空気清浄装置及び空気清浄方法
【課題】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。
【解決手段】空気清浄装置は、光触媒又は低温酸化触媒としての触媒を備えた反応器１１と、吸着塔４１と、バルブ群４５〜４８とを具備する。バルブ群４５〜４８は、吸着塔４１を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間６０に接続し、吸着塔４１を浄化対象空間６０から遮断するとともに宇宙真空に接続する。反応器１１は、浄化対象空間６０に接続される。触媒に太陽光が当たる。
【解決手段】空気清浄装置は、光触媒又は低温酸化触媒としての触媒を備えた反応器１１と、吸着塔４１と、バルブ群４５〜４８とを具備する。バルブ群４５〜４８は、吸着塔４１を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間６０に接続し、吸着塔４１を浄化対象空間６０から遮断するとともに宇宙真空に接続する。反応器１１は、浄化対象空間６０に接続される。触媒に太陽光が当たる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄装置及び空気清浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平４−１０４８１４号公報は、圧力スイング式ガス分離装置を用いる空気再生方法を開示している。圧力スイング式ガス分離装置が備える吸着塔において、吸気工程、加圧工程、再生工程、減圧工程、及び排気工程が順番に実行されるサイクルが繰り返される。
【０００３】
吸気工程において、空気が吸着塔内に導入される。加圧工程において、空気が引き続き導入されると同時に、空気に含まれる不純ガス（窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気）が吸着塔内の吸着剤に吸着され、吸着塔内の空間は酸素を豊富に含む清浄ガスで満たされる。再生工程において、清浄ガスが吸着塔から送出される。減圧工程において、吸着剤に吸着されていた不純ガスが離脱する。排気工程において、離脱した不純ガスが吸着塔から排気される。
【０００４】
再生工程において清浄ガスが送出されるときの流れ方向は、排気工程において不純ガスが排気されるときの流れ方向と異なる。そのため、清浄ガスを連続的に供給するために吸着塔が２基用意され、一方の吸着塔が再生工程にあるとき他方の吸着塔が排出工程となるように、一方の吸着塔のサイクルと他方の吸着塔のサイクルとが時間的にずらされる。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１０４８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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】
【０００７】
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。
【０００８】
空気清浄装置は、光触媒又は低温酸化触媒としての触媒を備えた反応器（１１）と、 吸着塔（４１、４２）と、バルブ群（４５〜４８）とを具備する。前記バルブ群は、前記吸着塔を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間（６０）に接続し、前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する。前記反応器は、前記浄化対象空間に接続される。前記触媒に太陽光が当たる。
【０００９】
上記空気清浄装置は、前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱する加熱部を更に具備することが好ましい。この場合、前記触媒は前記低温酸化触媒である。
【００１０】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記反応器は、流路（１２）を備えることが好ましい。この場合、前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記流路は、前記空間を囲む壁面（１３）を備える。前記触媒は前記担体としての前記壁面に担持される。
【００１１】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）を備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記流路は、前記空間を囲む壁面（１３）を備える。前記触媒は前記壁面に担持される。
【００１２】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）を備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記流路は、前記空間を囲む壁面（１３）を備える。前記触媒は、前記照射部と前記壁面との間に充填された繊維（１４）に担持される。
【００１３】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）と、円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第１フィルター（１５）とを備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記第１フィルターは、前記触媒を担持する第１内側面を備える。前記第１フィルターは、前記第１内側面を前記空気の流れの上流に向けて前記空間に配置される。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。
【００１４】
前記反応器は、円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第２フィルター（１５）を備えることが好ましい。この場合、前記第２フィルターは、光触媒を担持する第２内側面を備える。前記第２フィルターは、前記第２内側面を前記上流に向けて前記空間に配置される。前記照射部は、直線状に延びる直線状部分を備える。前記第１フィルターの軸、前記第２フィルターの軸、及び前記直線状部分は、同一直線上に配置される。
【００１５】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）と、多孔板又はフィルターにより形成された隔壁（１６）とを備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記隔壁は、前記空間を上流側と下流側とに仕切る。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記触媒は前記隔壁に担持される。
【００１６】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）を備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記触媒は前記照射部に担持される。
【００１７】
前記バルブ群は、前記空気が前記反応器を通過した後、前記吸着塔を通過して前記浄化対象空間に戻るように、前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記反応器及び前記浄化対象空間に接続する。前記バルブ群は、前記吸着塔を前記反応器及び前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する。
【００１８】
前記反応器は、前記触媒と一体化された吸着剤を備えることが好ましい。
【００１９】
空気清浄方法は、吸着塔（４１、４２）を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間（６０）に接続するステップと、前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップと、光触媒又は低温酸化触媒としての触媒に太陽光を当てるステップと、前記触媒が前記浄化対象空間からの空気に含まれるガス成分の酸化分解反応を触媒するステップとを具備する。
【００２０】
上記空気清浄方法は、前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱するステップを更に具備することが好ましい。この場合、前記触媒は低温酸化触媒である。
【００２１】
前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記浄化対象空間に接続する前記ステップにおいて、前記空気が前記触媒を備える反応器（１１）を通過して更に前記吸着塔を通過してから前記浄化対象空間に戻り、前記吸着塔が備える吸着剤は前記酸化分解反応による生成物を吸着することが好ましい。前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップにおいて、前記吸着塔を前記反応器から遮断し、前記吸着剤は前記生成物を脱着することが好ましい。
【００２２】
例えば、前記ガス成分は炭素元素を含み、前記生成物は二酸化炭素である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空気清浄装置がコンパクト化される。空気中の有害ガス成分が光触媒又は低温酸化触媒による触媒反応により分解されるからである。また、宇宙空間においては、地上よりも強い太陽エネルギーを触媒反応に利用できる。そのため、触媒反応のためのエネルギーを貯蔵する貯蔵部が最小限の大きさで済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気清浄装置を示す。本実施形態に係る空気清浄装置は、浄化対象空間６０に設けられた吸入口５１と、フィルター５４と、ファン５５と、熱交換器５７と、有機物分解装置１０と、ＰＳＡ除去装置４０と、宇宙真空に対して開口する排気口５３と、ファン５６と、浄化対象空間６０に設けられた戻り口５２とを備える。浄化対象空間６０は、宇宙構造体の内部空間である。宇宙構造体は、宇宙船、宇宙ステーション、宇宙基地、及び宇宙服のいずれかである。浄化対象空間６０では少なくとも一人の人が活動する。浄化対象空間６０における圧力は宇宙真空における圧力よりも高い。
【００２６】
有機物分解装置１０は、反応器１１と、宇宙構造体の外側に設けられた集光器２０と、集光器２０と反応器１１とを接続する光ファイバー束３０とを備える。ＰＳＡ除去装置４０は、吸着塔４１及び４２と、フィルター４３及び４４と、バルブ４５〜４８を含むバルブ群とを備える。ＰＳＡ除去装置４０は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）に基づいて二酸化炭素、水蒸気、又は両方を空気から除去する。
【００２７】
浄化対象空間６０内の空気は、窒素及び酸素に加え、人体から排出された二酸化炭素、水蒸気、及び他のガス成分を含む。他のガス成分は、炭素元素、水素元素、又は両方を含む。他のガス成分は、例えば、メタノール（ＭｅＨＯ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、メタン（ＣＨ４）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、メタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、インドール（Ｃ８Ｈ７Ｎ）などである。
【００２８】
本実施形態に係る空気清浄装置は、第１状態と第２状態とを交互に繰り返し、浄化対象空間６０内の空気を浄化する。
【００２９】
第１状態において、バルブ４５は吸着塔４１を反応器１１に接続し且つ吸着塔４２を反応器１１から遮断し、バルブ４６は吸着塔４１を戻り口５２（浄化対象空間６０）にファン５６を介して接続し且つ吸着塔４１を排気口５３（宇宙真空）から遮断し、バルブ４７は吸着塔４２を排気口５３（宇宙真空）にバルブ４８を介して接続し且つ吸着塔４２を戻り口５２（浄化対象空間６０）から遮断する。
【００３０】
第１状態において、浄化対象空間６０内の空気は、吸入口５１から本実施形態に係る空気清浄装置に取り込まれ、フィルター５４とファン５５とを通過し、必要に応じて熱交換器５７を通過し、反応器１１、バルブ４５、吸着塔４１、フィルター４３、バルブ４６、ファン５６を通過して、戻り口５２から浄化対象空間６０に戻る。このとき、光ファイバー束３０は、集光器２０が受けた太陽光を反応器１１が備える光触媒（例示：酸化チタン）に導く。光触媒は、空気に含まれる他のガス成分の酸化分解反応を触媒する。この酸化分解反応による生成物として、二酸化炭素、水蒸気、又は両方が生成する。吸着塔４１が備える吸着剤は、生成物を吸着する。吸着塔４２が備える吸着剤は、前に吸着した生成物を脱着する。脱着した生成物は、フィルター４４、バルブ４７、バルブ４８を通過し、排気口５３から宇宙真空へ排気される。
【００３１】
第２状態において、バルブ４５は吸着塔４１を反応器１１から遮断し且つ吸着塔４２を反応器１１に接続し、バルブ４６は吸着塔４１を戻り口５２（浄化対象空間６０）から遮断し且つ吸着塔４１を排気口５３（宇宙真空）にバルブ４８を介して接続し、バルブ４７は吸着塔４２を排気口５３（宇宙真空）から遮断し且つ吸着塔４２を戻り口５２（浄化対象空間６０）にファン５６を介して接続する。
【００３２】
第２状態において、浄化対象空間６０内の空気は、吸入口５１から本実施形態に係る空気清浄装置に取り込まれ、フィルター５４とファン５５とを通過し、必要に応じて熱交換器５７を通過し、反応器１１、バルブ４５、吸着塔４２、フィルター４４、バルブ４７、ファン５６を通過して、戻り口５２から浄化対象空間６０に戻る。このとき、光ファイバー束３０は、集光器２０が受けた太陽光を反応器１１が備える光触媒に導く。光触媒は、空気に含まれる他のガス成分の酸化分解反応を触媒する。この酸化分解反応による生成物として、二酸化炭素、水蒸気、又は両方が生成する。吸着塔４２が備える吸着剤は、生成物を吸着する。吸着塔４１が備える吸着剤は、前に吸着した生成物を脱着する。脱着した生成物は、フィルター４３、バルブ４６、バルブ４８を通過し、排気口５３から宇宙真空へ排気される。
【００３３】
紫外線を利用して上述の酸化分解反応を触媒する光触媒を用いることが好ましい。宇宙空間においては紫外線が強いから、強い紫外線が光触媒反応に有効に利用される。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。流路１２は、流路１２内の空間を囲む壁面１３を備える。光触媒は壁面１３に担持される。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は光源と称される場合がある。照射部１８は、光触媒に囲まれるように流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。
【００３５】
図３Ａは、照射部１８の一例を示す。光ファイバー束３０に含まれる複数の光ファイバー３１は端面３１ａをそれぞれ備える。端面３１ａは照射部１８に配置される。端面３１ａが向く方向を示すベクトルは、照射部１８の軸線に垂直な成分を持つ。言い換えると、ベクトルは軸線と平行ではない。このベクトルと略平行に端面３１ａから太陽光が出射し、光触媒に照射される。
【００３６】
図３Ｂは、照射部１８の他の例を示す。光ファイバー束３０に含まれる複数の光ファイバー３１は、照射部１８において照射部１８の軸線に平行である。複数の光ファイバー３１は側面３１ｂをそれぞれ備える。側面３１ｂは、光ファイバー３１の外周面であり、照射部１８に配置される。側面３１ｂから太陽光が出射し、光触媒に照射される。
【００３７】
光触媒に紫外線を効率的に供給するため、光ファイバー束３０は紫外線透過性が優れていることが好ましい。
【００３８】
（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について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００３９】
図４は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。流路１２は、流路１２内の空間を囲む壁面１３を備える。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。光触媒は、照射部１８と壁面１３との間に充填された繊維１４に担持される。本実施形態において、図３Ａの照射部１８及び図３Ｂの照射部１８のいずれも用いることが可能である。
【００４０】
（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について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００４１】
図５は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２と、複数のフィルター１５を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。複数のフィルター１５の各々は、円錐面形状又はドーム形状を有し、光触媒を担持する内側面を備える。複数のフィルター１５は、空気の流れ方向７０に沿って流路１２内の空間に配置される。各内側面は、空気の流れの上流を向く。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って直線状に延びる。各フィルター１５の軸、及び照射部１８は同一直線（流路１２の中心線）上に配置される。照射部１８は、各フィルター１５の頂点を貫いている。本実施形態において、図３Ａの照射部１８及び図３Ｂの照射部１８のいずれも用いることが可能である。
【００４２】
本実施形態によれば、光触媒が設けられる面積を大きくできる。
【００４３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る空気清浄装置について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００４４】
図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２と、複数の隔壁１６を備える。複数の隔壁１６の各々は、多孔板又はフィルターにより形成され、光触媒を担持する。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。複数の隔壁１６は、流路１２に沿って流路１２内の空間に配置される。各隔壁１６は、流路１２内の空間を空気の流れ方向７０に関して上流側と下流側とに仕切る。光ファイバー束３０に含まれる複数の光ファイバー３１は、光ファイバー束３０の先端部分（集光器２０から遠い部分）において、複数のグループに分けられる。各グループは、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を形成する複数の光ファイバー３１を含む。各照射部１８は、隣り合う隔壁１６の間に配置される。各照射部１８において、複数の光ファイバー３１は、一本一本にほぐされ、流れ方向７０に対して垂直に延びるように配置される。各照射部１８において、光ファイバー３１の側面から出射した太陽光が光触媒に照射される。
【００４５】
本実施形態によれば、光触媒が設けられる面積を大きくできる。
【００４６】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る空気清浄装置について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００４７】
図７は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。本実施形態において、図３Ｂの照射部１８が用いられる。光触媒は、照射部１８に担持される。例えば、照射部１８は側面３１ｂに担持される
【００４８】
（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る空気清浄装置を示す。本実施形態に係る空気清浄装置は、太陽電池３５、二次電池３６、及び加熱部としてのヒーター３７が追加されていること、及び、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。本実施形態に係る空気清浄装置においては、光触媒にかえて低温酸化触媒が上述の酸化分解反応のために用いられる。低温酸化触媒として、例えば、複合酸化物［Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂｉ，Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３］が用いられる。複合酸化物は、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ビスマス、及び白金超微粒子をγ‐アルミナに共担持させることで提供される。
【００４９】
太陽電池３５は、宇宙構造体の外側に設けられ、太陽光を受けて発電し、その電力を用いて二次電池３６を充電する。二次電池３６は、ヒーター３７に電力を供給する。
【００５０】
図９は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。流路１２は、流路１２内の空間を囲む壁面１３を備える。低温酸化触媒は壁面１３に担持される。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、低温酸化触媒に囲まれるように流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。本実施形態において、図３Ａの照射部１８及び図３Ｂの照射部１８のいずれも用いることが可能である。ヒーター３７は、流路１２の外側の低温酸化触媒に対応する位置に設けられる。
【００５１】
宇宙構造体が太陽光を受けている間、光ファイバー束３０は、太陽光を照射することで低温酸化触媒を加熱する。宇宙構造体が太陽光を受けている間、太陽電池３５は二次電池３６を充電する。宇宙構造体が太陽光を受けていない間、ヒーター３７は、二次電池３６から電力を供給されて低温酸化触媒を加熱する。ヒーター３７は、低温酸化触媒を担持する担体としての壁面１３を介して低温酸化触媒を加熱する。低温酸化触媒は、１００℃以下の低温であっても、上述の酸化分解反応を有効に触媒する。
【００５２】
本実施形態においては、低温酸化触媒に熱エネルギーを効率的に供給するため、光ファイバー束３０は赤外線透過性が優れていることが好ましい。
【００５３】
なお、二次電池３６は、燃料電池によって充電されてもよい。太陽電池３５又は燃料電池がヒーター３７に加熱のための電力を直接供給してもよい。また、加熱部は、他の機器からの排熱や太陽熱を利用して壁面１３を介して低温酸化触媒を加熱するものであってもよい。
【００５４】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係る空気清浄装置を説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が光触媒又は低温酸化触媒と一体化された吸着剤を備えるように、第１乃至第６の実施形態に係る空気清浄装置のいずれかが変更されている。宇宙構造体が太陽光を受けていない間、反応器１１が備える吸着剤は、空気に含まれるその他のガス成分を吸着する。宇宙構造体が太陽光を受けている間、反応器１１が備える光触媒又は低温酸化触媒は、反応器１１が備える吸着剤に吸着されていたその他のガス成分の酸化分解反応を触媒する。
【００５５】
上記各実施形態に係る空気清浄装置は、ＰＳＡ除去装置４０を備えなくともよい。この場合、浄化対象空間６０からの空気は、反応器１１によって処理されたのち、直接浄化対象空間６０に戻される。この場合、別の空気清浄装置が浄化対象空間６０内の空気から二酸化炭素又は水蒸気を除去する。上記各実施形態に係る空気清浄装置から有機物分解装置１０を除いたものを別の空気清浄装置として用いることが可能である。
【００５６】
上記各実施形態に係る空気清浄装置において、流路１２の断面形状は円、楕円、多角形のいずれでもよい。この場合、フィルター１５及び隔壁１６は、流路１２の断面形状に対応する形状を有する。
【００５７】
上記各実施形態によれば、空気中に含まれるメタン、アンモニア、硫化水素のような有害成分が除去される。空気中にこれらの有害成分が存在すると吸着塔４１及び４２の備える吸着剤が空気中の水分及び二酸化炭素を吸着する性能が低下するから、有害成分の除去により吸着塔４１及び４２の性能低下が防がれる。さらに、メタンチオールやアンモニアのような臭気成分が分解されるため、空気が脱臭される。
【００５８】
上記各実施形態に係る空気清浄装置において、光ファイバーを用いるかわりに、反応器１１及び宇宙構造体に設けられた窓を介して太陽光を光触媒又は低温酸化触媒に当ててもよい。
【００５９】
上記各実施形態によれば、空気清浄装置がコンパクト化される。空気中の有害ガス成分が光触媒又は低温酸化触媒による触媒反応により分解されるからである。また、宇宙空間においては、地上よりも強い太陽エネルギーを触媒反応に利用できる。そのため、触媒反応のためのエネルギーを貯蔵する貯蔵部が最小限の大きさで済む。また、上記各実施形態に係る空気清浄装置に一体成型技術を適用すれば、バルブや配管の設置スペースを削減できる。
【００６０】
なお、光ファイバー束３０（光ファイバー３１）、光触媒、及び低温酸化触媒の配置は、図示されたものに限定されない。上記実施形態どうしを自由に組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１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２】図２は、第１の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、反応器に設けられる照射部の例を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、照射部の他の例を示す。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第４の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第４の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す斜視図である。
【図７】図７は、第５の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図８】図８は、本発明の第６の実施形態に係る空気清浄装置の概略図である。
【図９】図９は、第６の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【符号の説明】
【００６２】
１０…有機物分解装置
１１…反応器
１２…流路
１３…壁面
１４…繊維
１５…フィルター
１６…隔壁
１８…照射部（光源）
２０…集光器
３０…光ファイバー束
３１…光ファイバー
３１ａ…端面
３１ｂ…側面
３５…太陽電池
３６…二次電池
３７…ヒーター
４０…ＰＳＡ除去装置
４１、４２…吸着塔
４３、４４…フィルター
４５〜４８…バルブ
５１…吸入口
５２…戻り口
５３…排気口
５４…フィルター
５５、５６…ファン
５７…熱交換器
６０…浄化対象空間
７０…流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄装置及び空気清浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平４−１０４８１４号公報は、圧力スイング式ガス分離装置を用いる空気再生方法を開示している。圧力スイング式ガス分離装置が備える吸着塔において、吸気工程、加圧工程、再生工程、減圧工程、及び排気工程が順番に実行されるサイクルが繰り返される。
【０００３】
吸気工程において、空気が吸着塔内に導入される。加圧工程において、空気が引き続き導入されると同時に、空気に含まれる不純ガス（窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気）が吸着塔内の吸着剤に吸着され、吸着塔内の空間は酸素を豊富に含む清浄ガスで満たされる。再生工程において、清浄ガスが吸着塔から送出される。減圧工程において、吸着剤に吸着されていた不純ガスが離脱する。排気工程において、離脱した不純ガスが吸着塔から排気される。
【０００４】
再生工程において清浄ガスが送出されるときの流れ方向は、排気工程において不純ガスが排気されるときの流れ方向と異なる。そのため、清浄ガスを連続的に供給するために吸着塔が２基用意され、一方の吸着塔が再生工程にあるとき他方の吸着塔が排出工程となるように、一方の吸着塔のサイクルと他方の吸着塔のサイクルとが時間的にずらされる。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１０４８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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】
【０００７】
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。
【０００８】
空気清浄装置は、光触媒又は低温酸化触媒としての触媒を備えた反応器（１１）と、 吸着塔（４１、４２）と、バルブ群（４５〜４８）とを具備する。前記バルブ群は、前記吸着塔を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間（６０）に接続し、前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する。前記反応器は、前記浄化対象空間に接続される。前記触媒に太陽光が当たる。
【０００９】
上記空気清浄装置は、前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱する加熱部を更に具備することが好ましい。この場合、前記触媒は前記低温酸化触媒である。
【００１０】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記反応器は、流路（１２）を備えることが好ましい。この場合、前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記流路は、前記空間を囲む壁面（１３）を備える。前記触媒は前記担体としての前記壁面に担持される。
【００１１】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）を備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記流路は、前記空間を囲む壁面（１３）を備える。前記触媒は前記壁面に担持される。
【００１２】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）を備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記流路は、前記空間を囲む壁面（１３）を備える。前記触媒は、前記照射部と前記壁面との間に充填された繊維（１４）に担持される。
【００１３】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）と、円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第１フィルター（１５）とを備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記第１フィルターは、前記触媒を担持する第１内側面を備える。前記第１フィルターは、前記第１内側面を前記空気の流れの上流に向けて前記空間に配置される。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。
【００１４】
前記反応器は、円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第２フィルター（１５）を備えることが好ましい。この場合、前記第２フィルターは、光触媒を担持する第２内側面を備える。前記第２フィルターは、前記第２内側面を前記上流に向けて前記空間に配置される。前記照射部は、直線状に延びる直線状部分を備える。前記第１フィルターの軸、前記第２フィルターの軸、及び前記直線状部分は、同一直線上に配置される。
【００１５】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）と、多孔板又はフィルターにより形成された隔壁（１６）とを備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記隔壁は、前記空間を上流側と下流側とに仕切る。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記触媒は前記隔壁に担持される。
【００１６】
上記空気清浄装置は、前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバー（３０、３１）を更に具備することが好ましい。前記触媒は前記光触媒であることが好ましい。この場合、前記反応器は、流路（１２）を備える。前記流路内の空間を前記空気が流れる。前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部（１８）を備える。前記照射部は、前記空間に配置される。前記触媒は前記照射部に担持される。
【００１７】
前記バルブ群は、前記空気が前記反応器を通過した後、前記吸着塔を通過して前記浄化対象空間に戻るように、前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記反応器及び前記浄化対象空間に接続する。前記バルブ群は、前記吸着塔を前記反応器及び前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する。
【００１８】
前記反応器は、前記触媒と一体化された吸着剤を備えることが好ましい。
【００１９】
空気清浄方法は、吸着塔（４１、４２）を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間（６０）に接続するステップと、前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップと、光触媒又は低温酸化触媒としての触媒に太陽光を当てるステップと、前記触媒が前記浄化対象空間からの空気に含まれるガス成分の酸化分解反応を触媒するステップとを具備する。
【００２０】
上記空気清浄方法は、前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱するステップを更に具備することが好ましい。この場合、前記触媒は低温酸化触媒である。
【００２１】
前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記浄化対象空間に接続する前記ステップにおいて、前記空気が前記触媒を備える反応器（１１）を通過して更に前記吸着塔を通過してから前記浄化対象空間に戻り、前記吸着塔が備える吸着剤は前記酸化分解反応による生成物を吸着することが好ましい。前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップにおいて、前記吸着塔を前記反応器から遮断し、前記吸着剤は前記生成物を脱着することが好ましい。
【００２２】
例えば、前記ガス成分は炭素元素を含み、前記生成物は二酸化炭素である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空気清浄装置がコンパクト化される。空気中の有害ガス成分が光触媒又は低温酸化触媒による触媒反応により分解されるからである。また、宇宙空間においては、地上よりも強い太陽エネルギーを触媒反応に利用できる。そのため、触媒反応のためのエネルギーを貯蔵する貯蔵部が最小限の大きさで済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気清浄装置を示す。本実施形態に係る空気清浄装置は、浄化対象空間６０に設けられた吸入口５１と、フィルター５４と、ファン５５と、熱交換器５７と、有機物分解装置１０と、ＰＳＡ除去装置４０と、宇宙真空に対して開口する排気口５３と、ファン５６と、浄化対象空間６０に設けられた戻り口５２とを備える。浄化対象空間６０は、宇宙構造体の内部空間である。宇宙構造体は、宇宙船、宇宙ステーション、宇宙基地、及び宇宙服のいずれかである。浄化対象空間６０では少なくとも一人の人が活動する。浄化対象空間６０における圧力は宇宙真空における圧力よりも高い。
【００２６】
有機物分解装置１０は、反応器１１と、宇宙構造体の外側に設けられた集光器２０と、集光器２０と反応器１１とを接続する光ファイバー束３０とを備える。ＰＳＡ除去装置４０は、吸着塔４１及び４２と、フィルター４３及び４４と、バルブ４５〜４８を含むバルブ群とを備える。ＰＳＡ除去装置４０は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）に基づいて二酸化炭素、水蒸気、又は両方を空気から除去する。
【００２７】
浄化対象空間６０内の空気は、窒素及び酸素に加え、人体から排出された二酸化炭素、水蒸気、及び他のガス成分を含む。他のガス成分は、炭素元素、水素元素、又は両方を含む。他のガス成分は、例えば、メタノール（ＭｅＨＯ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、メタン（ＣＨ４）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、メタンチオール（ＣＨ３ＳＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、インドール（Ｃ８Ｈ７Ｎ）などである。
【００２８】
本実施形態に係る空気清浄装置は、第１状態と第２状態とを交互に繰り返し、浄化対象空間６０内の空気を浄化する。
【００２９】
第１状態において、バルブ４５は吸着塔４１を反応器１１に接続し且つ吸着塔４２を反応器１１から遮断し、バルブ４６は吸着塔４１を戻り口５２（浄化対象空間６０）にファン５６を介して接続し且つ吸着塔４１を排気口５３（宇宙真空）から遮断し、バルブ４７は吸着塔４２を排気口５３（宇宙真空）にバルブ４８を介して接続し且つ吸着塔４２を戻り口５２（浄化対象空間６０）から遮断する。
【００３０】
第１状態において、浄化対象空間６０内の空気は、吸入口５１から本実施形態に係る空気清浄装置に取り込まれ、フィルター５４とファン５５とを通過し、必要に応じて熱交換器５７を通過し、反応器１１、バルブ４５、吸着塔４１、フィルター４３、バルブ４６、ファン５６を通過して、戻り口５２から浄化対象空間６０に戻る。このとき、光ファイバー束３０は、集光器２０が受けた太陽光を反応器１１が備える光触媒（例示：酸化チタン）に導く。光触媒は、空気に含まれる他のガス成分の酸化分解反応を触媒する。この酸化分解反応による生成物として、二酸化炭素、水蒸気、又は両方が生成する。吸着塔４１が備える吸着剤は、生成物を吸着する。吸着塔４２が備える吸着剤は、前に吸着した生成物を脱着する。脱着した生成物は、フィルター４４、バルブ４７、バルブ４８を通過し、排気口５３から宇宙真空へ排気される。
【００３１】
第２状態において、バルブ４５は吸着塔４１を反応器１１から遮断し且つ吸着塔４２を反応器１１に接続し、バルブ４６は吸着塔４１を戻り口５２（浄化対象空間６０）から遮断し且つ吸着塔４１を排気口５３（宇宙真空）にバルブ４８を介して接続し、バルブ４７は吸着塔４２を排気口５３（宇宙真空）から遮断し且つ吸着塔４２を戻り口５２（浄化対象空間６０）にファン５６を介して接続する。
【００３２】
第２状態において、浄化対象空間６０内の空気は、吸入口５１から本実施形態に係る空気清浄装置に取り込まれ、フィルター５４とファン５５とを通過し、必要に応じて熱交換器５７を通過し、反応器１１、バルブ４５、吸着塔４２、フィルター４４、バルブ４７、ファン５６を通過して、戻り口５２から浄化対象空間６０に戻る。このとき、光ファイバー束３０は、集光器２０が受けた太陽光を反応器１１が備える光触媒に導く。光触媒は、空気に含まれる他のガス成分の酸化分解反応を触媒する。この酸化分解反応による生成物として、二酸化炭素、水蒸気、又は両方が生成する。吸着塔４２が備える吸着剤は、生成物を吸着する。吸着塔４１が備える吸着剤は、前に吸着した生成物を脱着する。脱着した生成物は、フィルター４３、バルブ４６、バルブ４８を通過し、排気口５３から宇宙真空へ排気される。
【００３３】
紫外線を利用して上述の酸化分解反応を触媒する光触媒を用いることが好ましい。宇宙空間においては紫外線が強いから、強い紫外線が光触媒反応に有効に利用される。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。流路１２は、流路１２内の空間を囲む壁面１３を備える。光触媒は壁面１３に担持される。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は光源と称される場合がある。照射部１８は、光触媒に囲まれるように流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。
【００３５】
図３Ａは、照射部１８の一例を示す。光ファイバー束３０に含まれる複数の光ファイバー３１は端面３１ａをそれぞれ備える。端面３１ａは照射部１８に配置される。端面３１ａが向く方向を示すベクトルは、照射部１８の軸線に垂直な成分を持つ。言い換えると、ベクトルは軸線と平行ではない。このベクトルと略平行に端面３１ａから太陽光が出射し、光触媒に照射される。
【００３６】
図３Ｂは、照射部１８の他の例を示す。光ファイバー束３０に含まれる複数の光ファイバー３１は、照射部１８において照射部１８の軸線に平行である。複数の光ファイバー３１は側面３１ｂをそれぞれ備える。側面３１ｂは、光ファイバー３１の外周面であり、照射部１８に配置される。側面３１ｂから太陽光が出射し、光触媒に照射される。
【００３７】
光触媒に紫外線を効率的に供給するため、光ファイバー束３０は紫外線透過性が優れていることが好ましい。
【００３８】
（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について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００３９】
図４は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。流路１２は、流路１２内の空間を囲む壁面１３を備える。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。光触媒は、照射部１８と壁面１３との間に充填された繊維１４に担持される。本実施形態において、図３Ａの照射部１８及び図３Ｂの照射部１８のいずれも用いることが可能である。
【００４０】
（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について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００４１】
図５は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２と、複数のフィルター１５を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。複数のフィルター１５の各々は、円錐面形状又はドーム形状を有し、光触媒を担持する内側面を備える。複数のフィルター１５は、空気の流れ方向７０に沿って流路１２内の空間に配置される。各内側面は、空気の流れの上流を向く。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って直線状に延びる。各フィルター１５の軸、及び照射部１８は同一直線（流路１２の中心線）上に配置される。照射部１８は、各フィルター１５の頂点を貫いている。本実施形態において、図３Ａの照射部１８及び図３Ｂの照射部１８のいずれも用いることが可能である。
【００４２】
本実施形態によれば、光触媒が設けられる面積を大きくできる。
【００４３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る空気清浄装置について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００４４】
図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２と、複数の隔壁１６を備える。複数の隔壁１６の各々は、多孔板又はフィルターにより形成され、光触媒を担持する。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。複数の隔壁１６は、流路１２に沿って流路１２内の空間に配置される。各隔壁１６は、流路１２内の空間を空気の流れ方向７０に関して上流側と下流側とに仕切る。光ファイバー束３０に含まれる複数の光ファイバー３１は、光ファイバー束３０の先端部分（集光器２０から遠い部分）において、複数のグループに分けられる。各グループは、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を形成する複数の光ファイバー３１を含む。各照射部１８は、隣り合う隔壁１６の間に配置される。各照射部１８において、複数の光ファイバー３１は、一本一本にほぐされ、流れ方向７０に対して垂直に延びるように配置される。各照射部１８において、光ファイバー３１の側面から出射した太陽光が光触媒に照射される。
【００４５】
本実施形態によれば、光触媒が設けられる面積を大きくできる。
【００４６】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る空気清浄装置について説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。
【００４７】
図７は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。本実施形態において、図３Ｂの照射部１８が用いられる。光触媒は、照射部１８に担持される。例えば、照射部１８は側面３１ｂに担持される
【００４８】
（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る空気清浄装置を示す。本実施形態に係る空気清浄装置は、太陽電池３５、二次電池３６、及び加熱部としてのヒーター３７が追加されていること、及び、反応器１１が第１の実施形態に係る空気清浄装置から変更されている。本実施形態に係る空気清浄装置においては、光触媒にかえて低温酸化触媒が上述の酸化分解反応のために用いられる。低温酸化触媒として、例えば、複合酸化物［Ｃｅ，Ｚｒ，Ｂｉ，Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３］が用いられる。複合酸化物は、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化ビスマス、及び白金超微粒子をγ‐アルミナに共担持させることで提供される。
【００４９】
太陽電池３５は、宇宙構造体の外側に設けられ、太陽光を受けて発電し、その電力を用いて二次電池３６を充電する。二次電池３６は、ヒーター３７に電力を供給する。
【００５０】
図９は、本実施形態に係る反応器１１を示す。反応器１１は、流路１２を備える。流路１２内の空間を浄化対象空間６０からの空気が流れる。流路１２は、流路１２内の空間を囲む壁面１３を備える。低温酸化触媒は壁面１３に担持される。光ファイバー束３０は、光触媒に太陽光を照射する照射部１８を備える。照射部１８は、低温酸化触媒に囲まれるように流路１２内の空間に配置される。照射部１８は、流路１２の中心線に沿って流路１２内の空間を延びている。照射部１８の軸線は、流路１２内の空間を流れる空気の流れ方向７０及び流路１２に平行である。本実施形態において、図３Ａの照射部１８及び図３Ｂの照射部１８のいずれも用いることが可能である。ヒーター３７は、流路１２の外側の低温酸化触媒に対応する位置に設けられる。
【００５１】
宇宙構造体が太陽光を受けている間、光ファイバー束３０は、太陽光を照射することで低温酸化触媒を加熱する。宇宙構造体が太陽光を受けている間、太陽電池３５は二次電池３６を充電する。宇宙構造体が太陽光を受けていない間、ヒーター３７は、二次電池３６から電力を供給されて低温酸化触媒を加熱する。ヒーター３７は、低温酸化触媒を担持する担体としての壁面１３を介して低温酸化触媒を加熱する。低温酸化触媒は、１００℃以下の低温であっても、上述の酸化分解反応を有効に触媒する。
【００５２】
本実施形態においては、低温酸化触媒に熱エネルギーを効率的に供給するため、光ファイバー束３０は赤外線透過性が優れていることが好ましい。
【００５３】
なお、二次電池３６は、燃料電池によって充電されてもよい。太陽電池３５又は燃料電池がヒーター３７に加熱のための電力を直接供給してもよい。また、加熱部は、他の機器からの排熱や太陽熱を利用して壁面１３を介して低温酸化触媒を加熱するものであってもよい。
【００５４】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係る空気清浄装置を説明する。本実施形態に係る空気清浄装置は、反応器１１が光触媒又は低温酸化触媒と一体化された吸着剤を備えるように、第１乃至第６の実施形態に係る空気清浄装置のいずれかが変更されている。宇宙構造体が太陽光を受けていない間、反応器１１が備える吸着剤は、空気に含まれるその他のガス成分を吸着する。宇宙構造体が太陽光を受けている間、反応器１１が備える光触媒又は低温酸化触媒は、反応器１１が備える吸着剤に吸着されていたその他のガス成分の酸化分解反応を触媒する。
【００５５】
上記各実施形態に係る空気清浄装置は、ＰＳＡ除去装置４０を備えなくともよい。この場合、浄化対象空間６０からの空気は、反応器１１によって処理されたのち、直接浄化対象空間６０に戻される。この場合、別の空気清浄装置が浄化対象空間６０内の空気から二酸化炭素又は水蒸気を除去する。上記各実施形態に係る空気清浄装置から有機物分解装置１０を除いたものを別の空気清浄装置として用いることが可能である。
【００５６】
上記各実施形態に係る空気清浄装置において、流路１２の断面形状は円、楕円、多角形のいずれでもよい。この場合、フィルター１５及び隔壁１６は、流路１２の断面形状に対応する形状を有する。
【００５７】
上記各実施形態によれば、空気中に含まれるメタン、アンモニア、硫化水素のような有害成分が除去される。空気中にこれらの有害成分が存在すると吸着塔４１及び４２の備える吸着剤が空気中の水分及び二酸化炭素を吸着する性能が低下するから、有害成分の除去により吸着塔４１及び４２の性能低下が防がれる。さらに、メタンチオールやアンモニアのような臭気成分が分解されるため、空気が脱臭される。
【００５８】
上記各実施形態に係る空気清浄装置において、光ファイバーを用いるかわりに、反応器１１及び宇宙構造体に設けられた窓を介して太陽光を光触媒又は低温酸化触媒に当ててもよい。
【００５９】
上記各実施形態によれば、空気清浄装置がコンパクト化される。空気中の有害ガス成分が光触媒又は低温酸化触媒による触媒反応により分解されるからである。また、宇宙空間においては、地上よりも強い太陽エネルギーを触媒反応に利用できる。そのため、触媒反応のためのエネルギーを貯蔵する貯蔵部が最小限の大きさで済む。また、上記各実施形態に係る空気清浄装置に一体成型技術を適用すれば、バルブや配管の設置スペースを削減できる。
【００６０】
なお、光ファイバー束３０（光ファイバー３１）、光触媒、及び低温酸化触媒の配置は、図示されたものに限定されない。上記実施形態どうしを自由に組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１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２】図２は、第１の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、反応器に設けられる照射部の例を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、照射部の他の例を示す。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第４の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第４の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す斜視図である。
【図７】図７は、第５の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【図８】図８は、本発明の第６の実施形態に係る空気清浄装置の概略図である。
【図９】図９は、第６の実施形態に係る空気清浄装置が備える反応器を示す。
【符号の説明】
【００６２】
１０…有機物分解装置
１１…反応器
１２…流路
１３…壁面
１４…繊維
１５…フィルター
１６…隔壁
１８…照射部（光源）
２０…集光器
３０…光ファイバー束
３１…光ファイバー
３１ａ…端面
３１ｂ…側面
３５…太陽電池
３６…二次電池
３７…ヒーター
４０…ＰＳＡ除去装置
４１、４２…吸着塔
４３、４４…フィルター
４５〜４８…バルブ
５１…吸入口
５２…戻り口
５３…排気口
５４…フィルター
５５、５６…ファン
５７…熱交換器
６０…浄化対象空間
７０…流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒又は低温酸化触媒としての触媒を備えた反応器と、
吸着塔と、
バルブ群と
を具備し、
前記バルブ群は、
前記吸着塔を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間に接続し、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続し、
前記反応器は、前記浄化対象空間に接続され、
前記触媒に太陽光が当たる
空気清浄装置。
【請求項２】
前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱する加熱部を更に具備し、
前記触媒は前記低温酸化触媒である
請求項１の空気清浄装置。
【請求項３】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記流路は、前記空間を囲む壁面を備え、
前記触媒は前記担体としての前記壁面に担持される
請求項２の空気清浄装置。
【請求項４】
前記バルブ群は、
前記空気が前記反応器を通過した後、前記吸着塔を通過して前記浄化対象空間に戻るように、前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記反応器及び前記浄化対象空間に接続し、
前記吸着塔を前記反応器及び前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する
請求項３の空気清浄装置。
【請求項５】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記流路は、前記空間を囲む壁面を備え、
前記触媒は前記壁面に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項６】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記流路は、前記空間を囲む壁面を備え、
前記触媒は、前記照射部と前記壁面との間に充填された繊維に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項７】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、
流路と、
円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第１フィルターと
を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記第１フィルターは、前記触媒を担持する第１内側面を備え、
前記第１フィルターは、前記第１内側面を前記空気の流れの上流に向けて前記空間に配置され、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備える
請求項１の空気清浄装置。
【請求項８】
前記照射部は、直線状に延びる直線状部分を備え、
前記反応器は、円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第２フィルターを備え、
前記第２フィルターは、光触媒を担持する第２内側面を備え、
前記第２フィルターは、前記第２内側面を前記上流に向けて前記空間に配置され、
前記第１フィルターの軸、前記第２フィルターの軸、及び前記直線状部分は、同一直線上に配置される
請求項７の空気清浄装置。
【請求項９】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、
流路と、
多孔板又はフィルターにより形成された隔壁と
を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記隔壁は、前記空間を上流側と下流側とに仕切り、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記触媒は前記隔壁に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１０】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記触媒は前記照射部に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１１】
前記バルブ群は、
前記空気が前記反応器を通過した後、前記吸着塔を通過して前記浄化対象空間に戻るように、前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記反応器及び前記浄化対象空間に接続し、
前記吸着塔を前記反応器及び前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１２】
前記反応器は、前記触媒と一体化された吸着剤を備える
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１３】
吸着塔を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間に接続するステップと、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップと、
光触媒又は低温酸化触媒としての触媒に太陽光を当てるステップと、
前記触媒が前記浄化対象空間からの空気に含まれるガス成分の酸化分解反応を触媒するステップと
を具備する
空気清浄方法。
【請求項１４】
前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱するステップ
を更に具備し、
前記触媒は低温酸化触媒である
請求項１３の空気清浄方法。
【請求項１５】
前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記浄化対象空間に接続する前記ステップにおいて、前記空気が前記触媒を備える反応器を通過して更に前記吸着塔を通過してから前記浄化対象空間に戻り、前記吸着塔が備える吸着剤は前記酸化分解反応による生成物を吸着し、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップにおいて、前記吸着塔を前記反応器から遮断し、前記吸着剤は前記生成物を脱着する
請求項１４の空気清浄方法。
【請求項１６】
前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記浄化対象空間に接続する前記ステップにおいて、前記空気が前記触媒を備える反応器を通過して更に前記吸着塔を通過してから前記浄化対象空間に戻り、前記吸着塔が備える吸着剤は前記酸化分解反応による生成物を吸着し、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップにおいて、前記吸着塔を前記反応器から遮断し、前記吸着剤は前記生成物を脱着する
請求項１３の空気清浄方法。
【請求項１】
光触媒又は低温酸化触媒としての触媒を備えた反応器と、
吸着塔と、
バルブ群と
を具備し、
前記バルブ群は、
前記吸着塔を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間に接続し、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続し、
前記反応器は、前記浄化対象空間に接続され、
前記触媒に太陽光が当たる
空気清浄装置。
【請求項２】
前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱する加熱部を更に具備し、
前記触媒は前記低温酸化触媒である
請求項１の空気清浄装置。
【請求項３】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記流路は、前記空間を囲む壁面を備え、
前記触媒は前記担体としての前記壁面に担持される
請求項２の空気清浄装置。
【請求項４】
前記バルブ群は、
前記空気が前記反応器を通過した後、前記吸着塔を通過して前記浄化対象空間に戻るように、前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記反応器及び前記浄化対象空間に接続し、
前記吸着塔を前記反応器及び前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する
請求項３の空気清浄装置。
【請求項５】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記流路は、前記空間を囲む壁面を備え、
前記触媒は前記壁面に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項６】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記流路は、前記空間を囲む壁面を備え、
前記触媒は、前記照射部と前記壁面との間に充填された繊維に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項７】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、
流路と、
円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第１フィルターと
を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記第１フィルターは、前記触媒を担持する第１内側面を備え、
前記第１フィルターは、前記第１内側面を前記空気の流れの上流に向けて前記空間に配置され、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備える
請求項１の空気清浄装置。
【請求項８】
前記照射部は、直線状に延びる直線状部分を備え、
前記反応器は、円錐面形状、多角推面形状又はドーム形状の第２フィルターを備え、
前記第２フィルターは、光触媒を担持する第２内側面を備え、
前記第２フィルターは、前記第２内側面を前記上流に向けて前記空間に配置され、
前記第１フィルターの軸、前記第２フィルターの軸、及び前記直線状部分は、同一直線上に配置される
請求項７の空気清浄装置。
【請求項９】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、
流路と、
多孔板又はフィルターにより形成された隔壁と
を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記隔壁は、前記空間を上流側と下流側とに仕切り、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記触媒は前記隔壁に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１０】
前記太陽光を前記触媒へ導く光ファイバーを更に具備し、
前記触媒は前記光触媒であり、
前記反応器は、流路を備え、
前記流路内の空間を前記空気が流れ、
前記光ファイバーは、前記触媒に前記太陽光を照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記空間に配置され、
前記触媒は前記照射部に担持される
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１１】
前記バルブ群は、
前記空気が前記反応器を通過した後、前記吸着塔を通過して前記浄化対象空間に戻るように、前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記反応器及び前記浄化対象空間に接続し、
前記吸着塔を前記反応器及び前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続する
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１２】
前記反応器は、前記触媒と一体化された吸着剤を備える
請求項１の空気清浄装置。
【請求項１３】
吸着塔を宇宙真空から遮断するとともに浄化対象空間に接続するステップと、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップと、
光触媒又は低温酸化触媒としての触媒に太陽光を当てるステップと、
前記触媒が前記浄化対象空間からの空気に含まれるガス成分の酸化分解反応を触媒するステップと
を具備する
空気清浄方法。
【請求項１４】
前記触媒を担持する担体を介して前記触媒を加熱するステップ
を更に具備し、
前記触媒は低温酸化触媒である
請求項１３の空気清浄方法。
【請求項１５】
前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記浄化対象空間に接続する前記ステップにおいて、前記空気が前記触媒を備える反応器を通過して更に前記吸着塔を通過してから前記浄化対象空間に戻り、前記吸着塔が備える吸着剤は前記酸化分解反応による生成物を吸着し、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップにおいて、前記吸着塔を前記反応器から遮断し、前記吸着剤は前記生成物を脱着する
請求項１４の空気清浄方法。
【請求項１６】
前記吸着塔を前記宇宙真空から遮断するとともに前記浄化対象空間に接続する前記ステップにおいて、前記空気が前記触媒を備える反応器を通過して更に前記吸着塔を通過してから前記浄化対象空間に戻り、前記吸着塔が備える吸着剤は前記酸化分解反応による生成物を吸着し、
前記吸着塔を前記浄化対象空間から遮断するとともに前記宇宙真空に接続するステップにおいて、前記吸着塔を前記反応器から遮断し、前記吸着剤は前記生成物を脱着する
請求項１３の空気清浄方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１２０５１（Ｐ２０１０−１２０５１Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７４９６５（Ｐ２００８−１７４９６５）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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