(57)【要約】      （修正有）【課題】吸着したガスの脱離に加熱空気を必要としないガス回収濃縮装置および方法を提供する。【解決手段】水蒸気と水蒸気以外の気体からなる対象ガスとを可逆的に吸着することができ、水蒸気に対する吸着能が対象ガスに対する吸着能よりも大きい吸着材を含んで成る吸着ロータ１０を備え、前記吸着ロータに対し、前記対象ガスを含むガス含有空気を供給し、前記対象ガスを前記吸着材に吸着させるガス吸着部１１と、前記対象ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給し、吸着材に吸着された前記対象ガスを前記高湿度空気中の水蒸気で置換するガス置換部１２と、前記高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記水蒸気を脱離させる水蒸気脱離部とを有し、前記吸着ロータ上の各部位は、前記吸着ロータの回転により、前記ガス吸着部と、前記ガス置換部と、前記水蒸気脱離部と、をこの順で繰り返し移動する。【選択図】図１
2019155301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気と、水蒸気以外の気体からなる対象ガスと、を可逆的に吸着することができ、水蒸気に対する吸着能が対象ガスに対する吸着能よりも大きい吸着材を含んで成る吸着ロータを備え、
前記吸着ロータに対し、
前記対象ガスを含むガス含有空気を供給し、前記対象ガスを前記吸着材に吸着させるガス吸着部と、
前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給し、吸着材に吸着された前記対象ガスを前記高湿度空気中の水蒸気で置換するガス置換部と、を有し、
前記吸着ロータ上の各部位は、前記吸着ロータの回転により、前記ガス吸着部と、前記ガス置換部と、を繰り返し移動することを特徴とするガス回収濃縮装置。
【請求項２】
前記ガス回収濃縮装置は、前記吸着ロータに対し、
前記高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記水蒸気を脱離させる水蒸気脱離部をさらに有し、
前記吸着ロータ上の各部位は、前記吸着ロータの回転により、前記ガス吸着部と、前記ガス置換部と、前記水蒸気脱離部と、をこの順で繰り返し移動することを特徴とする請求項１に記載のガス回収濃縮装置。
【請求項３】
前記ガス吸着部において、前記ガス含有空気が前記吸着ロータを通過して生じた気体が、前記低湿度空気として、前記水蒸気脱離部に供給されることを特徴とする請求項２に記載のガス回収濃縮装置。
【請求項４】
前記対象ガスが、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス回収濃縮装置。
【請求項５】
前記ガス置換部において、前記高湿度空気が前記吸着ロータを通過して生じた気体が、園芸用温室に供給されることを特徴とする請求項４に記載のガス回収濃縮装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のガス回収濃縮装置を用いるガス回収濃縮方法であって、前記吸着ロータを回転させながら、
前記ガス吸着部に、前記対象ガスを含むガス含有空気を供給し、前記対象ガスを前記吸着材に吸着させるガス吸着工程と、
前記ガス置換部に、前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記対象ガスを、前記高湿度空気中の水蒸気で置換するガス置換工程と、
を備えることを特徴とするガス回収濃縮方法。
【請求項７】
前記水蒸気脱離部に、前記高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記水蒸気を低湿度空気中に脱離させる水蒸気脱離工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のガス回収濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス回収濃縮装置およびガス回収濃縮方法に関し、さらに詳しくは、回転式の吸着部材を用いて、空気中からガスを回収して濃縮するガス回収濃縮装置およびそれを利用したガス回収濃縮方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、火力発電所や各種燃焼施設等では、環境保護の観点から、排気中に含まれる二酸化炭素や硫黄酸化物、窒素酸化物等の物質を分離、回収して処分することが求められている。
【０００３】
例えば、二酸化炭素を分離回収する方法としては、アミン等のアルカリ液による吸収法や、ゼオライトや活性炭などの吸着材による吸着法などが知られている。また、空気中や家庭用の発電、給湯用の燃焼器の排気等から二酸化炭素を分離濃縮することで、例えば、ビニールハウス等の園芸用温室での、作物の生育の促進に役立てることも行われている。
【０００４】
大規模な発電所や工場の燃焼施設のみではなく、家庭用の発電、給湯用の燃焼器での利用や、上記のような園芸用温室での利用への展開にあたり、例えば、特許文献１に記載されているような、回転式の吸着ロータを用いる温度スイング法（ＴＳＡ法）を利用して、ガス回収濃縮装置の簡素化、小型化が可能である。特許文献１では、吸着ロータに、吸着ゾーン、予熱ゾーン、低濃度ガスパージゾーン、脱離ゾーン、高濃度ガスパージゾーン、予冷ゾーン、冷却ゾーンを設け、吸着ロータを回転させながらガスの吸着、脱離および吸着ロータの加熱、冷却を行うことにより、ガスの回収濃縮に要するエネルギーを削減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１７５０１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法は温度差を利用してガスの吸着、脱離するため、吸着材からガスを脱離し、吸着材を再生させるための加熱空気が必須であり、その後、吸着材を冷却するなどの目的にエネルギーを使用している。特許文献１においても、エネルギーを削減する余地はまだある。
【０００７】
本発明は、吸着したガスの脱離に加熱空気を必要としないガス回収濃縮装置およびそれを利用したガス回収濃縮方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかるガス回収濃縮装置は、水蒸気と水蒸気以外の気体からなる対象ガスとを可逆的に吸着することができ、水蒸気に対する吸着能が対象ガスに対する吸着能よりも大きい吸着材を含んで成る吸着ロータを備え、前記吸着ロータに対し、前記対象ガスを含むガス含有空気を供給し、前記対象ガスを前記吸着材に吸着させるガス吸着部と、前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給し、吸着材に吸着された前記対象ガスを前記高湿度空気中の水蒸気で置換するガス置換部と、を有し、前記吸着ロータ上の各部位は、前記吸着ロータの回転により、前記ガス吸着部と、前記ガス置換部と、を繰り返し移動することを要旨とする。
【０００９】
ここで、「高湿度空気」および「低湿度空気」は、他と比較して相対的に「高湿度」および「低湿度」であるものをいい、絶対的な湿度を示す概念ではない。
【００１０】
前記ガス回収濃縮装置は、前記吸着ロータに対し、前記高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記水蒸気を脱離させる水蒸気脱離部をさらに有し、前記吸着ロータ上の各部位は、前記吸着ロータの回転により、前記ガス吸着部と、前記ガス置換部と、前記水蒸気脱離部と、をこの順で繰り返し移動することが好ましい。
【００１１】
前記ガス吸着部において、前記ガス含有空気が前記吸着ロータを通過して生じた気体は、前記低湿度空気として、前記水蒸気脱離部に供給されることが好ましい。
【００１２】
本発明にかかるガス回収濃縮装置によって、回収濃縮される対象ガスは、二酸化炭素であることが好ましい。
【００１３】
前記ガス置換部において、前記高湿度空気が前記吸着ロータを通過して生じた気体は、園芸用温室に供給されることが好ましい。
【００１４】
本発明にかかるガス回収濃縮方法は、上記のガス回収濃縮装置を用いるガス回収濃縮方法であって、前記吸着ロータを回転させながら、前記ガス吸着部に、前記ガスを含むガス含有空気が供給し、前記対象ガスを前記吸着材に吸着させるガス吸着工程と、前記ガス置換部に、前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記対象ガスを、前記高湿度空気中の水蒸気で置換するガス置換工程とを備えることを要旨とする。
【００１５】
本発明にかかるガス回収濃縮方法は、前記水蒸気脱離部に、前記高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給し、前記吸着材に吸着された前記水蒸気を低湿度空気中に脱離させる水蒸気脱離工程をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる吸着ロータは、水蒸気に対する吸着能が対象ガスに対する吸着能よりも大きい吸着材を含む。これにより、ガス置換部において、湿度が高く、水蒸気を多く含む高湿度空気が供給されると、吸着材に吸着されていた対象ガスが、吸着能の大きい水蒸気（水）と置換され、吸着ロータから脱離する。本発明にかかるガス回収濃縮装置によれば、水蒸気と回収濃縮する対象ガスとの吸着能の差による、吸着分子の置換を利用することにより、加熱空気を用いることなく、吸着したガスを脱離することができ、省エネルギー性に優れる。
【００１７】
ガス置換部において、吸着材に吸着された水は、低湿度空気を供給することにより、蒸発（脱離）し、吸着ロータの吸着性能が再生する。低湿度空気は、例えば、ガス吸着部において、対象ガスを含むガス含有空気として供給してもよいし、ガス吸着部とは別に、水蒸気脱離部を設けてガス含有空気とは別に供給してもよい。ガス吸着部と水蒸気脱離部とをそれぞれ独立して設け、水蒸気脱離部に低湿度空気を供給すると、水の蒸発（脱離）および対象ガスの吸着が、個々のエリアで効率的に進行し、対象ガスの回収濃縮および水蒸気の脱離による吸着材の再生の能率が向上する。
【００１８】
吸着ロータ上の各部位が、吸着ロータの回転により、ガス吸着部と、ガス置換部と、水蒸気脱離部とを、この順で繰り返し移動すると、例えば、各部に適した組成や温度等を有する空気を供給することができ、対象ガスの吸着、水蒸気と対象ガスとの置換、および水蒸気の脱離が各部において効率的に繰り返され、対象ガスの回収濃縮性能が向上する。
【００１９】
水蒸気脱離部に供給する低湿度空気には、ガス吸着部において吸着ロータを通過した空気を用いることができる。ガス吸着部において吸着ロータを通過した空気は、回収濃縮する対象ガスが除去され、かつ低湿度の状態であるため、これを水蒸気脱離部に供給すると、水蒸気脱離部において、対象ガスの吸着が起こりにくく、かつ、水蒸気の脱離しやすいため、吸着材の対象ガスに対する吸着能が十分に回復し、続くガス吸着部において、効率的に対象ガスを吸着することができる。
【００２０】
吸着ロータを構成する吸着材としては、水蒸気と対象ガスとを可逆的に吸着することができ、水蒸気に対する吸着能が対象ガスに対する吸着能よりも大きいものであれば特に限定されず、回収濃縮する対象ガスに応じて適当なものを選択すればよい。具体的には、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナなどの多孔質体を例示することができる。例えばゼオライトを用いて吸着ロータ１０を構成すると、耐水性、耐熱性、吸着物質の選択性に優れ、また、ガス回収濃縮装置の使用条件等に応じて、細孔の径や形状、シリカ／アルミナ比等を適宜調整することで所望の吸着特性を付与することができる。
【００２１】
本発明にかかるガス回収濃縮装置によって、回収濃縮される対象ガスとしては、水蒸気以外の気体であれば特に限定されない。例えば、二酸化炭素、バイオガス、メタン、窒素酸化物などを例示することができる。特に、二酸化炭素は、環境保護の観点から燃焼施設の排気中から回収されることが望まれるとともに、農業分野において、作物の生育促進や、品質向上などの観点から、園芸用温室に供給することが望まれている。例えば、本発明にかかるガス回収濃縮装置をビニールハウス等の園芸用温室に接続し、ガス置換部において吸着ロータを通過した空気を園芸用温室に供給することで、空気中、または暖房、発電用の燃焼施設等の排気中に含まれる二酸化炭素ガスを回収濃縮し、園芸用温室内の二酸化炭素濃度を増大させることができる。
【００２２】
本発明にかかるガス回収濃縮方法によれば、水蒸気と回収濃縮する対象ガスとの吸着能の差による吸着分子の置換を利用することにより、加熱空気を用いることなく、吸着した対象ガスを脱離することができ、省エネルギー性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の概略を示す図である。
【図２】第１の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の構成と気体の流れを示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態にかかるガス回収濃縮装置において、環状経路を備えた場合の構成と気体の流れを示すブロック図である。
【図４】第２の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の構成と気体の流れを示すブロック図である。
【図５】第３の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の構成と気体の流れを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態では、二酸化炭素を対象ガスとして回収濃縮する二酸化炭素回収濃縮装置を例に説明する。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の概略を示す図である。図２は、第１の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の構成と気体の流れを示すブロック図である。
【００２６】
本実施形態にかかるガス回収濃縮装置１は、モータ２４及び動力ベルト２５によって回転する吸着ロータ１０を備え、吸着ロータ１０に対して、二酸化炭素を含むガス含有空気を供給するガス吸着部１１と、前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給するガス置換部１２とを有する。図中のガス吸着部１１およびガス置換部１２は、相互に区画され、吸着ロータ１０の各部位がその中を移動することができる空間として形成されており、吸着ロータ１０上の各部位は、吸着ロータ１０の回転に伴って、ガス吸着部１１とガス置換部１２とを交互に移動する。
【００２７】
ガス吸着部１１は、二酸化炭素を含むガス含有空気を供給するガス供給管１４と、ガス吸着部１１を通過した空気を排出する残留空気排出管１５に接続され、ガス置換部１２は、高湿度空気を供給する水蒸気供給管１６と、吸着材から脱離した二酸化炭素を含む空気を回収するガス回収管１７に接続される。水蒸気供給管１６の上流側は、バルブ３５を介して家屋２１に接続され、高湿度空気が供給される。一方、ガス回収管１７の下流側は、バルブ３４を介して園芸用温室であるビニールハウス２０に接続され、濃縮された二酸化炭素をビニールハウス２０に供給することができる。
【００２８】
吸着ロータ１０は、水蒸気と二酸化炭素とを吸着する性能を有する各種吸着材を用いて構成することができる。例えば、吸着材を含む材料をロータ状に成形して用いてもよいし、ロータ状の容器に吸着材を充填して用いてもよい。また、吸着ロータ１０の各部位には、その回転に伴って、経時的に異なる組成の空気が流入する。流入した空気がロータ内部で拡散、混合することを防ぐ目的から、吸着ロータ１０は、その構造内に、回転軸を中心とした放射状の内壁を設けることが好ましい。内壁を設けることで、各エリアから流入する空気が混合を防止でき、ガスの回収濃縮効率が向上する。また、吸着材の吸着性能は、温度にも依存し、例えば、ガス吸着部１１では低温である方が好ましいし、ガス置換部１２では、高温である方が好ましい。各エリア間での温度管理等の観点から、内壁に断熱性を有する部材を用いてもよい。
【００２９】
吸着材としては、水蒸気と二酸化炭素とを可逆的に吸着することができ、水蒸気に対する吸着能が二酸化炭素に対する吸着能よりも大きいものであれば特に限定されない。具体的には、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナなどを例示することができる。例えばゼオライトを用いて吸着ロータ１０を構成すると、耐水性、耐熱性、吸着物質の選択性に優れ、また、ガス回収濃縮装置の使用条件等に応じて、細孔の径や形状、シリカ／アルミナ比等を適宜調整することで所望の吸着性能を付与することができる。また、吸着材は、ハニカム構造を有することが好ましい。ハニカム構造とは、貫通孔を有する柱状の吸着材を略平行に並べた構造である。ハニカム構造を有する吸着材は、吸着材自体がハニカム構造となったものでもよいし、ハニカム構造を有する基材の表面に吸着材を配置したものでもよい。吸着材がハニカム構造を有すると、表面積が大きく、流入する空気の圧力損失が小さいことから、対象ガスおよび水蒸気の吸着、脱離を効率よく行うことができる。
【００３０】
ガス吸着部１１に接続されたガス供給管１４は、ブロワ３１により、外気または、燃焼施設の排気等、二酸化炭素を含む空気を吸入し、ガス吸着部１１にガス含有空気を供給する。ガス吸着部１１において、二酸化炭素が吸着ロータ１０に含まれる吸着材に吸着され、ガス含有空気から二酸化炭素の少なくとも一部が除去された空気が残留空気排出管１５より排出される。
【００３１】
ガス吸着部１１において吸着材に吸着された二酸化炭素は、吸着ロータ１０の回転に伴って、ガス置換部１２に移行される。ガス置換部１２では、水蒸気供給管１６により水蒸気を多く含む高湿度空気が供給され、二酸化炭素と水蒸気との吸着能の差により、二酸化炭素と水蒸気とが置換し、水蒸気が吸着材に吸着するとともに二酸化炭素が吸着材から脱離する。脱離した二酸化炭素は、ガス回収管１７により回収され、ビニールハウス２０に供給される。また、例えば、ビニールハウス２０の二酸化炭素濃度が高くなりすぎたときや、二酸化炭素濃度をより高めたいときなどには、図３に示すように、ガス回収管１７の一部を分岐させて水蒸気供給管１６と接続し、バルブ３４を絞ることにより、ガス置換部１２を通過し、ガス回収管１７に回収された気体の一部を、水蒸気供給管１６とガス回収管１７とを含む環状の経路内に循環させ、家屋２１から供給される水蒸気を多く含む空気と混合した後、再びガス置換部１２に供給してもよい。
【００３２】
水蒸気供給管１６により供給される高湿度空気は、ガス吸着部１１に供給されるガス含有空気よりも湿度が高いものであればよい。例えば、家屋２１や園芸用温室などの比較的湿度が高くなる施設の室内空気を用いることができる。また、ガス置換部１２における二酸化炭素の脱離を促進する観点から、高湿度空気は、ガス含有空気よりも二酸化炭素濃度が低いことが好ましい。ガス含有空気に燃焼器等の排気を用いる場合、家屋２１や園芸用温室などの室内空気の方が二酸化炭素濃度が低く、効率的に二酸化炭素を脱離することができる。そのような施設内の高湿度空気を利用すると、高湿度空気の二酸化炭素濃度を低下させたり、湿度を高くしたりするなどの特別な手段を必要とせず、二酸化炭素を効率的に脱離することができ、省エネルギー性に優れる。
【００３３】
ガス置換部１２において吸着材に吸着された水蒸気は、吸着ロータ１０の回転に伴って、ガス吸着部１１に移行される。本実施形態では、ガス吸着部１１において、ガス含有空気による、二酸化炭素の吸着と水蒸気の脱離とが並行して発生する。すなわち、吸着材に吸着されていた水が、比較的湿度の低いガス含有空気中に脱離（蒸発）することで、吸着材の吸着性能が回復し、空いた吸着サイトに二酸化炭素が吸着する。
【００３４】
ガス回収濃縮装置１により回収濃縮された二酸化炭素は、ビニールハウス２０に供給され、作物の光合成を促進することができる。ビニールハウス２０は、主に、気温が低下し、作物が生育しにくくなる冬季に用いられることが多い。一般に、吸着材は低温であるほど対象物質の吸着量が大きくなることから、冬季に、本実施形態にかかるガス回収濃縮装置１を使用する場合、ガス吸着部１１およびガス供給管１４の一部または全部を外気により冷却することにより、吸着ロータ１０を冷却することができ、ガス吸着部１１における二酸化炭素の吸着効率が向上する。また、冬季は大気中の湿度が低下するため、外気を直接取り込み、ガス吸着部１１に供給することができる。この際、例えば、ブロワ３１の出力を増大し、ガス吸着部１１に供給されるガス流量を大きくすることにより、多くの二酸化炭素を吸着ロータ１０に含まれる吸着材に吸着させることができ、効率的にビニールハウス２０内の二酸化炭素濃度を増大することができる。
【００３５】
吸着ロータ１０の回転に用いられるモータ２４およびブロワ３１、３２等の動力源は、特に限定されるものではないが、例えば、太陽光発電による電力を用いることができる。太陽光発電システムは、省エネルギー性に優れるとともに、日照時に発電するため、植物の光合成促進を目的とした場合に、本発明にかかるガス回収濃縮装置１と太陽光発電システムとの親和性が高い。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について説明する。図４は第２の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の構成と気体の流れを示すブロック図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一または同様の機能を有する構成についてはその詳細な説明を一部省略する。本実施形態は、水蒸気脱離部１３およびこれに接続される低湿度空気供給管１８と水蒸気排出管１９を有する点で、先の第１の実施形態と異なる。
【００３７】
本実施形態にかかるガス回収濃縮装置１は、モータ２４及び動力ベルト２５によって回転する吸着ロータ１０を備え、吸着ロータ１０に対して、対象ガスを含むガス含有空気を供給するガス吸着部１１と、前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給するガス置換部１２と、高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給する水蒸気脱離部１３とを有する。図中のガス吸着部１１、ガス置換部１２および水蒸気脱離部１３は、相互に区画され、吸着ロータ１０の各部位がその中を移動することができる空間として形成されており、吸着ロータ１０上の各部位は、吸着ロータ１０の回転に伴って、ガス吸着部１１とガス置換部１２と水蒸気脱離部１３とをこの順に移動する。
【００３８】
ガス吸着部１１は、二酸化炭素を含むガス含有空気を供給するガス供給管１４と、吸着後の空気を排出する残留空気排出管１５に接続され、ガス置換部１２は、高湿度空気を供給する水蒸気供給管１６と、脱離した二酸化炭素を含む気体を回収するガス回収管１７に接続され、水蒸気脱離部１３は、低湿度空気を供給する低湿度空気供給管１８と、脱離した水蒸気を含む気体を排出する水蒸気排出管１９に接続される。水蒸気供給管１６およびガス回収管１７は、ともに園芸用温室であるビニールハウス２０に接続され、環状の経路を形成する。
【００３９】
ビニールハウス２０の内部は、作物の生育のために水分が十分にある上に、比較的高温に保たれ、さらに、作物からの蒸散の作用などにより、高湿度になる。よって、ビニールハウス２０は、回収濃縮された二酸化炭素を消費するのみではなく、水蒸気供給管１６に高湿度空気を供給する機能も有する。水蒸気供給管１６およびガス回収管１７の両方を、ビニールハウス２０に接続し、環状の経路内で空気を循環させることにより、簡素な構成で、外気等から二酸化炭素を回収し、作物の光合成を促進することができる。
【００４０】
ガス置換部１２において吸着材に吸着された水蒸気は、吸着ロータの回転に伴って、水蒸気脱離部１３に移行される。水蒸気脱離部１３は、高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給する低湿度空気供給管１８に接続される。水蒸気脱離部１３に、低湿度空気が供給されると、吸着材に吸着されていた水が、比較的湿度の低い低湿度空気中に脱離し、水蒸気排出管１９より排出される。これにより、吸着ロータ１０の二酸化炭素に対する吸着性能が回復し、続くガス吸着部１１へと移行する。
【００４１】
本実施形態では、ガス吸着部１１と水蒸気脱離部１３とを別に設け、吸着ロータ１０上の点が、吸着ロータ１０の回転に伴って、ガス吸着部１１とガス置換部１２と水蒸気脱離部１３とを順に移動する構成とすることにより、水蒸気脱離部１３において、十分に水蒸気を脱離させた後、ガス吸着部において、二酸化炭素を吸着材に吸着させることができる。
【００４２】
水蒸気脱離部１３に供給される低湿度空気は、ガス置換部１２に供給される高湿度空気よりも湿度の低いものであれば特に限定されず、ガス吸着部１１に供給されるガス含有空気と同じであってもよいし、異なってもよい。水蒸気脱離部１３での水の脱離効率や、続くガス吸着部１１でのガス吸着効率の観点から、低湿度空気は、水蒸気および二酸化炭素、その他の吸着性を有する物質の含有量が少ないことが好ましい。このような観点から、低湿度空気供給管１８の上流側に水蒸気またはその他の吸着性を有する物質を除去する除去装置を設けてもよい。冬季であれば、吸着性の不純物の比較的少ない乾燥空気が外気から入手できることから、外気を直接取り込んで低湿度空気としてもよい。また、後述の第３の実施形態のように、残留空気排出管１５と低湿度空気供給管を連通させ、ガス吸着部１１において吸着ロータ１０を通過した空気を、水蒸気脱離部１３に供給してもよい。
【００４３】
水蒸気脱離部１３に供給される低湿度空気は、水蒸気脱離部１３における水蒸気の脱離効率の観点からは、ある程度の高温であることが好ましい。一方、吸着材は低温であるほど対象物質の吸着量が大きくなることから、ガス吸着部１１において、吸着ロータ１０が高温になりすぎることは好ましくない。このような観点から、水蒸気脱離部１３に供給される低湿度空気は、ガス吸着部１１に供給されるガス含有空気よりも高温で、ガス置換部１２に供給される高湿度空気よりも低温であることが好ましい。低湿度空気が上記の範囲内であると、水蒸気脱離部１３において、吸着ロータ１０が冷却されるとともに、水蒸気が十分に脱離し、ガス吸着部１１における二酸化炭素の吸着性能が向上する。
【００４４】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について説明する。図５は第３の実施形態にかかるガス回収濃縮装置の構成と気体の流れを示すブロック図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一または同様の機能を有する構成についてはその詳細な説明を一部省略する。本実施形態は、ガス供給管１４の上流側に脱水装置２６を有する点、ビニールハウス２０に代えてガス回収容器２３を有する点、家屋２１またはビニールハウス２０に代えて水蒸気発生装置２２を有する点、残留空気排出管１５と、低湿度空気供給管１８とを連続して設けている点で、先の第１、２の実施形態と異なる。
【００４５】
本実施形態にかかるガス回収濃縮装置１は、モータ２４及び動力ベルト２５によって回転する吸着ロータ１０を備え、吸着ロータ１０に対して、対象ガスを含むガス含有空気を供給するガス吸着部１１と、前記ガス含有空気よりも湿度の高い高湿度空気を供給するガス置換部１２と、高湿度空気よりも湿度の低い低湿度空気を供給する水蒸気脱離部１３とを有する。図中のガス吸着部１１、ガス置換部１２および水蒸気脱離部１３は、相互に区画され、吸着ロータ１０の各部位がその中を移動することができる空間として形成されており、吸着ロータ１０上の各部位は、吸着ロータ１０の回転に伴って、ガス吸着部１１とガス置換部１２と水蒸気脱離部１３とをこの順に移動する。
【００４６】
ガス吸着部１１は、二酸化炭素を含むガス含有空気を供給するガス供給管１４と、吸着後の空気を排出する残留空気排出管１５に接続され、ガス置換部１２は、高湿度空気を供給する水蒸気供給管１６と、脱離した二酸化炭素を回収するガス回収管１７に接続され、水蒸気脱離部１３は、低湿度空気を供給する低湿度空気供給管１８と、脱離した水蒸気を排出する水蒸気排出管１９に接続される。水蒸気供給管１６とガス回収管１７とは、環状に接続された経路を形成する。水蒸気供給管１６の上流側には、水蒸気発生器２２が接続され、水蒸気供給管１６に水蒸気が供給される。また、ガス回収管１７の下流側の一部が分岐し、バルブ３６を介してガス回収容器２３に接続される。バルブ３４を解放することにより濃縮された二酸化炭素をガス回収容器２３に収容することができる。ガス回収容器２３に収容された二酸化炭素は、産業利用に供することもできるし、無害化処理の後に廃棄することもできる。
【００４７】
ガス供給管１４の上流側には、脱水装置２６が備えられ、ブロワ３１によって吸入したガスを含む空気中に含まれる水分が除去される。脱水装置２６は、空気中の水分を除去できるものであれば特に限定されない。例えば、吸湿性を有する吸着材を用いて濾過する方法や、気体分離膜を用いる方法、空気を冷却または圧縮し、凝縮水を抜き取る方法、遠心分離による方法などを例示することができる。脱水装置２６を設けることにより、対象ガスよりも吸着能の大きい水蒸気が除去され、夏季の外気や、燃焼排ガス等に水蒸気が多く含まれる場合であっても、ガス吸着部１１において効率的に二酸化炭素を吸着することができる。このような観点から、脱水装置２６の他にも、対象ガスの吸着の妨げとなりうる物質や、有害物質等を予め除去する装置を設けてもよい。一方で、ガス含有空気中に、水蒸気やその他の対象ガスの吸着の妨げとなりうる物質を含まないか無視できる程度である場合には、脱水装置２６およびその他の除去装置を設ける必要はない。
【００４８】
水蒸気供給管１６の上流側には、水蒸気発生器２２が備えられ、水蒸気供給管１６内に水蒸気が送られる。これにより、ガス置換部１２に供給される空気が高湿度に保たれる。水蒸気発生装置２２は、環状の経路内に設置されてもよいし、図３における家屋２１のように、環状の経路の外に設置されてもよい。水蒸気発生器２２としては、水蒸気を供給できるものであれば特に限定されず、従来知られる方法により水蒸気を発生させるものを用いることができる。例えば、加熱式、超音波式、気化式あるいはこれらの組合せによるものを例示することができる。また、十分に水蒸気を含む高湿度空気が供給可能であれば、水蒸気発生器２２を設けずに、外気や、園芸用温室などの施設から空気を供給してもよい。
【００４９】
本実施形態においては、ガス吸着部１１に接続される残留空気排出管１５と、水蒸気脱離部１３に接続される低湿度空気供給管１８とを連続して設け、ガス吸着部１１の排気を水蒸気脱離部１３に供給する。残留空気排出管１５から排出される空気は、二酸化炭素と水蒸気とが除去されており、このような空気を水蒸気脱離部１３に供給すると、水蒸気脱離部１３において、二酸化炭素の吸着が起こりにくく、水蒸気の脱離をスムーズに行うことができ、また、ガス吸着部１１におけるガスの吸着もスムーズに進行する。
【００５０】
本実施形態にかかるガス回収濃縮装置１は、吸着ロータ１０に供給する空気の組成をコントロールすることができ、対象ガスを高度に濃縮することが可能となる。一方、先の第１、２の実施形態では、外気や、ビニールハウス２０または家屋２１の室内空気等を有効に活用することにより、省エネルギー性に優れる。要求される省エネルギー性や、使用環境、対象ガスの濃縮程度等に応じて、各実施形態の構成を組み合わせて、ガス回収濃縮装置１を構築することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、吸着ロータ１０に含まれる吸着材とガス含有空気を適切に選択することにより、二酸化炭素以外の対象ガスを回収濃縮することも可能である。回収濃縮されたガスは、例えば、産業利用に供することもできるし、無害化処理の後に廃棄することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１    ガス回収濃縮装置
１０  吸着ロータ
１１  ガス吸着部
１２  ガス置換部
１３  水蒸気脱離部
１４  ガス供給管
１５  残留空気排出管
１６  水蒸気供給管
１７  ガス回収管
１８  低湿度空気供給管
１９  水蒸気排出管
２０  ビニールハウス
２１  家屋
２２  水蒸気発生器
２３  ガス回収容器
２４  モータ
２５  動力ベルト
２６  脱水装置
３１  ブロワ
３２  ブロワ
３３  ブロワ
３４  バルブ
３５  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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