JP2006061758A - 二酸化炭素除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気中の二酸化炭素を効果的に吸脱着可能な吸着材料を二酸化炭素除去装置に適用することで、この二酸化炭素除去装置による二酸化炭素の除去性能の向上を図る。
【解決手段】 吸着手段の吸着材料として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する吸着材料（40）を用いるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中の二酸化炭素を吸脱着する吸着手段を備えた二酸化炭素除去装置に関し、特に上記吸着手段に用いられる吸着材料に係るものである。

ビルや住居などの室内空間においては、空調に係る省エネルギー化を図るために室内の高気密化、あるいは高断熱化が施される傾向にあるが、その結果、室内の換気が不十分となり、室内の二酸化炭素濃度が上昇してしまうことがある。このため、例えば室内空間内の二酸化炭素濃度を所定レベル以下（例えばビル管理法規定の１０００ｐｐｍ以下）に抑える従来技術として、吸着手段を備えた二酸化炭素除去装置が知られている。

例えば特許文献１に開示されている二酸化炭素除去装置は、供給通路と排気通路とを備えている。供給通路は、室内より流入する室内空気が流通して室内へ供給されるものである。この供給通路には、給気ファンが配置されている。一方、排気通路は、室外より流入する室外空気が流通して室外へ排出されるものである。この排気通路には、排気ファンが配置されている。

また、この二酸化炭素除去装置には、室内空気中の二酸化炭素を吸脱着する吸着手段としてシリカ、アルミナ、酸化カルシウムなどの無機系材料からなる吸着材料が担持された吸着ロータを備えている。この吸着ロータは、供給通路及び排気通路に跨りながら回転自在に構成されている。また、吸着ロータは、供給通路内に位置する吸着部と排気通路内に位置する脱離部とを備えている。さらに、排気通路において、吸着ロータの脱離部の近傍には、吸着材料を加熱することによって該吸着材料に吸着された二酸化炭素を脱離する再生手段が備えられている。

以上のような二酸化炭素除去装置の構成において、上記給気／排気ファンが運転されるとともに、吸着ロータが回転すると、室内空気は給気通路を流通して吸着ロータの吸着部を通過する。ここで、吸着部においては、室内空気中の二酸化炭素が吸着される。そして、二酸化炭素が吸着除去された空気は、室内空間へ供給される。

一方、室外空気は、排気通路を流通して吸着ロータの脱離部を通過する。ここで、上記再生手段は脱離部を所定温度に加熱している。このため、吸着部で二酸化炭素が吸着された吸着材料が吸着ロータの回転によって脱離部に変位すると、脱離部より二酸化炭素が脱離し、この二酸化炭素が室外空気に付与される。そして、二酸化炭素が付与された室外空気は、室外空間へ排出される。

以上のように、吸着ロータでは、吸着材料の所定部位が吸着部と脱離部とを交互に変位しながら二酸化炭素の吸着と脱離とを繰り返す。その結果、この二酸化炭素除去装置は、吸着材料における二酸化炭素の吸着能が低下することなく、室内空間の二酸化炭素を連続的に除去できるようにしている。
特開２００３−１９４３５号公報

上述のように、特許文献１に開示されている二酸化炭素除去装置は、二酸化炭素の吸脱着を行う吸着材料としてシリカ、アルミナ、酸化カルシウムなどの無機系材料を用いている。ところが、これらシリカやアルミナなどの吸着材料は、二酸化炭素以外の被処理成分（有害成分や臭気成分、あるいは水分など）に対しても吸着能を有することが一般的に知られている。このため、これらの吸着材料は、上記有害成分や臭気成分などが吸着される分だけ二酸化炭素の吸着能が低下してしまい、これらの吸着材料によって空気中の二酸化炭素を効率的に除去することが困難であった。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、二酸化炭素除去装置において、空気中の二酸化炭素を効果的に吸脱着可能な吸着材料を適用することで、この二酸化炭素除去装置による二酸化炭素の除去性能の向上を図ることである。

本発明は、二酸化炭素を吸脱着する吸着手段として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する吸着材料を用いるようにしたものである。

より具体的に、第１の発明は、空気中の二酸化炭素を吸脱着する吸着手段（30）を備えた二酸化炭素除去装置を前提としている。そして、この二酸化炭素除去装置は、上記吸着手段（30）が、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する吸着材料（40）を備えているものである。

上記第１の発明では、吸着手段（30）によって例えば室内空気中の二酸化炭素を吸着することで、室内空間の二酸化炭素濃度が低減される。一方、吸着手段（30）より脱着した二酸化炭素は、例えば室外空間に排出される。

ここで、本発明では、吸着手段（30）として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する吸着材料（40）を用いている。よって、空気中の二酸化炭素が吸着材料（40）の表面を流通すると、吸着材料（40）の表面では、二酸化炭素と上記官能基との化学反応を伴う吸着がなされる。したがって、吸着材料（40）によって空気中の二酸化炭素を選択的に吸着することができる。

第２の発明は、第１の発明の二酸化炭素除去装置において、上記吸着材料（40）が、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する樹脂を含む材料であるものである。ここでいう樹脂としては、特にキレート樹脂、イオン交換樹脂、キトサン樹脂などが好適である。

上記第２の発明では、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する材料として、キレート樹脂、イオン交換樹脂、キトサン樹脂などの樹脂を含む材料が用いられる。

第３の発明は、第２の発明の二酸化炭素除去装置において、上記吸着材料（40）が、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料であるものである。

上記第３の発明では、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する材料として、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料が用いられる。

第４の発明は、第１の発明の二酸化炭素除去装置において、上記吸着材料（40）が、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する錯体を含む材料であるものである。ここで、錯体は、二酸化炭素をゲスト物質として選択的に取り込む包接空間を有するものが好適である。

上記第４の発明では、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する材料として、錯体を含む材料が用いられる。よって、空気中の二酸化炭素が吸着材料（40）の表面を流通すると、吸着材料（40）の表面では、二酸化炭素と上記官能基との化学反応を伴う吸着がなされる。さらに、上記錯体が二酸化炭素をゲスト物質として選択的に取り込む包接空間を有する場合には、二酸化炭素分子がこの包接空間に取り込まれて保持される。したがって、吸着材料（40）における二酸化炭素に対する吸着能を向上させることができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれか１の発明の二酸化炭素除去装置において、吸着材料（40）が、所定の材料から成る担体に担持されているものである。ここで、担体は、アルミナ、シリカ、ゼオライト、及び酸化チタンなどによる金属酸化物や、活性炭、グラファイト、及び炭素繊維などの炭素材料などが好適であり、特に空気中の有害物質（硫黄系化合物、窒素系化合物、ＶＯＣ、低級脂肪酸類など）に対して所定の吸着能を有するものが好ましい。

上記第５の発明では、第１から第４の発明で上述した吸着材料（40）が担体に担持されることで、担体表面上に吸着材料（40）を高密度に保持させることができる。よって、比較的少量の吸着材料（40）を用いながら、吸着材料（40）と空気との接触効率を高めることができ、吸着材料（40）によって二酸化炭素を効果的に吸着できる。

また、有害物質に対する吸着能を有する担体を用いることで、吸着手段（30）において、吸着材料（40）による二酸化炭素の吸着と担体による有害物質の吸着とを同時に行うこともできる。

第６の発明は、第５の発明の二酸化炭素除去装置において、室内より流入する室内空気が流通して室内へ供給される供給通路（11）と、室外より流入する室外空気が流通して室外へ排出される排気通路（12）と、該排気通路（12）に配置されるとともに吸着材料（40）に吸着された二酸化炭素を脱離する再生手段（34）とを備え、吸着手段（30）は、上記供給通路（11）と上記排気通路（12）とに跨りながら回転可能な吸着ロータで構成され、上記供給通路（11）内に位置して二酸化炭素を吸着する吸着部（32）と、上記排気通路（12）内に位置して上記再生手段（34）によって二酸化炭素が脱離する脱離部（33）とを備えているものである。

上記第６の発明では、吸着手段（30）が、いわゆる回転ロータで構成される。したがって、吸着ロータ（30）が所定速度で回転すると、所定部位の吸着材料（40）は、吸着部（32）と脱離部（33）とを交互に変位する。

ここで、供給通路（11）を流通する室内空気が吸着ロータ（30）の吸着部（32）を通過すると、室内空気中の二酸化炭素が吸着部（32）の吸着材料（40）によって吸着される。二酸化炭素が除去された空気は、室内空間へ供給される。一方、排気通路（12）を流通する室外空気が吸着ロータ（30）の脱離部（33）を通過する際、再生手段（34）は脱離部（33）の吸着材料（40）に吸着された二酸化炭素を脱離し、この二酸化炭素が室外空気に付与される。二酸化炭素が付与された空気は室外空間へ排出される。

第７の発明は、第６の発明の二酸化炭素除去装置において、供給通路（11）における吸着ロータ（30）の吸着部（32）の上流側には、室内空気中の水分を除去する水分除去手段（50）が設けられているものである。

上記第７の発明では、供給通路（11）を流通する室内空気が、水分除去手段（50）によって減湿された後、吸着ロータ（30）に流入する。このようにすると、吸着ロータ（30）の吸着部（32）における吸着材料（40）に水分が付着してしまい、吸着材料（40）における二酸化炭素吸着能が低下してしまうことを回避できる。

第８の発明は、第７の発明の二酸化炭素除去装置において、水分除去手段（50）が、空気中の水分を吸脱着する水分吸着材料（60）を備えた水分吸着手段で構成され、排気通路（12）には、上記水分吸着手段（50）の水分吸着材料（60）に吸着された水分を脱離する水分再生手段（54）が設けられ、上記水分吸着手段（50）は、供給通路（11）と排気通路（12）とに跨りながら回転可能な水分吸着ロータで構成され、上記供給通路（11）における吸着ロータ（30）の吸着部（32）の上流側に位置して水分を吸着する水分吸着部（52）と、上記排気通路（12）における吸着ロータ（30）の脱離部（33）の下流側に位置して上記水分再生手段（54）によって水分が脱離する水分脱離部（53）とを備えているものである。

上記第８の発明では、室内空気中の水分を除去する水分除去手段として、水分吸着材料（60）を備えた水分吸着手段である水分吸着ロータ（50）が設けられる。なお、水分吸着ロータ（50）は、上記吸着ロータ（30）と同様にして、いわゆる回転ロータで構成される。ここで、供給通路（11）を流通する室内空気は、水分吸着ロータ（50）の水分吸着部（52）における水分吸着材料（60）で減湿された後、吸着ロータ（30）に流入する。このようにすると、吸着ロータ（30）の吸着部（32）における吸着材料（40）に水分が付着してしまい、吸着材料（40）における二酸化炭素吸着能が低下してしまうことを回避できる。

一方、室外空気は、吸着ロータ（30）の脱離部（33）において、二酸化炭素が付与された後、水分吸着ロータ（50）に流入する。この際、水分再生手段（54）が水分吸着ロータ（50）の水分脱離部（53）における水分吸着材料（60）の水分を脱離し、この水分が室外空気に付与される。そして、水分を含んだ空気は室外に排出される。このように、室外空気は、吸着ロータ（30）を通過した後、水分吸着ロータ（50）を流通するため、水分脱離部（53）で脱離した水分が吸着ロータ（30）の吸着材料（40）に付着してしまうことはない。

第９の発明は、第６の発明の二酸化炭素除去装置において、吸着ロータ（30）には、空気中の水分を吸脱着する水分吸着材料（60）が備えられているものである。

上記第９の発明では、第８の発明と異なり、水分吸着材料（60）が吸着ロータ（30）に備えられる。よって、吸着ロータ（30）において、室内空気中の水分及び二酸化炭素の吸着が行われる。

第１０の発明は、第６から第９のいずれか１の発明の二酸化炭素除去装置において、吸着ロータ（30）は、空気が流通する複数の通気孔（36）を有する基材（35）を備え、上記基材（35）に吸着材料（40）が保持されているものである。ここで、吸着材料（40）は、基材（35）の表面に担持されるものであっても良いし、例えば基材（35）によって狭持されることで、通気孔（36）内に物理的に保持されるものであっても良い。

上記第１０の発明では、吸着ロータ（30）を通過する室内空気が、基材（35）の通気孔（36）を通過する際、基材（35）に保持される吸着材料（40）と接触する。そして、室内空気中の二酸化炭素が上記吸着材料（40）に吸着される。

第１１の発明は、第６から第９のいずれか１の発明の二酸化炭素除去装置において、吸着ロータ（30）は、空気が流通する複数の通気孔（36）を有する基材（35）を備え、上記基材（35）が、吸着材料（40）によって構成されているものである。

上記第１１の発明では、吸着材料（40）を所定形状に成形することで、基材（35）が構成される。吸着ロータ（30）を通過する室内空気は、基材（35）が有する複数の通気孔（36）を通過する際、基材（35）を構成する吸着材料（40）と接触する。そして、室内空気中の二酸化炭素が吸着材料（40）に吸着される。

上記第１の発明によれば、吸着手段（30）として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する吸着材料（40）を用いるようにしている。よって、この吸着材料（40）で空気中の二酸化炭素を選択的に吸着することができる。したがって、二酸化炭素除去装置における室内空気中の二酸化炭素に対する除去性能を向上でき、室内空間の二酸化炭素を効率的に低減できる。

上記第２の発明によれば、吸着手段（30）として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する樹脂を含む材料を用いることで、第１の発明で上述した作用効果を得ることができる。

上記第３の発明によれば、吸着手段（30）として、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料を用いることで、第１の発明で上述した作用効果を得ることができる。

上記第４の発明によれば、吸着手段（30）として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する錯体を含む材料を用いることで、第１の発明で上述した作用効果を得ることができる。

また、上記錯体が、二酸化炭素をゲスト物質として選択的に取り込む包接空間を有する場合には、この包接空間に二酸化炭素分子を取り込んで保持することができる。したがって、二酸化炭素除去装置における室内空気中の二酸化炭素に対する除去性能を一層向上できる。

上記第５の発明によれば、吸着材料（40）を担体の表面に担持させることによって、吸着材料（40）における二酸化炭素の吸着性能を向上できるようにしている。

また、上記担体としてアルミナ、シリカなどの金属酸化物や、活性炭などの炭素材料を用いることで、空気中の有害物質を担体に吸着させることもできる。したがって、この二酸化炭素除去装置によって、室内空間の二酸化炭素を低減できると同時に、この室内空間の有害物質を除去し、室内空間の清浄度を高めることができる。

上記第６の発明によれば、吸着手段として回転式の吸着ロータ（30）を用いるようにしている。したがって、吸着材料（40）の吸着破過を防止しながら、室内空間の二酸化炭素を連続的に処理することができる。

また、この二酸化炭素除去装置では、室内空気中の二酸化炭素を吸着ロータ（30）で除去した後、この空気を再び室内空間へ供給するようにしている。このため、二酸化炭素除去装置では、室内空間の換気がなされない。よって、室外空気中の二酸化炭素が室内空間に入り込み、その結果、二酸化炭素除去装置で処理される二酸化炭素の負荷が増大してしまうことを防止できる。したがって、室内空間の二酸化炭素濃度を効果的に低減することができる。

上記第７の発明によれば、水分除去手段（50）によって室内空気を除湿した後、この室内空気を吸着ロータ（30）に通過させるようにしている。したがって、吸着材料（40）において、二酸化炭素の吸着に寄与する有効表面が、空気中の水分によって覆われてしまい、吸着材料（40）の吸着性能が損なわれてしまうことを回避できる。

特に、第４の発明のように、吸着材料（40）として錯体を用いる場合、このような錯体は潮解性を有するため、水分が有る雰囲気下では錯体を構成する分子構造が崩れてしまう可能性があるが、本発明では、室内空気が吸着ロータ（30）に至る前に、室内空気を水分吸着ロータ（50）で除湿しているため、上述した理由によって、錯体（40）の分子構造が崩れてしまうことを回避できる。したがって、錯体を含む吸着材料（40）の吸着能の低下を抑制できるとともに、この吸着材料（40）の長寿命化を図ることができる。

上記第８の発明によれば、水分除去手段として、水分吸着手段である水分吸着ロータ（50）を用いるようにしている。よって、水分吸着材料（60）の水分吸着能が低下してしまうことを回避しながら、室内空気を連続的に除湿することができる。したがって、吸着ロータ（30）の吸着部（32）における吸着材料（40）に水分が付着してしまうことを確実に抑制でき、第７の発明で上述した作用効果を一層確実に得ることができる。

上記第９の発明によれば、吸着ロータ（30）に吸着材料（40）と水分吸着材料（60）との双方を備えることで、この二酸化炭素除去装置をコンパクトに設計しながら、室内空気中の水分と二酸化炭素とを除去することができる。ここで、水分吸着材料（60）を吸着ロータ（30）における室内空気の上流側寄りに配置する一方、吸着材料（40）を吸着ロータ（30）における室内空気の下流側寄りに配置することで、第８の発明で上述した作用効果を得ることもできる。

上記第１０の発明によれば、複数の通気孔（36）を有する基材（35）を吸着ロータ（30）に設けている。そして、基材（35）に吸着材料（40）を保持するようにしている。よって、室内空気が吸着ロータ（30）を通過する際に生じる通気圧力損失を低減できる。また、吸着材料（40）と室内空気との接触効率を高めることができ、吸着ロータ（30）における二酸化炭素の除去性能の向上を図ることができる。

上記第１１の発明によれば、複数の通気孔（36）を有する基材（35）を吸着ロータ（30）に設けている。そして、基材（35）を吸着材料（40）で構成するようにしている。よって、室内空気が吸着ロータ（30）を通過する際に生じる通気圧力損失を低減できる。また、吸着ロータ（30）において吸着材料（40）を高密度に配置することができるため、吸着ロータ（30）における二酸化炭素の除去性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
実施形態１に係る二酸化炭素除去装置（10）は、室内空気を循環させながら室内空気中の二酸化炭素を除去するものである。

図１に示すように、二酸化炭素除去装置（10）は、室内側に設けられる供給通路（11）と、室外側に設けられる排気通路（12）とを備えている。

供給通路（11）は、室内より流入する室内空気が流通して室内へ供給されるものである。この供給通路（11）には、一方の開口端に室内空気の流入口である室内吸引口（13）が形成され、他方の開口端に室内空気の流出口である給気口（14）が形成されている。また、供給通路（11）における給気口（14）側寄りには、給気ファン（17）が配置されている。

排気通路（12）は、室外より流入する室外空気が流通して室外へ排出されるものである。この排気通路（12）には、一方の開口端に室外空気の流入口である室外吸引口（15）が形成され、他方の開口端に室外空気の流出口である排気口（16）が形成されている。また、排気通路（12）における排気口（16）側寄りには、排気ファン（18）が配置されている。

二酸化炭素除去装置（10）は、室内空気中の二酸化炭素を吸脱着する吸着手段として、吸着ロータ（30）を備えている。吸着ロータ（30）は、円盤状ないし円筒状に形成されており、その軸心に回転軸（31）が貫通している。そして、吸着ロータ（30）は、その軸方向が空気の流れ方向と平行になるようにして、上記供給通路（11）及び排気通路（12）の双方に跨って配置されている。以上の構成により、吸着ロータ（30）は、供給通路（11）と排気通路（12）とに跨りながら回転軸（31）を中心として回転可能となっている。そして、吸着ロータ（30）において、供給通路（11）内に位置する部位が空気中の二酸化炭素を吸着する吸着部（32）となる一方、排気通路（12）内に位置する部位は二酸化炭素が脱離する脱離部（33）となる。

また、吸着ロータ（30）は、図２に示すようなハニカム状ないしコルゲート状の基材（35）を有している。この基材（35）には、空気が流通する複数の通気孔（36）が形成されている。この通気孔（36）は、例えば三角形状に形成されており、その両端の開口が供給通路（11）又は排気通路（12）に臨んでいる。そして、図３に示すように、基材（35）の表面には、空気中の二酸化炭素を吸脱着する吸着材料（40）が担持されている。なお、基材（35）としては、セラミック紙、ガラス繊維、セルロースを主成分とした有機化合物、金属、樹脂等の材料が好適に用いられる。

また、図１に示すように、排気通路（12）には、吸着ロータ（30）の吸着材料（40）に吸着された二酸化炭素を脱離する再生手段として、加熱手段（34）が設けられている。加熱手段（34）は、吸着ロータ（30）の脱離部（33）の近傍に配置されている。この加熱手段（34）は、脱離部（33）の吸着材料（40）を所定温度（例えば１５０℃）に加温して、脱離部（33）より二酸化炭素を脱離させる。

本発明の特徴として、上記吸着材料（40）は、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する樹脂を含む材料で構成されている。上記官能基としては、スルホン基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基等が好適である。また、上記樹脂としては、特に、キレート樹脂、イオン交換樹脂、キトサン樹脂等が好適である。

上記キレート樹脂の母材としては、スチレン系（ポリスチレン、ポリスチレン・ジビニルベンゼン共重合体）、アクリル系樹脂、ポリフェノール系樹脂等が挙げられる。

上記イオン交換樹脂は、架橋した三次元の高分子基体にイオン交換基が化学結合した有機系の合成樹脂である。上記高分子基体としては、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体、アクリル系重合体（ポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸）、ポリアクリルアミド、アクリルとジビニルベンゼンの共重合体、ポリスチレン等が挙げられる。また、上記イオン交換基としては、陽イオン交換樹脂の場合のスルホン基及びカルボキシル基、陰イオン交換樹脂の場合の四級アンモニウム塩基、四級アルキノールアミン基、一級〜三級アミノ基、遊離塩基等が挙げられる。

上記キトサン樹脂は、図４に示すような単位構造を有する高分子材料である。

なお、本実施形態において、吸着材料（40）は、図４に示すキトサンと上記イオン交換樹脂との複合材料で構成されている。なお、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料は、例えば以下のような方法で合成される。

フレーク状のキトサン０．５〜２．０ｇ、酢酸２．５〜５．０ｇを水に溶解し、１００ｇのキトサン水溶液を調合し、５０℃の恒温槽で７２時間保管する。イオン交換樹脂１５ｇを乾燥させたガラス製吸引瓶に入れて１２時間真空引きした後、キトサン水溶液をイオン交換樹脂の上から注ぎ、１２時間静置する。以上のようにして得られた試料を１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に浸した後、水で洗浄、ろ過し、５０℃で乾燥することで、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料が合成される。

なお、上述した複合材料の合成方法において、上記イオン交換樹脂に換えて活性炭などの炭素材料を用いることで、キトサンと炭素材料との複合材料を合成することができ、この複合材料を吸着材料（40）として用いることもできる。

−運転動作−
次に、上記実施形態１に係る二酸化炭素除去装置（10）の運転動作について図１を参照しながら説明する。

二酸化炭素除去装置（10）の運転時には、給気ファン（17）及び排気ファン（18）が運転されるとともに吸着ロータ（30）が所定速度で回転する。そして、室内空気が室内吸引口（13）より供給通路（11）に流入する一方、室外空気は室外吸引口（15）より排気通路（12）に流入する。

供給通路（11）を流通する室内空気は、吸着ロータ（30）の吸着部（32）を通過する。この際、吸着部（32）においては、吸着材料（40）によって室内空気中の二酸化炭素が吸着される。以上のようにして二酸化炭素が除去された室内空気は、供給通路（11）を流通した後、給気口（14）より室内空間へ供給される。

排気通路（12）を流通する室外空気は、吸着ロータ（30）の脱離部（33）を通過する。ここで、加熱手段（34）は、脱離部（33）を所定温度に加温している。このため、吸着部（32）において二酸化炭素が吸着された吸着材料（40）が吸着ロータ（30）の回転によって脱離部（33）に変位すると、脱離部（33）より二酸化炭素が脱離し、この二酸化炭素が室外空気に付与される。以上のようにして、脱離部（33）より脱離した二酸化炭素を含む室外空気は、排気通路（12）を流通した後、排気口（16）より室外空間へ排出される。

−吸着材料の性能試験−
次に、本実施形態の吸着材料（40）として用いられるキトサンとイオン交換樹脂との複合材料（以下、試料１と称す）における二酸化炭素の吸着性能試験について図５及び図６を参照しながら説明する。

図５に示すように、本試験では、アクリル製の密閉容器（70）内に、所定量の試料１が密封されたシャーレ（71）を設置し、注入口（72）より所定濃度に調整された二酸化炭素を注入した。その後、シャーレ（71）の蓋を外した時点より、密閉容器（70）内の二酸化炭素濃度をＣＯ₂センサ（73）を用いて測定し、二酸化炭素濃度の経時変化を観察した。また、試料１の比較試料として、無機系の吸着材料であるゼオライト（試料２）を用い、試料１と同条件下での試験を行った。

図６は、その試験結果を示すグラフである。なお、図６のａで示す実線は、試料１（キトサンとイオン交換樹脂との複合材料）を用いた試験の二酸化炭素濃度の経時変化を示すものであり、図６のｂで示す実線が試料２（ゼオライト）を用いた試験の二酸化炭素濃度の経時変化を示すものである。

試験の結果、試料１を吸着材料とした場合、密閉容器（70）内の二酸化炭素濃度が速やかに減少した。一方、試料２を吸着材料とした場合、密閉容器（70）内の二酸化炭素濃度は、ある程度まで減少したものの、試料１と比較すると、二酸化炭素濃度の減少量は小さかった。以上の結果より、本実施形態の吸着材料（40）は、無機系の吸着材料と比較して二酸化炭素に対する吸着性能に優れることが確認できた。

−実施形態１の効果−
上記実施形態１によれば、以下の効果が発揮される。

上記実施形態１では、官能基を有する吸着材料（40）として、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料を用いるようにしている。この複合材料は、図６に示すように、例えば無機系材料であるゼオライトと比較して、二酸化炭素の吸着能に優れている。よって、この二酸化炭素除去装置において、室内空気中の二酸化炭素を効果的に低減することができる。

また、上記実施形態１では、吸着手段として回転式の吸着ロータ（30）を用いるようにしている。したがって、吸着材料（40）の吸着破過を抑制しながら、室内空間の二酸化炭素を連続的に処理することができる。

また、この二酸化炭素除去装置では、室内空気中の二酸化炭素を吸着ロータ（30）で除去した後、この空気を再び室内空間へ供給するようにしている。このため、この二酸化炭素除去装置では、室内空間の換気がなされない。よって、室外空気中の二酸化炭素が室内空間に入り込み、その結果、二酸化炭素除去装置で処理される二酸化炭素の負荷が増大してしまうことを防止できる。したがって、室内空間の二酸化炭素濃度を効果的に低減することができる。

さらに、上記実施形態１では、複数の通気孔（36）を有する基材（35）を吸着ロータ（30）に設けている。そして、基材（35）の表面に吸着材料（40）を保持するようにしている。よって、室内空気が吸着ロータ（30）を通過する際に生じる通気圧力損失を低減できる。また、吸着材料（40）と室内空気との接触効率を高めることができ、吸着ロータ（30）における二酸化炭素の除去性能の向上を図ることができる。

《発明の実施形態２》
次に、実施形態２に係る二酸化炭素除去装置（10）について図７を参照しながら説明する。実施形態２の二酸化炭素除去装置（10）は、実施形態１の二酸化炭素除去装置に水分吸着手段（水分除去手段）（50）及び水分再生手段（54）を設けたものであり、それ以外の構成は、上記実施形態１と同様となっている。以下に、上記実施形態１と異なる点について説明する。

上記水分吸着手段（50）は、室内空気中の水分を吸脱着するものである。この水分吸着手段（50）は、水分吸着材料（60）を備えた水分吸着ロータ（50）で構成されている。水分吸着ロータ（50）は、吸着ロータ（30）と同様にして、円盤状ないし円筒状に形成されており、その軸心に回転軸（51）が貫通している。この水分吸着ロータ（50）は、その軸方向が空気の流れ方向と平行になるようにして、上記供給通路（11）及び排気通路（12）の双方に跨って配置されている。

以上の構成により、水分吸着ロータ（50）は、供給通路（11）と排気通路（12）とに跨りながら回転軸（51）を中心として回転可能となっている。そして、水分吸着ロータ（50）において、供給通路（11）内に位置する部位が空気中の水分を吸着する水分吸着部（52）となる一方、排気通路（12）内に位置する部位は水分が脱離する水分脱離部（53)となっている。上記水分吸着部（52）は、供給通路（11）における吸着ロータ（30）の吸着部（32）よりも上流側に位置している。一方、上記水分脱離部（53）は、排気通路（12）における吸着ロータ（30）の脱離部（33）よりも下流側に位置している。

また、水分吸着ロータ（50）は、吸着ロータ（30）と同様、ハニカム状ないしコルゲート状の基材を備え、この基材の表面に水分吸着材料（60）が担持されている。この水分吸着材料（60）は、アルミナ、シリカ、アルミナ・シリカ、ゼオライト、及び酸化チタンの中の少なくとも１種からなる金属酸化物、または活性炭、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料、あるいは官能基を有する樹脂などが好適に用いられる。

また、排気通路（12）には、水分吸着ロータ（50）の水分吸着材料（60）に吸着された水分を脱離する水分再生手段として、水分加熱手段（54）が設けられている。水分加熱手段（54）は、水分吸着ロータ（50）の水分脱離部（53）の近傍に配置されている。この水分加熱手段（54）は、水分脱離部（53）の水分吸着材料（60）を所定温度に加温して、水分脱離部（53）より水分を脱離させる。

−運転動作−
次に、上記実施形態２に係る二酸化炭素除去装置（10）の運転動作について同図を参照しながら説明する。

二酸化炭素除去装置（10）の運転時には、給気ファン（17）及び排気ファン（18）が運転されるとともに吸着ロータ（30）及び水分吸着ロータ（50）が所定速度で回転する。そして、室内空気が室内吸引口（13）より供給通路（11）に流入する一方、室外空気は室外吸引口（15）より排気通路（12）に流入する。

供給通路（11）を流通する室内空気は、水分吸着ロータ（50）の水分吸着部（52）を通過する。この際、水分吸着部（52）においては、水分吸着材料（60）によって室内空気中の水分が吸着され、室内空気が除湿される。

その後、室内空気は、吸着ロータ（30）の吸着部（32）を通過する。この際、吸着部（32）においては、吸着材料（40）によって室内空気中の二酸化炭素が吸着される。以上のようにして二酸化炭素が除去された室内空気は、供給通路（11）を流通した後、給気口（14）より室内空間へ供給される。

排気通路（12）を流通する室外空気は、吸着ロータ（30）の脱離部（33）を通過する。ここで、加熱手段（34）は、脱離部（33）を所定温度に加温している。このため、吸着部（32）で二酸化炭素が吸着された吸着材料（40）が吸着ロータ（30）の回転によって脱離部（33）に変位すると、脱離部（33）より二酸化炭素が脱離し、この二酸化炭素が室外空気に付与される。

その後、室外空気は、水分吸着ロータ（50）の水分脱離部（53）を通過する。ここで、水分加熱手段（54）は、水分脱離部（53）を所定温度に加温している。このため、水分吸着部（52）で水分が吸着された水分吸着材料（60）が水分吸着ロータ（50）の回転によって水分脱離部（53）に変位すると、水分脱離部（53）より水分が脱離し、この水分が室外空気に付与される。以上のようにして、二酸化炭素及び水分が付与された室外空気は、排気通路（12）を流通した後、排気口（16）より室外空間へ排出される。

−実施形態２の効果−
上記実施形態２によれば、以下の効果が発揮される。

上記実施形態２では、実施形態１と同様に、官能基を有する吸着材料（40）を用いている。よって、室内空気中の二酸化炭素を選択的に吸着することができる。したがって、この二酸化炭素除去装置において、室内空気中の二酸化炭素を効果的に低減することができる。

また、上記実施形態２では、水分吸着手段として水分吸着ロータ（50）を用いるようにしている。そして、吸着ロータ（30）の吸着部（32）における吸着材料（40）に水分が付着してしまうことを抑制している。したがって、吸着材料（40）の吸着性能が損なわれてしまうことを確実に回避できる。

《発明の実施形態３》
次に、実施形態３に係る二酸化炭素除去装置（10）について図８を参照しながら説明する。実施形態３の二酸化炭素除去装置（10）は、実施形態１の吸着ロータ（30）に、実施形態２で上述した水分吸着材料（60）が担持されたものである。よって、吸着ロータ（30）において、供給通路（11）側には、二酸化炭素を吸着する吸着部（32）と、水分を吸着する水分吸着部（52）とが一体的に形成されている。一方、吸着ロータ（30）において、排気通路（12）側には、二酸化炭素を脱離する脱離部（33）と、水分を脱離する水分脱離部（53）とが一体的に形成されている。また、排気通路（12）に配置された再生手段（34）は、脱離部（33）と水分脱離部（53）との双方を所定温度に加温して、脱離部（33）から二酸化炭素を脱離させると同時に水分脱離部（53）から水分を脱離させる。

この実施形態３によれば、吸着ロータ（30）に吸着材料（40）と水分吸着材料（60）との双方を備えることで、この二酸化炭素除去装置をコンパクトに設計しながら、室内空気中の水分と二酸化炭素とを除去することができる。

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、図３に示すように吸着ロータ（30）の基材（35）の表面に吸着材料（40）を担持するようにしている。しかしながら、例えば図９に示すように、基材（35）の通気孔（36）内に吸着材料（40）を充填し、基材（35）によって吸着材料（40）を狭持させることで、基材（35）に吸着材料（40）を保持するようにしてもよい。この場合、室内空気が流通する通気孔（36）内に吸着材料（40）を高密度に配置させることができるため、吸着材料（40）と室内空気との接触効率を向上させることができる。したがって、この二酸化炭素除去装置（40）による二酸化炭素の除去効率を効果的に高めることができる。

また、図２に示すような基材（35）を所定の形状に成形された吸着材料（40）によって構成することもできる。この場合には、基材（35）そのものに二酸化炭素の吸着能を持たせることができ、吸着ロータ（30）において、吸着材料（40）を高密度に配置できる。したがって、この場合にも、二酸化炭素除去装置（10）による二酸化炭素の除去効率を効果的に高めることができる。

さらに、上記実施形態の吸着材料（40）は、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する樹脂で構成されている。しかしながら、それ以外の吸着材料（40）として、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する錯体を用いるようにしてもよい。上記官能基としては、スルホン基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基などが挙げられる。また、上記錯体としては、例えば図１０に示される［Ｃｕ₂（terephthalate）₂Ｎ（Ｃ₂Ｈ₄）₃Ｎ］_nなどが用いられる。

この錯体（40）は、二酸化炭素をゲスト物質として選択的に取り込む包接空間を有する錯体であり、略正方形の箱状の構造を有している。なお、図１０では、略正方形の箱状の構造を一つ示しているだけであるが、実際には、この箱状の構造が平面的に並んで広がった、あるいはその平面が積み重なって立体的に構成された、いわゆる多孔性配位高分子とでもいうべき構造を有している。なお、このような錯体は潮解性を有するため、水分が有る雰囲気下においては、この構造が崩れてしまうが、実施形態２で上述したように、室内空気が吸着材料（錯体）（40）に到達する前に、この室内空気を水分吸着材料（60）で除湿することで、錯体（40）の構造が崩れてしまうことを回避できる。

また、上記実施形態で上述した何れの吸着材料（40）を所定の担体に担持し、吸着手段（30）として用いるようにしてもよい。上記担体としては、アルミナ、シリカ、アルミナ・シリカ、ゼオライト、及び酸化チタンの中の少なくとも１種からなる金属酸化物、または活性炭、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料、あるいは官能基を有する樹脂などが好適に用いられる。このような担体の表面に吸着材料（40）を担持させることで、担体表面において、比較的少量の吸着材料（40）を高密度に保持できるとともに、担体表面における吸着材料（40）と室内空気との接触効率を高めることができる。

さらに、上記担体が有する有害物質の吸着効果を利用することによって、二酸化炭素除去装置（10）による室内空間の清浄効果を高めることができる。

また、上述した実施形態では、吸着材料（40）の再生手段（34）、あるいは水分吸着材料（60）の水分再生手段（54）として加熱手段を用いている。しかしながら、上記再生手段（34）（水分再生手段（54）として、例えば一対の電極などにより脱離部（33）（水分脱離部（53））に電場を付与し、これら脱離部（33,53）の再生を行う誘電手段などを用いるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、二酸化炭素を吸脱着する吸着手段を備えた二酸化炭素除去装置について有用である。

実施形態１に係る二酸化炭素除去装置の概略構成図である。 吸着ロータの要部拡大図である。 吸着ロータの基板の要部拡大図である。 キトサンの単一構造を示す構造図である。 吸着性能試験装置の概略構成図である。 吸着性能試験の結果を示すグラフである。 実施形態２に係る二酸化炭素除去装置の概略構成図である。 実施形態３に係る二酸化炭素除去装置の概略構成図である。 その他の実施形態における基材の要部拡大図である。 錯体の模式的な構造図の一例である。

符号の説明

(10) 二酸化炭素除去装置
(11) 供給通路
(12) 排気通路
(30) 吸着ロータ（吸着手段）
(32) 吸着部
(33) 脱離部
(34) 再生手段
(40) 吸着材料
(50) 水分吸着ロータ（水分除去手段，水分吸着手段）
(52) 水分吸着部
(53) 水分脱離部
(54) 水分再生手段
(60) 水分吸着材料

Claims (11)

1. 空気中の二酸化炭素を吸脱着する吸着手段（30）を備えた二酸化炭素除去装置であって、
   上記吸着手段（30）は、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する吸着材料（40）を備えている二酸化炭素除去装置。
2. 請求項１に記載の二酸化炭素除去装置において、
   上記吸着材料（40）は、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する樹脂を含む材料である二酸化炭素除去装置。
3. 請求項２に記載の二酸化炭素除去装置において、
   上記吸着材料（40）は、キトサンとイオン交換樹脂との複合材料である二酸化炭素除去装置。
4. 請求項１に記載の二酸化炭素除去装置において、
   上記吸着材料（40）は、二酸化炭素を選択的に吸脱着する官能基を有する錯体を含む材料である二酸化炭素除去装置。
5. 請求項１から４のいずれか１に記載の二酸化炭素除去装置において、
   吸着材料（40）は、所定の材料から成る担体に担持されている二酸化炭素除去装置。
6. 請求項５に記載の二酸化炭素除去装置において、
   室内より流入する室内空気が流通して室内へ供給される供給通路（11）と、室外より流入する室外空気が流通して室外へ排出される排気通路（12）と、該排気通路（12）に配置されるとともに吸着材料（40）に吸着された二酸化炭素を脱離する再生手段（34）とを備え、
   吸着手段（30）は、上記供給通路（11）と上記排気通路（12）とに跨りながら回転可能な吸着ロータで構成され、上記供給通路（11）内に位置して二酸化炭素を吸着する吸着部（32）と、上記排気通路（12）内に位置して上記再生手段（34）によって二酸化炭素が脱離する脱離部（33）とを備えている二酸化炭素除去装置。
7. 請求項６に記載の二酸化炭素除去装置において、
   供給通路（11）における吸着ロータ（30）の吸着部（32）の上流側には、室内空気中の水分を除去する水分除去手段（50）が設けられている二酸化炭素除去装置。
8. 請求項７に記載の二酸化炭素除去装置において、
   水分除去手段（50）は、空気中の水分を吸脱着する水分吸着材料（60）を備えた水分吸着手段で構成され、
   排気通路（12）には、上記水分吸着手段（50）の水分吸着材料（60）に吸着された水分を脱離する水分再生手段（54）が設けられ、
   上記水分吸着手段（50）は、供給通路（11）と排気通路（12）とに跨りながら回転可能な水分吸着ロータで構成され、上記供給通路（11）における吸着ロータ（30）の吸着部（32）の上流側に位置して水分を吸着する水分吸着部（52）と、上記排気通路（12）における吸着ロータ（30）の脱離部（33）の下流側に位置して上記水分再生手段（54）によって水分が脱離する水分脱離部（53）とを備えている二酸化炭素除去装置。
9. 請求項６に記載の二酸化炭素除去装置において、
   吸着ロータ（30）には、空気中の水分を吸脱着する水分吸着材料（60）が備えられている二酸化炭素除去装置。
10. 請求項６から９のいずれか１に記載の二酸化炭素除去装置において、
    吸着ロータ（30）は、空気が流通する複数の通気孔（36）を有する基材（35）を備え、
    上記基材（35）に吸着材料（40）が保持されている二酸化炭素除去装置。
11. 請求項６から９のいずれか１に記載の二酸化炭素除去装置において、
    吸着ロータ（30）は、空気が流通する複数の通気孔（36）を有する基材（35）を備え、
    上記基材（35）は、吸着材料（40）によって構成されている二酸化炭素除去装置。

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