JPH07148413A - 空質制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 システムの小型化と省エネルギ化とを実現す
る。 【構成】 吸着塔１２を断熱ケース１５内に収納する。
吸着モードの運転中は、電磁弁ＥＶ６を開放して、冷房
装置１７からの冷風の一部を冷気導入パイプ１８を通し
て断熱ケース１５内に導入し、吸着塔１２を冷却しなが
ら、車室内空気を、電磁弁ＥＶ１→真空ポンプ１１→電
磁弁ＥＶ２の経路で吸着塔１２内に圧送し、吸着塔１２
の内圧を高めて、空気中の二酸化炭素を吸着剤に吸着す
る。一方、再生モード時には、電磁弁ＥＶ５を開放し
て、エンジン１３の排熱を排熱導入パイプ１６を通して
断熱ケース１５内に導入し、吸着塔１２を加熱しなが
ら、吸着塔１２内に残留している空気を、電磁弁ＥＶ３
→真空ポンプ１１→電磁弁ＥＶ４の経路で車室外に排出
して吸着塔１２内を真空引きすることで、吸着剤に付着
している二酸化炭素を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気中の二酸化炭素濃
度を低下させて空質を改善する空質制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、室内の二酸化炭素濃度の増加を防
いで居住空間の快適性を維持するために、空気中の二酸
化炭素を一部除去して空気中の二酸化炭素濃度を低下さ
せる空質制御装置が開発されている。このものは、特開
昭６３−２７８５２０号公報に記載されているように、
空気中の二酸化炭素を吸着するゼオライト等の吸着剤を
収容した吸着塔を設け、この吸着塔内にコンプレッサに
より空気を圧送して空気中の二酸化炭素を吸着すること
で、低二酸化炭素濃度の空気を生成し、この空気を室内
に供給するようになっている。

【０００３】この場合、吸着塔内の吸着剤は、二酸化炭
素の吸着量が増えるに従って、吸着能力が低下するの
で、空質制御中に、間欠的に再生モードの運転に切り替
え、吸着塔内の空気を排気して吸着剤に付着している二
酸化炭素を取り除いて吸着能力を再生させる必要があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、二酸化炭素
は吸着剤への吸着性が強いため、常温状態下では、二酸
化炭素が吸着剤から遊離し難く、再生時間が長引いてし
まう。この問題を解決するため、再生モードの運転中
に、吸着塔を加熱してその内部の吸着剤の温度を上昇さ
せ、二酸化炭素が吸着剤から遊離し易い状態にする、Ｐ
ＴＳＡ法が考えられている。

【０００５】しかし、このＰＴＳＡ法では、吸着塔を加
熱するために専用の加熱源が必要となり、消費エネルギ
ーが増加して、省エネルギ化の要求に反するばかりか、
システム全体が大型化してしまう欠点もある。このた
め、ビル等の大型建造物の空調システムへの適用は可能
であるが、自動車や一般家庭等、スペースが制約されて
いる場所への適用が難しいという欠点もあった。

【０００６】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、その目的は、吸着塔の加熱方法を改良する
ことによって、システムの小型化と省エネルギ化とを実
現できる空質制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の空質制御装置は、空気中の二酸化炭素等を
吸着する吸着剤を収容した吸着塔を設け、空質制御時
に、前記吸着塔内に空気を圧送して空気中の二酸化炭素
等を吸着する吸着モードと、前記吸着塔内の空気を排気
して前記吸着剤に付着している二酸化炭素等を取り除く
再生モードとを切り替えるようにしたものにおいて、前
記再生モード時に前記吸着塔側へエンジン等の外部発熱
源から排熱を導いて前記吸着塔を加熱する排熱導入手段
を設けた構成となっている。

【０００８】

【作用】吸着モード時には、吸着塔内に空気を圧送して
吸着塔の内圧を高め、高圧状態下で空気中の二酸化炭素
等を吸着して低二酸化炭素濃度の空気を生成する。一
方、再生モード時には、排熱導入手段によりエンジン等
の外部発熱源から排熱を吸着塔側へ導いて吸着塔を加熱
し、この加熱状態下で吸着塔内の空気を排気して吸着塔
内を減圧し、吸着剤に付着している二酸化炭素等を取り
除いて、吸着能力を再生させる。この場合、吸着塔の加
熱源としてエンジン等の発熱源の排熱を利用することが
できるので、吸着塔専用の加熱源が不要になると共に、
排熱の有効利用により省エネルギ化も達成できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を自動車の空調システムに適用
した一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１に
基づいて、システム全体の概略構成を説明する。吸着モ
ードでは、車室内空気は、図１に実線矢印で示すよう
に、吸気パイプ１０，電磁弁ＥＶ１を通して真空ポンプ
１１に吸入される。この真空ポンプ１１から吐出される
空気は、電磁弁ＥＶ２を通って吸着塔１２内に圧送さ
れ、吸着塔１２の内圧を例えば８ＫＰａ程度にまで高め
る。この吸着塔１２内には、空気中の二酸化炭素を吸着
するゼオライト等の吸着剤（図示せず）が収容されてい
る。この吸着塔１２内で生成した低二酸化炭素濃度の空
気は、供給パイプ２０を通して車室内に供給される。

【００１０】一方、再生モード時には、吸着塔１２内に
残留している空気を、図１に白抜き矢印で示すように、
電磁弁ＥＶ３→真空ポンプ１１→電磁弁ＥＶ４→パージ
パイプ２１の経路で車室外に排出して吸着塔１２内を真
空引きすることにより、吸着塔１２の内圧を例えば−８
０ＫＰａ程度にまで低下させて、吸着塔１２内の吸着剤
に吸着されている二酸化炭素，窒素，水分等を取り除い
て吸着能力を再生させる。

【００１１】更に、この実施例では、再生能力を高める
ため、再生モード時に吸着塔１２を外部発熱源であるエ
ンジン１３の排熱で加熱するようになっている。その具
体的構成は、図２に示すように、吸着塔１２の外周に熱
交換用のフィン１４を設けると共に、この吸着塔１２を
断熱ケース１５（熱交換器）内に収納し、この断熱ケー
ス１５に、エンジン１３の排熱（排気）を導入する排熱
導入手段を構成する排熱導入パイプ１６を連結し、この
排熱導入パイプ１６中に電磁弁ＥＶ５を設けている。そ
して、再生モード時に、この電磁弁ＥＶ５を開放し、エ
ンジン１３の排熱を図１に白抜き点線矢印で示すように
排熱導入パイプ１６を通して断熱ケース１５内に導入す
ることにより、吸着塔１２を加熱してその内部の吸着剤
の温度を上昇させ、吸着剤から二酸化炭素が遊離し易い
温度状態にして、再生能力を高めるものである。このよ
うな効果は、図３に示されたＰＴＳＡの原理に基づくも
のである。

【００１２】これに対し、再生モード時に吸着塔１２を
加熱しない通常のＰＳＡでは、図３に示すように、再生
モード時に、吸着塔１２内の圧力をＰ1 からＰ2 に低下
させると、二酸化炭素の除去量がψ1 −ψ2 となるが、
ＰＴＳＡでは、再生モード時に吸着塔１２を加熱してそ
の内部の吸着剤の温度をＴ1 からＴ2 に上昇させるた
め、ＰＳＡの場合と同じスイング圧力（Ｐ1 →Ｐ2 ）で
も、二酸化炭素の除去を促進することができて、その除
去量がψ1 −ψ3 となり、ＰＳＡの場合よりも多くの二
酸化炭素を効率良く除去することができる。

【００１３】一方、吸着モード時に二酸化炭素を吸着す
る能力は、吸着塔１２内の温度が低い方が高くなるの
で、吸着モード時には、外部に設置された冷房装置１７
から吹き出される冷風の一部を図１に点線矢印で示すよ
うに冷気導入パイプ１８を通して断熱ケース１５内に導
入し、吸着塔１２を冷却するようになっている。冷気導
入パイプ１８中には、吸着モード時に開放する電磁弁Ｅ
Ｖ６が設けられている。以上のように構成された空質制
御装置２２は、図４に示すように、自動車２３の後部に
配置されている。また、排熱導入パイプ１６は、エンジ
ン１３の排気ガスが通る排気管２４に接続されている。

【００１４】次に、制御系の電気回路構成を図５に基づ
いて説明する。真空ポンプ１１のオン／オフは電源スイ
ッチ２５によって切り替えられる。電磁弁ＥＶ１，ＥＶ
２への通電は、電源スイッチ２５−運転スイッチ２６−
常閉型のリレースイッチＲa−常開型の第１のタイマリ
レースイッチＴ1aを介して行われる。タイマリレースイ
ッチＴ1aと電磁弁ＥＶ１に対して、第１のタイマリレー
Ｔ1 ，第２のタイマリレーＴ2 及び電磁弁ＥＶ６がそれ
ぞれ並列接続され、電源スイッチ２５−運転スイッチ２
６−常閉型のリレースイッチＲa の経路で、これら第１
のタイマリレーＴ1 ，第２のタイマリレーＴ2 及び電磁
弁ＥＶ６に通電される。第１のタイマリレーＴ1 は、常
開型の第１のタイマリレースイッチＴ1aを駆動し、第２
のタイマリレーＴ2 は、常開型の第２のタイマリレース
イッチＴ2aを駆動する。

【００１５】この第２のタイマリレースイッチＴ2aは、
運転スイッチ２６側に接続され、電源スイッチ２５−運
転スイッチ２６−第２のタイマリレースイッチＴ2aの経
路で、電磁弁ＥＶ３，ＥＶ４，ＥＶ５に通電される。ま
た、第２のタイマリレースイッチＴ2aには、常閉型の第
３のタイマリレースイッチＴ3aとリレーＲが接続され、
このリレーＲにより常閉型のリレースイッチＲa と常開
型のリレースイッチＲb が駆動される。上記リレースイ
ッチＲb には、第３のタイマリレーＴ3 が接続され、電
源スイッチ２５−運転スイッチ２６−リレースイッチＲ
b の経路で第３のタイマリレーＴ3 に通電され、この第
３のタイマリレーＴ3 により第３のタイマリレースイッ
チＴ3aが駆動される。

【００１６】以上のように構成された制御系は、図６の
タイムチャートに示すように動作する。例えば、電源ス
イッチ２５をオンすると、真空ポンプ１１が起動され、
この後、運転スイッチ２６をオンすると、空質制御運転
が開始される。この空質制御運転中は、各タイマリレー
Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 の計時動作により、図６に示すよう
に、予冷却−吸着（＋冷却）−再生（＋加熱）−予冷却
−吸着（＋冷却）……が所定時間ごとに自動的に切り替
えられ、繰り返し実行される。各モードにおける電磁弁
ＥＶ１〜ＥＶ６のオン（開放）／オフ（閉鎖）は図７に
示されている。

【００１７】上述した運転スイッチ２６のオンにより、
第１のタイマリレーＴ1 と第２のタイマリレーＴ2 が計
時動作を開始すると共に、電磁弁ＥＶ６がオン（開放）
し、予冷却を実行する。この予冷却中は、上記電磁弁Ｅ
Ｖ６のみがオンで、他の電磁弁ＥＶ１〜ＥＶ５は全てオ
フ（閉鎖）に維持される。これにより、吸着塔１２内へ
の空気の供給を開始する前に、冷房装置１７から吹き出
される冷風の一部を図１に点線矢印で示すように冷気導
入パイプ１８を通して断熱ケース１５内に導入し、吸着
塔１２を冷却して、その内部の吸着剤が二酸化炭素を吸
着し易いような温度状態にする。

【００１８】この予冷却の実行時間は、第１のタイマリ
レーＴ1 により計時され、その計時時間が所定時間に達
すると、第１のタイマリレースイッチＴ1aがオンして、
電磁弁ＥＶ１，ＥＶ２がオン（開放）し、吸着モードに
移行する。この吸着モードの運転中は、冷房装置１７か
らの冷風により吸着塔１２を冷却しながら、車室内空気
を、図１に実線矢印で示すように、電磁弁ＥＶ１→真空
ポンプ１１→電磁弁ＥＶ２の経路で吸着塔１２内に圧送
し、吸着塔１２の内圧を例えば８ＫＰａ程度にまで高め
て、空気中の二酸化炭素を吸着剤に吸着する。

【００１９】この吸着モードの終了時期は、第２のタイ
マリレーＴ2 により制御される。この第２のタイマリレ
ーＴ2 の計時時間が所定時間に達すると、第２のタイマ
リレースイッチＴ2aがオンして、電磁弁ＥＶ３，ＥＶ
４，ＥＶ５がオン（開放）し、再生モードに移行する。
この再生モードでは、吸着塔１２内に残留している空気
を、図１に白抜き矢印で示すように、電磁弁ＥＶ３→真
空ポンプ１１→電磁弁ＥＶ４→パージパイプ２１の経路
で車室外に排出して吸着塔１２内を真空引きすることに
より、吸着塔１２の内圧を例えば−８０ＫＰａ程度にま
で低下させる。更に、この再生モードの運転中は、上述
したように電磁弁ＥＶ５を開放して、エンジン１３の排
熱（排気）を図１に白抜き点線矢印で示すように排熱導
入パイプ１６を通して断熱ケース１５内に導入すること
により、吸着塔１２を加熱してその内部の吸着剤の温度
を上昇させ、吸着剤から二酸化炭素が遊離し易い温度状
態にして、再生能力を高める。

【００２０】この再生モードの運転時間は、第３のタイ
マリレーＴ3 により計時され、その計時時間が所定時間
に達すると、常閉型の第３のタイマリレースイッチＴ3a
がオフして、リレーＲが断電され、常閉型のリレースイ
ッチＲa がオンして、電磁弁ＥＶ６がオン（開放）し、
予冷却を実行する。以後、上述した吸着（＋冷却）−再
生（＋加熱）−予冷却−吸着（＋冷却）……を所定時間
ごとに自動的に切り替えて、繰り返し実行する。

【００２１】以上説明した実施例によれば、吸着塔１２
の加熱源としてエンジン１３の排熱を有効利用すること
ができるので、吸着塔１２専用の加熱源が不要になり、
システム全体を小型化できて、ビル等の大型建造物の空
調システムへの適用のみならず、自動車や一般家庭等、
スペースが制約されている場所への適用も容易となり、
適用範囲を拡大できる。しかも、エンジン１３の排熱を
有効利用することができるので、省エネルギ化も達成で
き、エネルギ資源保護にも貢献することができる。尚、
吸着塔１２を加熱する外部発熱源としては、エンジン１
３に限定されず、例えば、暖房装置の排熱を利用するよ
うにしても良い。

【００２２】また、上記実施例によれば、吸着モード時
に冷房装置１７の冷風の一部を利用して吸着塔１２を冷
却するようにしたので、吸着能力を高めることができる
利点もある。尚、吸着塔１２の冷却源としては、冷房装
置１７に限定されず、例えば、自動車においては走行風
（外気）を導入して冷却するようにしても良い。

【００２３】その他、本発明は、自動車の空調システム
に限られず、ビル等の大型建造物や一般家庭等にも適用
して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更
して実施できることは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、吸着塔の加熱源としてエンジン等の外部発熱
源の排熱を有効利用することができるので、吸着塔専用
の加熱源が不要になり、システム全体を小型化できて、
ビル等の大型建造物の空調システムへの適用のみなら
ず、自動車や一般家庭等、スペースが制約されている場
所への適用も容易となり、適用範囲を拡大できる。しか
も、エンジンの排熱を有効利用することができるので、
省エネルギ化も達成でき、エネルギ資源保護にも貢献す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成図

【図２】吸着塔周辺部分の破断正面図

【図３】ＰＴＳＡの原理を説明する図

【図４】空質制御装置の設置場所の一例を示す自動車後
部の一部破断側面図

【図５】制御系の電気回路図

【図６】運転時の各部の動作内容を示すタイムチャート

【図７】各モードにおける電磁弁のＯＮ／ＯＦＦの切替
状態を示す図

【符号の説明】

１１…真空ポンプ、１２…吸着塔、１３…エンジン（外
部発熱源）、１４…フィン、１５…断熱ケース、１６…
排熱導入パイプ（排熱導入手段）、１７…冷房装置、１
８…冷気導入パイプ、２３…自動車、２５…電源スイッ
チ、２６…運転スイッチ、ＥＶ１〜ＥＶ６…電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中の二酸化炭素等を吸着する吸着剤
   を収容した吸着塔を設け、空質制御時に、前記吸着塔内
   に空気を圧送して空気中の二酸化炭素等を吸着する吸着
   モードと、前記吸着塔内の空気を排気して前記吸着剤に
   付着している二酸化炭素等を取り除く再生モードとを切
   り替えるようにした空質制御装置において、 前記再生モード時に前記吸着塔側へエンジン等の外部発
   熱源から排熱を導いて前記吸着塔を加熱する排熱導入手
   段を設けたことを特徴とする空質制御装置。