二酸化炭素の吸着装置と吸着用具およびその製造方法
二酸化炭素吸着用具は、大量の二酸化炭素を迅速に吸着し、且つ、高温空気により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。空気中の二酸化炭素を吸着するための二酸化炭素吸着用具１１０は、フォイル状または板状の担持部材１１１と、担持部材１１１を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２と、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基１１３を備える。皮膜１１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの深さ方向は担持部材１１１の厚さ方向である。
【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装置と吸着用具およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素吸着用具としては、多孔質の樹脂製微小粒体や二酸化ケイ素、アルミナなどのセラミック製格子状構造体に、二酸化炭素吸着特性に優れたアミン基を付着したものが知られている。すなわち、アミン基が付着した微小粒体を充填した空気流路を構成し、あるいは、アミン基が付着した格子状構造体により構成される空気流路にアミン基を付着した微小粒体を充填し、その空気流路を流れる空気中の二酸化炭素を吸着することが提案されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特公平３−７４１２号公報
【特許文献２】特公平３−３９７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のようにアミン基が付着した微小粒体を空気流路に充填した場合、空気の流動に対する抵抗が大きくなるため、容積の大きな空間における空気中二酸化炭素を吸着させるには大きな体積流量を通過させる必要があるため、迅速な吸着は困難であった。また、アミン基を高温空気により加熱することで吸着した二酸化炭素を放出させる再生処理を行う場合、その高温空気の流動に対する抵抗も大きくなるため迅速な再生処理が妨げられる。さらに、従来の二酸化炭素吸着用具では再生用高温空気の熱をアミン基まで均一かつ迅速に伝達するのが困難で、迅速な再生処理が困難であった。そのため、従来の二酸化炭素吸着用具は、多数の人間を収容した密閉空間における空気中の二酸化炭素を吸着するのには適さなかった。
【０００４】
例えば大型航空機の場合、キャビン用エンジン抽気量をエンジン性能確保のために減少させるとキャビン内の新鮮空気の割合が低下する。しかし、機外からの新鮮空気の割合を低下させると二酸化炭素の濃度はＦＡＡ（米連邦航空局）などが推奨する規定である５０００ｐｐｍ（０．５％）以下の要求を満たすことができなくなる。人体肺胞の中の二酸化炭素濃度は約３％であるので、５０００ｐｐｍで直ちに危険な状態になる可能性はないものの、これを超えた濃度になると人によっては思考力が低下するなどの影響が生じる場合がある。そのため、二酸化炭素を迅速に吸着し、且つ、吸着した二酸化炭素を迅速に放出させてアミン基を再生することが望まれる。さらに、大型航空機は機内容積が大きい一方で二酸化炭素濃度は０．５％未満と薄いため、機内空気から二酸化炭素を除去するには二酸化炭素吸着部位を通過させる空気流量を多くする必要がある。しかし、二酸化炭素吸着部位における圧力損失を補うため空気圧縮に要する電気エネルギが必要となり、結果として発電機を具備するエンジンの負荷となることから、その圧力損失を低くすることが望まれる。また、二酸化炭素の吸着を効率良く行うことが望まれるが、航空機内ではエネルギ使用が制限されるため、循環空気の高圧処理のようなエネルギを消費が大きくなる手法は制限され、また、高圧を扱うことのできる耐圧構造は重量が増すため軽量化を求められる航空機になじまない。さらに、航空機に適用される場合は揺れ、振動、加速度が作用する環境下でも正常に機能し、且つ、小型軽量であることが要求される。このような課題を本発明は解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
空気中の二酸化炭素を吸着するための本発明の二酸化炭素吸着用具の一つの特徴は、フォイル状または板状の担持部材と、前記担持部材を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜と、前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、前記皮膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成され、前記皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向である点にある。これにより、担持部材とその表面に形成された多孔質の皮膜とによりアミン基の担持体が構成されることになる。
本発明の二酸化炭素吸着用具の製造方法は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル状担持部材を成形する工程と、前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える。あるいは、少なくとも表層がアルミニウム製またはアルミニウム合金製の板状の担持部材を成形する工程と、前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える。
本発明によれば、担持部材がフォイル状または板状で薄いことにより、本発明の二酸化炭素吸着用具により構成される空気流路において担持部材の表面に沿って空気を流すことで、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空気中における二酸化炭素の吸着を迅速に行うことができる。また、担持部材は薄く軽量であるため二酸化炭素吸着用具は小型軽量なものとなり、構造はシンプルなものとなり揺れ、振動、加速度が作用する環境下でも正常に機能し、さらに、二酸化炭素吸着用具をロール状に巻いたり、曲げたり、複数の二酸化炭素吸着用具を積み重ねることで、二酸化炭素吸着用具の担持部材の表面に沿う流路を容易に構成できる。板状の二酸化炭素吸着用具を積み重ねる場合、二酸化炭素吸着用具の表面から突出する多数の凸部を形成したり、スペーサを介在させることで、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具の表面の間に空気流路を構成する隙間を確保できる。二酸化炭素吸着用具の表面から突出する多数の凸部は、皮膜を形成する前に担持部材にプレス等で凹凸を設けることで形成できる。
【０００６】
前記担持部材は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製とされ、前記皮膜は、前記担持部材の表層を酸化することで形成されるのが好ましい。アミン基は空気に含まれる二酸化炭素を吸着し、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を放出できるので、その空気流路に高温空気を流すことでアミン基を再生できる。この際、担持部材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均一化することでアミン基が変成し劣化を生じるような温度上昇は生じない。よって、二酸化炭素吸着用具は均一な温度分布となるように加熱され、高温空気の熱によりアミン基を再生に適した温度に均一かつ迅速に加熱できる。
【０００７】
本発明の二酸化炭素吸着用具の別の特徴は、担持部材と、前記担持部材を被覆する多孔質の皮膜と、前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、前記担持部材は電気エネルギーによって加熱されるエレメントを含み、前記エレメントの加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される点にある。
これにより、エレメントの温度は電気エネルギーによって短時間でアミン基の再生に適した温度まで立ち上がることから、アミン基の再生を迅速に行うことができる。よって、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮できるので、大量の二酸化炭素を処理する場合でも二酸化炭素吸着装置を小型軽量化でき、航空機に搭載するのに適したものとなる。この場合、担持部材はフォイル状または板状であり、皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向であるのが好ましい。被膜は多孔質材であればよいが、アルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成され多孔質の酸化アルミニウムであるのが好ましい。
さらに、前記エレメントは、導電性を有すると共に抵抗加熱用電力供給部に接続される電気抵抗エレメントとされ、前記電気抵抗エレメントの抵抗加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出されるのが好ましい。これにより、電気抵抗エレメントの温度は抵抗加熱により短時間でアミン基の再生に適した温度まで立ち上がることから、アミン基の再生を迅速に行うことができる。よって、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮できるので、大量の二酸化炭素を処理する場合でも二酸化炭素吸着装置を小型軽量化でき、航空機に搭載するのに適したものとなる。また、二酸化炭素吸着用具は電気抵抗エレメントにより強度が向上されるので、取り扱いが容易になり、振動などによる劣化を防止できる。電気抵抗エレメントをアルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部により挟み込む場合、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導に優れることから、アミン基を均一に加熱することができ、アミン基の過度の加熱による劣化や加熱不足による不十分な再生を防止できる。
【０００８】
本発明の二酸化炭素吸着装置は、空気中の二酸化炭素を吸着するための二酸化炭素吸着用具と、交番磁束発生用コイルとを備え、前記二酸化炭素吸着用具は、担持部材と、前記担持部材を被覆する多孔質の皮膜と、前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを有し、前記担持部材は電気エネルギーによって加熱されるエレメントを含み、前記エレメントの加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される点にある。この場合、前記エレメントは、導電性を有すると共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性エレメントとされ、前記導電性エレメントの誘導加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出されるのが好ましい。
これにより、導電性エレメントの温度は誘導加熱により短時間でアミン基の再生に適した温度まで立ち上がることから、アミン基の再生を迅速に行うことができる。よって、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮できるので、大量の二酸化炭素を処理する場合でも二酸化炭素吸着装置を小型軽量化でき、航空機に搭載するのに適したものとなる。また、二酸化炭素吸着用具は導電性エレメントにより強度が向上されるので、取り扱いが容易になり、振動などによる劣化を防止できる。導電性エレメントをアルミニウム製またはアルミニウム合金製とする場合、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導に優れることから、アミン基を均一に加熱することができ、アミン基の過度の加熱による劣化や加熱不足による不十分な再生を防止できる。
【０００９】
担持部材が電気抵抗エレメントまたは導電性エレメントを有する場合、二酸化炭素吸着用具の温度検出部と、検出温度に基づき電気抵抗エレメントまたは磁束発生用コイルへの供給電力を制御するコントローラを備えるのが好ましい。さらに、電気抵抗エレメントの抵抗加熱時または導電性エレメントの誘導加熱時に、二酸化炭素吸着用具により構成される空気流路において流動する再生用の空気の加熱部を備えるのが好ましい。これにより、再生過程において二酸化炭素吸着用具の温度変動が小さくなり、遂次再生が進行し、かつアミン基を劣化させない範囲に温度制御を行うことが容易にできる。
【００１０】
前記皮膜に形成される各孔として、表面側の大径孔と、前記大径孔の底部において開口する複数の小径孔とを有するのが好ましい。その大径孔の存在により二酸化炭素吸着用具の表面に沿う空気の流れに変化を与え、アミン基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。
前記皮膜の各孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径は２ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。そのアミン基により囲まれた孔の内径を２ｎｍ以上とすることで、これより１ケタ小さいレベルの気体分子がこのアミン基に囲まれた孔に容易に出入りできる構造となり、吸着時には気体分子がアミン基により囲まれた孔内に容易に入り込むことができ、その内径を１００ｎｍ以下とすることで気体分子はアミン基を接触する機会に恵まれる上、アミン基の表面積を十分に確保でき、大きなエネルギを消費することなく効率良く二酸化炭素を吸着できる。
前記皮膜に形成される各孔として前記大径孔と前記小径孔とを有する場合、前記小径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔は内径が２ｎｍ〜１００ｎｍとされ、前記大径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔は内径が１００ｎｍを超えてもよい。その小径孔の内面に付着されたアミン基が二酸化炭素吸着用具の表面積の大部分を占めるため、小径孔の内面に付着されたアミン基により囲まれた孔の内径を吸着に適した値とすればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の二酸化炭素吸着用具および二酸化炭素吸着装置によれば、大量の二酸化炭素を迅速に吸着し、且つ、高温空気により二酸化炭素吸着用アミン基を均一かつ迅速に再生処理でき、本発明方法によれば本発明の二酸化炭素吸着用具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における航空機用空気調和装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態における航空機用空気調和装置の水分吸着部の斜視図
【図３】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着装置の構成説明図
【図４】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の側面図
【図５Ａ】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図５Ｂ】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具のアミン基付着前の部分拡大断面図
【図５Ｃ】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具のアミン基付着前の部分拡大斜視図
【図６Ａ】本発明の第１変形例に係る二酸化炭素吸着用具のアミン基付着前の部分拡大断面図
【図６Ｂ】本発明の第１変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図７】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の担持部材の成形方法を示す図
【図８】本発明の第２変形例に係る二酸化炭素吸着用具の担持部材の成形方法を示す図
【図９】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の酸化アルミニウム製皮膜の成形方法を示す図
【図１０】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の皮膜が形成された担持部材をロール状に巻いた図
【図１１】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の皮膜にアミン基を付着させる方法の説明図
【図１２】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着装置の吸着器の構成説明図
【図１３】本発明の第３変形例に係る二酸化炭素吸着用具の使用態様を示す正面図
【図１４】本発明の第３変形例に係る二酸化炭素吸着用具の使用態様を示す部分拡大正面図
【図１５】本発明の第４変形例に係る二酸化炭素吸着用具の形態を示す斜視図
【図１６】本発明の第４変形例に係る二酸化炭素吸着用具の形態の部分拡大正面図
【図１７】本発明の第５変形例に係る二酸化炭素吸着装置の斜視図
【図１８】本発明の第６変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図１９】本発明の第６変形例に係る二酸化炭素吸着用具の成形方法を示す図
【図２０】本発明の第６変形例に係る二酸化炭素吸着用具の構造説明用斜視図
【図２１】本発明の第７変形例に係る二酸化炭素吸着装置の構成説明図
【図２２】本発明の第８変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図２３】本発明の第８変形例に係る二酸化炭素吸着用具の成形方法を示す図
【図２４】本発明の第９変形例に係る二酸化炭素吸着用具の斜視図
【図２５】本発明の第９変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図２６】本発明の第９変形例に係る二酸化炭素吸着装置の構成説明図
【符号の説明】
【００１３】
１１０ 二酸化炭素吸着用具
１１１、２１１、３１１、４１１ 担持部材
１１２ 皮膜
１１２ａ 孔
１１３ アミン基
２１１ａ、３１１ａ 電気抵抗エレメント
３１３ 電力供給部
４１１ａ 導電性エレメント
４３１ コイル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明による二酸化炭素吸着用具を用いた二酸化炭素吸着装置１００を航空機用空気調和装置１に適用した実施形態を示す。航空機用空気調和装置１は、エンジン１からの抽出空気を、プリクーラ２と呼ばれる熱交換器により冷却し、図外コントローラからの信号により開度を指示される流量制御バルブ３９で流量制御する。流量制御バルブ３９により流量制御されたエンジン抽出空気は、ラジアルコンプレッサ３でほぼ断熱的に圧縮される。ラジアルコンプレッサ３で圧縮されることで昇温された空気はメインクーラ４、再生熱交換器４ａでラム空気路９を通る機外空気により冷却され、水分捕捉のためにウォータセパレータ７に導かれる。なお、航空機が地上にあってエンジン１が停止している時は、エンジン１からの抽出空気に代えて高圧空気供給ユニット１′により圧縮された空気が空調用に用いられる。
【００１５】
ウォータセパレータ７で水分除去された空気は空気流路７５に導かれる。空気流路７５を流れる空気の一部は空気分離部１６に導かれる。空気分離部１６を構成する選択透過膜１６ａは、空気中の酸素の透過率が窒素の透過率よりも高くされている。なお、酸素の透過率が窒素の透過率よりも低い選択透過膜を用いてもよい。これにより、空気分離部１６に導かれた空気は窒素富化ガスと酸素濃縮空気とに分離される。窒素富化ガスは、第１コントロールバルブ４１ａを介して燃料周囲領域１５に導入された後に、放出路を通って機外空間１４に放出される。酸素濃縮空気は、第２コントロールバルブ４１ｂを介して機外空間１４に放出可能とされ、また、第３コントロールバルブ４１ｃを介してキャビン８に導入可能とされている。各コントロールバルブ４１ａ、４１ｂ、４１ｃはコントローラからの信号により開度調整され、その開度調整により空気分離部１６を通過する空気流量が調整可能とされている。
【００１６】
空気流路７５に導かれた空気の残部が膨張タービン５においてほぼ断熱的に膨張されることで冷気が生成される。これにより、コンプレッサ３と膨張タービン５とによりエアサイクル式冷却装置が構成される。エアサイクル式冷却装置より生成された冷気は、再生熱交換器４ａからミキシングチャンバ１３を介して航空機のコックピット空間を含むキャビン８に導入される。膨張タービン５の膨張仕事は、シャフト６を介してコンプレッサ３に伝えられることで圧縮動力として利用される。コンプレッサ３とタービン５を結ぶシャフト６に、コンプレッサ３の駆動に必要な動力を補助するためのモータ６ａが取り付けられている。
【００１７】
エンジン１からの抽出空気を上記エアサイクル式冷却装置を通ることなくキャビン８に導くためのバイパス空気流路１１が設けられている。バイパス空気流路１１はコントローラからの信号により開度調整可能なホットエアモジュレートバルブ１２により開閉される。抽出空気の一部は、ホットエアモジュレートバルブ１２を開くことで、コンプレッサ３と膨張タービン５とから構成されるエアサイクル式冷却装置で冷却されることなく、バイパス空気流路１１からミキシングチャンバ１３を介してキャビン８に導かれる。
【００１８】
キャビン８内の空気は、空気調和装置からの供給分から機体の漏れや機外への空気流路からの放出分を差し引いた分に相当する量だけ流出空気流路４０に流出され、流出空気流路４０においてフィルター４２により埃や匂いが除去される。流出空気流路４０に流出された空気の一部はファンＦ１を介してミキシングチャンバ１３に導かれる。
【００１９】
キャビン８から流出空気流路４０を介して流出した空気の一部は、ファンＦ２により流出空気流路４０から分岐する第１補助空気流路７１に導かれた後に第２再生熱交換器７２により加熱される。
【００２０】
流出空気流路４０と第１補助空気流路７１とに水分吸着部８３が空気流路切替機構５０を介して接続される。すなわち図２に示すように、多数の水分吸着部８３が回転ドラム８０の内部にハニカム状に設けられ、その長手方向は回転軸方向に延びる。各水分吸着部８３内に吸着剤が充填されている。各水分吸着部８３を構成する吸着剤は、空気に含まれる水分を吸着し、また、吸着時よりも温度が上昇することで吸着した水分を放出するもので、例えばシリカゲルのような水分子吸着物質から構成できる。回転ドラム８０の両端面にセパレータ８１が相対回転可能にシール部材（図示省略）を介して接合されている。各セパレータ８１は、外輪８１ａと内輪８１ｂとを２本のアーム８１ｃにより接続することで構成され、航空機の機体側に固定される。各セパレータ８１の内輪８１ｂにより、回転ドラム８０の中心シャフト８０ａが軸受（図示省略）を介して回転可能に支持される。中心シャフト８０ａにモータ８２が接続され、モータ８２がコントローラ２５からの信号により駆動されることで回転ドラム８０は回転する。各セパレータ８１における外輪８１ａと内輪８１ｂとの間は、２本のアーム８１ｃにより２つの領域８１ｄ、８１ｅに区画されている。各セパレータ８１における一方の領域８１ｄは配管継手８４を介して第１補助空気流路７１に接続され、他方の領域８１ｅは配管継手８５を介して流出空気流路４０に接続される。これにより、コントローラ２５による空気流路切替機構５０の制御により回転ドラム８０が回転することで、各水分吸着部８３それぞれは第１補助空気流路７１に接続される状態と流出空気流路４０に接続される状態とに切替えられる。
【００２１】
第１補助空気流路７１を流れる空気の温度は第２再生熱交換器７２により加熱されることで例えば８０℃〜１２０℃になり、キャビン８内の空気よりも高温になる。一方、キャビン８から流出空気流路４０に導かれる空気の温度は例えば２０℃〜３０℃になる。これにより、水分吸着部８３はキャビン８から流出空気流路４０を介して導入される空気が流れる時は低温になるので、吸着剤はキャビン８から流出される空気に含まれる水分子を吸収する。一方、水分吸着部８３は第１補助空気流路７１を介して導入される空気が流れる時は高温になるので、吸着剤は第１補助空気流路７１を介して導入される空気中に吸収した水分子を放出することで再生される。例えば、各吸着剤がシリカゲルである場合、２０℃ではシリカゲル１．０ｋｇに０．２５ｋｇ以上の水分子を吸着できるが、１００℃ではシリカゲル１．０ｋｇに０．０２ｋｇ以下の水分子しか吸着できない。これにより、キャビン８から流出される空気中の水分子を、吸着剤により吸着した後に第１補助空気流路７１を流れる空気中に放出する。しかも、吸着剤は再度利用できるように再生される。
【００２２】
第１補助空気流路７１を流れる空気は、水分吸着部８３を通過した後に第３切替えバルブ２７に導かれる。第３切替えバルブ２７は、そこに導かれた空気を機外空間１４に放出する状態と、ミキシングチャンバ１３を介してキャビン８に導入する状態とにコントローラからの信号により空気流路を切替え可能である。これにより、第１補助空気流路７１を流れる空気は水分吸着部８３の通過後にキャビン８に導入可能とされ、水分吸着部８３により吸着された水分をキャビン８に導入する手段が構成されている。
【００２３】
流出空気流路４０は、水分吸着部８３の下流において、第２補助空気流路９５と第３補助空気流路９６とに分岐される。第２補助空気流路９５は、空気圧縮手段として高周波モータ１８で駆動されるコンプレッサ１７に導かれ、水分吸着部８３により水分吸着された空気の一部が略断熱的に圧縮される。コンプレッサ１７により昇圧され、１５０℃〜２００℃程度まで温度が上昇した空気は、第２再生熱交換器７２において第１補助空気流路７１を流れる空気と熱交換され、放熱器１９においてラム空気路９を通る機外空気により冷却されることで、ほぼ常温近くまで冷却され、しかる後に二酸化炭素吸着装置１００に導かれ、その中に含まれる二酸化炭素が吸着除去される。二酸化炭素が除去された空気は第４切替えバルブ３６を介して、エンジン抽出空気と混合されラジアルコンプレッサ３に送られる。なお、二酸化炭素吸着装置では作動条件によって微量のアミン基を持つガスが空気に混合する場合があるため、第４切替えバルブ３６に至る前に活性炭等による簡易吸着フィルタ１０３を装着するのが好ましい。一方、第１補助空気流路７１を流れる空気の一部は、第２再生熱交換器７２において昇温された後に、分岐路７１ａを介して二酸化炭素吸着装置１００に導かれ、そこで再生用高温空気として使用される。第３補助空気流路９６は切替えバルブ９０ａを介してアウトフローバルブ９０ｂに接続される。切替えバルブ９０ａはアウトフローバルブ９０ｂを第３補助空気流路９６に接続する状態とキャビン８に接続する状態とに切り換える。図外センサによるキャビン８内の検出圧力と航空機の検出高度に基づき、アウトフローバルブ９０ｂの開度がコントローラにより制御され、キャビン８内の圧力が適正に維持される。
【００２４】
図３に示すように、二酸化炭素吸着装置１００は複数の吸着器１０１を有する。各吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂは、それぞれ電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂを介して第１補助空気流路７１の分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。これにより、コントローラ２５による電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂの制御により、各吸着器１０１は分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。
【００２５】
各吸着器１０１に二酸化炭素吸着用具１１０が収納されている。二酸化炭素吸着用具１１０は、図４に示すように本実施形態では放熱フィン状の形態を有し、図５Ａに示すように、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル状担持部材１１１と、担持部材１１１の表層を酸化することで形成された多孔質の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）製皮膜１１２と、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３とを備える。アミン基１１３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。皮膜１１２の各孔１１２ａの深さ方向は担持部材１１１の厚さ方向（図５Ａの矢印Ａ方向）とされている。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３により囲まれた孔の内径Ｄは２ｎｍ〜１００ｎｍとされる。酸化アルミニウム製皮膜１１２は、担持部材１１１を陽極として酸性処理液内で電流を流すことにより、図５Ｂのように担持部材１１１の表層に形成され、図中矢印で示す方向に成長する。つまり、皮膜１１２は担持部材１１１の厚さ方向に成長することから、皮膜１１２における各孔１１２ａの深さ方向は担持部材１１１の厚さ方向になる。このような陽極酸化皮膜１１２の生成は公知の工程により行うことができる。電解液１３３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１１３を付着させるのに適した孔１１２ａを有する均一な品質の皮膜１１２を生成することができる。特に、皮膜１１２を形成する酸化層の厚さ（図中ｔ）は、使用する処理液の種類と処理中に印加される電圧によって決まり、一般に電圧が小さいほど酸化層の厚さは薄くなる。その処理液としては、例えば希硫酸を主成分とする酸などが本発明に基づく上記内径Ｄの孔を形成する上で好ましい。皮膜１１２の成長が完了した後の表層の様子は、図５Ｃに示すように、相隣接する領域から成長した皮膜１１２同士が密に分布し、蜂の巣状の形態を呈する場合が多い。各孔１１２ａの開口が閉鎖されないのは勿論のことである。
皮膜１１２の形成途中において処理電圧を下げることにより、図６Ａ、図６Ｂの第１変形例に示すように、アルミニウムの酸化層すなわち皮膜１１２の厚さが変化する。これにより、皮膜１１２に形成される孔を、表面側の大径孔１１２ｂと、大径孔１１２ｂの底部において開口する複数の小径孔１１２ａとして成長させることができる。この場合、小径孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３が二酸化炭素吸着用具１１０の表面積の大部分を占めるため、小径孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３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１１２ｂの内面に付着されたアミン基１１３により囲まれた孔の内径は１００ｎｍを超えてもよい。大径孔１１２ｂの存在により、二酸化炭素吸着用具１１０の表面に沿う空気の流れに変化を与え、アミン基１１３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。
【００２６】
本実施形態の担持部材１１１は、図７に示すように、ロールＲから繰り出されるアルミフォイル１１１′を厚さ方向に交互に往復移動する一対の成型ダイス１２１によって、多数のフィン部１１１ａが形成されるように折り曲げ成形されている。なお、成型ダイス１２１が図７において矢印で示すようにアルミフォイル１１１′の繰り出し方向にも往復移動することで、ロールＲからアルミフォイル１１１′が繰り出される。これにより、形成される担持部材１１１の厚さは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度が好ましい。なお、図８の第２変形例に示すように、担持部材１１１よりも少し厚いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の薄板状の補強材１２０を担持部材１１１に取り付けてもよい。補強材１２０はローラ１２４を介してロールＲ′から繰り出され、ノズル１２２により粉末ロー材１２３を吹き付けられた後に担持部材１１１との接着位置に位置され、加熱装置１２５によりロー材１２３を溶融させることで担持部材１１１に接着される。補強材１２０の厚さは例えば０．３ｍｍ程度とされる。ロー材１２３の溶融時に担持部材１１１を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金が酸化するのを防止するため、担持部材１１１における加熱装置１２５による加熱部位を囲むシール壁１２７を設け、そこにアルゴンガス等の不活性ガス１２６を供給して冷却ガス雰囲気により加熱部位を覆うのが好ましい。なお、担持部材１１１の形状は運用上に適するものであれば特に限定されない。
【００２７】
本実施形態の酸化アルミニウム製皮膜１１２はフィン部１１１ａの形成後に担持部材１１１に陽極酸化処理を施すことで形成される。その皮膜１１２の厚さは数μｍ〜数十μｍとするのが好ましい。すなわち、図９に示すように、担持部材１１１は回転ローラ１３１によって容器１３２内の硫酸等の電解液１３３内に送り込まれ、担持部材１１１と容器１３２とに担持部材１１１を陽極として電源１３４が接続され、電源１３４からの給電により担持部材１１１の表層が酸化されて多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。
なお、多数のフィン部形成工程と陽極酸化処理工程は、前記の順序に限定するものではなく、逆の工程となっても良い。
【００２８】
表面に皮膜１１２が形成された担持部材１１１は、本実施形態では図１０に示すようにロール状に巻かれた状態で、図１１に示すように容器１３５に収納される。その容器１３５内に、アミン基１１３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状態で注入し、その溶剤中に皮膜１１２が形成された担持部材１１１を完全に浸漬させる。しかる後に容器１３５を密閉し、真空ポンプ等により容器１３５内の脱気を行う。これにより、皮膜１１２の各孔１１２ａ内に留まっていた空気が吸引され、さらに加圧等を行うことでその空気に代わって溶剤が各孔１１２ａに入り込むので、その溶剤を乾燥させることでアミン基１１３が各孔１１２ａの内面に付着される。これにより形成されたロール状の二酸化炭素吸着用具１１０が図１２に示すように吸着器１０１に収納される。吸着器１０１は筒状とされて一端と他端とに空気の入口１０１ａと出口１０１ｂが設けられ、吸着器１０１の軸方向が担持部材１１１の表面に平行とされることでは吸着器１０１の内部における空気の流れは担持部材１１１の表面に沿う。
【００２９】
吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第２補助空気流路９５に接続される状態においては、吸着器１０１内を流れる空気温度はその上流側で冷却される結果ほぼ常温になることから、その空気に含まれる二酸化炭素はアミン基１１３に吸着される。吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第１補助空気流路の分岐路７１ａに接続される状態においては、吸着器１０１内を流れる空気温度は上記のように８０℃〜１２０℃程度に昇温されていることから、アミン基１１３に吸着された二酸化炭素は放出され、アミン基１１３は再度利用できるように再生される。
【００３０】
第２補助空気流路９５を通って吸着器１０１の出口１０１ｂから流出する空気は、第４切替えバルブ３６に導かれる。第４切替えバルブ３６は、コントローラからの信号により、導かれた空気をミキシングチャンバ１３を介してキャビン８に導く状態と、エアサイクル式冷却装置に導く状態とに空気流路を切替え可能である。これにより、キャビン８から流出する空気は、二酸化炭素が低減された後に第４切替えバルブ３６を介して再びキャビン８に導かれる。
【００３１】
第１補助空気流路の分岐路７１ａを通って吸着器１０１の出口１０１ｂから流出する二酸化炭素を多く含む空気は減圧弁９１ｇ′を介して機外空間１４に排気される。この際、コントローラ２５からの信号によって減圧弁９１ｇ′で排気量を制御することが可能とされている。
【００３２】
上記実施形態によれば、キャビン８から流出する空気を再びキャビン８に導く場合に、その空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着用具１１０を介して航空機の機外に排出し、機内空気における二酸化炭素濃度を低減できる。その際、担持部材１１１がフォイル状で薄いことにより、二酸化炭素吸着用具１１０により構成される空気流路において担持部材１１１の表面に沿って空気を流すことで、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空気中における二酸化炭素の吸着を迅速に行うことができる。また、アミン基１１３は空気に含まれる二酸化炭素を吸着し、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を放出できるので、その空気流路に高温空気を流すことでアミン基１１３を再生できる。この際、担持部材１１１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、高温空気の熱によりアミン基１１３を再生に適した温度に均一かつ迅速に加熱できる。また、担持部材１１１は薄く軽量であるため二酸化炭素吸着用具１１０は小型軽量なものとなり、さらに構造はシンプルなものとなり揺れ、振動、加速度が作用する環境下でも正常に機能する。さらに、担持部材１１１の表面における酸化アルミニウム製皮膜１１２の孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３により囲まれた孔の内径を２ｎｍ以上とすることで、気体分子がその孔に容易に入り込むことができ、その内径を１００ｎｍ以下とすることでアミン基１１３の表面積を十分に確保でき、大きなエネルギを消費することなく効率良く二酸化炭素を吸着できる。さらに、コンプレッサ１７により圧縮された機内空気をアミン基１１３の再生用高温空気として有効利用することができる。よって、多数の乗客が搭乗する航空機のキャビン８内空気を改善する優れた二酸化炭素吸着装置１００を実現できる。この結果、飛行中に機外からの新鮮空気を取込む量を減少させることができ、新鮮空気の圧縮に必要な消費エネルギを減少させることができる。
【００３３】
二酸化炭素吸着用具１１０の使用形態はロール状に限定されない。例えば、図１３、図１４の第３変形例に示すように、多数のフィン部１１１ａを有する複数の二酸化炭素吸着用具１１０を補強材１２０を介して積層した状態で吸着器１０１に収納してもよい。
【００３４】
図１５、図１６の第４変形例に示すように、二酸化炭素吸着用具１１０における各フィン部１１１ａに、空気の流動方向（図１５において矢印Ｆ方向、図１６において紙面直交Ｆ方向）に直交する方向にずれる部位１１１ａ′を空気の流動方向に沿って間隔をおいて形成し、空気とアミン基１１３との接触機会を増大させるようにしてもよい。
【００３５】
二酸化炭素吸着装置１００は、図３のように分割した容器の形態ではなく図２に示す水分吸着装置に準じる形態を採用してもよい。この場合、図１７の第５変形例に示すように水分吸着部８３に代えて上記実施形態と同様のロール状の二酸化炭素吸着用具１１０を用い、領域８１ｄに第１補助空気流路７１の分岐路７１ａから高温空気が導入され、領域８１ｅにキャビン８からの流出空気が流出空気流路４０を介して導入されるようにすればよい。
【００３６】
図１８は第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を示す。本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、上記実施形態のフォイル状担持部材１１１に代えて曲げ可能な板状の担持部材２１１を備える。担持部材２１１は上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２により被覆される。担持部材２１１は、電気エネルギーによって加熱されるエレメントとして導電性を有する金属製メッシュからなる電気抵抗エレメント２１１ａと、電気抵抗エレメント２１１ａを覆う絶縁材２１１ｂと、絶縁材２１１ｂを介して電気抵抗エレメント２１１ａを挟み込む挟み込み部２１１ｃとを有する。本変形例の挟み込み部２１１ｃはアルミニウム製またはアルミニウム合金製の箔により構成される。電気抵抗エレメント２１１ａの材質としては、比較的電気抵抗値の高い金属材料が好ましく、例えばＮｉとＣｒを多く含むステンレス鋼を用いることができる。絶縁材２１１ｂの材質は、例えば二酸化ケイ素や炭化ケイ素のようなセラミックとされる。挟み込み部２１１ｃは接着剤２１１ｄを介して絶縁材２１１ｂに一体化される。挟み込み部２１１ｃの表層のアルミニウムまたはアルミニウム合金を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着される。各孔１１２ａの寸法は上記実施形態と同様とすればよい。また、第１変形例と同様に大径孔１１２ｂと小径孔１１２ａを設けてもよい。
【００３７】
図１９は第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０の成形工程を示す。ロールから繰り出される電気抵抗エレメント２１１ａは真空容器２２１に導入され、真空容器２２１内で電気抵抗エレメント２１１ａへの絶縁材２１１ｂの蒸着が行われ、次に絶縁材２１１ｂに噴霧器２２２から接着剤２１１ｄが噴霧され、ロールから繰り出される挟み込み部２１１ｃが接着剤２１１ｄを介して絶縁材２１１ｂの両面に接着され、接着剤２１１ｄが加熱ローラ２２３により加熱されることで硬化され、これにより板状の担持部材２１１が成形される。次に、担持部材２１１はガイドローラを介して上記実施形態と同様に容器１３２内の硫酸等の電解液１３３に導入され、担持部材２１１の表層に陽極酸化処理が施され、担持部材２１１を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。次に、皮膜１１２に被覆された担持部材２１１は、ガイドローラを介して容器２２６内のアミン基を含む溶液２２７内に導入され、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着され、これにより製造された帯板状の二酸化炭素吸着用具１１０はヒーター２２８により乾燥させられる。なお、二酸化炭素吸着用具１１０の一端と他端においては、後述のように電極２３１、２３２との接続のため、電気抵抗エレメント２１１ａの端部が露出される。
【００３８】
図２０は第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を用いた二酸化炭素吸着装置１００を示す。吸着装置１００は、二酸化炭素吸着用具１１０を収納する筒状の吸着器１０１を備える。吸着器１０１の一端の入口１０１ａと他端の出口１０１ｂは、上記実施形態と同様に、それぞれ電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂを介して第１補助空気流路７１の分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。吸着器１０１内で、二酸化炭素吸着用具１１０は複数の部位で吸着器１０１の軸方向に沿って折り曲げられ、吸着器１０１の内部における空気の流れは担持部材２１１の表面に沿うものとされている。吸着器１０１に、電気抵抗エレメント２１１ａの一端に接続される電極２３１と他端に接続される電極２３２が取り付けられる。両電極２３１、２３２を介して電気抵抗エレメント２１１ａは抵抗加熱用電力供給部２３３に接続される。また、吸着器１０１に二酸化炭素吸着用具１１０の表面温度を検出する温度検出部２３４が取り付けられ、温度検出部２３４による温度測定信号は演算回路２３５によりデジタル信号に変換されてコントローラ２５に伝送され、コントローラ２５に電力供給部２３３が接続される。温度検出部２３４としては、例えば赤外線光量を測定する非接触式センサや接触式の測温抵抗体を用いることができる。コントローラ２５は測定温度に基づき例えばオン・オフ制御や電流量制御により電力供給部２３３を制御し、これにより電気抵抗エレメント２１１ａへの供給電力が制御される。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００３９】
吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第２補助空気流路９５に接続される状態においては、上記実施形態と同様に、吸着器１０１内を流れる空気温度はほぼ常温となっていることから、その空気に含まれる二酸化炭素はアミン基１１３に吸着される。吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第１補助空気流路の分岐路７１ａに接続される状態においては、電力供給部２３３からの電力供給による電気抵抗エレメント２１１ａの抵抗加熱により、アミン基１１３に吸着された二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む空気は減圧弁９１ｇ′を介して機外空間１４に排気される。
【００４０】
なお、図２１の第７変形例に示すように、電気抵抗エレメント２１１ａの表面に溶射等により絶縁材２１１ｂを予め付着させておき、これにより予め一体化された電気抵抗エレメント２１１ａと絶縁材２１１ｂを挟み込むように、挟み込み部２１１ｃを接着剤２１１ｄに代えてロー付け等の他の手段によりに一体化してもよい。
【００４１】
図２２は第８変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を示す。本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、上記実施形態のフォイル状担持部材１１１に代えて曲げ可能な薄板状担持部材３１１を備える。担持部材３１１は上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２により被覆される。担持部材３１１は、導電性を有する薄板からなる電気抵抗エレメント３１１ａと、電気抵抗エレメント３１１ａを挟み込むアルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部３１１ｂとを有する。電気抵抗エレメント３１１ａの材質は第６変形例の電気抵抗エレメント２１１ａと同様とされる。挟み込み部３１１ｂは電気抵抗エレメント３１１ａの表面に蒸着あるいは溶融めっき法などにより一体化される。挟み込み部３１１ｂのアルミニウムまたはアルミニウム合金のほぼ全体を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着される。各孔１１２ａの寸法は上記実施形態と同様とすればよい。また、第１変形例と同様に大径孔１１２ｂと小径孔１１２ａを設けてもよい。
【００４２】
図２３は第８変形例の二酸化炭素吸着用具１１０の成形工程を示す。ロールから繰り出される電気抵抗エレメント３１１ａは真空容器３２１に導入され、真空容器３２１内で電気抵抗エレメント３１１ａへのアルミニウムまたはアルミニウム合金の蒸着が行われることで挟み込み部３１１ｂが形成され、これにより板状の担持部材３１１が成形される。次に、担持部材３１１はガイドローラを介して上記実施形態と同様に容器１３２内の硫酸等の電解液１３３に導入され、担持部材３１１の表層に陽極酸化処理が施され、担持部材３１１を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。本変形例では酸化アルミニウム皮膜１１２が絶縁材として機能する。次に、皮膜１１２に被覆された担持部材２１１は、ガイドローラを介して第６変形例と同様の容器２２６内のアミン基を含む溶液２２７内に導入され、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着され、これにより製造された帯板状の二酸化炭素吸着用具１１０はヒーター２２８により乾燥させられる。なお、二酸化炭素吸着用具１１０の一端と他端において、第６変形例と同様に電極２３１、２３２との接続のために電気抵抗エレメント３１１ａの端部が露出される。第８変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０と同様の二酸化炭素吸着装置１００において同様に用いられる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００４３】
図２４に示す第９変形例の板状の二酸化炭素吸着用具１１０は円環形状を有する。図２５に示すように、本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、上記実施形態のフォイル状担持部材１１１に代えて曲げ可能な薄板状担持部材４１１を備える。担持部材４１１は上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２により被覆される。担持部材４１１は、電気エネルギーによって加熱されるエレメントとして導電性を有する薄板からなる導電性エレメント４１１ａと、導電性エレメント４１１ａを挟み込むアルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部４１１ｂとを有する。導電性エレメント４１１ａの材質は、誘導加熱により発熱するものであれば特に限定されず、本変形例ではステンレス鋼とされる。挟み込み部４１１ｂは、本変形例では導電性エレメント４１１ａの表面に蒸着により一体化される。挟み込み部４１１ｂのアルミニウムまたはアルミニウム合金のほぼ全体を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着される。各孔１１２ａの寸法は上記実施形態と同様とすればよい。また、第１変形例と同様に大径孔１１２ｂと小径孔１１２ａを設けてもよい。本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、第８変形例と同様に帯板状に成形した後にプレスにより円環形状に打ち抜くことで製造できる。なお、導電性エレメント４１１ａは、誘導加熱により発熱するものであればよいので、誘導磁場の周波数を高く設定すればアルミニウム製またはアルミニウム合金製とすることができる。この場合、導電性エレメント４１１ａの表層を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２できるので、挟み込み部４１１ｂは不要になる。
【００４４】
図２６は第９変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を用いた二酸化炭素吸着装置１００を示す。吸着装置１００は、二酸化炭素吸着用具１１０を収納する筒状の吸着器１０１を備え、吸着器１０１の一端の入口１０１ａと他端の出口１０１ｂは、それぞれ電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂを介して第１補助空気流路７１の分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。
吸着器１０１内で、複数の二酸化炭素吸着用具１１０が互いに隙間を介して積み重ねられている。二酸化炭素吸着用具１１０を積み重ねる場合、二酸化炭素吸着用具１１０の表面から突出する多数の凸部を形成したり、立体的なメッシュのようなスペーサを介在させることで、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具１１０の表面の間に空気流路を構成する隙間を確保できる。二酸化炭素吸着用具１１０の表面から突出する多数の凸部は、皮膜１１２を形成する前に担持部材４１１にプレス等で凹凸を設けることで形成できる。入口１０１ａに通じる空気導入管１０１ｃと出口１０１ｂに通じる空気排出管１０１ｄが、吸着器１０１に固定される。空気導入管１０１ｃの外周に設けられたフランジ１０１ｃ′と空気排出管１０１ｄの外周に設けられたフランジ１０１ｄ′により、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具１１０が挟み込まれる。また、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具１１０は、仕切りプレート１０１ｅにより空気導入側と空気排出側とに２分される。仕切りプレート１０１ｅは、磁束の通過を許容し、二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔を介する空気の流れを規制する。空気導入管１０１ｃは空気導入側の各二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に挿入され、空気導入管１０１ｃの中心孔への挿入部分は多孔質とされている。空気排出管１０１ｄは空気排出側の各二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に挿入され、空気排出管１０１ｄの中心孔への挿入部分は多孔質とされている。
入口１０１ａから空気導入管１０１ｃを介して吸着器１０１に導入された空気は、空気導入側の各二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔から、空気導入管１０１ｃの多孔を介して各二酸化炭素吸着用具１１０相互間の隙間に流入し、担持部材４１１の表面に沿って吸着器１０１の周壁に向かい流れ、次に、吸着器１０１の周壁に沿って流れることで空気排出側の各二酸化炭素吸着用具１１０の外周に至り、空気排出側の各二酸化炭素吸着用具１１０の外周から各二酸化炭素吸着用具１１０相互間の隙間に流入し、担持部材４１１の表面に沿って二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に向かい流れ、次に、空気排出管１０１ｄの多孔を介して二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に至り、しかる後に空気排出管１０１ｄを介して出口１０１ｂから排出される。
吸着器１０１の周壁に交番磁束発生用コイル４３１が埋設されている。コイル４３１は高周波電源４３２に接続され、高周波の交流電流が印加されることで一点鎖線ｍ１で示すように高周波の交番磁束を発生する。高周波電源４３２の発生する交流電流の周波数は数十ｋＨｚとされる。コイル４３１を構成する導線は、高周波交流がそれぞれの表面を流れる多数の細線により構成するのが好ましい。吸着器１０１の周壁の外側に、二酸化炭素吸着用具１１０を通過した磁束を誘導する磁性材を配置するのが好ましい。磁性材としては渦電流の発生の少ないフェライトが好ましい。各担持部材４１１の導電性エレメント４１１ａはコイル４３１の発生磁束の通過位置に配置され、導電性エレメント４１１ａの厚さ方向に沿って磁束は通過するものとされる。
吸着器１０１に、二酸化炭素吸着用具１１０の表面温度を検出する第６変形例と同様の温度検出部２３４が取り付けられる。温度検出部２３４による温度測定信号は演算回路２３５によりデジタル信号に変換されてコントローラ２５に伝送され、コントローラ２５に交流電源４３２が接続される。コントローラ２５は測定温度に基づき例えばオン・オフ制御や電流量制御により交流電源４３２を制御し、これによりコイル４３１への供給電力が制御される。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００４５】
吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第２補助空気流路９５に接続される状態においては、上記実施形態と同様に、吸着器１０１内を流れる空気温度はほぼ常温となっていることから、その空気に含まれる二酸化炭素はアミン基１１３に吸着される。吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第１補助空気流路の分岐路７１ａに接続される状態においては、コイル４３１が高周波の交番磁束を発生することで導電性エレメント４１１ａが渦電流により誘導加熱される。導電性エレメント４１１ａの誘導加熱により、アミン基１１３に吸着された二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む空気は減圧弁９１ｇ′を介して機外空間１４に排気される。なお、本変形例においては、二酸化炭素吸着用具１１０の吸着面積は中心孔近傍で小さく、外周近傍で大きい。よって、吸着飽和部位が空気の流れの上流側から下流に向かって次第に増加する時、すなわち吸着飽和が進行する時、その進行は終盤で加速される。また、二酸化炭素吸着用具１１０から二酸化炭素を放出する場合も、放出の進行は終盤で加速される。よって、二酸化炭素の吸着と放出の進行管理が容易になる。
【００４６】
第６〜第９変形例の二酸化炭素吸着用具１１０によれば、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａの温度は抵抗加熱により、導電性エレメント４１１ａの温度は誘導加熱により、短時間でアミン基１１３の再生に適した温度まで立ち上がる。これにより、アミン基１１３の再生を迅速に行うことができるので、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮でき、単位時間あたりの吸着と再生のサイクル数を増加させることができる。よって、大量の二酸化炭素を処理する場合においても、二酸化炭素吸着装置１００を小型軽量化し、航空機に搭載するのに適したものにできる。なお、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａと導電性エレメント４１１ａの発生熱量はコントローラ２５により制御されるので、二酸化炭素吸着用具１１０の表面温度はアミン基１１３の再生に適した温度に維持される。この際、吸着器１０１内を流れる空気温度は、上記実施形態で示したように８０℃〜１２０℃程度のアミン基１１３の再生に適した温度に昇温されているので、二酸化炭素吸着用具１１０の温度変動が小さくなる。これにより、二酸化炭素吸着用具１１０の劣化を防止しつつ十分な再生を行うための温度制御を容易に行うことができる。また、二酸化炭素吸着用具１１０は電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａにより強度が向上されるので、取り扱いが容易になり、振動などによる劣化を防止できる。電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａを、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部２１１ｃ、３１１ｂにより挟み込む場合、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導に優れることから、アミン基１１３を均一に加熱することができる。よって、アミン基１１３の過度の加熱による劣化や加熱不足による不十分な再生を防止できる。なお、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａ自体をアルミニウム製またはアルミニウム合金製としてもよく、この場合、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａは、電気抵抗値を高くするために薄くするのが好ましい。
【００４７】
第６〜第９変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を用いた二酸化炭素吸着装置１００において、吸着器１０１の数を複数とすることができる。この場合、一部の吸着器１０１における二酸化炭素吸着用具１１０により二酸化炭素を吸着し、残りの吸着器１０１における二酸化炭素吸着用具１１０の再生を行うことができる。また、除去すべき二酸化炭素量が少ない場合、一部の吸着器１０１における二酸化炭素吸着用具１１０を休止状態としてもよい。さらに、吸着器１０１に導入する空気圧力を、アミン基１１３を再生する時は二酸化炭素を吸着する時よりも低くし、機外圧力に近くするのが好ましい。これにより、アミン基１１３からの二酸化炭素の放出を促進できる。
【００４８】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、二酸化炭素吸着用具を円錐状、半球状、カッブ状に成形し、隙間を介して積み重ねてもよい。また、航空機用空気調和装置は、エンジンからの抽出空気に代えて電動モータにより圧縮される機外空気を空調用に用いるものであってもよい。さらに、本発明による二酸化炭素吸着用具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。
【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装置と吸着用具およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素吸着用具としては、多孔質の樹脂製微小粒体や二酸化ケイ素、アルミナなどのセラミック製格子状構造体に、二酸化炭素吸着特性に優れたアミン基を付着したものが知られている。すなわち、アミン基が付着した微小粒体を充填した空気流路を構成し、あるいは、アミン基が付着した格子状構造体により構成される空気流路にアミン基を付着した微小粒体を充填し、その空気流路を流れる空気中の二酸化炭素を吸着することが提案されている（特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特公平３−７４１２号公報
【特許文献２】特公平３−３９７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のようにアミン基が付着した微小粒体を空気流路に充填した場合、空気の流動に対する抵抗が大きくなるため、容積の大きな空間における空気中二酸化炭素を吸着させるには大きな体積流量を通過させる必要があるため、迅速な吸着は困難であった。また、アミン基を高温空気により加熱することで吸着した二酸化炭素を放出させる再生処理を行う場合、その高温空気の流動に対する抵抗も大きくなるため迅速な再生処理が妨げられる。さらに、従来の二酸化炭素吸着用具では再生用高温空気の熱をアミン基まで均一かつ迅速に伝達するのが困難で、迅速な再生処理が困難であった。そのため、従来の二酸化炭素吸着用具は、多数の人間を収容した密閉空間における空気中の二酸化炭素を吸着するのには適さなかった。
【０００４】
例えば大型航空機の場合、キャビン用エンジン抽気量をエンジン性能確保のために減少させるとキャビン内の新鮮空気の割合が低下する。しかし、機外からの新鮮空気の割合を低下させると二酸化炭素の濃度はＦＡＡ（米連邦航空局）などが推奨する規定である５０００ｐｐｍ（０．５％）以下の要求を満たすことができなくなる。人体肺胞の中の二酸化炭素濃度は約３％であるので、５０００ｐｐｍで直ちに危険な状態になる可能性はないものの、これを超えた濃度になると人によっては思考力が低下するなどの影響が生じる場合がある。そのため、二酸化炭素を迅速に吸着し、且つ、吸着した二酸化炭素を迅速に放出させてアミン基を再生することが望まれる。さらに、大型航空機は機内容積が大きい一方で二酸化炭素濃度は０．５％未満と薄いため、機内空気から二酸化炭素を除去するには二酸化炭素吸着部位を通過させる空気流量を多くする必要がある。しかし、二酸化炭素吸着部位における圧力損失を補うため空気圧縮に要する電気エネルギが必要となり、結果として発電機を具備するエンジンの負荷となることから、その圧力損失を低くすることが望まれる。また、二酸化炭素の吸着を効率良く行うことが望まれるが、航空機内ではエネルギ使用が制限されるため、循環空気の高圧処理のようなエネルギを消費が大きくなる手法は制限され、また、高圧を扱うことのできる耐圧構造は重量が増すため軽量化を求められる航空機になじまない。さらに、航空機に適用される場合は揺れ、振動、加速度が作用する環境下でも正常に機能し、且つ、小型軽量であることが要求される。このような課題を本発明は解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
空気中の二酸化炭素を吸着するための本発明の二酸化炭素吸着用具の一つの特徴は、フォイル状または板状の担持部材と、前記担持部材を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜と、前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、前記皮膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成され、前記皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向である点にある。これにより、担持部材とその表面に形成された多孔質の皮膜とによりアミン基の担持体が構成されることになる。
本発明の二酸化炭素吸着用具の製造方法は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル状担持部材を成形する工程と、前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える。あるいは、少なくとも表層がアルミニウム製またはアルミニウム合金製の板状の担持部材を成形する工程と、前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える。
本発明によれば、担持部材がフォイル状または板状で薄いことにより、本発明の二酸化炭素吸着用具により構成される空気流路において担持部材の表面に沿って空気を流すことで、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空気中における二酸化炭素の吸着を迅速に行うことができる。また、担持部材は薄く軽量であるため二酸化炭素吸着用具は小型軽量なものとなり、構造はシンプルなものとなり揺れ、振動、加速度が作用する環境下でも正常に機能し、さらに、二酸化炭素吸着用具をロール状に巻いたり、曲げたり、複数の二酸化炭素吸着用具を積み重ねることで、二酸化炭素吸着用具の担持部材の表面に沿う流路を容易に構成できる。板状の二酸化炭素吸着用具を積み重ねる場合、二酸化炭素吸着用具の表面から突出する多数の凸部を形成したり、スペーサを介在させることで、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具の表面の間に空気流路を構成する隙間を確保できる。二酸化炭素吸着用具の表面から突出する多数の凸部は、皮膜を形成する前に担持部材にプレス等で凹凸を設けることで形成できる。
【０００６】
前記担持部材は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製とされ、前記皮膜は、前記担持部材の表層を酸化することで形成されるのが好ましい。アミン基は空気に含まれる二酸化炭素を吸着し、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を放出できるので、その空気流路に高温空気を流すことでアミン基を再生できる。この際、担持部材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均一化することでアミン基が変成し劣化を生じるような温度上昇は生じない。よって、二酸化炭素吸着用具は均一な温度分布となるように加熱され、高温空気の熱によりアミン基を再生に適した温度に均一かつ迅速に加熱できる。
【０００７】
本発明の二酸化炭素吸着用具の別の特徴は、担持部材と、前記担持部材を被覆する多孔質の皮膜と、前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、前記担持部材は電気エネルギーによって加熱されるエレメントを含み、前記エレメントの加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される点にある。
これにより、エレメントの温度は電気エネルギーによって短時間でアミン基の再生に適した温度まで立ち上がることから、アミン基の再生を迅速に行うことができる。よって、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮できるので、大量の二酸化炭素を処理する場合でも二酸化炭素吸着装置を小型軽量化でき、航空機に搭載するのに適したものとなる。この場合、担持部材はフォイル状または板状であり、皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向であるのが好ましい。被膜は多孔質材であればよいが、アルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成され多孔質の酸化アルミニウムであるのが好ましい。
さらに、前記エレメントは、導電性を有すると共に抵抗加熱用電力供給部に接続される電気抵抗エレメントとされ、前記電気抵抗エレメントの抵抗加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出されるのが好ましい。これにより、電気抵抗エレメントの温度は抵抗加熱により短時間でアミン基の再生に適した温度まで立ち上がることから、アミン基の再生を迅速に行うことができる。よって、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮できるので、大量の二酸化炭素を処理する場合でも二酸化炭素吸着装置を小型軽量化でき、航空機に搭載するのに適したものとなる。また、二酸化炭素吸着用具は電気抵抗エレメントにより強度が向上されるので、取り扱いが容易になり、振動などによる劣化を防止できる。電気抵抗エレメントをアルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部により挟み込む場合、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導に優れることから、アミン基を均一に加熱することができ、アミン基の過度の加熱による劣化や加熱不足による不十分な再生を防止できる。
【０００８】
本発明の二酸化炭素吸着装置は、空気中の二酸化炭素を吸着するための二酸化炭素吸着用具と、交番磁束発生用コイルとを備え、前記二酸化炭素吸着用具は、担持部材と、前記担持部材を被覆する多孔質の皮膜と、前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを有し、前記担持部材は電気エネルギーによって加熱されるエレメントを含み、前記エレメントの加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される点にある。この場合、前記エレメントは、導電性を有すると共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性エレメントとされ、前記導電性エレメントの誘導加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出されるのが好ましい。
これにより、導電性エレメントの温度は誘導加熱により短時間でアミン基の再生に適した温度まで立ち上がることから、アミン基の再生を迅速に行うことができる。よって、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮できるので、大量の二酸化炭素を処理する場合でも二酸化炭素吸着装置を小型軽量化でき、航空機に搭載するのに適したものとなる。また、二酸化炭素吸着用具は導電性エレメントにより強度が向上されるので、取り扱いが容易になり、振動などによる劣化を防止できる。導電性エレメントをアルミニウム製またはアルミニウム合金製とする場合、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導に優れることから、アミン基を均一に加熱することができ、アミン基の過度の加熱による劣化や加熱不足による不十分な再生を防止できる。
【０００９】
担持部材が電気抵抗エレメントまたは導電性エレメントを有する場合、二酸化炭素吸着用具の温度検出部と、検出温度に基づき電気抵抗エレメントまたは磁束発生用コイルへの供給電力を制御するコントローラを備えるのが好ましい。さらに、電気抵抗エレメントの抵抗加熱時または導電性エレメントの誘導加熱時に、二酸化炭素吸着用具により構成される空気流路において流動する再生用の空気の加熱部を備えるのが好ましい。これにより、再生過程において二酸化炭素吸着用具の温度変動が小さくなり、遂次再生が進行し、かつアミン基を劣化させない範囲に温度制御を行うことが容易にできる。
【００１０】
前記皮膜に形成される各孔として、表面側の大径孔と、前記大径孔の底部において開口する複数の小径孔とを有するのが好ましい。その大径孔の存在により二酸化炭素吸着用具の表面に沿う空気の流れに変化を与え、アミン基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。
前記皮膜の各孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径は２ｎｍ〜１００ｎｍであるのが好ましい。そのアミン基により囲まれた孔の内径を２ｎｍ以上とすることで、これより１ケタ小さいレベルの気体分子がこのアミン基に囲まれた孔に容易に出入りできる構造となり、吸着時には気体分子がアミン基により囲まれた孔内に容易に入り込むことができ、その内径を１００ｎｍ以下とすることで気体分子はアミン基を接触する機会に恵まれる上、アミン基の表面積を十分に確保でき、大きなエネルギを消費することなく効率良く二酸化炭素を吸着できる。
前記皮膜に形成される各孔として前記大径孔と前記小径孔とを有する場合、前記小径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔は内径が２ｎｍ〜１００ｎｍとされ、前記大径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔は内径が１００ｎｍを超えてもよい。その小径孔の内面に付着されたアミン基が二酸化炭素吸着用具の表面積の大部分を占めるため、小径孔の内面に付着されたアミン基により囲まれた孔の内径を吸着に適した値とすればよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の二酸化炭素吸着用具および二酸化炭素吸着装置によれば、大量の二酸化炭素を迅速に吸着し、且つ、高温空気により二酸化炭素吸着用アミン基を均一かつ迅速に再生処理でき、本発明方法によれば本発明の二酸化炭素吸着用具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における航空機用空気調和装置の構成説明図
【図２】本発明の実施形態における航空機用空気調和装置の水分吸着部の斜視図
【図３】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着装置の構成説明図
【図４】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の側面図
【図５Ａ】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図５Ｂ】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具のアミン基付着前の部分拡大断面図
【図５Ｃ】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具のアミン基付着前の部分拡大斜視図
【図６Ａ】本発明の第１変形例に係る二酸化炭素吸着用具のアミン基付着前の部分拡大断面図
【図６Ｂ】本発明の第１変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図７】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の担持部材の成形方法を示す図
【図８】本発明の第２変形例に係る二酸化炭素吸着用具の担持部材の成形方法を示す図
【図９】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の酸化アルミニウム製皮膜の成形方法を示す図
【図１０】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の皮膜が形成された担持部材をロール状に巻いた図
【図１１】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着用具の皮膜にアミン基を付着させる方法の説明図
【図１２】本発明の実施形態における二酸化炭素吸着装置の吸着器の構成説明図
【図１３】本発明の第３変形例に係る二酸化炭素吸着用具の使用態様を示す正面図
【図１４】本発明の第３変形例に係る二酸化炭素吸着用具の使用態様を示す部分拡大正面図
【図１５】本発明の第４変形例に係る二酸化炭素吸着用具の形態を示す斜視図
【図１６】本発明の第４変形例に係る二酸化炭素吸着用具の形態の部分拡大正面図
【図１７】本発明の第５変形例に係る二酸化炭素吸着装置の斜視図
【図１８】本発明の第６変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図１９】本発明の第６変形例に係る二酸化炭素吸着用具の成形方法を示す図
【図２０】本発明の第６変形例に係る二酸化炭素吸着用具の構造説明用斜視図
【図２１】本発明の第７変形例に係る二酸化炭素吸着装置の構成説明図
【図２２】本発明の第８変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図２３】本発明の第８変形例に係る二酸化炭素吸着用具の成形方法を示す図
【図２４】本発明の第９変形例に係る二酸化炭素吸着用具の斜視図
【図２５】本発明の第９変形例に係る二酸化炭素吸着用具の部分拡大断面図
【図２６】本発明の第９変形例に係る二酸化炭素吸着装置の構成説明図
【符号の説明】
【００１３】
１１０ 二酸化炭素吸着用具
１１１、２１１、３１１、４１１ 担持部材
１１２ 皮膜
１１２ａ 孔
１１３ アミン基
２１１ａ、３１１ａ 電気抵抗エレメント
３１３ 電力供給部
４１１ａ 導電性エレメント
４３１ コイル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明による二酸化炭素吸着用具を用いた二酸化炭素吸着装置１００を航空機用空気調和装置１に適用した実施形態を示す。航空機用空気調和装置１は、エンジン１からの抽出空気を、プリクーラ２と呼ばれる熱交換器により冷却し、図外コントローラからの信号により開度を指示される流量制御バルブ３９で流量制御する。流量制御バルブ３９により流量制御されたエンジン抽出空気は、ラジアルコンプレッサ３でほぼ断熱的に圧縮される。ラジアルコンプレッサ３で圧縮されることで昇温された空気はメインクーラ４、再生熱交換器４ａでラム空気路９を通る機外空気により冷却され、水分捕捉のためにウォータセパレータ７に導かれる。なお、航空機が地上にあってエンジン１が停止している時は、エンジン１からの抽出空気に代えて高圧空気供給ユニット１′により圧縮された空気が空調用に用いられる。
【００１５】
ウォータセパレータ７で水分除去された空気は空気流路７５に導かれる。空気流路７５を流れる空気の一部は空気分離部１６に導かれる。空気分離部１６を構成する選択透過膜１６ａは、空気中の酸素の透過率が窒素の透過率よりも高くされている。なお、酸素の透過率が窒素の透過率よりも低い選択透過膜を用いてもよい。これにより、空気分離部１６に導かれた空気は窒素富化ガスと酸素濃縮空気とに分離される。窒素富化ガスは、第１コントロールバルブ４１ａを介して燃料周囲領域１５に導入された後に、放出路を通って機外空間１４に放出される。酸素濃縮空気は、第２コントロールバルブ４１ｂを介して機外空間１４に放出可能とされ、また、第３コントロールバルブ４１ｃを介してキャビン８に導入可能とされている。各コントロールバルブ４１ａ、４１ｂ、４１ｃはコントローラからの信号により開度調整され、その開度調整により空気分離部１６を通過する空気流量が調整可能とされている。
【００１６】
空気流路７５に導かれた空気の残部が膨張タービン５においてほぼ断熱的に膨張されることで冷気が生成される。これにより、コンプレッサ３と膨張タービン５とによりエアサイクル式冷却装置が構成される。エアサイクル式冷却装置より生成された冷気は、再生熱交換器４ａからミキシングチャンバ１３を介して航空機のコックピット空間を含むキャビン８に導入される。膨張タービン５の膨張仕事は、シャフト６を介してコンプレッサ３に伝えられることで圧縮動力として利用される。コンプレッサ３とタービン５を結ぶシャフト６に、コンプレッサ３の駆動に必要な動力を補助するためのモータ６ａが取り付けられている。
【００１７】
エンジン１からの抽出空気を上記エアサイクル式冷却装置を通ることなくキャビン８に導くためのバイパス空気流路１１が設けられている。バイパス空気流路１１はコントローラからの信号により開度調整可能なホットエアモジュレートバルブ１２により開閉される。抽出空気の一部は、ホットエアモジュレートバルブ１２を開くことで、コンプレッサ３と膨張タービン５とから構成されるエアサイクル式冷却装置で冷却されることなく、バイパス空気流路１１からミキシングチャンバ１３を介してキャビン８に導かれる。
【００１８】
キャビン８内の空気は、空気調和装置からの供給分から機体の漏れや機外への空気流路からの放出分を差し引いた分に相当する量だけ流出空気流路４０に流出され、流出空気流路４０においてフィルター４２により埃や匂いが除去される。流出空気流路４０に流出された空気の一部はファンＦ１を介してミキシングチャンバ１３に導かれる。
【００１９】
キャビン８から流出空気流路４０を介して流出した空気の一部は、ファンＦ２により流出空気流路４０から分岐する第１補助空気流路７１に導かれた後に第２再生熱交換器７２により加熱される。
【００２０】
流出空気流路４０と第１補助空気流路７１とに水分吸着部８３が空気流路切替機構５０を介して接続される。すなわち図２に示すように、多数の水分吸着部８３が回転ドラム８０の内部にハニカム状に設けられ、その長手方向は回転軸方向に延びる。各水分吸着部８３内に吸着剤が充填されている。各水分吸着部８３を構成する吸着剤は、空気に含まれる水分を吸着し、また、吸着時よりも温度が上昇することで吸着した水分を放出するもので、例えばシリカゲルのような水分子吸着物質から構成できる。回転ドラム８０の両端面にセパレータ８１が相対回転可能にシール部材（図示省略）を介して接合されている。各セパレータ８１は、外輪８１ａと内輪８１ｂとを２本のアーム８１ｃにより接続することで構成され、航空機の機体側に固定される。各セパレータ８１の内輪８１ｂにより、回転ドラム８０の中心シャフト８０ａが軸受（図示省略）を介して回転可能に支持される。中心シャフト８０ａにモータ８２が接続され、モータ８２がコントローラ２５からの信号により駆動されることで回転ドラム８０は回転する。各セパレータ８１における外輪８１ａと内輪８１ｂとの間は、２本のアーム８１ｃにより２つの領域８１ｄ、８１ｅに区画されている。各セパレータ８１における一方の領域８１ｄは配管継手８４を介して第１補助空気流路７１に接続され、他方の領域８１ｅは配管継手８５を介して流出空気流路４０に接続される。これにより、コントローラ２５による空気流路切替機構５０の制御により回転ドラム８０が回転することで、各水分吸着部８３それぞれは第１補助空気流路７１に接続される状態と流出空気流路４０に接続される状態とに切替えられる。
【００２１】
第１補助空気流路７１を流れる空気の温度は第２再生熱交換器７２により加熱されることで例えば８０℃〜１２０℃になり、キャビン８内の空気よりも高温になる。一方、キャビン８から流出空気流路４０に導かれる空気の温度は例えば２０℃〜３０℃になる。これにより、水分吸着部８３はキャビン８から流出空気流路４０を介して導入される空気が流れる時は低温になるので、吸着剤はキャビン８から流出される空気に含まれる水分子を吸収する。一方、水分吸着部８３は第１補助空気流路７１を介して導入される空気が流れる時は高温になるので、吸着剤は第１補助空気流路７１を介して導入される空気中に吸収した水分子を放出することで再生される。例えば、各吸着剤がシリカゲルである場合、２０℃ではシリカゲル１．０ｋｇに０．２５ｋｇ以上の水分子を吸着できるが、１００℃ではシリカゲル１．０ｋｇに０．０２ｋｇ以下の水分子しか吸着できない。これにより、キャビン８から流出される空気中の水分子を、吸着剤により吸着した後に第１補助空気流路７１を流れる空気中に放出する。しかも、吸着剤は再度利用できるように再生される。
【００２２】
第１補助空気流路７１を流れる空気は、水分吸着部８３を通過した後に第３切替えバルブ２７に導かれる。第３切替えバルブ２７は、そこに導かれた空気を機外空間１４に放出する状態と、ミキシングチャンバ１３を介してキャビン８に導入する状態とにコントローラからの信号により空気流路を切替え可能である。これにより、第１補助空気流路７１を流れる空気は水分吸着部８３の通過後にキャビン８に導入可能とされ、水分吸着部８３により吸着された水分をキャビン８に導入する手段が構成されている。
【００２３】
流出空気流路４０は、水分吸着部８３の下流において、第２補助空気流路９５と第３補助空気流路９６とに分岐される。第２補助空気流路９５は、空気圧縮手段として高周波モータ１８で駆動されるコンプレッサ１７に導かれ、水分吸着部８３により水分吸着された空気の一部が略断熱的に圧縮される。コンプレッサ１７により昇圧され、１５０℃〜２００℃程度まで温度が上昇した空気は、第２再生熱交換器７２において第１補助空気流路７１を流れる空気と熱交換され、放熱器１９においてラム空気路９を通る機外空気により冷却されることで、ほぼ常温近くまで冷却され、しかる後に二酸化炭素吸着装置１００に導かれ、その中に含まれる二酸化炭素が吸着除去される。二酸化炭素が除去された空気は第４切替えバルブ３６を介して、エンジン抽出空気と混合されラジアルコンプレッサ３に送られる。なお、二酸化炭素吸着装置では作動条件によって微量のアミン基を持つガスが空気に混合する場合があるため、第４切替えバルブ３６に至る前に活性炭等による簡易吸着フィルタ１０３を装着するのが好ましい。一方、第１補助空気流路７１を流れる空気の一部は、第２再生熱交換器７２において昇温された後に、分岐路７１ａを介して二酸化炭素吸着装置１００に導かれ、そこで再生用高温空気として使用される。第３補助空気流路９６は切替えバルブ９０ａを介してアウトフローバルブ９０ｂに接続される。切替えバルブ９０ａはアウトフローバルブ９０ｂを第３補助空気流路９６に接続する状態とキャビン８に接続する状態とに切り換える。図外センサによるキャビン８内の検出圧力と航空機の検出高度に基づき、アウトフローバルブ９０ｂの開度がコントローラにより制御され、キャビン８内の圧力が適正に維持される。
【００２４】
図３に示すように、二酸化炭素吸着装置１００は複数の吸着器１０１を有する。各吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂは、それぞれ電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂを介して第１補助空気流路７１の分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。これにより、コントローラ２５による電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂの制御により、各吸着器１０１は分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。
【００２５】
各吸着器１０１に二酸化炭素吸着用具１１０が収納されている。二酸化炭素吸着用具１１０は、図４に示すように本実施形態では放熱フィン状の形態を有し、図５Ａに示すように、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル状担持部材１１１と、担持部材１１１の表層を酸化することで形成された多孔質の酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）製皮膜１１２と、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３とを備える。アミン基１１３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。皮膜１１２の各孔１１２ａの深さ方向は担持部材１１１の厚さ方向（図５Ａの矢印Ａ方向）とされている。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３により囲まれた孔の内径Ｄは２ｎｍ〜１００ｎｍとされる。酸化アルミニウム製皮膜１１２は、担持部材１１１を陽極として酸性処理液内で電流を流すことにより、図５Ｂのように担持部材１１１の表層に形成され、図中矢印で示す方向に成長する。つまり、皮膜１１２は担持部材１１１の厚さ方向に成長することから、皮膜１１２における各孔１１２ａの深さ方向は担持部材１１１の厚さ方向になる。このような陽極酸化皮膜１１２の生成は公知の工程により行うことができる。電解液１３３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１１３を付着させるのに適した孔１１２ａを有する均一な品質の皮膜１１２を生成することができる。特に、皮膜１１２を形成する酸化層の厚さ（図中ｔ）は、使用する処理液の種類と処理中に印加される電圧によって決まり、一般に電圧が小さいほど酸化層の厚さは薄くなる。その処理液としては、例えば希硫酸を主成分とする酸などが本発明に基づく上記内径Ｄの孔を形成する上で好ましい。皮膜１１２の成長が完了した後の表層の様子は、図５Ｃに示すように、相隣接する領域から成長した皮膜１１２同士が密に分布し、蜂の巣状の形態を呈する場合が多い。各孔１１２ａの開口が閉鎖されないのは勿論のことである。
皮膜１１２の形成途中において処理電圧を下げることにより、図６Ａ、図６Ｂの第１変形例に示すように、アルミニウムの酸化層すなわち皮膜１１２の厚さが変化する。これにより、皮膜１１２に形成される孔を、表面側の大径孔１１２ｂと、大径孔１１２ｂの底部において開口する複数の小径孔１１２ａとして成長させることができる。この場合、小径孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３が二酸化炭素吸着用具１１０の表面積の大部分を占めるため、小径孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３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１１２ｂの内面に付着されたアミン基１１３により囲まれた孔の内径は１００ｎｍを超えてもよい。大径孔１１２ｂの存在により、二酸化炭素吸着用具１１０の表面に沿う空気の流れに変化を与え、アミン基１１３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。
【００２６】
本実施形態の担持部材１１１は、図７に示すように、ロールＲから繰り出されるアルミフォイル１１１′を厚さ方向に交互に往復移動する一対の成型ダイス１２１によって、多数のフィン部１１１ａが形成されるように折り曲げ成形されている。なお、成型ダイス１２１が図７において矢印で示すようにアルミフォイル１１１′の繰り出し方向にも往復移動することで、ロールＲからアルミフォイル１１１′が繰り出される。これにより、形成される担持部材１１１の厚さは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度が好ましい。なお、図８の第２変形例に示すように、担持部材１１１よりも少し厚いアルミニウム製またはアルミニウム合金製の薄板状の補強材１２０を担持部材１１１に取り付けてもよい。補強材１２０はローラ１２４を介してロールＲ′から繰り出され、ノズル１２２により粉末ロー材１２３を吹き付けられた後に担持部材１１１との接着位置に位置され、加熱装置１２５によりロー材１２３を溶融させることで担持部材１１１に接着される。補強材１２０の厚さは例えば０．３ｍｍ程度とされる。ロー材１２３の溶融時に担持部材１１１を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金が酸化するのを防止するため、担持部材１１１における加熱装置１２５による加熱部位を囲むシール壁１２７を設け、そこにアルゴンガス等の不活性ガス１２６を供給して冷却ガス雰囲気により加熱部位を覆うのが好ましい。なお、担持部材１１１の形状は運用上に適するものであれば特に限定されない。
【００２７】
本実施形態の酸化アルミニウム製皮膜１１２はフィン部１１１ａの形成後に担持部材１１１に陽極酸化処理を施すことで形成される。その皮膜１１２の厚さは数μｍ〜数十μｍとするのが好ましい。すなわち、図９に示すように、担持部材１１１は回転ローラ１３１によって容器１３２内の硫酸等の電解液１３３内に送り込まれ、担持部材１１１と容器１３２とに担持部材１１１を陽極として電源１３４が接続され、電源１３４からの給電により担持部材１１１の表層が酸化されて多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。
なお、多数のフィン部形成工程と陽極酸化処理工程は、前記の順序に限定するものではなく、逆の工程となっても良い。
【００２８】
表面に皮膜１１２が形成された担持部材１１１は、本実施形態では図１０に示すようにロール状に巻かれた状態で、図１１に示すように容器１３５に収納される。その容器１３５内に、アミン基１１３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状態で注入し、その溶剤中に皮膜１１２が形成された担持部材１１１を完全に浸漬させる。しかる後に容器１３５を密閉し、真空ポンプ等により容器１３５内の脱気を行う。これにより、皮膜１１２の各孔１１２ａ内に留まっていた空気が吸引され、さらに加圧等を行うことでその空気に代わって溶剤が各孔１１２ａに入り込むので、その溶剤を乾燥させることでアミン基１１３が各孔１１２ａの内面に付着される。これにより形成されたロール状の二酸化炭素吸着用具１１０が図１２に示すように吸着器１０１に収納される。吸着器１０１は筒状とされて一端と他端とに空気の入口１０１ａと出口１０１ｂが設けられ、吸着器１０１の軸方向が担持部材１１１の表面に平行とされることでは吸着器１０１の内部における空気の流れは担持部材１１１の表面に沿う。
【００２９】
吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第２補助空気流路９５に接続される状態においては、吸着器１０１内を流れる空気温度はその上流側で冷却される結果ほぼ常温になることから、その空気に含まれる二酸化炭素はアミン基１１３に吸着される。吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第１補助空気流路の分岐路７１ａに接続される状態においては、吸着器１０１内を流れる空気温度は上記のように８０℃〜１２０℃程度に昇温されていることから、アミン基１１３に吸着された二酸化炭素は放出され、アミン基１１３は再度利用できるように再生される。
【００３０】
第２補助空気流路９５を通って吸着器１０１の出口１０１ｂから流出する空気は、第４切替えバルブ３６に導かれる。第４切替えバルブ３６は、コントローラからの信号により、導かれた空気をミキシングチャンバ１３を介してキャビン８に導く状態と、エアサイクル式冷却装置に導く状態とに空気流路を切替え可能である。これにより、キャビン８から流出する空気は、二酸化炭素が低減された後に第４切替えバルブ３６を介して再びキャビン８に導かれる。
【００３１】
第１補助空気流路の分岐路７１ａを通って吸着器１０１の出口１０１ｂから流出する二酸化炭素を多く含む空気は減圧弁９１ｇ′を介して機外空間１４に排気される。この際、コントローラ２５からの信号によって減圧弁９１ｇ′で排気量を制御することが可能とされている。
【００３２】
上記実施形態によれば、キャビン８から流出する空気を再びキャビン８に導く場合に、その空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着用具１１０を介して航空機の機外に排出し、機内空気における二酸化炭素濃度を低減できる。その際、担持部材１１１がフォイル状で薄いことにより、二酸化炭素吸着用具１１０により構成される空気流路において担持部材１１１の表面に沿って空気を流すことで、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空気中における二酸化炭素の吸着を迅速に行うことができる。また、アミン基１１３は空気に含まれる二酸化炭素を吸着し、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を放出できるので、その空気流路に高温空気を流すことでアミン基１１３を再生できる。この際、担持部材１１１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、高温空気の熱によりアミン基１１３を再生に適した温度に均一かつ迅速に加熱できる。また、担持部材１１１は薄く軽量であるため二酸化炭素吸着用具１１０は小型軽量なものとなり、さらに構造はシンプルなものとなり揺れ、振動、加速度が作用する環境下でも正常に機能する。さらに、担持部材１１１の表面における酸化アルミニウム製皮膜１１２の孔１１２ａの内面に付着されたアミン基１１３により囲まれた孔の内径を２ｎｍ以上とすることで、気体分子がその孔に容易に入り込むことができ、その内径を１００ｎｍ以下とすることでアミン基１１３の表面積を十分に確保でき、大きなエネルギを消費することなく効率良く二酸化炭素を吸着できる。さらに、コンプレッサ１７により圧縮された機内空気をアミン基１１３の再生用高温空気として有効利用することができる。よって、多数の乗客が搭乗する航空機のキャビン８内空気を改善する優れた二酸化炭素吸着装置１００を実現できる。この結果、飛行中に機外からの新鮮空気を取込む量を減少させることができ、新鮮空気の圧縮に必要な消費エネルギを減少させることができる。
【００３３】
二酸化炭素吸着用具１１０の使用形態はロール状に限定されない。例えば、図１３、図１４の第３変形例に示すように、多数のフィン部１１１ａを有する複数の二酸化炭素吸着用具１１０を補強材１２０を介して積層した状態で吸着器１０１に収納してもよい。
【００３４】
図１５、図１６の第４変形例に示すように、二酸化炭素吸着用具１１０における各フィン部１１１ａに、空気の流動方向（図１５において矢印Ｆ方向、図１６において紙面直交Ｆ方向）に直交する方向にずれる部位１１１ａ′を空気の流動方向に沿って間隔をおいて形成し、空気とアミン基１１３との接触機会を増大させるようにしてもよい。
【００３５】
二酸化炭素吸着装置１００は、図３のように分割した容器の形態ではなく図２に示す水分吸着装置に準じる形態を採用してもよい。この場合、図１７の第５変形例に示すように水分吸着部８３に代えて上記実施形態と同様のロール状の二酸化炭素吸着用具１１０を用い、領域８１ｄに第１補助空気流路７１の分岐路７１ａから高温空気が導入され、領域８１ｅにキャビン８からの流出空気が流出空気流路４０を介して導入されるようにすればよい。
【００３６】
図１８は第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を示す。本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、上記実施形態のフォイル状担持部材１１１に代えて曲げ可能な板状の担持部材２１１を備える。担持部材２１１は上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２により被覆される。担持部材２１１は、電気エネルギーによって加熱されるエレメントとして導電性を有する金属製メッシュからなる電気抵抗エレメント２１１ａと、電気抵抗エレメント２１１ａを覆う絶縁材２１１ｂと、絶縁材２１１ｂを介して電気抵抗エレメント２１１ａを挟み込む挟み込み部２１１ｃとを有する。本変形例の挟み込み部２１１ｃはアルミニウム製またはアルミニウム合金製の箔により構成される。電気抵抗エレメント２１１ａの材質としては、比較的電気抵抗値の高い金属材料が好ましく、例えばＮｉとＣｒを多く含むステンレス鋼を用いることができる。絶縁材２１１ｂの材質は、例えば二酸化ケイ素や炭化ケイ素のようなセラミックとされる。挟み込み部２１１ｃは接着剤２１１ｄを介して絶縁材２１１ｂに一体化される。挟み込み部２１１ｃの表層のアルミニウムまたはアルミニウム合金を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着される。各孔１１２ａの寸法は上記実施形態と同様とすればよい。また、第１変形例と同様に大径孔１１２ｂと小径孔１１２ａを設けてもよい。
【００３７】
図１９は第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０の成形工程を示す。ロールから繰り出される電気抵抗エレメント２１１ａは真空容器２２１に導入され、真空容器２２１内で電気抵抗エレメント２１１ａへの絶縁材２１１ｂの蒸着が行われ、次に絶縁材２１１ｂに噴霧器２２２から接着剤２１１ｄが噴霧され、ロールから繰り出される挟み込み部２１１ｃが接着剤２１１ｄを介して絶縁材２１１ｂの両面に接着され、接着剤２１１ｄが加熱ローラ２２３により加熱されることで硬化され、これにより板状の担持部材２１１が成形される。次に、担持部材２１１はガイドローラを介して上記実施形態と同様に容器１３２内の硫酸等の電解液１３３に導入され、担持部材２１１の表層に陽極酸化処理が施され、担持部材２１１を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。次に、皮膜１１２に被覆された担持部材２１１は、ガイドローラを介して容器２２６内のアミン基を含む溶液２２７内に導入され、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着され、これにより製造された帯板状の二酸化炭素吸着用具１１０はヒーター２２８により乾燥させられる。なお、二酸化炭素吸着用具１１０の一端と他端においては、後述のように電極２３１、２３２との接続のため、電気抵抗エレメント２１１ａの端部が露出される。
【００３８】
図２０は第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を用いた二酸化炭素吸着装置１００を示す。吸着装置１００は、二酸化炭素吸着用具１１０を収納する筒状の吸着器１０１を備える。吸着器１０１の一端の入口１０１ａと他端の出口１０１ｂは、上記実施形態と同様に、それぞれ電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂを介して第１補助空気流路７１の分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。吸着器１０１内で、二酸化炭素吸着用具１１０は複数の部位で吸着器１０１の軸方向に沿って折り曲げられ、吸着器１０１の内部における空気の流れは担持部材２１１の表面に沿うものとされている。吸着器１０１に、電気抵抗エレメント２１１ａの一端に接続される電極２３１と他端に接続される電極２３２が取り付けられる。両電極２３１、２３２を介して電気抵抗エレメント２１１ａは抵抗加熱用電力供給部２３３に接続される。また、吸着器１０１に二酸化炭素吸着用具１１０の表面温度を検出する温度検出部２３４が取り付けられ、温度検出部２３４による温度測定信号は演算回路２３５によりデジタル信号に変換されてコントローラ２５に伝送され、コントローラ２５に電力供給部２３３が接続される。温度検出部２３４としては、例えば赤外線光量を測定する非接触式センサや接触式の測温抵抗体を用いることができる。コントローラ２５は測定温度に基づき例えばオン・オフ制御や電流量制御により電力供給部２３３を制御し、これにより電気抵抗エレメント２１１ａへの供給電力が制御される。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００３９】
吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第２補助空気流路９５に接続される状態においては、上記実施形態と同様に、吸着器１０１内を流れる空気温度はほぼ常温となっていることから、その空気に含まれる二酸化炭素はアミン基１１３に吸着される。吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第１補助空気流路の分岐路７１ａに接続される状態においては、電力供給部２３３からの電力供給による電気抵抗エレメント２１１ａの抵抗加熱により、アミン基１１３に吸着された二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む空気は減圧弁９１ｇ′を介して機外空間１４に排気される。
【００４０】
なお、図２１の第７変形例に示すように、電気抵抗エレメント２１１ａの表面に溶射等により絶縁材２１１ｂを予め付着させておき、これにより予め一体化された電気抵抗エレメント２１１ａと絶縁材２１１ｂを挟み込むように、挟み込み部２１１ｃを接着剤２１１ｄに代えてロー付け等の他の手段によりに一体化してもよい。
【００４１】
図２２は第８変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を示す。本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、上記実施形態のフォイル状担持部材１１１に代えて曲げ可能な薄板状担持部材３１１を備える。担持部材３１１は上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２により被覆される。担持部材３１１は、導電性を有する薄板からなる電気抵抗エレメント３１１ａと、電気抵抗エレメント３１１ａを挟み込むアルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部３１１ｂとを有する。電気抵抗エレメント３１１ａの材質は第６変形例の電気抵抗エレメント２１１ａと同様とされる。挟み込み部３１１ｂは電気抵抗エレメント３１１ａの表面に蒸着あるいは溶融めっき法などにより一体化される。挟み込み部３１１ｂのアルミニウムまたはアルミニウム合金のほぼ全体を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着される。各孔１１２ａの寸法は上記実施形態と同様とすればよい。また、第１変形例と同様に大径孔１１２ｂと小径孔１１２ａを設けてもよい。
【００４２】
図２３は第８変形例の二酸化炭素吸着用具１１０の成形工程を示す。ロールから繰り出される電気抵抗エレメント３１１ａは真空容器３２１に導入され、真空容器３２１内で電気抵抗エレメント３１１ａへのアルミニウムまたはアルミニウム合金の蒸着が行われることで挟み込み部３１１ｂが形成され、これにより板状の担持部材３１１が成形される。次に、担持部材３１１はガイドローラを介して上記実施形態と同様に容器１３２内の硫酸等の電解液１３３に導入され、担持部材３１１の表層に陽極酸化処理が施され、担持部材３１１を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。本変形例では酸化アルミニウム皮膜１１２が絶縁材として機能する。次に、皮膜１１２に被覆された担持部材２１１は、ガイドローラを介して第６変形例と同様の容器２２６内のアミン基を含む溶液２２７内に導入され、皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着され、これにより製造された帯板状の二酸化炭素吸着用具１１０はヒーター２２８により乾燥させられる。なお、二酸化炭素吸着用具１１０の一端と他端において、第６変形例と同様に電極２３１、２３２との接続のために電気抵抗エレメント３１１ａの端部が露出される。第８変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、第６変形例の二酸化炭素吸着用具１１０と同様の二酸化炭素吸着装置１００において同様に用いられる。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００４３】
図２４に示す第９変形例の板状の二酸化炭素吸着用具１１０は円環形状を有する。図２５に示すように、本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、上記実施形態のフォイル状担持部材１１１に代えて曲げ可能な薄板状担持部材４１１を備える。担持部材４１１は上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２により被覆される。担持部材４１１は、電気エネルギーによって加熱されるエレメントとして導電性を有する薄板からなる導電性エレメント４１１ａと、導電性エレメント４１１ａを挟み込むアルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部４１１ｂとを有する。導電性エレメント４１１ａの材質は、誘導加熱により発熱するものであれば特に限定されず、本変形例ではステンレス鋼とされる。挟み込み部４１１ｂは、本変形例では導電性エレメント４１１ａの表面に蒸着により一体化される。挟み込み部４１１ｂのアルミニウムまたはアルミニウム合金のほぼ全体を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２が形成される。皮膜１１２の各孔１１２ａの内面にアミン基１１３が付着される。各孔１１２ａの寸法は上記実施形態と同様とすればよい。また、第１変形例と同様に大径孔１１２ｂと小径孔１１２ａを設けてもよい。本変形例の二酸化炭素吸着用具１１０は、第８変形例と同様に帯板状に成形した後にプレスにより円環形状に打ち抜くことで製造できる。なお、導電性エレメント４１１ａは、誘導加熱により発熱するものであればよいので、誘導磁場の周波数を高く設定すればアルミニウム製またはアルミニウム合金製とすることができる。この場合、導電性エレメント４１１ａの表層を陽極酸化することで上記実施形態と同様の多孔質の酸化アルミニウム製皮膜１１２できるので、挟み込み部４１１ｂは不要になる。
【００４４】
図２６は第９変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を用いた二酸化炭素吸着装置１００を示す。吸着装置１００は、二酸化炭素吸着用具１１０を収納する筒状の吸着器１０１を備え、吸着器１０１の一端の入口１０１ａと他端の出口１０１ｂは、それぞれ電磁切替弁１０２ａ、１０２ｂを介して第１補助空気流路７１の分岐路７１ａと第２補助空気流路９５とに選択的に接続される。
吸着器１０１内で、複数の二酸化炭素吸着用具１１０が互いに隙間を介して積み重ねられている。二酸化炭素吸着用具１１０を積み重ねる場合、二酸化炭素吸着用具１１０の表面から突出する多数の凸部を形成したり、立体的なメッシュのようなスペーサを介在させることで、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具１１０の表面の間に空気流路を構成する隙間を確保できる。二酸化炭素吸着用具１１０の表面から突出する多数の凸部は、皮膜１１２を形成する前に担持部材４１１にプレス等で凹凸を設けることで形成できる。入口１０１ａに通じる空気導入管１０１ｃと出口１０１ｂに通じる空気排出管１０１ｄが、吸着器１０１に固定される。空気導入管１０１ｃの外周に設けられたフランジ１０１ｃ′と空気排出管１０１ｄの外周に設けられたフランジ１０１ｄ′により、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具１１０が挟み込まれる。また、積み重ねられた二酸化炭素吸着用具１１０は、仕切りプレート１０１ｅにより空気導入側と空気排出側とに２分される。仕切りプレート１０１ｅは、磁束の通過を許容し、二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔を介する空気の流れを規制する。空気導入管１０１ｃは空気導入側の各二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に挿入され、空気導入管１０１ｃの中心孔への挿入部分は多孔質とされている。空気排出管１０１ｄは空気排出側の各二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に挿入され、空気排出管１０１ｄの中心孔への挿入部分は多孔質とされている。
入口１０１ａから空気導入管１０１ｃを介して吸着器１０１に導入された空気は、空気導入側の各二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔から、空気導入管１０１ｃの多孔を介して各二酸化炭素吸着用具１１０相互間の隙間に流入し、担持部材４１１の表面に沿って吸着器１０１の周壁に向かい流れ、次に、吸着器１０１の周壁に沿って流れることで空気排出側の各二酸化炭素吸着用具１１０の外周に至り、空気排出側の各二酸化炭素吸着用具１１０の外周から各二酸化炭素吸着用具１１０相互間の隙間に流入し、担持部材４１１の表面に沿って二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に向かい流れ、次に、空気排出管１０１ｄの多孔を介して二酸化炭素吸着用具１１０の中心孔に至り、しかる後に空気排出管１０１ｄを介して出口１０１ｂから排出される。
吸着器１０１の周壁に交番磁束発生用コイル４３１が埋設されている。コイル４３１は高周波電源４３２に接続され、高周波の交流電流が印加されることで一点鎖線ｍ１で示すように高周波の交番磁束を発生する。高周波電源４３２の発生する交流電流の周波数は数十ｋＨｚとされる。コイル４３１を構成する導線は、高周波交流がそれぞれの表面を流れる多数の細線により構成するのが好ましい。吸着器１０１の周壁の外側に、二酸化炭素吸着用具１１０を通過した磁束を誘導する磁性材を配置するのが好ましい。磁性材としては渦電流の発生の少ないフェライトが好ましい。各担持部材４１１の導電性エレメント４１１ａはコイル４３１の発生磁束の通過位置に配置され、導電性エレメント４１１ａの厚さ方向に沿って磁束は通過するものとされる。
吸着器１０１に、二酸化炭素吸着用具１１０の表面温度を検出する第６変形例と同様の温度検出部２３４が取り付けられる。温度検出部２３４による温度測定信号は演算回路２３５によりデジタル信号に変換されてコントローラ２５に伝送され、コントローラ２５に交流電源４３２が接続される。コントローラ２５は測定温度に基づき例えばオン・オフ制御や電流量制御により交流電源４３２を制御し、これによりコイル４３１への供給電力が制御される。他は上記実施形態と同様で同様部分は同一符号で示す。
【００４５】
吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第２補助空気流路９５に接続される状態においては、上記実施形態と同様に、吸着器１０１内を流れる空気温度はほぼ常温となっていることから、その空気に含まれる二酸化炭素はアミン基１１３に吸着される。吸着器１０１の入口１０１ａと出口１０１ｂが第１補助空気流路の分岐路７１ａに接続される状態においては、コイル４３１が高周波の交番磁束を発生することで導電性エレメント４１１ａが渦電流により誘導加熱される。導電性エレメント４１１ａの誘導加熱により、アミン基１１３に吸着された二酸化炭素が放出される。放出された二酸化炭素を含む空気は減圧弁９１ｇ′を介して機外空間１４に排気される。なお、本変形例においては、二酸化炭素吸着用具１１０の吸着面積は中心孔近傍で小さく、外周近傍で大きい。よって、吸着飽和部位が空気の流れの上流側から下流に向かって次第に増加する時、すなわち吸着飽和が進行する時、その進行は終盤で加速される。また、二酸化炭素吸着用具１１０から二酸化炭素を放出する場合も、放出の進行は終盤で加速される。よって、二酸化炭素の吸着と放出の進行管理が容易になる。
【００４６】
第６〜第９変形例の二酸化炭素吸着用具１１０によれば、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａの温度は抵抗加熱により、導電性エレメント４１１ａの温度は誘導加熱により、短時間でアミン基１１３の再生に適した温度まで立ち上がる。これにより、アミン基１１３の再生を迅速に行うことができるので、二酸化炭素の吸着と再生のサイクルを短縮でき、単位時間あたりの吸着と再生のサイクル数を増加させることができる。よって、大量の二酸化炭素を処理する場合においても、二酸化炭素吸着装置１００を小型軽量化し、航空機に搭載するのに適したものにできる。なお、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａと導電性エレメント４１１ａの発生熱量はコントローラ２５により制御されるので、二酸化炭素吸着用具１１０の表面温度はアミン基１１３の再生に適した温度に維持される。この際、吸着器１０１内を流れる空気温度は、上記実施形態で示したように８０℃〜１２０℃程度のアミン基１１３の再生に適した温度に昇温されているので、二酸化炭素吸着用具１１０の温度変動が小さくなる。これにより、二酸化炭素吸着用具１１０の劣化を防止しつつ十分な再生を行うための温度制御を容易に行うことができる。また、二酸化炭素吸着用具１１０は電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａにより強度が向上されるので、取り扱いが容易になり、振動などによる劣化を防止できる。電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａを、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の挟み込み部２１１ｃ、３１１ｂにより挟み込む場合、アルミニウムやアルミニウム合金は熱伝導に優れることから、アミン基１１３を均一に加熱することができる。よって、アミン基１１３の過度の加熱による劣化や加熱不足による不十分な再生を防止できる。なお、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａ自体をアルミニウム製またはアルミニウム合金製としてもよく、この場合、電気抵抗エレメント２１１ａ、３１１ａまたは導電性エレメント４１１ａは、電気抵抗値を高くするために薄くするのが好ましい。
【００４７】
第６〜第９変形例の二酸化炭素吸着用具１１０を用いた二酸化炭素吸着装置１００において、吸着器１０１の数を複数とすることができる。この場合、一部の吸着器１０１における二酸化炭素吸着用具１１０により二酸化炭素を吸着し、残りの吸着器１０１における二酸化炭素吸着用具１１０の再生を行うことができる。また、除去すべき二酸化炭素量が少ない場合、一部の吸着器１０１における二酸化炭素吸着用具１１０を休止状態としてもよい。さらに、吸着器１０１に導入する空気圧力を、アミン基１１３を再生する時は二酸化炭素を吸着する時よりも低くし、機外圧力に近くするのが好ましい。これにより、アミン基１１３からの二酸化炭素の放出を促進できる。
【００４８】
本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、二酸化炭素吸着用具を円錐状、半球状、カッブ状に成形し、隙間を介して積み重ねてもよい。また、航空機用空気調和装置は、エンジンからの抽出空気に代えて電動モータにより圧縮される機外空気を空調用に用いるものであってもよい。さらに、本発明による二酸化炭素吸着用具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。
【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二酸化炭素吸着用具であって、
フォイル状または板状の担持部材と、
前記担持部材を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜と、
前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、
前記皮膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成され、
前記皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向である二酸化炭素吸着用具。
【請求項２】
前記皮膜に形成される各孔として、表面側の大径孔と、前記大径孔の底部において開口する複数の小径孔とを有する請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項３】
前記皮膜の各孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径が２ｎｍ〜１００ｎｍである請求項１または２に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項４】
前記小径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径が２ｎｍ〜１００ｎｍであり、前記大径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径が１００ｎｍを超える請求項２に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項５】
前記担持部材は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製とされ、
前記皮膜は、前記担持部材の表層を酸化することで形成される請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項６】
前記担持部材は、導電性を有すると共に抵抗加熱用電力供給部に接続される電気抵抗エレメントを含み、
前記電気抵抗エレメントの抵抗加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項７】
請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具と、
交番磁束発生用コイルとを備え、
前記担持部材は、導電性を有すると共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性エレメントを含み、
前記導電性エレメントの誘導加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される二酸化炭素吸着装置。
【請求項８】
アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル状担持部材を成形する工程と、
前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、
前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える二酸化炭素吸着用具の製造方法。
【請求項９】
少なくとも表層がアルミニウム製またはアルミニウム合金製の板状の担持部材を成形する工程と、
前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、
前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える二酸化炭素吸着用具の製造方法。
【請求項１０】
空気中の二酸化炭素を吸着するための二酸化炭素吸着用具であって、
担持部材と、
前記担持部材を被覆する多孔質の皮膜と、
前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、
前記担持部材は電気エネルギーによって加熱されるエレメントを含み、
前記エレメントの加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される二酸化炭素吸着用具。
【請求項１１】
前記担持部材はフォイル状または板状であり、前記皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向である請求項１０に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項１２】
前記エレメントは、導電性を有すると共に抵抗加熱用電力供給部に接続される電気抵抗エレメントとされ、
前記電気抵抗エレメントの抵抗加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される請求項１０に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項１３】
請求項１０に記載の二酸化炭素吸着用具と、
交番磁束発生用コイルとを備え、
前記エレメントは、導電性を有すると共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性エレメントとされ、
前記導電性エレメントの誘導加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される二酸化炭素吸着装置。
【請求項１】
空気中の二酸化炭素を吸着するための二酸化炭素吸着用具であって、
フォイル状または板状の担持部材と、
前記担持部材を被覆する多孔質の酸化アルミニウム製皮膜と、
前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、
前記皮膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を酸化することで形成され、
前記皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向である二酸化炭素吸着用具。
【請求項２】
前記皮膜に形成される各孔として、表面側の大径孔と、前記大径孔の底部において開口する複数の小径孔とを有する請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項３】
前記皮膜の各孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径が２ｎｍ〜１００ｎｍである請求項１または２に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項４】
前記小径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径が２ｎｍ〜１００ｎｍであり、前記大径孔の内面に付着された前記アミン基により囲まれた孔の内径が１００ｎｍを超える請求項２に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項５】
前記担持部材は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製とされ、
前記皮膜は、前記担持部材の表層を酸化することで形成される請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項６】
前記担持部材は、導電性を有すると共に抵抗加熱用電力供給部に接続される電気抵抗エレメントを含み、
前記電気抵抗エレメントの抵抗加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項７】
請求項１に記載の二酸化炭素吸着用具と、
交番磁束発生用コイルとを備え、
前記担持部材は、導電性を有すると共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性エレメントを含み、
前記導電性エレメントの誘導加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される二酸化炭素吸着装置。
【請求項８】
アルミニウム製またはアルミニウム合金製のフォイル状担持部材を成形する工程と、
前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、
前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える二酸化炭素吸着用具の製造方法。
【請求項９】
少なくとも表層がアルミニウム製またはアルミニウム合金製の板状の担持部材を成形する工程と、
前記担持部材の表層に陽極酸化処理を施すことで多孔質の皮膜を形成する工程と、
前記皮膜の各孔の内面に二酸化炭素吸着用アミン基を付着させる工程とを備える二酸化炭素吸着用具の製造方法。
【請求項１０】
空気中の二酸化炭素を吸着するための二酸化炭素吸着用具であって、
担持部材と、
前記担持部材を被覆する多孔質の皮膜と、
前記皮膜の各孔の内面に付着された二酸化炭素吸着用アミン基とを備え、
前記担持部材は電気エネルギーによって加熱されるエレメントを含み、
前記エレメントの加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される二酸化炭素吸着用具。
【請求項１１】
前記担持部材はフォイル状または板状であり、前記皮膜の各孔の深さ方向は前記担持部材の厚さ方向である請求項１０に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項１２】
前記エレメントは、導電性を有すると共に抵抗加熱用電力供給部に接続される電気抵抗エレメントとされ、
前記電気抵抗エレメントの抵抗加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される請求項１０に記載の二酸化炭素吸着用具。
【請求項１３】
請求項１０に記載の二酸化炭素吸着用具と、
交番磁束発生用コイルとを備え、
前記エレメントは、導電性を有すると共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性エレメントとされ、
前記導電性エレメントの誘導加熱により前記アミン基に吸着された二酸化炭素が放出される二酸化炭素吸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８２４８９
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１０４７８（Ｐ２００６−５１０４７８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００３１７６
【国際出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【発行日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００３１７６
【国際出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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