数除湿塔（２０Ａ〜２０Ｆ）と、二酸化炭素を吸着及び脱着する脱炭剤を備える複数脱炭塔（３０Ｘ、３０Ｙ）と、複数除湿塔の各々について、第１流れの状態の時間が第２流れの状態の時間より短くなるように、第１流れの状態及び第２流れの状態を発生する流れ発生装置（４０）とを具備する。第１流れの状態において、浄化対象空間（１００）を出た空気が除湿塔を通過した後に複数脱炭塔のいずれかを通過して浄化対象空間に戻る。第２流れの状態において、浄化対象空間を出た空気が除湿塔を通過した後に複数脱炭塔のいずれも通過せずに浄化対象空間に戻る。第１流れの状態において、除湿塔が備える除湿剤は湿分を吸着する。第２流れの状態において、吸湿剤は湿分を脱着する。
【００１２】
複数脱炭塔は、第１脱炭塔（３０Ｘ）と、第１脱炭塔にヒートパイプ（３４）を介して接続された第２脱炭塔（３０Ｙ）とを含むことが好ましい。
【００１３】
空気清浄装置は、ヒートパイプに封入された熱媒体を循環させる人工筋肉ポンプを更に具備することが好ましい。
【００１４】
流れ発生装置は、第１流れの状態又は第２流れの状態において空気が流れる流路（４１〜４４、４６Ｘ、４６Ｙ、４７Ｘ、４７Ｙ）を含む。流路は、集積配管構造体（７０）に形成されることが好ましい。集積配管構造体は、流路に対応する溝（７５、７６）が形成された第１プレート（７１）と、溝を覆うように第１プレートに接合された第２プレート（７２）とを備える。
【００１５】
複数除湿塔又は複数脱炭塔は、集積配管構造体に形成されることが好ましい。除湿剤又は脱炭剤は、第１プレート及び第２プレートに挟まれた空間に収容される。
【００１６】
空間は直方体形状に形成されることが好ましい。
【００１７】
複数脱炭塔は、第１排気弁（６３Ｘ）を介して宇宙真空に接続される第１脱炭塔（３０Ｘ）と、第２排気弁（６３Ｙ）を介して宇宙真空に接続される第２脱炭塔（３０Ｙ）とを含むことが好ましい。第１脱炭塔及び第２脱炭塔は、均圧弁（５３、５４）を介して接続されることが好ましい。
【００１８】
流れ発生装置は、第１脱炭塔及び第２脱炭塔の一方から他方へ空気を移動するキーピングポンプ（５６）を備えることが好ましい。
【００１９】
複数脱炭塔の各々は、排気弁（６３Ｘ、６３Ｙ）を介して宇宙真空に接続されることが好ましい。流れ発生装置は、複数脱炭塔及び複数除湿塔が接続される二酸化炭素除去済み空気戻りライン（４３）と、複数脱炭塔の各々から二酸化炭素除去済み空気戻りラインに空気を移動するキーピングポンプ（５６）とを備えることが好ましい。
【００２０】
流れ発生装置は、除湿済み空気ポート（２５ａ）及び二酸化炭素除去済み空気ポート（２５ｂ）を備える第１弁板(２５)と、処理空気ポート（２６ａ）及び湿分回収済み空気ポート（２６ｂ）を備える第２弁板（２６）と、処理対象空間から処理空気ポートへ空気が流れる処理空気供給ライン（４１）と、除湿済み空気ポートから複数脱炭塔へ空気が流れる除湿済み空気供給ライン（４２）と、複数脱炭塔から二酸化炭素除去済み空気ポートへ空気が流れる二酸化炭素除去済み空気戻りライン（４３）と、湿分回収済み空気ポートから処理対象空間へ空気が流れる湿分回収済み空気戻りライン（４４）を備えることが好ましい。複数除湿塔は、円周上に配列されて除湿塔集合体（２４）を形成することが好ましい。複数除湿塔のうち１以上のＭ個の除湿塔（２０Ａ）を介して処理空気ポートと除湿済み空気ポートとが接続される。複数除湿塔のうちＭ個より多い他のＮ個の除湿塔（２０Ｃ〜２０Ｅ）を介して二酸化炭素除去済み空気ポートと湿分回収済み空気ポートとが接続される。第１弁板と第２弁板とが形成する弁板対に対して除湿塔集合体が相対的に回転することで、Ｍ個の除湿塔を構成する除湿塔が入れ替わり、Ｎ個の除湿塔を構成する除湿塔が入れ替わる。
【００２１】
本発明による空気清浄方法は、３個以上の複数除湿塔（２０Ａ〜２０Ｆ）の各々について、浄化対象空間（１００）を出た空気が除湿塔を通過した後に複数脱炭塔（３０Ｘ、３０Ｙ）のいずれかを通過して浄化対象空間に戻る第１流れの状態を発生するステップと、除湿塔について、浄化対象空間を出た空気が除湿塔を通過した後に複数脱炭塔のいずれも通過せずに浄化対象空間に戻る第２流れの状態を、第１流れの状態より長時間となるように、発生するステップとを具備する。複数脱炭塔の各々は、二酸化炭素を吸着及び脱着する脱炭剤を備える。第１流れの状態を発生するステップにおいて、除湿塔が備える除湿剤は湿分を吸着する。第２流れの状態を発生するステップにおいて、吸湿剤は湿分を脱着する。
【００２２】
本発明による空気清浄方法は、脱炭部（３０）が備える第１脱炭塔（３０Ｘ）及び第２脱炭塔（３０Ｙ）の一方が二酸化炭素を吸着し他方が二酸化炭素を脱着するステップと、一方と他方の脱炭塔の役割を交換するステップと、除湿部（２０）が備える３個以上の複数除湿塔（２０Ａ〜２０Ｆ）のうち１個以上のＭ個の除湿塔を介して処理空気供給ライン（４１）と除湿済み空気供給ライン（４２）とを接続し、且つ、複数除湿塔のうちＭ個より多い他のＮ個の除湿塔を介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン（４３）と湿分回収済み空気戻りライン（４４）とを接続するステップと、Ｍ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替え、且つ、Ｎ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替えるステップを具備する。複数除湿塔の各々は、湿分を吸着及び脱着する除湿剤を備える。一方の脱炭塔が二酸化炭素を吸着し他方の脱炭塔が二酸化炭素を脱着するステップにおいて、処理対象空間（１００）からの空気が処理空気供給ラインを通って除湿部に流れ、除湿部で除湿された空気が除湿済み空気供給ラインを通って一方の脱炭塔に流れ、一方の脱炭塔で二酸化炭素が除去された空気が二酸化炭素除去済み空気戻りラインを通って除湿部に流れ、除湿部において湿分が戻された空気が湿分回収済み空気戻りラインを通って処理対象空間に戻り、他方の脱炭塔で脱着した二酸化炭素が外部空間へ排気される。
【００２３】
外部空間が宇宙真空である場合、空気清浄方法は、一方の脱炭塔と他方の脱炭塔の圧力を均圧するステップを更に具備することが好ましい。
【００２４】
空気清浄方法は、ポンプ（５６）を用いて一方の脱炭塔から他方の脱炭塔に空気を移動するステップを更に具備することが好ましい。
【００２５】
第１脱炭塔及び第２脱炭塔の各々は、開閉弁（６２Ｘ、６２Ｙ）を介して二酸化炭素除去済み空気戻りラインに接続されることが好ましい。空気清浄方法は、ポンプ（５６）を用いて一方の脱炭塔から二酸化炭素除去済み空気戻りラインに空気を移動するステップを更に具備することが好ましい。
【００２６】
複数除湿塔は、円周上に配列されて除湿塔集合体（２４）を形成することが好ましい。弁板対は、除湿済み空気ポート（２５ａ）及び二酸化炭素除去済み空気ポート（２５ｂ）を備える第１弁板（２５）と、処理空気ポート（２６ａ）及び湿分回収済み空気ポート（２６ｂ）を備える第２弁板（２６）とを備える。除湿済み空気ポートは、除湿済み空気供給ラインに接続される。二酸化炭素除去済み空気ポートは、二酸化炭素除去済み空気戻りラインに接続される。処理空気ポートは、処理空気供給ラインに接続される。湿分回収済み空気ポートは、湿分回収済み空気戻りラインに接続される。Ｍ個の除湿塔を介して処理空気ポートと除湿済み空気ポートとが接続される。Ｎ個の除湿塔を介して二酸化炭素除去済み空気ポートと湿分回収済み空気ポートとが接続される。入れ替えるステップにおいて、除湿塔集合体を弁板対に対して相対的に回転することが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、空気清浄装置がコンパクト化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
添付図面を参照して、本発明による空気清浄装置及び空気清浄方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００２９】
図２に示す浄化対象空間１００は、宇宙船、宇宙ステーション、宇宙基地、又は宇宙服内の空間のような閉鎖空間である。浄化対象空間１００内にいる人の呼吸により二酸化炭素が発生する。浄化対象空間１００内の二酸化炭素濃度が所定の濃度を超えないようにするため、空気清浄装置を用いて浄化対象空間１００内の空気から二酸化炭素を除去する。
【００３０】
二酸化炭素の除去のために二酸化炭素を吸着及び脱着する脱炭剤が用いられる。脱炭剤の二酸化炭素吸着性能の低下を防ぐため、脱炭剤に供給される空気から湿分を除去する必要がある。湿分の除去のために湿分を吸着及び脱着する除湿剤が用いられる。脱炭剤又は除湿剤の吸着及び脱着のサイクルを高速化することで、脱炭剤又は除湿剤の総量を減らすことができる。脱炭剤又は除湿剤の総量が減れば、空気清浄装置がコンパクト化される。
【００３１】
（第１の実施形態）
図２に示すように、第１の実施形態に係る空気清浄装置は、有害ガス除去器１０と、除湿部２０と、脱炭部３０と、流れ発生装置４０を備える。有害ガス除去器１０は、メタン、アンモニア等のガスを除去する。除湿部２０は、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆを備える。除湿塔２０Ａ〜２０Ｆの各々は、通気口２１及び２２と、湿分を吸着及び脱着する除湿剤を備える。脱炭部３０は、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙを備える。脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙの各々は、通気口３１及び３２と、二酸化炭素を吸着及び脱着する脱炭剤を備える。流れ発生装置４０は、ポンプ５０と、ポンプ５０及び有害ガス除去器１０を介して除湿部２０を浄化対象空間１００に接続する処理空気供給ライン４１と、除湿部２０と脱炭部３０とを接続する除湿済み空気供給ライン４２と、除湿部２０と脱炭部３０とを接続する二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３と、除湿部２０と浄化対象空間１００とを接続する湿分回収済み空気戻りライン４４と、脱炭部３０を外部空間としての宇宙真空に接続する排気ライン４５を備える。
【００３２】
各通気口２１、２２、３１、３２に多孔板を配置することが好ましい。これにより、除湿剤や脱炭剤が分散することが防がれ、流入ガス流れが均等化される。
【００３３】
除湿塔２０Ａの通気口２１は、弁８２Ａを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、弁８３Ａを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。除湿塔２０Ｂの通気口２１は、弁８２Ｂを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、弁８３Ｂを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。除湿塔２０Ｃの通気口２１は、弁８２Ｃを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、弁８３Ｃを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。除湿塔２０Ｄの通気口２１は、弁８２Ｄを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、弁８３Ｄを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。除湿塔２０Ｅの通気口２１は、弁８２Ｅを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、弁８３Ｅを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。除湿塔２０Ｆの通気口２１は、弁８２Ｆを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、弁８３ＦＡを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。
【００３４】
除湿塔２０Ａの通気口２２は、弁８１Ａを介して処理空気供給ライン４１に接続され、弁８４Ａを介して湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。除湿塔２０Ｂの通気口２２は、弁８１Ｂを介して処理空気供給ライン４１に接続され、弁８４Ｂを介して湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。除湿塔２０Ｃの通気口２２は、弁８１Ｃを介して処理空気供給ライン４１に接続され、弁８４Ｃを介して湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。除湿塔２０Ｄの通気口２２は、弁８１Ｄを介して処理空気供給ライン４１に接続され、弁８４Ｄを介して湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。除湿塔２０Ｅの通気口２２は、弁８１Ｅを介して処理空気供給ライン４１に接続され、弁８４Ｅを介して湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。除湿塔２０Ｆの通気口２２は、弁８１Ｆを介して処理空気供給ライン４１に接続され、弁８４Ｆを介して湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。
【００３５】
脱炭塔３０Ｘの通気口３１は、出口６２Ｘが設けられた接続ライン４７Ｘを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。脱炭塔３０Ｙの通気口３１は、出口６２Ｙが設けられた接続ライン４７Ｙを介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される。脱炭塔３０Ｘの通気口３２は、入口弁６１Ｘが設けられた接続ライン４６Ｘを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、排気弁６３Ｘが設けられた接続ライン４８Ｘを介して排気ライン４５に接続される。脱炭塔３０Ｙの通気口３２は、入口弁６１Ｙが設けられた接続ライン４６Ｙを介して除湿済み空気供給ライン４２に接続され、排気弁６３Ｙが設けられた接続ライン４８Ｙを介して排気ライン４５に接続される。
【００３６】
脱炭塔３０Ｘ及び脱炭塔３０Ｙは、ヒートパイプ３４を介して接続される。流れ発生装置４０は、キーピングライン５５を備える。キーピングライン５５は、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙを接続する第１ライン５５ａと、第１ライン５５ａに設けられたキーピングポンプ５６と、キーピングポンプ５６と二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを接続する第２ライン５５ｂとを備える。第１ライン５５ａにおいて、脱炭塔３０Ｘとキーピングポンプ５６の間にキーピング弁５７が設けられ、脱炭塔３０Ｙとキーピングポンプ５６の間にキーピング弁５８が設けられる。
【００３７】
以下、本実施形態に係る空気清浄装置の動作を説明する。本実施形態に係る空気清浄装置において、脱炭塔３０Ｘで浄化対象空間１００からの空気中に含まれる二酸化炭素を吸着し、脱炭塔３０Ｙに吸着している二酸化炭素を宇宙真空に排気する。次に、脱炭塔３０Ｙで浄化対象空間１００からの空気中に含まれる二酸化炭素を吸着し、脱炭塔３０Ｘに吸着している二酸化炭素を宇宙真空に排気する。上述の動作が繰り返されて、浄化対象空間１００内の空気から二酸化炭素が除去される。
【００３８】
ここで、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙにおける二酸化炭素の吸着性能を維持するため、浄化対象空間１００からの空気は、除湿部２０において湿分が除去された後、脱炭部３０に供給される。脱炭部３０に供給された空気は、そこで二酸化炭素が除去された後、除湿部２０を介して浄化対象空間１００に戻される。浄化対象空間１００に戻される空気は、除湿部２０において湿分を回収する。
【００３９】
吸着に比べると脱着の方が時間がかかることは、吸着及び脱着のサイクルの高速化を進める上で障害となる。つまり、単純に高速化を進めるだけでは、脱着が十分になされないまま次の吸着が行われるという問題が発生する。特に、湿分の脱着をうまく行うことは重要である。
【００４０】
以下、この問題を解決するための空気清浄装置の動作を説明する。
【００４１】
はじめに、キーピングライン５５が用いられない場合を説明する。この場合、キーピング弁５７及び５８は閉状態のままであり、開状態とならない。
【００４２】
ポンプ５０は、浄化対象空間１００からの空気を、有害ガス除去器１０を介して処理空気供給ライン４１に供給する。
【００４３】
はじめ、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが開状態、排気弁６３Ｘが閉状態、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが閉状態、排気弁６３Ｙが開状態、弁８１Ａ及び８２Ａが開状態、弁８１Ｂ〜８１Ｆ及び８２Ｂ〜８２Ｆが閉状態、弁８３Ａ及び８４Ａが閉状態、且つ、弁８３Ｂ〜８３Ｆ及び８４Ｂ〜８４Ｆが開状態である。このとき、浄化対象空間１００を出た空気は、処理空気供給ライン４１と、除湿塔２０Ａと、除湿済み空気供給ライン４２と、脱炭塔３０Ｘと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを順に通過し、分岐して除湿塔２０Ｂ〜２０Ｆをそれぞれ通過し、合流して湿分回収済み空気戻りライン４４を通過して浄化対象空間１００に戻る。除湿塔２０Ａは、空気中の湿分を吸着する。脱炭塔３０Ｘは、空気中の二酸化炭素を吸着する。除湿塔２０Ｂ〜２０Ｆは、吸着していた湿分を空気へ脱着する。そして、脱炭塔３０Ｙから脱着した二酸化炭素は、排気ライン４５を通って宇宙真空へ排気される。
【００４４】
次に、弁８１Ａ及び弁８２Ａが開状態から閉状態、弁８３Ａ及び弁８４Ａが閉状態から開状態、弁８１Ｂ及び弁８２Ｂが閉状態から開状態、弁８３Ｂ及び弁８４Ｂが開状態から閉状態に変更される。その結果、浄化対象空間１００を出た空気は、処理空気供給ライン４１と、除湿塔２０Ｂと、除湿済み空気供給ライン４２と、脱炭塔３０Ｘと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを順に通過し、分岐して除湿塔２０Ａ、２０Ｃ〜２０Ｆをそれぞれ通過し、合流して湿分回収済み空気戻りライン４４を通過して浄化対象空間１００に戻る。したがって、除湿塔２０Ａが吸着していた湿分を空気へ脱着するように、除湿塔２０Ｂが空気中の湿分を吸着するように、除湿塔２０Ａ及び２０Ｂの役割が変更される。
【００４５】
次に、弁８１Ｂ及び弁８２Ｂが開状態から閉状態、弁８３Ｂ及び弁８４Ｂが閉状態から開状態、弁８１Ｃ及び弁８２Ｃが閉状態から開状態、弁８３Ｃ及び弁８４Ｃが開状態から閉状態に変更される。その結果、浄化対象空間１００を出た空気は、処理空気供給ライン４１と、除湿塔２０Ｃと、除湿済み空気供給ライン４２と、脱炭塔３０Ｘと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを順に通過し、分岐して除湿塔２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｄ〜２０Ｆをそれぞれ通過し、合流して湿分回収済み空気戻りライン４４を通過して浄化対象空間１００に戻る。したがって、除湿塔２０Ｂが吸着していた湿分を空気へ脱着するように、除湿塔２０Ｃが空気中の湿分を吸着するように、除湿塔２０Ｂ及び２０Ｃの役割が変更される。
【００４６】
次に、弁８１Ｃ及び弁８２Ｃが開状態から閉状態、弁８３Ｃ及び弁８４Ｃが閉状態から開状態、弁８１Ｄ及び弁８２Ｄが閉状態から開状態、弁８３Ｄ及び弁８４Ｄが開状態から閉状態、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが開状態から閉状態、排気弁６３Ｘが閉状態から開状態、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが閉状態から開状態、排気弁６３Ｙが開状態から閉状態に変更される。その結果、浄化対象空間１００を出た空気は、処理空気供給ライン４１と、除湿塔２０Ｄと、除湿済み空気供給ライン４２と、脱炭塔３０Ｙと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを順に通過し、分岐して除湿塔２０Ａ〜２０Ｃ、２０Ｅ、２０Ｆをそれぞれ通過し、合流して湿分回収済み空気戻りライン４４を通過して浄化対象空間１００に戻る。したがって、除湿塔２０Ｃが吸着していた湿分を空気へ脱着するように、除湿塔２０Ｄが空気中の湿分を吸着するように、除湿塔２０Ｃ及び２０Ｄの役割が変更され、脱炭塔３０Ｘが吸着していた二酸化炭素を空気へ脱着するように、脱炭塔３０Ｙが空気中の二酸化炭素を吸着するように、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙの役割が交換される。脱炭塔３０Ｘから脱着した二酸化炭素は、排気ライン４５を通って宇宙真空へ排気される。
【００４７】
次に、弁８１Ｄ及び弁８２Ｄが開状態から閉状態、弁８３Ｄ及び弁８４Ｄが閉状態から開状態、弁８１Ｅ及び弁８２Ｅが閉状態から開状態、弁８３Ｅ及び弁８４Ｅが開状態から閉状態に変更される。その結果、浄化対象空間１００を出た空気は、処理空気供給ライン４１と、除湿塔２０Ｅと、除湿済み空気供給ライン４２と、脱炭塔３０Ｙと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを順に通過し、分岐して除湿塔２０Ａ〜２０Ｄ、２０Ｆをそれぞれ通過し、合流して湿分回収済み空気戻りライン４４を通過して浄化対象空間１００に戻る。したがって、除湿塔２０Ｄが吸着していた湿分を空気へ脱着するように、除湿塔２０Ｅが空気中の湿分を吸着するように、除湿塔２０Ｄ及び２０Ｅの役割が変更される。
【００４８】
次に、弁８１Ｅ及び弁８２Ｅが開状態から閉状態、弁８３Ｅ及び弁８４Ｅが閉状態から開状態、弁８１Ｆ及び弁８２Ｆが閉状態から開状態、弁８３Ｆ及び弁８４Ｆが開状態から閉状態に変更される。その結果、浄化対象空間１００を出た空気は、処理空気供給ライン４１と、除湿塔２０Ｆと、除湿済み空気供給ライン４２と、脱炭塔３０Ｙと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３とを順に通過し、分岐して除湿塔２０Ａ〜２０Ｅをそれぞれ通過し、合流して湿分回収済み空気戻りライン４４を通過して浄化対象空間１００に戻る。したがって、除湿塔２０Ｅが吸着していた湿分を空気へ脱着するように、除湿塔２０Ｆが空気中の湿分を吸着するように、除湿塔２０Ｅ及び２０Ｆの役割が変更される。
【００４９】
次に、弁８１Ｆ及び弁８２Ｆが開状態から閉状態、弁８３Ｆ及び弁８４Ｆが閉状態から開状態、弁８１Ａ及び弁８２Ａが閉状態から開状態、弁８３Ａ及び弁８４Ａが開状態から閉状態、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが開状態から閉状態、排気弁６３Ｙが閉状態から開状態、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが閉状態から開状態、排気弁６３Ｘが開状態から閉状態に変更され、上述の初期状態に戻る。
【００５０】
その結果、流れ発生装置４０は、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆの各々について、浄化対象空間１００を出た空気が除湿塔を通過した後に脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙのいずれかを通過して浄化対象空間１００に戻る第１流れの状態と、浄化対象空間１００を出た空気が除湿塔を通過した後に脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙのいずれも通過せずに浄化対象空間１００に戻る第２流れの状態とを発生する。除湿塔が備える除湿剤は、第１流れの状態において湿分を吸着し、第２流れの状態において湿分を脱着する。流れ発生装置４０は、第１流れの状態の時間が第２流れの状態の時間より短くなるように、第１流れの状態及び第２流れの状態を発生する。
【００５１】
上述の説明は、次のように一般化され得る。Ｌ個の除湿塔の各々について、第１弁を介して通気口２２が処理空気供給ライン４１に接続され、第２弁を介して通気口２１が除湿済み空気供給ライン４２に接続され、第３弁を介して通気口２１が二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続され、第４弁を介して通気口２２が湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される。Ｌ個の除湿塔のうちのＭ個の除湿塔を介して処理空気供給ライン４１と除湿済み空気供給ライン４２とを接続し、Ｌ個の除湿塔のうち他のＮ個の除湿塔を介して二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３と湿分回収済み空気戻りライン４４とを接続する。ここで、Ｌは３以上の整数、Ｍは１以上の整数、ＮはＭより大きい整数であり、ＭとＮの和はＬ以下である。Ｍは１でも２以上でもよく、ＭとＮの和はＬに等しくともＬより小さくともよい。第１弁〜第４弁の開閉の切り替えにより、Ｌ個の除湿塔の各々について第１流れの状態の時間が第２流れの状態の時間より短くなるように、Ｍ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替え、Ｎ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替える。
【００５２】
上述のように、脱着のための時間を吸着のための時間より長くすることで、吸着及び脱着のサイクルが高速化される。吸着及び脱着のサイクルが高速化されると、除湿剤の総量が少なくて済み、空気清浄装置がコンパクト化される。
【００５３】
上述の動作においては、脱炭塔３０Ｘ又は３０Ｙを宇宙真空に接続したとき、脱炭塔３０Ｘ又は３０Ｙ内の酸素及び窒素も二酸化炭素と一緒に宇宙真空に流失してしまう。吸着及び脱着のサイクルを高速化すると、宇宙真空に流失する酸素及び窒素の量が増加するという問題が発生する。以下、この問題を解決するための技術を説明する。
【００５４】
以下、図３を参照して、上述の動作にキーピングライン５５を用いたキーピングが追加される場合を説明する。
【００５５】
時刻Ｔ０において、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが開状態、キーピングポンプ５６がオフ状態、キーピング弁５７及びキーピング弁５８が閉状態、排気弁６３Ｘが閉状態、排気弁６３Ｙが開状態、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが閉状態、脱炭塔３０Ｘが二酸化炭素を吸着中、脱炭塔３０Ｙが二酸化炭素を脱着中である。
【００５６】
時刻Ｔ１において、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが開状態から閉状態、キーピングポンプ５６がオフ状態からオン状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｘにおける二酸化炭素の吸着が終了する。
【００５７】
脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素が吸着中の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間、上述のように、除湿塔２０Ａ、２０Ｂ、及び２０Ｃが順番に湿分を吸着する役割を担い、湿分を吸着する役割を担わない除湿塔において湿分が脱着される。
【００５８】
時刻Ｔ２において、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが閉状態から開状態、排気弁６３Ｙが開状態から閉状態、キーピング弁５７が閉状態から開状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｙにおいて、二酸化炭素の脱着が終了し、二酸化炭素の吸着が開始される。そして、脱炭塔３０Ｘについてキーピングが開始される。キーピングにおいて、キーピングポンプ５６は脱炭塔３０Ｘから二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３へ空気を移動する。脱炭塔３０Ｘと二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３との圧力差が小さい場合であっても、キーピングポンプ５６により空気が効率的に移動される。
【００５９】
時刻Ｔ３において、キーピングポンプ５６がオン状態からオフ状態、キーピング弁５７が開状態から閉状態、排気弁６３Ｘが閉状態から開状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｘについてのキーピングが終了し、脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素の脱着が開始される。キーピングにより脱炭塔３０Ｘ内の空気が回収された後に脱炭塔３０Ｘが宇宙真空に接続されるため、酸素及び窒素が宇宙真空に流失することが防がれる。
【００６０】
時刻Ｔ４において、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが開状態から閉状態、キーピングポンプ５６がオフ状態からオン状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｙにおける二酸化炭素の吸着が終了する。
【００６１】
脱炭塔３０Ｙにおいて二酸化炭素が吸着中の時刻Ｔ２から時刻Ｔ４までの間、上述のように、除湿塔２０Ｄ、２０Ｅ、及び２０Ｆが順番に湿分を吸着する役割を担い、湿分を吸着する役割を担わない除湿塔において湿分が脱着される。
【００６２】
時刻Ｔ５において、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが閉状態から開状態、排気弁６３Ｘが開状態から閉状態、キーピング弁５８が閉状態から開状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｘにおいて、二酸化炭素の脱着が終了し、二酸化炭素の吸着が開始される。そして、脱炭塔３０Ｙについてキーピングを開始する。キーピングにおいて、キーピングポンプ５６は脱炭塔３０Ｙから二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３へ空気を移動する。
【００６３】
時刻Ｔ６において、キーピングポンプ５６がオン状態からオフ状態、キーピング弁５８が開状態から閉状態、排気弁６３Ｙが閉状態から開状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｙについてのキーピングが終了し、脱炭塔３０Ｙにおいて二酸化炭素の脱着が開始される。キーピングにより脱炭塔３０Ｙ内の空気が回収された後に脱炭塔３０Ｙが宇宙真空に接続されるため、酸素及び窒素が宇宙真空に流失することが防がれる。
【００６４】
時刻Ｔ７において、入口弁６１Ｘ及び出口弁６２Ｘが開状態から閉状態、キーピングポンプ５６がオフ状態からオン状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｘにおける二酸化炭素の吸着が終了する。
【００６５】
脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素が吸着中の時刻Ｔ５から時刻Ｔ７までの間、上述のように、除湿塔２０Ａ、２０Ｂ、及び２０Ｃが順番に湿分を吸着する役割を担い、湿分を吸着する役割を担わない除湿塔において湿分が脱着される。
【００６６】
時刻Ｔ８において、入口弁６１Ｙ及び出口弁６２Ｙが閉状態から開状態、排気弁６３Ｙが開状態から閉状態、キーピング弁５７が閉状態から開状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｙにおいて、二酸化炭素の脱着が終了し、二酸化炭素の吸着が開始される。そして、脱炭塔３０Ｘについてキーピングが開始される。キーピングにおいて、キーピングポンプ５６は脱炭塔３０Ｘから二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３へ空気を移動する。
【００６７】
時刻Ｔ９において、キーピングポンプ５６がオン状態からオフ状態、キーピング弁５７が開状態から閉状態、排気弁６３Ｘが閉状態から開状態にそれぞれ変化する。したがって、脱炭塔３０Ｘについてのキーピングが終了し、脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素の脱着が開始される。キーピングにより脱炭塔３０Ｘ内の空気が回収された後に脱炭塔３０Ｘが宇宙真空に接続されるため、酸素及び窒素が宇宙真空に流失することが防がれる。
【００６８】
ヒートパイプ３４は、脱炭塔３０Ｘ及び脱炭塔３０Ｙのうち二酸化炭素を吸着中の一方から二酸化炭素を脱着中の他方へ熱を伝える。すなわち、一方で発生した吸着熱が他方において脱着熱として用いられる。これにより脱着が促進され、脱着が十分になされないまま次の吸着が行われるという上述の問題が解決される。その結果、空気清浄装置のコンパクト化が可能となる。図示されない人工筋肉ポンプがヒートパイプ３４に封入された熱媒体を循環すれば、一方から他方への伝熱がさらに促進される。なお、省エネルギーの点では劣るが、ヒートパイプ３４のかわりに脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙの各々にヒータを設けてもよい。
【００６９】
集積化対象部６５、６６、及び６７の各々は、図４に示す集積配管構造体７０として一体化されることが好ましい。集積化対象部６５は、接続ライン４６Ｘ及び４８Ｘと、入口弁６１Ｘと、排気弁６３Ｘを備える。集積化対象部６６は、接続ライン４６Ｙ及び４８Ｙと、入口弁６１Ｙと、排気弁６３Ｙを備える。集積化対象部６７は、接続ライン４８Ｘ及び４８Ｙと、出口弁６２Ｘ及び６２Ｙを備える。集積化対象部６７が集積配管構造体７０として一体化される場合を例として説明する。集積配管構造体７０は、溝７５及び７６が形成されたプレート７１と、溝７５及び７６を覆うようにプレート７１に接合されたプレート７２とを備える。プレート７１及び７２は、溝７５及び７６に沿って延びるようにプレート７１及び７２にまたがって形成された接合部７３により接合されている。接合部７３は、溝７５及び７６に沿って移動する工具７４でプレート７１及び７２を加熱及び撹拌してプレート７１及び７２を部分的に溶融させることにより形成される。プレート７２に覆われた溝７５及び７６は、接続ライン４７Ｘ及び４７Ｙに対応する流路を形成する。出口弁６２Ｘ及び出口弁６２Ｙは、集積配管構造体７０の内部に形成されてもよく、集積配管構造体７０の外側に取り付けられてもよい。
【００７０】
集積配管構造体７０により、本実施形態に係る空気清浄装置が備える流路、例えば第１流れの状態又は第２流れの状態において空気又は二酸化炭素が流れる流路、が二次元的に集積され、空気清浄装置がコンパクト化される。
【００７１】
本実施形態に係る空気清浄装置の大部分又は全体を集積配管構造体７０として形成してもよい。この場合、有害ガス除去器１０、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆ、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙ、処理空気供給ライン４１、除湿済み空気供給ライン４２、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３、湿分回収済み空気戻りライン４４、排気ライン４５、第１ライン５５ａ及び第２ライン５５ｂは、それぞれ、プレート７１及び７２に挟まれる空間として形成される。ポンプ５０、キーピングポンプ５６、及び上述のバルブは、集積配管構造体７０の内部に形成されてもよく、集積配管構造体７０の外側に取り付けられてもよい。この場合、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆに対応する空間に除湿剤が収容され、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙに対応する空間に脱炭剤が収容される。除湿塔２０Ａ〜２０Ｆに対応する空間及び脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙに対応する空間を直方体形状に形成することにより、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆ並びに脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙの容積を確保しながら空気清浄装置をコンパクト化することができる。
【００７２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る空気清浄装置は、図５に示すように、第１の実施形態に係る空気清浄装置に均圧弁５３が設けられた均圧ライン５１と均圧弁５４が設けられた均圧ライン５２とが追加され、第２ライン５５ｂ及びキーピング弁５８が除かれたものである。均圧ライン５１は、脱炭塔３０Ｘの通気口３１と脱炭塔３０Ｙの通気口３１とを接続する。均圧ライン５２は、脱炭塔３０Ｘの通気口３２と脱炭塔３０Ｙの通気口３２とを接続する。本実施形態に係る空気清浄装置は、酸素及び窒素が宇宙真空に流失するという問題を解決するための他の技術を提供する。
【００７３】
以下、本実施形態に係る空気清浄装置の動作を説明する。
【００７４】
脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素を吸着し、脱炭塔３０Ｙにおいて二酸化炭素を脱着する。このとき、入口弁６１Ｘ、出口弁６２Ｘ、及び排気弁６３Ｙを開き、入口弁６１Ｙ、出口弁６２Ｙ、排気弁６３Ｘ、均圧弁５３、均圧弁５４、及びキーピング弁５７を閉じる。脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素を吸着する間、上述のように、除湿塔２０Ａ、２０Ｂ、及び２０Ｃが順番に湿分を吸着する役割を担い、湿分を吸着する役割を担わない除湿塔において湿分が脱着される。
【００７５】
次に、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙにおいて、均圧が行われる。このとき、入口弁６１Ｘ及び６１Ｙ、出口弁６２Ｘ及び６２Ｙ、排気弁６３Ｘ及び６３Ｙ、キーピング弁５７を閉じ、均圧弁５３及び５４を開く。その結果、圧力の高い脱炭塔３０Ｘから圧力の低い脱炭塔３０Ｙへ均圧ライン５１及び均圧ライン５２を介して空気が移動する。
【００７６】
次に、脱炭塔３０Ｘから脱炭塔３０Ｙへ空気が回収される。このとき、入口弁６１Ｘ及び６１Ｙ、出口弁６２Ｘ及び６２Ｙ、排気弁６３Ｘ及び６３Ｙ、均圧弁５３及び５４を閉じ、キーピング弁５７を開き、キーピングポンプ５６が脱炭塔３０Ｘから脱炭塔３０Ｙへ空気を移動する。脱炭塔３０Ｘと脱炭塔３０Ｙの圧力差が小さい場合であっても、キーピングポンプ５６により空気が効率的に移動される。
【００７７】
次に、脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素を脱着し、脱炭塔３０Ｙにおいて二酸化炭素を吸着する。このとき、入口弁６１Ｘ、出口弁６２Ｘ、排気弁６３Ｙ、均圧弁５３、均圧弁５４、及びキーピング弁５７を閉じ、入口弁６１Ｙ、出口弁６２Ｙ、及び排気弁６３Ｘを開く。脱炭塔３０Ｙにおいて二酸化炭素を吸着する間、上述のように、除湿塔２０Ｄ、２０Ｅ、及び２０Ｆが順番に湿分を吸着する役割を担い、湿分を吸着する役割を担わない除湿塔において湿分が脱着される。
【００７８】
次に、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙにおいて、均圧が行われる。このとき、入口弁６１Ｘ及び６１Ｙ、出口弁６２Ｘ及び６２Ｙ、排気弁６３Ｘ及び６３Ｙ、キーピング弁５７を閉じ、均圧弁５３及び５４を開く。その結果、圧力の高い脱炭塔３０Ｙから圧力の低い脱炭塔３０Ｘへ均圧ライン５１及び５２を介して空気が移動する。
【００７９】
次に、脱炭塔３０Ｙから脱炭塔３０Ｘへ空気が回収される。このとき、入口弁６１Ｘ及び６１Ｙ、出口弁６２Ｘ及び６２Ｙ、排気弁６３Ｘ及び６３Ｙ、均圧弁５３及び５４を閉じ、キーピング弁５７を開き、キーピングポンプ５６が脱炭塔３０Ｙから脱炭塔３０Ｘへ空気を移動する。
【００８０】
次に、はじめに戻り、脱炭塔３０Ｘにおいて二酸化炭素を吸着し、脱炭塔３０Ｙにおいて二酸化炭素を脱着する。
【００８１】
均圧及び空気の回収（キーピング）により、窒素及び酸素が宇宙真空に流失することが防がれる。なお、均圧及び回収の一方だけを行ってもよい。
【００８２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る空気清浄装置は、第１の実施形態に係る空気清浄装置又は第２の実施形態に係る空気清浄装置が部分的に変更されたものである。図６に示すように、本実施形態に係る空気清浄装置においては、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆが円順列を形成するように円周上に配列されて除湿塔集合体２４を形成し、弁８２Ａ〜８２Ｆ及び弁８３Ａ〜８３Ｆが弁板２５で置き換えられ、弁８１Ａ〜８１Ｆ及び弁８４Ａ〜８４Ｆが弁板２６で置き換えられる。
【００８３】
弁板２５は、除湿済み空気供給ライン４２に接続される除湿済み空気ポート２５ａと、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３に接続される二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂとを備える。弁板２６は、処理空気供給ライン４１に接続される処理空気ポート２６ａと、湿分回収済み空気戻りライン４４に接続される湿分回収済み空気ポート２６ｂとを備える。弁板２５及び２６が形成する弁板対と除湿塔集合体２４とが一方向に相対的に回転する。この相対的回転により、弁板対と除湿塔集合体２４との回転位置が、第１回転位置、第２回転位置、・・・、第６回点位置、第１回転位置の順番に循環的に変化する。
【００８４】
第１回転位置において、除湿済み空気ポート２５ａ及び処理空気ポート２６ａが除湿塔２０Ａを介して接続され、二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂ及び湿分回収済み空気ポート２６ｂが除湿塔２０Ｃ〜２０Ｅを介して接続される。ここで、除湿塔２０Ｃ〜２０Ｅは並列に接続される。このとき、除湿塔２０Ａにおいて湿分が吸着され、除湿塔２０Ｃ〜２０Ｅにおいて湿分が脱着される。
【００８５】
第２回転位置において、除湿済み空気ポート２５ａ及び処理空気ポート２６ａが除湿塔２０Ｂを介して接続され、二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂ及び湿分回収済み空気ポート２６ｂが除湿塔２０Ｄ〜２０Ｆを介して接続される。ここで、除湿塔２０Ｄ〜２０Ｆは並列に接続される。このとき、除湿塔２０Ｂにおいて湿分が吸着され、除湿塔２０Ｄ〜２０Ｆにおいて湿分が脱着される。
【００８６】
第３回転位置において、除湿済み空気ポート２５ａ及び処理空気ポート２６ａが除湿塔２０Ｃを介して接続され、二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂ及び湿分回収済み空気ポート２６ｂが除湿塔２０Ａ、２０Ｅ及び２０Ｆを介して接続される。ここで、除湿塔２０Ａ、２０Ｅ及び２０Ｆは並列に接続される。このとき、除湿塔２０Ｃにおいて湿分が吸着され、除湿塔２０Ａ、２０Ｅ及び２０Ｆにおいて湿分が脱着される。
【００８７】
第４回転位置において、除湿済み空気ポート２５ａ及び処理空気ポート２６ａが除湿塔２０Ｄを介して接続され、二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂ及び湿分回収済み空気ポート２６ｂが除湿塔２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｆを介して接続される。ここで、除湿塔２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｆは並列に接続される。このとき、除湿塔２０Ｄにおいて湿分が吸着され、除湿塔２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｆにおいて湿分が脱着される。
【００８８】
第５回転位置において、除湿済み空気ポート２５ａ及び処理空気ポート２６ａが除湿塔２０Ｅを介して接続され、二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂ及び湿分回収済み空気ポート２６ｂが除湿塔２０Ａ〜２０Ｃを介して接続される。ここで、除湿塔２０Ａ〜２０Ｃは並列に接続される。このとき、除湿塔２０Ｅにおいて湿分が吸着され、除湿塔２０Ａ〜２０Ｃにおいて湿分が脱着される。
【００８９】
第６回転位置において、除湿済み空気ポート２５ａ及び処理空気ポート２６ａが除湿塔２０Ｆを介して接続され、二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂ及び湿分回収済み空気ポート２６ｂが除湿塔２０Ｂ〜２０Ｄを介して接続される。ここで、除湿塔２０Ｂ〜２０Ｄは並列に接続される。このとき、除湿塔２０Ｆにおいて湿分が吸着され、除湿塔２０Ｂ〜２０Ｄにおいて湿分が脱着される。
【００９０】
したがって、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆの各々について、湿分の吸着のための第１流れの状態の時間が湿分の脱着のための第２流れの状態の時間よりも短くなる。
【００９１】
上述の説明は、次のように一般化され得る。Ｌ個の除湿塔が除湿塔集合体２４を形成する。Ｌ個の除湿塔のうちのＭ個の除湿塔を介して除湿済み空気ポート２５ａと処理空気ポート２６ａとを接続し、Ｌ個の除湿塔のうちの他のＮ個の除湿塔を介して二酸化炭素除去済み空気ポート２５ｂと湿分回収済み空気ポート２６ｂとを接続する。ここで、Ｌは３以上の整数、Ｍは１以上の整数、ＮはＭより大きい整数であり、ＭとＮの和はＬ以下である。Ｍは１でも２以上でもよく、ＭとＮの和はＬに等しくともＬより小さくともよい。除湿塔集合体２４と弁板対との相対回転により、Ｍ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替え、Ｎ個の除湿塔を構成する除湿塔を入れ替える。
【００９２】
本実施形態によれば、除湿塔２０Ａ〜２０Ｆと、処理空気供給ライン４１、除湿済み空気供給ライン４２、二酸化炭素除去済み空気戻りライン４３、及び湿分回収済み空気戻りライン４４との接続の切り替えが高速化されるため、吸着及び脱着のサイクルが高速化される。したがって、除湿剤の総量が削減され、空気清浄装置がコンパクト化される。
【００９３】
除湿塔集合体２４、弁板２５及び２６は、上述の集積配管構造体７０に設けられてもよい。これにより、本実施形態に係る空気清浄装置が更にコンパクト化される。
【００９４】
上述の説明においては、脱炭塔３０Ｘ又は３０Ｙを通過した空気に除湿部２０が一旦吸着した湿分を戻しているが、浄化対象空間１００を出た空気が脱炭部３０を通過せずに除湿部２０を通過して浄化対象空間１００に戻る流路を形成し、除湿部２０が一旦吸着した湿分をこの流路を流れる空気に戻すように上記各実施形態に係る空気清浄装置を構成してもよい。
【００９５】
均圧弁５３及び５４、キーピング弁５７及び５８、入口弁６１Ｘ及び６１Ｙ、出口弁６２Ｘ及び６２Ｙ、排気弁６３Ｘ及び６３Ｙ、弁８１Ａ〜８１Ｆ、８２Ａ〜８２Ｆ、８３Ａ〜８３Ｆ、８４Ａ〜８４Ｆの各々を人工筋肉アクチュエータにより開閉することが好ましい。
【００９６】
上記各実施形態に係る空気清浄装置において、上述のキーピング及び均圧を除湿塔２０Ａ〜２０Ｆに適用してもよい。
【００９７】
上記各実施形態に係る空気清浄装置において、脱炭塔の数は、複数であればよく、３個以上でもよい。また、脱炭塔についての吸着及び脱着のサイクルの周期と、除湿塔についての吸着及び脱着のサイクルの周期との比は、上述の例に限定されない。
【００９８】
上記各実施形態に係る空気清浄装置は、宇宙分野以外の分野、例えば、航空機、自動車、客船、艦艇、化学防除服、及び潜水作業服内の閉鎖空間からの二酸化炭素の除去に適用可能である。高高度を飛行中の航空機の場合を除いて、脱炭塔を外部空間に接続するだけでは、脱炭塔を減圧することができない。脱炭塔における二酸化酸素の脱着を促進するため、脱炭塔３０Ｘ及び３０Ｙ内を減圧するポンプを排気ライン４５に設けることが好ましい。
【００９９】
上記各実施形態に係る技術どうしを適宜組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１は、従来の二酸化炭素除去装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る空気清浄装置の概略図である。
【図３】図３は、キーピング動作を示すシーケンス図である。
【図４】図４は、集積配管構造体の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る空気清浄装置のキーピングラインを示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る空気清浄装置の除湿塔の斜視図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…有害ガス除去器
２０…除湿部
２０Ａ〜２０Ｆ…除湿塔
２１、２２…通気口
２４…除湿塔集合体
２５、２６…弁板
２５ａ…除湿済み空気ポート
２５ｂ…二酸化炭素除去済み空気ポート
２６ａ…処理空気ポート
２６ｂ…湿分回収済み空気ポート
３０…脱炭部
３０Ｘ、３０Ｙ…脱炭塔
３１、３２…通気口
３４…ヒートパイプ
４０…流れ発生装置
４１…処理空気供給ライン
４２…除湿済み空気供給ライン
４３…二酸化炭素除去済み空気戻りライン
４４…湿分回収済み空気戻りライン
４５…排気ライン
４６Ｘ、４６Ｙ、４７Ｘ、４７Ｙ、４８Ｘ、４８Ｙ…接続ライン
５０…ポンプ
５１、５２…均圧ライン
５３、５４…均圧弁
５５…キーピングライン
５５ａ…第１ライン
５５ｂ…第２ライン
５６…キーピングポンプ
５７、５８…キーピング弁
６１Ｘ、６１Ｙ…入口弁
６２Ｘ、６２Ｙ…出口弁
６３Ｘ、６３Ｙ…排気弁
６５〜６７…集積化対象部
７０…集積配管構造体
７１、７２…プレート
７３…接合部
７４…工具
７５、７６…溝
８１Ａ〜８１Ｆ、８２Ａ〜８２Ｆ、８３Ａ〜８３Ｆ、８４Ａ〜８４Ｆ…弁
１００…浄化対象空間
２０１、２０２…除湿剤床
２１１、２１２…二酸化炭素吸収剤床
【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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【図６】
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