(57)【要約】【課題】本発明は、水分中に含有したＣＯ２を抽出し、それを空気中に放出することにより空気中のＣＯ２濃度を高めるための手段の提供。【解決手段】空気中のＣＯ２濃度を高める手段において、水を原料とし、大気より自然溶解させたＣＯ２を含有した水を、圧力を使ってオリフィス孔に通すことにより機械的に細分化して表面エネルギーを高めることで液体として不安定になった水中から分離したＣＯ２を、放出口においてフィルターに通すことによりＣＯ２低濃度水とに分けることで水分を除去・調整しながら外気に放出させることにより行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中のＣＯ２濃度を高める手段において、水を原料とし、大気より自然溶解させたＣＯ２を含有した水を圧力を使ってオリフィス孔に通すことにより機械的に細分化して表面エネルギーを高めることで液体として不安定になった水中から分離したＣＯ２を、放出口においてフィルターに通すことによりＣＯ２低濃度水とに分けることで水分を除去・調整しながら外気に放出させることにより行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法。
【請求項２】
前記原料の水が、環流状態で使用されることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２濃度上昇方法。
【請求項３】
前記原料の水が、化学剤が混入したものまたは化学溶液で代替したものであることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２濃度上昇方法。
【請求項４】
放出口においてフィルターに通すことにより分けられた前記ＣＯ２低濃度水が、ＣＯ２含有ガスと接触させることで該ＣＯ２含有ガス中のＣＯ２を溶解し、該ＣＯ２含有ガス中のＣＯ２濃度を減少または除去させることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２濃度上昇方法。
【請求項５】
前記放出口におけるフィルターが、冷却・増圧式の凝結による手段によって代替したものであることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２濃度上昇方法。
【請求項６】
前記ＣＯ２の水への溶解が、空気を水中に吹き込むことにより行われることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２濃度上昇方法。
【請求項７】
空気中のＣＯ２濃度を高めるＣＯ２濃度上昇装置であって、水を昇圧して供給する水供給手段と、前記水供給手段により供給された水を通過させるオリフィス孔を有するオリフィス盤と、前記オリフィス盤が収納される本体とを備え、前記オリフィス孔を通過することにより機械的に水を細分化して表面エネルギーを高めることで液体として不安的になった水中からＣＯ２を分離することを特徴とするＣＯ２濃度上昇装置。前記本体は、分離されたＣＯ２を放出する放出口及び該放出口に設けられたフィルターを備えており、分離されたＣＯ２と細分化された水とを含む混合ガスを前記フィルターに通過させることにより、前記混合ガスにおける水分含有量を調整する。
【請求項８】
前記水の液体としての不安定化が、水及び空気の温度昇降手段、圧力増減手段またはこれらの組み合わせにより行われることを特徴とする請求項７に記載のＣＯ２濃度上昇装置。
【請求項９】
前記水の液体としての不安定化が、高温の空気を水に吹き込む手段で行われることを特徴とする請求項７に記載のＣＯ２濃度上昇装置。
【請求項１０】
前記水の液体としての不安定化が、超音波やマイクロ波等の高周波発生装置を水に適用することにより行われることを特徴とする請求項７に記載のＣＯ２濃度上昇装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分中に含有したＣＯ２を取り出し、それを空気中に放出することによりＣＯ２濃度を高めるための手段および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界の人口は２０１１年の７０億人から、２０５０年には最低でも９０億人に達すると見られており、世界的に深刻な食糧不足が懸念されている。地球温暖化による水不足も食物生産に悪影響を与えており、アフリカ大陸だけで、２１世紀末には農業生産が１５〜３０％減少する可能性があるとされている。現在の農業技術では、高い収穫量を得るために広大な土地利用が必要であるため、日本やヨーロッパ諸国のように国土の狭い国々ではさらに深刻な問題であり、限られた土地利用で収穫量を高める技術革新が求められている。
【０００３】
土地不足に悩む都市部などでは、限られた土地を最大利用するため、工場跡地や鉄道高架下等を先端技術の駆使されたビニールハウスに利用するなど、様々な努力がなされている。また、２０１１年に発生した東日本大震災により塩害等の被害を受けた農業地を復興させるため、民間や政府助成によるものを含めた多くのビニールハウスが建立され、限られた土地を最大限活用する努力がなされている。
【０００４】
伝統的な形式のものや最先端のものも含め、ビニールハウス等にみられる農業地の収穫効率を上げるには、いかに光合成を促進させることができるかが重要なポイントである。従来、光合成の促進には有効茎葉面積の増加や栽培期間の延長等が必要であるとされているが、いずれも土地不足解消や収穫効率の向上にはつながらない。先進的なビニールハウスでは、温度、湿度、水分、栄養度、日照度、ＣＯ２濃度等を完全管理することで必要な季節を人工的に再現することで収穫率を上げるというような努力がなされている。
【０００５】
中でも、ＣＯ２濃度を現在の環境標準値である３６０ｐｐｍから７００〜１０００ｐｐｍまで高めることで光合成反応を促進させる技術は様々な形で応用されている。世界的にみると、アメリカやオランダなど欧米の先進国ではガスタービンを使用した発電所から大量発生するＣＯ２をパイプラインで農業地に供給することにより２５％〜４０％の収穫増が報告されている。しかしながら、ガスタービンから発生する排気ガスには各種有害物質が含まれているため作物への影響も懸念されており、食品に対する安全値まで除去できることが必要である。さらに、ＣＯ２の供給はこれら発電所の近郊の農業利用に限られており、ほとんどの地域での応用は難しいため、さまざまな農業地で使用できるポータブルでクリーンにＣＯ２が供給できるＣＯ２濃度上昇手段が求められていた。
【０００６】
現在、ＣＯ２を供給するＣＯ２ジェネレーターとしては各種のものが多数存在するが、これらの装置にみられる特徴的なものは、前記ガスタービンと同じく、プロパンガス、天然ガス、アルコール等を燃焼することでＣＯ２を発生させる手段を備えていることであり、本発明のような、水を原料としてＣＯ２を発生させてＣＯ２濃度を上昇させるものはなかった。また、それらのＣＯ２ジェネレーターにおいては、プロパンガス等のガス中に存在する炭化物を空気中の酸素と高温で反応させることで炭素の酸化を促進し、ＣＯ２を発生させる。しかしながら、この手法で発生させるＣＯ２は、もともと空気中には存在していなかったＣＯ２であり、我々の環境中の既存値に加えた過剰分であるため環境負荷となってしまい、地球温暖化ガスとされるＣＯ２を環境に排出してしまうことがマイナス点であった。さらには、有害物質の同時排出に対する食品への懸念、プロパンガス等の原料を購入し続けなければならないというコスト負荷も弱点であった。
【０００７】
一般的なプロパンガス等を利用したＣＯ２ジェネレーター以外にＣＯ２を発生させる手段として考えられるのは、圧力スイング吸着法と呼ばれるＣＯ２を他の燃料成分から分離させるための従来の方法がある。これは、基本的には、圧力・温度変化を繰り返すことによりＣＯ２を化学液や化学剤に吸着させることで分離・放出させる手法である。特許文献１において、圧力スイング吸着操作の吸着工程でＨ ,Ｎ高濃度ガスを得、減圧工程で吸着方向と同方向で減圧することでＣＯ２高濃度ガスを得、次に、逆方向減圧工程で逆方向に減圧してＣＯ２高濃度ガスを抽出する方法が開示されている。しかしながら、大がかりな設備やｐｐｍレベルでの有害物質の排除が必要であり、農業利用においては不向きであった。
【０００８】
特許文献２にみられるように、鉄鋼業界では高炉から大量発生するＣＯ２の分離回収手段として吸着液を使用する効率の良い圧力スイング吸着法が実行されている。しかしながら、ＣＯ２溶解度を高めるための特殊な化学溶液や吸着剤を使用するため、化学物質混入の恐れから農業用途への直接利用には適していなかった。さらに、圧縮・減圧および高温・超低温の繰り返し工程が必要であるため、設備コストや操業コストがかさんでしまうことが農業利用においては難点であった。
【０００９】
また、特許文献３においては、あらかじめ用意されたＣＯ２を水中にマイクロバブルとして注入して炭酸水を作成し、植物に噴霧することで生育を促進する手段が報告されている。この場合、ＣＯ２を供給し続けるためには作成された炭酸水を連続・継続噴霧しなければならず、ほとんどの植物栽培においては水分過多となってしまうことが弱点であった。さらに、この手法で使用するＣＯ２分は、もともと空気中には存在していなかったＣＯ２分であり、我々の環境中の既存値に加えた過剰分であるため環境負荷となってしまい、地球温暖化ガスとされるＣＯ２を環境に排出してしまうことがマイナス点であった。加えて、ＣＯ２原料を購入し続けなければならないというコスト負荷も難点であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１２９０１４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３２５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−５０２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のＣＯ２ジェネレーターは、プロパンガスや天然ガス等を常に購入しなければならならず、燃料コストが問題であった。また、ジェネレーター内のガス燃焼で生成されたＣＯ２は我々の環境中の標準値に対して過剰発生したＣＯ２であり、地球温暖化に悪影響を与えてしまう問題があった。さらに、プロパンガス等を利用したＣＯ２ジェネレーターの排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）、その他の微量の有害物質は、触媒によって、地域自治体の大気汚染管理基準を下回る値まで低減しなければならず、環境負荷が著しい上、農業利用に対する懸念があった。
【００１２】
加えて、圧力スウィング吸着法においては、大掛かりな設備投資や特殊な化学吸着液や吸着剤の使用が農業用途には適していなかった。
また、炭酸水を直接植物に噴射させる方法では、植物に必要な散水時のみの効果にとどまってしまい、さらには、環境へのＣＯ２過剰排出が必要不可欠であるうえ、ＣＯ２原料を連続購入しなければならなかった。
【００１３】
ＣＯ２を利用することで農作物の収穫増を著しく促進させる手法は、都市部の土地不足や世界的な人工増による食糧不足を解決する手段として求められており、それゆえ、環境負荷がなくクリーンで、かつ、コストを低減でき乾燥した形でＣＯ２濃度を高めることができるポータブルな方法と装置の開発が課題であった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一般に実施されているＣＯ２ジェネレーターのように、プロパンガスや天然ガスを燃焼させてＣＯ２を発生させる手段も知られているが、本発明では、水を原料とし、大気より自然溶解させたＣＯ２を含有した水を圧力を使ってオリフィス孔に通すことにより機械的に細分化して表面エネルギーを高めることで液体として不安定になった水中から分離したＣＯ２を、放出口においてフィルターに通すことによりＣＯ２低濃度水とに分けることで水分を除去・調整しながら外気に放出させることにより行うことで上記課題を解決する。
【００１５】
本発明において発生するＣＯ２は、もともと空気中に存在するＣＯ２が水に平衡的溶解したものから抽出されたものであり、本発明によるＣＯ２の放出後、我々の環境に存在する合計したＣＯ２量は一切変化しておらず、環境負荷がない。つまり、広範囲よりかき集められたＣＯ２がある特定の空間に濃縮させられただけである。さらに、このＣＯ２は農業利用時には作物の生育（光合成）により吸収されるため、最終的な大気中のＣＯ２合計量は減少することになる。
【００１６】
すなわち、本発明の第１は、水を原料とし、大気より自然溶解させたＣＯ２を含有した水を圧力を使ってオリフィス孔に通すことにより機械的に細分化して表面エネルギーを高めることで液体として不安定になった水中から分離したＣＯ２を、放出口においてフィルターに通すことによりＣＯ２低濃度水とに分けることで水分を除去・調整しながら外気に放出させることにより行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法である。
【００１７】
また、本発明の第２は、前記第１の発明において、原料の水が環流状態で使用されることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法である。
【００１８】
また、本発明の第３は、前記第１の発明において、原料の水が、化学剤が混入したものまたは化学溶液で代替したものであることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法である。
【００１９】
また、本発明の第４は、前記第１の発明において、放出口におけるフィルターが、冷却・増圧式の凝結による手段によって代替したものであることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法である。
【００２０】
また、本発明の第５は、前記第１の発明において、放出口においてフィルターに通すことにより分けられたＣＯ２低濃度水が、分離後、ＣＯ２含有ガスと接触させることで該ＣＯ２含有ガス中のＣＯ２を溶解し、ガス中のＣＯ２濃度を減少または除去させることを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２濃度上昇方法である。
【００２１】
また、本発明の第６は、前記第１の発明において、ＣＯ２の水への溶解が、空気を水中に吹き込むことにより行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇方法である。
【００２２】
また、本発明の第７は、空気中のＣＯ２濃度を調整するＣＯ２濃度上昇装置であって、水を昇圧して供給する水供給手段と、前記水供給手段により供給された水を通過させるオリフィス孔を有するオリフィス盤と、前記オリフィス盤が収納される本体とを備え、前記オリフィス孔を通過することにより機械的に水を細分化して表面エネルギーを高めることで液体として不安的になった水中からＣＯ２を分離することを特徴とするＣＯ２濃度上昇装置である。前記本体は、分離されたＣＯ２を放出する放出口及び該放出口に設けられたフィルターを備えており、分離されたＣＯ２と細分化された水とを含む混合ガスを前記フィルターに通過させることにより、前記混合ガスにおける水分含有量を調整する。
【００２３】
また、本発明の第８は、前記第７の発明において、水の液体としての不安定化が、水の温度上昇手段、空気の温度上昇手段、圧力減少手段またはこれらの組み合わせにより行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇装置である。
【００２４】
また、本発明の第９は、前記第７の発明において、水の液体としての不安定化が、高温の空気を水に吹き込む手段で行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇装置である。
【００２５】
また、本発明の第１０は、前記第７の発明において、水の液体としての不安定化が、超音波やマイクロ波等の高周波発生装置を水に適用することにより行われることを特徴とするＣＯ２濃度上昇装置である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、水を機械的に細分化して表面エネルギーを高めることで不安定にし、水分内のＣＯ２溶解度を極度に下げることでＣＯ２の分離を促進させ、それを外気に放出させることにより空気中のＣＯ２濃度の上昇を可能にした。
【００２７】
従来の有害物質を含有したプロパンガスや天然ガスを原料とするＣＯ２ジェネレーターや、特殊な化学溶液を必要とする圧縮スイング吸着法と比べて、本発明は、原料に水を使用することで空気中のＣＯ２濃度を上昇させることができる。
【００２８】
本発明において発生するＣＯ２は、空気中に従来存在するＣＯ２を水に平衡溶解させたものから抽出されたものである。よって、プロパンガスや天然ガスを原料とした既存のＣＯ２ジェネレーターのようにＣＯ２を「生成」せず、本発明では、大気中ＣＯ２をビニールハウスのような別空間へ濃縮した形で「移動」させることでＣＯ２濃度を上昇させるため、環境中に自然に存在する合計したＣＯ２量は一切変化せず、環境負荷がない。さらに、このＣＯ２は、農業利用時には、作物の生育（光合成）により吸収されるため、最終的な大気中ＣＯ２は減量することになる。
【００２９】
本発明において発生するＣＯ２は、大気中に存在するＣＯ２を溶解させた水から抽出されたものであり、プロパンガス等を原料とした従来のＣＯ２ジェネレーターから同時に排出されるＮＯｘ等の有害物質が、本発明から発生することは皆無である。よって、環境に優しいＣＯ２濃度上昇手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を実施するための装置の側面図
【図２】本発明を実施するための装置の平面図
【図３】本発明を実施するための装置の正面図
【図４】本発明を実施するための装置の背面図
【図５】本発明の実験によるＣＯ２濃度比較を示したグラフ
【図６】本発明の実験によるＣＯ２濃度変化を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明では、ＣＯ２濃度上昇装置内で水を機械的に細分化することで水中のＣＯ２を分離し、それを放出させることにより空気中のＣＯ２濃度上昇が促進される。
【００３２】
前記ＣＯ２濃度上昇装置はステンレススチールのように錆びにくい材料でできていることが望まれる。
【００３３】
本発明は水を細分化できる全ての種類の手段と装置を含む。すなわち、細分化手段としては、細分化シャッターの他、減圧型等その他各種の細分化手段も使用することができる。細分化された水滴の大きさは基本的には小さい方が効果的であり、５０μm以下になることが望ましい。
【００３４】
また、本発明の最大のポイントである液体としての水を不安定にさせる手段として、細分化の他に気圧変化、温度変化、超音波やマイクロ波を水や接触させる空気に適用して利用することもできる。
【００３５】
本発明における水の細分化により変化する表面エネルギーは空気との界面エネルギー（インターフェイシャル・エネルギー）と直接関係しており、ＣＯ２抽出前に空気を水中に噴出することで最終的なＣＯ２抽出効率を高めることもできる。この場合、細かい泡状の空気を冷水中に噴出させた方が界面エネルギー及び内外圧力差を上昇させ、ＣＯ２溶解度が常溶解値より高まるため、より効果的である。また、水中への噴出のタイミングを早めることで溶解量を向上させることもできるが、噴出をオリフィス孔通過直前に行い、水と空気を同時に噴射することで水分飽和を軽減し、ＣＯ２抽出率を高めることもできる。この時、高温の空気を水中に噴出しオリフィス孔から同時に噴射すると高効果が得られる。水中に噴出した空気から窒素や酸素等、他のガス成分も同時に水中に溶解するが、ＣＯ２の溶解度の方が高いため、抽出時の空気中のＣＯ２濃度は上昇する形になる。
【実施例】
【００３６】
以下本発明の代表的な実施例として、細分化シャッターを用いた場合を例にあげて説明する。図1〜４は本発明を実施するためのＣＯ２濃度上昇装置全体の概念図を表しており、図１は本発明を実施するための装置の側面図、図２は本発明を実施するための装置の平面図、図３は本発明を実施するための装置の正面図、図４は本発明を実施するための装置の背面図である。
本発明に係るＣＯ２濃度上昇装置は、立方形状のＣＯ２濃度上昇機の本体１、本体１の正面の操作パネル６、背面に給水口１０と排水口１１、上面に放出口４と除去水抽出口１３、本体１内部後方に水吸上パイプ１２、本体１内部上方に細分化シャッター３を備えたポンプ２、本体１上面の放出口４に設置された水分調整器５、本体１内部前方の分離槽８から成っている。
ポンプ２と細分化シャッター３は一つに合体した形のユニットを使用することもできる。また、水道水を直接細分化シャッター３に接続することで水道圧をポンプ２の代替とすることもできる。水はアルカリ性質の化学剤が混入したもの、またはアミン等の化学溶剤で代替することもできる。
【００３７】
前記細分化シャッター３は適切なオリフィス孔が単数または複数施されたステンレス製のオリフィス盤である。オリフィス孔サイズはＣＯ２濃度上昇率に直接影響を与えるため、使用目的に応じて判断されるが、直径１００μm以下であることが望ましい。一般に、サイズが半分になると個体数が８倍になるとされている。そのため、オリフィス孔サイズの違った細分化シャッターを手動または自動で交換できることが望ましい。また、前記細分化シャッターにより噴射前の圧力が必然的に高まるため、空気を吹き込んだ形で使用する水の場合にはより多くのＣＯ２が溶解する。本実施例では、直径１００μmの単オリフィス孔がオリフィス盤に設置されている。
【００３８】
分離槽８におけるＣＯ２濃度上昇率は細分化シャッター３を通過する水分量に比例するため、ポンプ２における圧力を上下することでＣＯ２濃度を調整することができる。また、細分化シャッター３のオリフィス孔サイズを小さくすることで水の個体数を上げることができ、結果として上昇した表面エネルギーを利用してＣＯ２濃度を高めることもできる。ポンプは電気やガスを必要とする動力型のものを使用することもできるが、連続利用や使用頻度の低い場合には、手動型を使用することで装置操業コストを削減することもできる。
【００３９】
さらなるＣＯ２濃度を高めるために、本体１内部後方の水の温度を下げながら分離槽８の温度を上昇させ、水に溶解したＣＯ２を熱力学的に不安定にすることで抽出率を高めることもできる。また、同じように、本体１の内部後方は高圧力、内部前方は低圧力とすることでＣＯ２抽出量を高めることもできる。
【００４０】
次に、本発明に係るＣＯ２濃度上昇装置の作用とメカニズムについて説明する。
本体１下部の貯水部９に貯水されている水は常に空気と接していることで空気中のＣＯ２が熱力学的平衡の許容範囲で自然に溶け込んだ状態にある。その水はポンプ２を利用することにより水吸上パイプ１２を通って吸い上げられ、そのまま細分化シャッター３を介して分離槽８へと噴射される。この時、水は細分化され個体数を増加させながら分離槽８へと噴出されるため、同温・同気圧下において水の表面エネルギーが上昇する。従来、物質の表面エネルギーとは物質の表面積に比例した熱力学上のエネルギーと定義されており、物質の総体積を維持しながら複数体にすることで細分化させれば上昇することが知られている。また、水の細分化により表面張力を高め、それによって水と空気との間に生じる圧力差を極度に上昇させることにより、水中のガス成分を空気中に放出させることが促進される。本発明においては、単体である水を無数の複数体に細分化させることで水の表面エネルギーを上昇させる。表面エネルギーはギブス自由エネルギーにおいて加算型の性質を持っているため、表面エネルギーの上昇はギブス自由エネルギーの増加を引き起こし、最終的にギブス自由エネルギーの上昇した水は熱力学的に相対的不安定となる。そのため、分離槽８に噴出された水は表面エネルギーの上昇により不安定になり、水にもともと含有されていたＣＯ２が分離槽８内にて放出される。通常、水に対するＣＯ２の熱力学的溶解度（つまり、自然に水に溶け込んでいるＣＯ２量）が他のガス成分と比較して高いため、このような形で放出されたガスにおけるＣＯ２濃度が上昇する。
最終的に分離槽８内でＣＯ２濃度の向上した空気は、ＣＯ２低濃度となった水分と共に水分調整器５を通ることで水分・湿気調整または排除されながらＣＯ２低濃度水とに分離され、ポンプ噴射による分離槽８内の圧力上昇に伴った内外圧力差に従い、放出口４より放出される。運転時、分離槽８内の気圧は常に外気圧より高いため、外部の空気は中に入り込めない形になっているが、必要に応じて外気を取り入れることもできる。放出口４より放出される空気における水分量や湿度は水分調整器５により調整することができ、目的に応じて水分量の多いＣＯ２や乾燥したＣＯ２を放出することができる。水分調整器５はコットン製または各種乾燥剤（ドライライト、シリカゲル等）を用いた取り換え式でもいいが、冷却や増圧による凝結式も使用できる。また排出口４の開閉の微調整により放出率をコントロールすることもできる。水分調整器５で分離したＣＯ２低濃度水分は基本的には本体１内にて環流させるが、除去水抽出口１３よりポンプ等で外部に放出して他目的に利用することもできる。多目的に利用する場合、ＣＯ２低濃度水分を外気や他のＣＯ２含有ガスと接触させることによりＣＯ２を該水分に溶解させることで、外気やＣＯ２含有ガス内のＣＯ２濃度を減少、または除去することができる。
分離槽８内に噴出された水分で水分調整器５に到達しなかった水分は、重力により自然下降し分離槽８内下部の貯水部９に溜まりながら、後方部へと移動し、再び水吸上パイプ１２を通って吸い上げられることで連続運用される。水分の重力降下によりＣＯ２を含んだ空気がユニット下部に滞留できないしくみである。
本体1で使用される水は、基本的にはユニット内で還流するため、水分補給はほぼ必要としないが、必要に応じて給水口１０より補給したり、排水口１１より排水したりすることもできる。水の還流効率を高めるため、本体１内部後方は外気と通じている方が望ましい。
【００４１】
以上、簡潔な形態のＣＯ２濃度上昇装置を示したが、本発明は水を利用した液体不安定化手段を含むいかなる種類のＣＯ２濃度上昇装置をも含んでいる。また、本発明の方法または装置を利用して、ＣＯ２以外の他のガス成分の濃度を昇降させることができることは明らかである。本発明のＣＯ２濃度上昇装置は細分化装置と共に新しく製作することも、あるいは既存する装置を改造して細分化装置を追加設置することによっても完成させることができる。
【００４２】
本発明における、液体としての水を不安定化させることによる空気中のＣＯ２濃度への効果を細分化法及び気化法の２種類の手段を用いて実験により評価した。ＣＯ２濃度は赤外線式ＣＯセンサー（CO2 Meter製 pSense Portable AZ-0001）を用いて測定した。ＣＯ２センサーのメーカー規定の測定精度は±３０〜７５ppmであった。実験室内の温度は摂氏２５度、そしてＣＯ２濃度は約３６０ppmであった。本実験では熱力学的平衡により常温の大気中より自然にＣＯ２の溶解した水道水を高純度に濾過処理し使用した。実験は全て常気圧中（１atm）で行なわれた。
【００４３】
細分化法による実験では、４０psiの静水圧が与えられた水をステンレス製のオリフィス孔に通して噴射させることによりＣＯ２濃度への影響を評価した。開封された空間において、前記水を直径２７０μmの単オリフィス孔から噴射させた状態でオリフィス孔から３０ｃｍ離れた位置での空気を１０秒間、５００ｍLのＰＥＴ製容器内に集めた後、容器を密閉してから容器を上下逆にすることで、上部に設置されたＣＯ２センサーにより容器内のＣＯ２濃度変化を測定した。ＣＯ２センサーと容器の間にはキムワイプ紙を１０枚重ねたフィルターを施して湿気による影響を最小化した。ＣＯ２センサーにおける湿気（RH）は測定中常に８０％以下であった。実験前の容器内のＣＯ２濃度は約３６０ppmであった。実験は確認のため３回繰り返された。３回の実験とも、測定開始後すぐにＣＯ２濃度の上昇が観測され、約３分後には平均１１０２ppmに達した。ＣＯ２濃度上昇は噴射後、即始まったと考えられるが、容器内のＣＯ２が沈下しながらセンサーに到達するまで数分かかったとみられる。各測定は５分間続けられた。
【００４４】
気化法による実験では、液体としての水の不安定化に伴う界面エネルギーの上昇を利用した手段によるＣＯ２濃度への効果を評価した。開封状態の４Lステンレス製容器内の水３Lを天然ガスを使用したガスバーナーによりステンレス製容器下部に熱を与えることで熱し、液相としての水を熱力学的に不安定にすることでガス相としての水を熱力学的により安定にすることで沸騰させ、水の気化を促した。液相である水の自由エネルギーが相対的に上昇し、ガス化により高まった界面エネルギーがＣＯ２を熱力学的に不安定にすることで外部に放出されることで変化したＣＯ２濃度を測定した。濃度測定は、水のガス化の開始が確認されてからＣＯ２センサーをステンレス製容器の上部１０cmに固定することで行われた。ＣＯ２濃度は、センサーの移動直後から急激に上昇し、１０秒後には２７００ｐｐｍに達し、２０秒後には約２９００ｐｐｍに到達した。その後、約２９００ｐｐｍが維持された。測定は５分間続けられた。
【００４５】
細分化法及び気化法による実験前後における各３回の測定値が平均されたＣＯ２濃度変化は図５の通りであった。また、ＣＯ２濃度平均値の時間経過による変化は図６の通りであった。
【００４６】
いずれの手段においてもＣＯ２濃度の上昇が確認された。実験後、細分化法ではＣＯ２濃度が３倍に、そして気化法では８倍にそれぞれ変化した。細分化法においては、水を細分化して個体数を高めて表面エネルギーを向上させ、熱力学的に不安定になった水分中のＣＯ２を空気中に放出させることでＣＯ２濃度が高まった。
【００４７】
気化法によるＣＯ２濃度上昇への影響が顕著にみられた。気化法では、液体である水と共存していたＣＯ２が液体の不安定化により気化し空気中に放出された結果、空気中のＣＯ２濃度の上昇が促された。この時、水分中に熱力学的に溶解していたＣＯ２濃度が他のガス成分と比較して高かったことも影響していたと考えられる。
【００４８】
以上、本発明を、複数の形態について説明した。しかしながら、当分野に精通したものには本発明の視野から離れずに、多種の修正を施すことが可能なのは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明におけるＣＯ２濃度上昇方法は、家庭用の小型のものから産業規模の大型のものまで様々な形態の農業用途に使用することができる。例えば、家庭におけるミニ菜園やビニールハウス、さらには農業地や産業規模の巨大なビニールハウスなどで使用すれば、植物や農作物に最適なＣＯ２濃度環境を作り出すことにより、光合成反応が加速し、より早く、そしてより多くの収穫をあげることが可能である。
【００５０】
本発明におけるＣＯ２濃度上昇方法は、鉄鋼業界において高炉等から発生するＣＯ２の分離回収、および燃料成分等の高濃度化に使用することもできる。つまり、本発明においてＣＯ２が除去された水を排ガスと接触させることにより、ＣＯ２を該水に溶解し、分離する形で利用することができる。その場合、高炉等から高温で排出されるＣＯ２含有ガスを冷却した方が、溶解度が上がるため効率的である。さらに、その冷却時に発生するスチームをガスタービン等で発電利用することができる。本発明を使用すれば、前記工程を直列に継続して実行することで化学溶剤を使用することなく高濃度でのＣＯ２分離、および燃料成分の高濃度化が可能である。鉄鋼業界以外でＣＯ２や他のガス成分の分離回収・燃料成分の高濃度化を要する他の事業、例えば、生ごみ・廃棄物発電におけるメタンガスや、ガス化炉発電所等におけるＣＯやＨ２ガスの高濃度化おいての応用が考えられる。
【符号の説明】
【００５１】
１    ＣＯ２濃度上昇機の本体
２    ポンプ
３    細分化シャッター
４    放出口
５    水分調整器
６    操作パネル
７    噴霧された水
８    分離槽
９    貯水部
１０  給水口
１１  排水口
１２  水吸上パイプ
１３  除去水抽出口
【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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【図６】
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