(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基質から標的ガスを捕捉するための装置であって、
‐水を電気分解してヒドロニウムイオンと水酸化物イオンを生成するための生成器であって、
水を有する少なくとも一つの電解質を収容するためのコンテナと、
前記少なくとも一つの電解質の水の電気分解によって捕捉流体を生成するように適応される第一の電極を含む、前記コンテナに流体結合される第一の区画であって、前記捕捉流体は酸性でありヒドロニウムイオンを有するか、又は塩基性であり水酸化物イオンを有し、前記第一の区画は捕捉流体出口を有する、第一の区画と、
前記少なくとも一つの電解質の水の電気分解によって再結合流体を生成するように適応される第二の電極を含む、前記コンテナに流体結合される第二の区画であって、前記再結合流体は、前記捕捉流体が塩基性である場合は酸性でありヒドロニウムイオンを有するか、又は前記捕捉流体が酸性である場合は塩基性であり水酸化物イオンを有し、前記第二の区画は再結合流体出口を有する、第二の区画と、
ヒドロニウムイオンと水酸化物イオンの再結合を少なくとも抑制するよう構成されたイオン連絡構造と、
前記第一の区画及び前記第二の区画に流体結合される少なくとも一つの再生流体入口とを有する、生成器と、
‐交換器であって、
前記捕捉流体出口に流体結合される捕捉流体入口と、
基質入口と、
交換流体出口とを有し、
前記捕捉流体入口を通じて受け取られる前記捕捉流体の少なくとも一部を、前記基質入口を通じて受け取られる前記基質の少なくとも一部へ曝し、それによって中で前記標的ガスの少なくとも一部が捕捉される前記捕捉流体から成る交換流体を生成するように適応される、交換器と、
‐再生器であって、
前記交換流体出口に流体結合される交換流体入口と、
前記再結合流体出口に流体結合される再結合流体と、
前記再生流体入口に流体結合される再生流体出口とを有し、
前記交換流体入口を通じて受け取られる前記交換流体の少なくとも一部を、前記再結合流体の少なくとも一部と接触させて、前記交換流体の少なくとも一部から捕捉された前記標的ガスを放出し、前記少なくとも一つの電解質から再生される水を含む再生流体を生成するように構成される、再生器と、
‐前記第一の電極と前記第二の電極に電気的に結合されるコントローラであって、前記第一の電極と前記第二の電極それぞれにおいて水電解を生成するために十分な最小値を持ち、前記第一の電極と前記第二の電極それぞれにおける水電解速度を制御するように変更可能な、制御信号を生成するように適応される、コントローラと
を有する、装置。
【請求項２】
前記第一の区画と前記第二の区画の間の前記イオン連絡構造がイオン選択膜若しくは塩橋である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が１時間あたり１リットルから１０，０００リットル、好適には１時間あたり１０リットルから１，０００リットルの前記捕捉流体及び／又は前記再結合流体のフローを生成するように構成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記捕捉流体、前記再結合流体、前記交換流体、前記再生流体及び前記基質の一つ以上の流速を直接及び／又は間接的に制御する一つ以上のポンプ及び／又は弁であって、前記コントローラによって制御される一つ以上のポンプ及び／又は弁をさらに有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記交換器における接触の能動刺激、及び／又は前記再生器における接触の能動刺激のための一つ以上の撹拌器であって、前記コントローラによって制御される一つ以上の撹拌器をさらに有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
以下の検出パラメータ：
前記一つ以上の電解質、前記捕捉流体、前記再結合流体、前記交換流体及び前記再生流体のいずれか一つの酸性度；
前記一つ以上の電解質、前記捕捉流体、前記再結合流体、前記交換流体、前記再生流体、前記基質のいずれか一つの流速；
前記捕捉流体と接触する前の前記基質中の前記標的ガスの、及び／又は前記捕捉流体と接触していた前記基質の一部における前記標的ガスの、存在若しくは濃度；
の一つ以上を検出するための少なくとも一つのセンサを有し、
前記コントローラは前記少なくとも一つのセンサからのセンサ読み取り値に応答して前記制御信号を生成するように適応される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記コントローラは、以下の制御パラメータ：
電解用電極へ供給される電圧及び／又は電流；
電解用電極の機械的構成；
前記捕捉流体、前記再結合流体、前記交換流体、前記再生流体及び前記基質の一つ以上の流速を直接及び／又は間接的に制御する一つ以上のポンプ及び／又は弁の動作；
前記交換器における接触の能動刺激及び／又は前記再生器における接触の能動刺激のための一つ以上の撹拌器の動作；
の一つ以上を制御するように適応される、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記再生器が、前記再生器における接触の結果として前記交換流体から放出される任意の捕捉された標的ガスの流出のための標的ガス出口であって、標的ガス貯蔵タンクに結合され得る標的ガス出口を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
標的ガス出口と限定空間をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置を有するシステムであって、
前記基質入口が前記限定空間へ流体接続され、前記標的ガス出口が前記限定空間と異なる少なくとも別の空間へ流体接続されるか、又は、
前記標的ガス出口が前記限定空間へ流体接続され、前記基質入口が前記限定空間と異なる少なくとも別の空間へ流体接続される、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基質からの標的ガス捕捉のための方法及び装置に、並びに当該装置と一つの限定空間を含むシステムに関する。本発明はさらに、当該装置を制御するため、又は当該方法のステップを実行するためのコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ２）は、地球大気中のＣＯ２レベルの上昇による地球温暖化などの気候変動影響の原因であると少なくとも一部考えられる窒息性の温室効果ガスである。加えて、上昇したＣＯ２レベルは、そのような高レベルのＣＯ２が、筋硬直、眠気、頭痛、視覚障害、無意識、若しくは暴露のレベルと期間によっては死亡さえ含む、複数の体調不良症状を引き起こし得るため、人間がそのような高レベルに曝されるときに健康上有害であると考えられる。例えば、ＣＯ２の大気レベルは約３５０‐４５０ｐｐｍであるが、硬直の症状は６００‐１，０００ｐｐｍの範囲で増加し、一般的な眠気症状は１，０００‐２，５００ｐｐｍの範囲で増加することが報告されている。２，５００‐５，０００ｐｐｍ若しくはそれ以上の範囲の高レベルで、より深刻な健康への悪影響のリスクの増加が生じると予想される。これらは、通常の日常生活の間に遭遇する可能性のある範囲の増加である。さらにまれに、さらに上昇したＣＯ２レベルに遭遇する可能性があり、これは３０，０００ｐｐｍまでのＣＯ２レベルでは中毒、呼吸困難、動悸を引き起こす可能性があり、それに加えて５０，０００ｐｐｍまでのＣＯ２レベルでは頭痛や視力障害が起きる可能性があり、１００，０００ｐｐｍまでのＣＯ２レベルでは長期曝露下で死に至る無意識が生じるリスクがある。
【０００３】
少なくともこれらの理由から、例えば温室効果ガスの放出を削減するため、又はオフィス空間若しくは住居住宅などの占有空間におけるＣＯ２レベルを制御するために、例えば工業排ガス流、気流などのガス流からＣＯ２を除去する試みがなされている。例えばフィルタなどの吸収材からＣＯ２捕捉デバイスまで、様々な異なるソリューションが利用可能である。かかる捕捉デバイスは、アミン、アミジン、若しくは無機塩類など、ＣＯ２が可逆的に結合可能な化学物質を利用し得る。
【０００４】
電気分解に基づく工業プロセスの一例がＷＯ２０１１／０８８５１５Ａ１により与えられ、その中では海水を蒸留して濃縮ブライン溶液を生成する。次いで、濃縮ブライン溶液を電気分解して、水素及び塩素ガス並びに水酸化ナトリウム溶液を生成する。続いて水素と塩素ガスを一定量の水に加えて塩酸水溶液を生成し、水酸化ナトリウム溶液をＣＯ２で汚染された排ガスに暴露してこれらの排ガスからＣＯ２を捕捉する。捕捉されたＣＯ２を含む塩酸水溶液流と水酸化ナトリウム溶液流は、その後再結合されて、制御された方法でＣＯ２を放出し、元の構成ガスを再生する。しかしながら、このようなブラインベースのプロセスの問題は、そのプロセス中に人に毒性の高い塩素ガスが発生するために、家庭やオフィス空間などの小規模の応用領域での使用に適していないことである。たとえ塩素ガスが適切に制御された方法で生成、管理される装置が提供されるとしても、そのような制御手段の混乱によって塩素ガスの望ましくない放出を引き起こす装置への偶発的な損傷を回避することは困難であり得る。
【０００５】
ＵＳ２００８／０２４８３５０Ａ１は、再生可能なＨ２を製造し、気流若しくはガス流からＣＯ２をトラップするＣＯ２マイナスプロセスを開示する。カソードにおいて水素と水酸化物イオンを、アノードにおいてヒドロニウムイオン（（Ｈ３Ｏ）＋）と酸素を発生させるために十分な電圧で、再生可能な直流電流が水電解装置へ供給される。これらの生成物は分離され隔離され、気流若しくはガス流から二酸化炭素を重炭酸塩若しくは炭酸塩として捕捉するために塩基が使用される。そしてこれらの炭酸塩、水素、及びトラップされた二酸化炭素は、様々な化学的及び電気化学的プロセスで組み合わされて、大気中の二酸化炭素でできた炭素系物質を生成することができる。しかし、そのようなプロセスの特徴は、重炭酸塩及び炭酸塩の形成のための適切なカチオンの存在、連続供給及び消費にも依存し、プロセスを連続モードで実行することが困難であるということである。適切なカチオンの連続供給の必要性はまた、プロセスが理想的には最小限のユーザ介入を要するクローズドシステムとして動作すべきである、前述の小規模用途にとってプロセスをあまり適さないものにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題を少なくとも部分的に解決することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
当該目的は本発明の方法と装置で達成される。本発明は独立クレームによって定義される。従属クレームは有利な実施形態を提供する。技術的理由でそれが不可能であると明記されない限り、全従属クレームは各独立クレームと組み合わされ得ることが留意される。
【０００８】
本発明は、少なくとも一部の実施形態において、人が存在し得る限定空間から標的ガスを抽出するために使用され得る標的ガスを捕捉するための装置及び方法を提供する。従ってこれは、（定期的な）ユーザ介入を伴わず、限定空間内の人に潜在的に有害若しくは有毒な副産物の排出のリスクを伴わずにかかる標的ガス捕捉を促進する装置と方法を要する。
【０００９】
本発明は、捕捉流体と再結合流体の別々のフローを形成する水の小規模な電気分解が、ブラインの使用を必要とせずに捕捉流体フローを使用して限定空間からの標的ガスの捕捉を容易にするという洞察に基づいている。電解質の電気分解を通じて、及び標的ガスの結合後の、捕捉流体から得られる交換流体との再結合は（再結合流体も電気分解から得られ、捕捉流体と再結合流体は各々塩基性及び酸性であるか、又はその逆）、混合物からの標的ガスの放出を引き起こし、電解水が再結合する再生流体をもたらし、オプションとして、捕捉流体と再結合流体における酸性と塩基性をもたらした追加の電解質塩及び／又は任意の電解種の少なくとも一部が再生される。このように再生流体は元の電解質により酷似し得るか若しくは完全に類似する場合さえあり、従って捕捉流体と再結合流体の生成用の生成器において再利用され得、それにより、比較的小規模で、例えば２〜２０，０００ｍ３の体積若しくは同様の体積を持つ限定空間において使用されるのに適した閉ループ標的ガス捕捉アプローチを提供する。
【００１０】
かかる装置及び方法がかかる小規模で効果的に使用されるためには、水電解中に各電極で発生するヒドロニウムイオンと水酸化物イオンの過剰再結合が避けられることが不可欠である。この目的のために、例えばイオン選択膜若しくは塩橋など、ヒドロニウムイオンと水酸化物イオンに対して実質的に不透過性の区画間のイオン連絡構造を通じて互いにイオン連絡する別個の区画内の各電極において半反応が実行される。
【００１１】
本発明では、標的ガスが放出され、本明細書で以下に記載の通りいくつかの目的のために使用されることができる。本発明は、同様に本明細書で以下に記載の通り、かかる使用及びかかる使用のための制御に関連する多くの利点を持つ。
【００１２】
本発明は、装置及び方法が連続プロセスで若しくは連続プロセスとして使用されることを可能にする。より具体的には、装置は、流体の連続フローを可能にするように設計され、それにより、交換流体から標的ガス含有塩を抽出する必要なく、捕捉位置から、限定されないが好適には限定空間から、捕捉位置から離れた場所へ標的ガスを移動させる連続モードを容易にする。移送は捕捉された形であり得るが、捕捉後に放出された形も可能である。本発明はこのように、園芸、工場空間、又は居住空間若しくは輸送空間などのいくつかの異なる環境において、標的ガスに関して連続的な気候制御を可能にする。
【００１３】
生成器の容器は、第一の電極を有する第一の区画と第二の電極を有する第二の区画とを有し得る。第一の区画は捕捉流体出口を有し、第二の区画は再結合流体出口を有し得る。区画は、例えば電気分解される電解質を保持するための容器など、一つの同じ容器の一部であり得る。区画は、二つの区画間のヒドロニウムイオンと水酸化物イオンのフローを実質的に減少させるイオン連絡構造を通じて、互いにイオン連絡する。代替的に、容器は一方が第一の区画を有し他方が第二の区画を有する別々のサブコンテナで構成され得る。サブコンテナは、前述のイオン連絡構造を通じて第一の区画と第二の区画との間でイオンのフローが可能になるように構成される。かかるイオンのフローは例えば、サブコンテナ及び／又は第一と第二の区画を接続する電気化学で周知の塩橋を通じて可能にされ得る。別の代替案では、サブコンテナは、独立した電気分解のための別の電極を伴うスタンドアロンの電解槽を各々が提供するように構成される。これは異なるタイプの電解質での捕捉流体と再結合流体の生成を可能にする。
【００１４】
電解器は、電気化学で周知の通り基準電極を有し得る。電解質が水を主溶媒として有する場合、この基準電極は標準カロメル電極若しくは白金水素電極でもあり得る。
【００１５】
装置の閉ループ動作を容易にするために、装置は、生成器に流体接続される再生流体入口と、再生器に流体接続され、再生流体入口に流体接続される再生流体出口とを有する。これは、スタンドアロン動作装置を提供する。
【００１６】
装置は、第一の電極及び第二の電極に電気的に結合されるコントローラをさらに有し、コントローラは、第一の電極及び第二の電極それぞれにおいて水電解を生成するために十分な最小値を持ち、第一の電極及び第二の電極それぞれにおける当該水電解の速度を制御するように変更可能な、制御信号を生成するように適応される。このように、例えば限定空間から抽出される標的ガスの変動濃度など、外的条件に合わせた流体フロー及び流体ｐＨなどの動作パラメータを使用して作動され得る装置が提供される。これは、装置が供給される基質から抽出される標的ガスの割合、例えば気体入力フローを装置が制御することができるので、装置を小規模用途に特に適したものにする。換言すれば、装置は基質に残る標的ガスの割合を制御することができ、これは例えば、ＣＯ２などの標的ガスの濃度が、例えば限定空間内で標的ガスに曝される人にとって健康の観点から最適限度内にとどまること、或いは例えば園芸設定において標的ガスのレベルを制御するときにプロセス制御の観点から最適限度内にとどまることを保証しようとするときに特に重要である。これは、工業規模設定の目的がかかる標的ガスの除去を最大化することであるため、典型的には流出物（例えば排出された排ガス）中の標的ガスの残留レベルを維持する要望がない工業規模設定から、装置を明確に区別することが留意される。
【００１７】
一実施形態では、装置は、１リットル〜１０，０００リットル／時間、好適には１０リットル〜１，０００リットル／時間の捕捉流体及び／又は再結合流体のフローを生成するように構成される。かかる流速は装置を小規模応用分野に特に適したものにすることがわかっているが、これらの流体の流速は装置のコントローラによって制御される唯一の関連パラメータではなくてもよいことが理解されるべきである。かかるパラメータは例えば装置によって生成される各流体のｐＨと組み合わせて制御され得るか、及び／又は、例えば限定空間内の空気容量など、例えば基質から抽出される標的ガスのレベルを示すセンサ読み取り値に応じて制御され得る。
【００１８】
装置の交換器は、交換器へ基質を供給するための基質入口を持ち得る。これは捕捉流体と少なくとも部分的に接触していた基質を排出するための基質出口も持ち得る。基質入口と出口は各々ガス入口とガス出口であり得る。交換器は、標的ガス捕捉若しくは放出の量を増加するために逆流原理を使用し得る。例えば、交換器は基質フロー、例えばガスフローを捕捉流体のフロー方向と反対のフロー方向に捕捉流体に送り込むように構成される逆流セルであり得る、すなわち基質フローの入口は捕捉流体の入口と反対である。この目的で交換器は、基質フローを受けるために第一の端部に基質入口を、精製された基質フローを放出するために第二の端部に基質出口を有する。
【００１９】
装置は、捕捉流体、再結合流体、交換流体、再生流体及び基質のうちの一つ以上の流速を直接及び／又は間接的に制御する一つ以上のポンプ及び／又は弁を有し得る。好適には、一つ以上のポンプ及び／又は弁はコントローラによって制御される。フロー制御は直接的若しくは間接的であり得る。直接フロー制御では、弁若しくはポンプはそれが制御するフローと直接接触し、一方間接制御では、例えば流体静力学（圧力）による別のフローの制御及び他のフローへのかかるフローの移動によってフローが制御される。この間接制御は、装置の流体流路全体にわたる圧力維持のために閉じた流体接続の使用を有し得る。
【００２０】
装置内の流体の一つ以上のフローの制御は、詳細な説明のセクションでより詳細に記載される通り、装置の標的ガス捕捉能に対する制御を与える。
【００２１】
好適な装置は捕捉流体の流速を直接制御し、再結合流体の流速を直接制御するポンプ及び／又は弁を、或いは再生流体の流速を直接制御するポンプ及び／又は弁を有し得る。
【００２２】
好適な装置は、捕捉流体のフロー制御のための一つのポンプ及び／又は弁と、再結合流体のフロー制御のための一つのポンプ及び／又は弁とを有する。捕捉流体制御ポンプは例えば生成器と交換器との間に配置され得、再結合流体制御ポンプは生成器と再生器との間に配置され得る。この設定は装置内の相補的な（再結合される）流体フローの独立制御を可能にする。従って、再生流体のｐＨ制御が実行され得る。
【００２３】
代替的に、再生流体のみのフロー制御のための一つ以上のポンプがあってもよい。再生器のこの再生流体流出は、交換流体及び再結合流体の流入を一緒に決定づけるので、装置のフロー制御を支配するために一つのポンプで十分であり得る。これのさらに改良された実施形態として、再結合流体フロー及び捕捉流体フロー若しくは交換流体フローのいずれか一方又は両方に制御可能な弁があってもよい。これらにより、一つのポンプのみを持ちながら流体フロー若しくは流速が独立して調整され得る。再生流体フローにおけるポンプ若しくは弁は、他の流体フロー（より酸性若しくは塩基性）のいずれかと比較して、よりソフトな化学的条件のために化学的磨耗の影響を受けにくいという利点を持つ。より安価な若しくは他のポンプ若しくは弁が使用され得る。
【００２４】
交換器及び／又は再生器は、交換器内の曝露及び／又は再生器内の接触を能動的に刺激するための撹拌器を有し得る。好適には、撹拌器はコントローラによって制御される。このように能動的な撹拌は基質からの標的ガス捕捉及び／又は交換流体からの標的ガスの放出の効率を増加させることができる。これは本明細書で以下に記載の通り装置の標的ガス捕捉及び放出効率を制御する方法も提供し得る。
【００２５】
装置は、以下の検出パラメータのうちの一つ以上を検出するための少なくとも一つのセンサを有し得る：一つ以上の電解質、捕捉流体、再結合流体、交換流体及び再生流体のうちいずれか一つの酸性度；一つ以上の電解質、捕捉流体、再結合流体、交換流体及び再生流体、及び基質のうちいずれか一つの流速；捕捉流体と接触する前の基質中の標的ガス及び／又は標的ガスと接触している基質の部分中の標的ガスの、存在若しくは濃度。好適にはコントローラは少なくとも一つのセンサに応答する。
【００２６】
好適には、装置は、装置に入る前の基質中の標的ガスの濃度若しくは含有量を検出するための少なくとも一つの標的ガスセンサを有する。センサは、その中に基質を持つ空間に遠隔で置かれるか、又は装置の基質入口付近に配置され得る。このセンサは、検知された標的ガスレベルに対する制御を与えるよう、装置の制御にフィードバックを与えるように使用され得る。好適には装置は基質出口において標的ガスセンサも持つ。入力センサと出力センサによって測定される標的ガス含有量の差は標的ガス捕捉の能力を示す。センサ読み出し若しくは信号は、装置の標的ガス捕捉能若しくはパワーに関する装置の設定の指標を提供する。かかるセンサの読み取り若しくは信号に基づいて、以下に記載の通り装置制御パラメータ設定が手動で若しくは自動的に変更され得る。
【００２７】
好適な装置は、
‐捕捉流体の流速を検出するためのセンサ、及び／又は、再結合流体の流速を検出するためのセンサ；或いは再生流体の流速を検出するためのセンサのいずれか、並びに、
‐捕捉流体と接触する前の基質中の標的ガスの存在若しくは濃度を検出するためのセンサ、濃度検出用センサ、又は、オプションとして再結合流体のｐＨを検出するためのセンサで完成される、捕捉流体のｐＨを検出するためのセンサのいずれか、
を有し得る。
【００２８】
これらのセンサ構成により、装置の標的ガス捕捉能について良好なフィードバックが得られ、このフィードバックは例えば限定空間内で標的ガスのレベルを許容範囲内に維持するために装置の動作を適応させるようにコントローラによって使用され得る。
【００２９】
装置は従って以下の制御パラメータの一つ以上を制御するためのコントローラを有し得る：電解用電極へ供給される電圧及び／又は電流；電解用電極の機械的構成；上記定義の一つ以上の弁及び／又はポンプの動作；並びに上記定義の一つ以上の撹拌器の操作。このようにコントローラは好適には、電気分解の速度及び交換器を通る捕捉流体の流速、及びオプションとして交換器を通る基質フローの流速を少なくとも調節するように適応される。
【００３０】
好適にはコントローラは電解用電極へ供給される電圧及び／又は電流と、上記定義の一つ以上の弁及び／又はポンプの動作を制御するように構成される。
【００３１】
装置は、標的ガスセンサと、電解用電極に結合されるコントローラとをさらに有し、当該コントローラは当該標的ガスセンサに応答する。かかるシステムは例えば、センサで標的ガスレベルを検知し、検知された標的ガスレベル（濃度）に従って装置を作動させることにより、限定空間内の標的ガスレベルを制御するために使用され得、それにより、かかる限定空間内の標的ガスレベルを所望の、例えば健康な、若しくは所要のレベルで維持することが可能なシステムを提供する。標的ガスレベルは例えば上記定義の制御パラメータの少なくとも一つを調整することによって制御され得る。
【００３２】
装置のコントローラは好適には上記定義の検出パラメータの一つ以上を検出するための一つ以上のセンサの一つ以上の信号を受信するように構成される。好適にはコントローラは（任意の組み合わせで）上記定義の制御パラメータを制御するため、及び（任意の組み合わせで）前記定義のセンサのセンサ信号を受信するためのものである。
【００３３】
好適にはコントローラは受信したセンサ信号の一つ以上に基づいて制御パラメータの調節を自動的に可能にするように構成され得る。この装置は基質中標的ガスレベル若しくは装置の標的ガス捕捉能の既定設定を維持する経時的な自動調節／安定化を可能にする。
【００３４】
コントローラは、ソフトウェア（以下参照）などといった任意の形式のユーザインタフェースを含むか、若しくはかかるユーザインタフェースに接続されることができる。ユーザインタフェースは、ユーザが、そこから導出されるセンサ値若しくは装置パラメータを検査すること、及び／又はそこから導出される制御パラメータ若しくは装置パラメータを設定することを可能にする。装置パラメータは例えば、装置の標的ガス捕捉能若しくはパワー、標的ガス送出能若しくはパワー、或いは限定空間内で維持される標的ガスレベルでもあり得る。
【００３５】
装置はこのように、標的ガスのレベルに関する限定空間内の気候の制御のための装置であり得る、又はかかる装置として使用され得る。他の原因による消費のために標的ガスの追加を要する、又は標的ガスの連続生産のために標的ガスの抽出を要する空間があり得る。
【００３６】
装置は標的ガス生成器であり得る、又はかかる装置として使用され得る。そして適切な装置は前のクレームのいずれかで記載のものであり、これは再生器内での接触の結果として交換流体から放出される捕捉された標的ガスの流出のための標的ガス出口を有し、標的ガス出口は標的ガス貯蔵タンクに結合され得る。この装置は、標的ガスの中間貯蔵若しくは標的ガスのバッチ製造を提供し得る。かかる装置は、例えば標的ガスを試薬として使用して付加価値生成物を生成するため、又は例えば他の消費的使用のために追加ガスフローに標的ガスを混入するために、所望の時点及び場所での標的ガスの再利用を容易にする。タンクは取り外し可能に結合され得る。利点は、本明細書で下記の方法クレームのサポートにおいても提供される。加圧下、すなわち大気圧よりも高い圧力下での貯蔵に対応するために、標的ガス出口と貯蔵タンクとの間に加圧システムが存在してもよい。
【００３７】
タンクは結合され得る一方、別のガスを運ぶ追加容器若しくは区画における放出など、他の目的の標的ガス出口も存在する。
【００３８】
装置はガス濃縮システムであり得る、又はかかるシステムとして使用され得る。濃縮システムは装置から放出される標的ガスで追加ガスフローを濃縮するように適応される。かかるシステムは例えば、生育環境を二酸化炭素若しくは他のガスで肥やし、それによって生育環境における植物の生長を刺激するよう、園芸などの植物生長のために有利に使用され得る。標的ガス濃縮システムは再生器に追加ガスフローを送り込むように適応され得る。これはシステムにおける追加ステージの必要性を除去し、それによってその複雑性を軽減する。濃縮システムはさらに上記で記載及び定義した標的ガス貯蔵タンクを利用し得るが、標的ガスで追加ガスフローを濃縮するためにガス出口と追加ガスフロー区画の間に位置し得る。これは所望の時点における標的ガスでの追加ガスフロー、例えば追加気流の周期的濃縮を容易にする。
【００３９】
装置は基質精製システムでもあり得る、又はかかるシステムとして使用され得る。これは従ってかかる基質から標的ガスを捕捉することによって基質を精製するために使用され得る。このように装置は標的ガスに関して限定空間内の基質（例えば空気などの気体雰囲気）を精製するために使用され得る。限定空間は例えば工場、オフィス、家、動物厩舎などといった建物の一部（部屋）であり得る。限定空間は船、飛行機若しくは車両などの任意の移動手段の一部（客室）でもあり得る。そして装置はかかる限定空間内の基質からガスを捕捉し、それを別の空間へ追い出すために使用される。これは標的ガスが連続的に生成される場合に標的ガスレベルを所要レベルに維持し得る。一つの実施例は人若しくは動物などの生体によって生成される二酸化炭素であり得る。高過ぎるレベルは背景技術のセクションで記載の悪影響を生じ得る。反対に移動手段の客室中の二酸化炭素レベルの制御は、キャプテン、パイロット、若しくは運転者の注意力を向上させ、従って交通安全を向上させ得る。
【００４０】
本発明は、基質入口が限定空間に流体接続され、標的ガス出口が限定空間と異なる少なくとも別の空間に流体接続される、標的ガス出口と限定空間をさらに含む、前クレームのいずれかに記載の装置を有するシステムも提供する。そして限定空間は例えば工場、オフィス、家、動物厩舎などといった建物の一部（部屋）であり得る。限定空間は船、飛行機若しくは車両などの任意の移動手段の一部（客室）でもあり得る。
【００４１】
代替的に、標的ガス出口が限定空間に流体接続され、基質入口が標的空間と異なる少なくとも別の空間に流体接続される、標的ガス出口と限定空間をさらに含む、前クレームのいずれかに記載の装置を有するシステムが提供される。限定空間は例えば工場、温室若しくは園芸などの建物の一部（部屋）であり得る。
【００４２】
標的ガスが二酸化炭素である場合、このシステムは例えば生育環境における植物の生長のためなど、大気中で増加した二酸化炭素濃度を要する任意のプロセスにとって有利である。
【００４３】
本発明は基質から標的ガスを捕捉するための方法も提供する。方法は上記装置について記載の利点を少なくとも持つ。
【００４４】
方法は接触ステップで再生流体が生成されることを有し、方法は少なくとも一部再生流体とともに当該生成ステップを繰り返す追加ステップをさらに有する。
【００４５】
方法は、電解質がＨ２Ｏを好適には水の形で有すること、並びに生成が捕捉流体及び／又は再結合流体の生成のためにＨ２Ｏ（水）の少なくとも一部の電気分解を有することを有し、電解質は以下の機能の一つ以上を各々が少なくとも持つ一つ以上の追加物質を有する：電解質及び／又は捕捉流体及び／又は再結合流体の凝固点の低下；電解質の電気伝導度の増加。これらの追加物質は電解不活性である、すなわち電解半反応が実行される電極において潜在的に有害な物質へ分解しない。
【００４６】
本発明の方法は、一つ以上の追加物質が少なくとも一つの塩から成るか、又は少なくとも一つの塩を有することを有し得る。液体電解質中の少なくとも一つの塩の総濃度は好適には１ｍＭ〜１５Ｍである。これは＞５ｍＭ、＞１０ｍＭ、＞１００ｍＭ、＞０．５Ｍ、＞１Ｍ、＞２Ｍ、＞３Ｍ、＞５Ｍ、＞７Ｍ、＞１０Ｍであり得る。電解質の溶媒中の塩の飽和濃度が使用され得る。塩の選択は、全ての塩が全ての溶媒に溶解するわけではないので、電解質の溶媒に依存し得る。さらに、塩は好適には、標的ガスの捕捉後に得られるいかなる化合物も交換流体中で依然として可溶性であるように選択される。好適には少なくとも一つの塩は元素周期表グループＩＡ、ＩＩＡ、ＩＢ及びＩＩＢイオン並びにハロゲン化物、硫酸、硝酸若しくはリン酸イオンを有するか又はそれらから成る群から選択され得る。アルカリ金属塩、例えば、特にリチウム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩が好ましい。好適には硫酸塩及び硝酸塩が使用される。このグループは例えばＬｉＮＯ３、Ｌｉ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、Ｎａ２ＳＯ４、ＫＮＯ３、Ｋ２ＳＯ４などを含む。Ｚｎ塩及びＡｇ塩（例えばＺｎＳＯ４、ＡｇＮＯ３）も有効である。リチウム塩は水以外の溶媒を有する電解質中でより高い溶解度を持ち得る。
【００４７】
好適には追加物質は従ってフッ化物、塩化物及び臭化物のグループから選ばれるいかなる塩も有しない、又はそれらから構成されない。
【００４８】
方法は、基質が限定空間から収集され、捕捉された標的ガスが限定空間と異なる別の空間へ放出されること、又は基質が別の空間から捕捉され、捕捉された標的ガスが別の空間と異なる限定空間へ放出されることを有し得る。このように、標的ガスは限定空間から除去され得るか、又は限定空間へ供給され得る。換言すれば、標的ガスレベルが限定空間内で調整され得る。前者の選択は一つ以上の標的ガスのレベルが限定空間から除去される必要がある気候制御のために使用され得るが、後者の選択は標的ガスが限定空間へ投与される必要がある気候制御のために使用され得る。別の空間は追加限定空間であり得る。限定空間は標的ガスが大量に利用可能であり、抽出される必要がある空間であり得、追加限定空間は標的ガスを必要とする空間であり得る。限定空間は従って人若しくは動物の生活空間であり得るが、追加限定空間は温室若しくは植物育成用の空間であり得る。この設定は捕捉された形での標的ガスの輸送を提供し得る。
【００４９】
方法はこのように、例えば移動手段（飛行機、船、車両）、工場用地、オフィス空間、厩舎若しくは住居住宅などといった、限定空間における標的ガスレベルに対する改良された制御のための、例えば空気浄化システムなどの基質精製システムであり得る。これはこの限定空間内の人若しくは動物が高過ぎる若しくは潜在的に有害なレベルの標的ガスに曝されないことを保証し得る。二酸化炭素がかかる標的ガスであり得る。別の空間はオープンスペース、例えば野外などの屋外空間であり得る。
【００５０】
代替的に、限定空間は、捕捉された標的ガスの限定空間への放出を要する、増大したレベルの標的ガスが必要とされる空間であり得る。この方法は限定空間内の大気が標的ガスで濃縮され得るという利点を持つ。例えば限定空間は植物生長の調整若しくは刺激のために二酸化炭素レベルが調整若しくは増加される必要がある温室であり得る。
【００５１】
限定空間の標的ガスレベルを調整するための方法は、交換流体から標的ガスを追加ガスフローの中へ放出するステップと、追加ガスフローを限定空間若しくは追加空間の中へ放出するステップとをさらに有し得る。追加ガスフローは例えば限定空間内の気流であり得る。この変形例は別の空間が追加限定空間である場合、一つの空間から別の空間へ、別のガスフロー中の捕捉ガスの輸送を提供し得る。
【００５２】
方法は交換流体からの放出後、及び限定空間若しくは別の空間でのその放出前に、標的ガスを一時的に貯蔵するステップをさらに有し得る。これは例えば、メタノールといった炭素系燃料などの付加価値生成物の合成における出発物質としての標的ガスの使用を、或いは、例えば標的ガスボトルを用いて第二の限定空間内での植物生長プロセスを刺激若しくは調整するため、上述の限定空間への標的ガスの周期的放出を容易にする。
【００５３】
好適には標的ガスは二酸化炭素であり、その場合それらは例えば基質としての空気中で標的ガスが二酸化炭素であるときに有用である。
【００５４】
本発明は、コンピュータ可読媒体上に格納される又は通信ネットワークからダウンロード可能なコンピュータコードを有するコンピュータプログラム製品を提供し、当該コードはコンピュータ上で実行されると、装置及び／又は装置のコントローラを制御し、並びに／或いは本発明の方法のいずれか一つのステップの実行を制御する。
【００５５】
本発明の方法のステップを実行するように装置を制御する装置部品のいずれかの自動化は、コンピュータプログラムを用いて実現され得る。これらは例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、ＳＤ、磁気ディスク若しくは光ディスクなどのタイプの内部及び外部マイクロプロセッサメモリといったコンピュータ可読媒体上で格納され得るか、或いはｗｉｆｉ（登録商標）若しくは近距離無線通信などの標準プロトコルを用いて有線接続若しくは無線接続を通じてＬＡＮ、ＷＬＡＮ、３Ｇ、４Ｇなどといった通信ネットワークからダウンロードされ得る。
【００５６】
コンピュータプログラムは、例えば限定空間で維持する標的ガスレベル、標的ガス捕捉の速度、標的ガス捕捉のタイプ、装置内の一つ以上の流体のｐＨレベル、又は装置若しくは方法における流体の一つ以上の流速など、本明細書の上記若しくは下記の全制御パラメータの制御のためのパラメータの入力若しくは設定を可能にするためのインタフェースを含み得る。コンピュータプログラムは部分的に若しくは完全にポータブルデバイス上のアプリの形であり得る（下記参照）。
【００５７】
マイクロプロセッサは標準半導体ＩＣベースコンピュータであり得る。これは装置専用コンピュータであり得るか、又はコンピュータプログラム製品の少なくとも一部を備えるスマートフォンタブレットなどといったポータブルデバイスであり得る。これは装置の遠隔制御及び場合により無線制御を可能にする。
【００５８】
好適には本発明は以下のガスのいずれか一つを捕捉するためのものである：二酸化炭素（ＣＯ２）、ＳＯｘ及びＮＯｘ。そして基質は好適には空気などの大気である。これらの標的ガスは大気中で豊富であり、しばしば除去される必要があり（高過ぎる濃度での存在の悪影響を防止する気候制御）、又は追加される必要がある（二酸化炭素の場合植物の生長の刺激）。これらの場合において捕捉流体は塩基性であり再結合流体は酸性である。そして電解質は好適には添加剤の水溶液であり、添加剤は一つ以上の塩を少なくとも有する。好適にはかかる塩は一般に塩化物含有塩若しくはハロゲン化物塩を有さない。そして水はヒドロニウムイオンと水酸化物イオンへ電気分解される。しかしながらかかる塩基性流体と酸性流体を供給するための他の電解槽が本発明とともに使用され得ることが留意される。
【００５９】
本発明は正確な縮尺ではない添付の略図とグラフを参照してより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】標的ガス捕捉装置を含む空気浄化システムを描く。
【図２】標的ガス捕捉装置を含む標的ガス捕捉システムを描く。
【図３】標的ガス捕捉装置を含む標的ガス濃縮システムを描く。
【図４】複数の人によって占められるオフィス空間での経時的なＣＯ２標的ガスレベルの進展を描くグラフである。
【図５】住居での空気浄化システムの使用を描く。
【図６】住居での空気浄化システムの使用を描く。
【図７】空調ユニットが作動可能な車両客室での経時的なＣＯ２標的ガスレベルの進展を描くグラフである。
【図８】ＣＯ２捕捉装置を含む空気浄化システムを含む車両を描く。
【図９】園芸設定でのＣＯ２濃縮システムの使用を描く。
【図１０】園芸設定でのＣＯ２濃縮システムの使用を描く。
【図１１】標的ガス捕捉法のフローチャートである。
【図１２】標的ガス捕捉法のフローチャートである。
【図１３】標的ガス捕捉法のフローチャートである。
【図１４】ＣＯ２レベルを削減する捕捉装置の能力を描くグラフである。
【図１５】捕捉装置例について印加電圧の関数としてＣＯ２捕捉能を描くグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明は下記の限定されない実施例によってより詳細に記載される。同一若しくは同様の部分を示すために図面を通じて同じ参照番号が使用される。
【００６２】
本発明の文脈内で以下の用語は下記の意味を持つ。
【００６３】
'電解質'という語は、固体、液体若しくは気体を問わず、純粋な単一化合物の形若しくは化合物の混合物の形であるかに関わらず、捕捉流体及び／又は再結合流体での使用のためにヒドロニウム及び／又は水酸化物イオンを生成するように電気分解されることが可能な、Ｈ２Ｏを含む任意の（化学）組成物を意味する。化合物の混合物は追加物質を伴う一つの主要化合物であり得る。
【００６４】
好適には、電解質は電気分解後に捕捉流体及び／又は再生流体として好都合に機能し得るよう、液体電解質である。電解質若しくは液体電解質はヒドロニウム及び／又は水酸化物イオンを生成するために電気分解される成分として水を有するか若しくは水から成る。
【００６５】
電解質が液体電解質である場合、これは好適には主溶媒として若しくは唯一の溶媒として水を有する。液体電解質は好適には体積比少なくとも３０％の水、若しくは体積比少なくとも５０％の水、若しくは体積比少なくとも９０％の水を有する。液体電解質は液体として水だけを有し得る。
【００６６】
'追加物質'という語は塩及び分子（有機若しくは有機‐無機混合）などの化学物質を含むことを意味する。これらは、とりわけ、以下の機能の一つ以上を持ち得る：電解質の電気（若しくはイオン）伝導度を改良する、本発明で使用される液体電解質若しくは他の流体（例えば不凍塩若しくは不凍液）の凝固点を本発明が実施される温度未満へ下げる、電解質からの水の蒸発を抑制する、捕捉流体及び／又は再結合流体において電気分解によって生成されるヒドロニウム若しくは水酸化物イオンへ対イオンを供給する。
【００６７】
かかる化学物質が液体電解質へ添加される場合、これらは好適には電解不活性である。ここで電解不活性とは、装置塩内で使用される電解条件下で安定な、並びに／或いは、基質（例えば装置によって捕捉される標的ガス）及び／又は液体電解質と基質（例えば標的ガス）との反応後に生じる反応生成物と反応しない物質を意味する。基質がＣＯ２を有し標的ガスがＣＯ２である場合、かかる反応生成物は例えば捕捉流体中のＣＯ２とＯＨ−間の反応の結果である炭酸若しくは重炭酸アニオンであり得る（下記参照）。
【００６８】
本発明にかかる様々な装置、機器、及び／又はシステムは水及び／又は液体電解質を含んでも含まなくてもよい。これらのいずれか一つが除外される場合、それらは装置、機器、及び／又はシステムの動作の前及び／又は最中に追加され得る。それらはパーツのキットなどで機器若しくはシステムに備わり得る。本発明の機器若しくはシステムは、どのような電解質、溶媒、及び／又は追加物質をどのような方法で使用し、それらをどこで得るかを記述するマニュアルを含み得る。
【００６９】
'基質'という語はそこから一つ以上の標的ガスが捕捉される任意の固体、液体若しくは気体状態の材料サンプルを意味する。本発明は基質が例えばガスの混合物を有する気体状態の基質である場合に特にうまく機能し得る。この一実施例は例えば二酸化炭素を標的ガスとして、空気であり得る。基質は、本発明がその有利な効果を持つために必ずしも標的ガスを含まなければならないわけではない。基質は任意の適切な方法で処理され得、例えば基質は固体、液体、ガス、又は、液体若しくはガス流若しくはフローの形で捕捉流体へ提示され得る。
【００７０】
'標的ガス'という語は本発明の装置若しくは方法によって捕捉されるいかなるガス種をも意味する。標的ガスにおいてある特定のときに一つより多くの標的ガスがあることができる。標的ガスは混合物、分散及び／又は溶液中に液体、固体若しくは気体形態で基質に存在し得る。
【００７１】
'ガス'という語は、そこから除去される成分を含む、排ガス若しくは大気、例えば空気など、通常の熱力学環境（１気圧及び２０℃）におけるいかなるガス若しくはガスの混合物をも意味する。かかる成分は典型的にはＣＯ２であるが、ＮＨ３など、水酸化物イオン若しくはヒドロニウムイオンと反応し得るＳＯｘ、ＮＯｘ及び／又は他のガスといった別の成分であることもできる。
【００７２】
'流体結合される'という語は、装置、機器、若しくはシステムの二つのエンティティが、液体若しくはガスなどの流体が一方のエンティティから他方へ流れることができるように接続されることを意味する。これは任意の適切な流体管、例えば開口、ホース、パイプなどを通る直接接続を用いて実現され得、この流体管は例えば金属、金属合金、剛性若しくは可撓性ポリマー材料など、任意の適切な材料で作られ得る。
【００７３】
'酸性'という語は過剰のヒドロニウムイオンが利用可能であることを意味する。水性液体において、酸性とはｐＨ＜７を持つことを意味する。類似的に、塩基性という語は、過剰の水酸化物イオンが利用可能であることを意味する。水性液体において、塩基性とはｐＨ＞７を持つことを意味する。酸性という語は、ヒドロニウムイオンの実際の濃度に依存する酸性度（若しくは塩基性度）を意味する。従って、酸性度は、酸性条件（ｐＨ＜７）、中性条件（ｐＨ＝７）及び塩基性条件（ｐＨ＞７）を示すために使用され得る語である。
【００７４】
能動的撹拌は、交換器における曝露又は再生器における接触を増強する任意の外部作用駆動方法であり得る。これは例えば、任意の種類の機械的、電気的、磁気的又は他のタイプ若しくは材料の部品を使用する撹拌、混合、振とう、遠心分離、ポンピングであり得る。
【００７５】
毒性物質は、生物が動物、細菌若しくは植物であり得る生物全体を、又は細胞若しくは器官といったかかる生物の基礎構造を、損傷し得る物質である。より具体的には、毒性物質は、Ｈｏｄｇｅ‐Ｓｔｅｒｎｅｒスケールで毒性評点が４以下、好適には３以下の物質である。
【００７６】
図１はガス精製システム１００を描く。図１中の矢印は動作中のシステム１００内の様々な流体ストリームの意図された方向を示す。システム１００は基質の標的ガスを捕捉するための装置を含む。そして装置は、電解質中の水を電気分解するための電解器を持つ生成器１１０と、下記の通り両方とも互いに及び生成器に流体結合される交換器１２０及び再生器１３０を含む。機器１２０及び１３０は、装置の区画の形で作られ得る。その場合接続は単に区画間に弁を伴う若しくは伴わない開口であり得る。しかしながら図１の実施例ではそれらはパイプと流体接続される。
【００７７】
電解器は、第一の電極１１３を含む第一の区画１１１と、第二の電極１１４を含む第二の区画１１２とを有し、電極を用いて第一及び第二の区画に存在する電解質の水を電気分解するように構成される。装置はこのように、電気分解中に、及び電気分解のために、捕捉流体が第一の区画１１１に形成され得、捕捉流体と異なる再結合流体が第二の区画１１２に形成され得るように構成される。第一の電極１１３と第二の電極１１４は任意の適切な電極材料を用いて実現され得るが、好適にはプラチナ、金、炭素を有する、又はそれらから成る不活性電極を用いて実現される。この場合電極はプラチナで作られる。下記の通り他の電極が使用されてもよい。
【００７８】
第一の区画１１１と第二の区画１１２は、例えばイオン選択膜若しくは塩橋を通じて、ヒドロニウムイオン及び水酸化物イオンに実質的に不透過性であるイオン連絡構造を通じて互いにイオン連絡する。このようにして、各区画における水電解によって生成されるヒドロニウムイオンと水酸化イオンの再結合が抑制され得、従って第一の区画１１１で生成される捕捉流体と第二の区画１１２で生成される再結合流体におけるかかるイオンの十分な濃度を維持するが、これらの流体には目的があり、以下でより詳細に説明される。これは例えば、例えば塩素ガスなどの潜在的に有害な反応生成物の形成を引き起こす、水以外の種の電気分解を要することなく、ＣＯ２などの標的ガスの比較的適量を捕捉することができる、家庭及び中小企業環境での使用に適した特に安全でコンパクトな装置の生成を容易にする。
【００７９】
装置がどのように動作し得るかを説明するために、標的ガスがＣＯ２であり、電解質は塩の水溶液を有する液体電解質であり、基質は例えば空気など、ＣＯ２を有する気体基質である実施例が記載される。しかしながら本発明の利点を失うことなく、図１の装置とともに、下記の通り様々な電解不活性添加剤／塩がオプションとして充填される異なるＨ２Ｏ含有電解質を用いて多数の異なる基質から他のガスが捕捉され得ることが留意される。
【００８０】
標的ガスはこの場合、塩基性若しくはアルカリ性の水に溶解するＣＯ２であるため、電解中に第一の電極１１３はカソード、第二の電極１１４はアノードとして配置される。このようにして、捕捉流体は塩基性になり、従って以下にさらに記載される化学に従って交換器内でＣＯ２を溶解又は吸収することができる。さらに、再結合流体はその場合酸性になる。
【００８１】
機器１１０における水の電気分解時に電極において以下の半反応が起こる：
第二電極（アノード）反応（水の酸化）：
0006678663.tif 000002
第一電極（カソード）反応（水の還元）：
0006678663.tif 000003
【００８２】
こうして、水電解は増加したＯＨ−イオン濃度のために第一の区画１１１において比較的高いｐＨ、すなわち７よりも高いｐＨで捕捉流体を生成する。それとともにその区画１１１から採取される／排出される捕捉流体は過剰ＯＨ−イオンのために塩基性である。過剰ＯＨ−イオンは事前に電解質へ添加された塩カチオンによって平衡化される。同時に、水電解はＨ３Ｏ＋イオン（電解質が水を含まない場合はＨ＋）の形成のために第二の区画１１２において比較的低いｐＨ、すなわち７よりも低い再結合流体を生成する。それとともにその区画１１２から採取される／排出される再結合流体は過剰Ｈ３Ｏ＋イオンのために酸性である。これらのイオンは事前に電解質へ添加された塩アニオンによって平衡化される。
【００８３】
水電解で生成される水素ガスと酸素ガスは捕捉され得るか、又は機器１１０から排出され得る。捕捉された水素ガスは例えば燃料電池の燃料として使用され得、燃料電池の反応生成物、すなわち水が機器１００へフィードバックされ得る。水素及び／又は酸素ガスの一部は、いかなる（健康若しくは他の）トラブルを引き起こすことなく機器内を循環し得る。
【００８４】
図１の実施例において、電解器１１０は、発生したヒドロニウムイオンと水酸化物イオンの大規模な再結合を防止するため、ただし捕捉流体と再結合流体の間の電気的結合（例えば、電位）を維持して電気分解を開始し続けるために、第一の区画１１１を第二の区画１１２から分離するイオン連絡構造の一実施形態としてのイオン選択膜若しくはダイアフラム１１５をさらに有する。膜若しくはダイアフラム１１５は従って低減されたイオン通過を提供する。好適にはこれはヒドロニウムイオン及び／又は水酸化物イオンの減少した若しくは無視できるほどの通過を提供するが、添加塩の一つ以上のカチオン及びアニオンのような他のイオンに対して浸透性である。例えば、Ｐａｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって市販されているＭｕｓｔａｎｇ  Ｑ（登録商標）アニオン交換膜などのイオン特異的膜が使用され得る。かかる膜若しくはダイアフラムはそれ自体周知なので、これは簡潔さのためだけにさらに詳細には説明されない。ヒドロニウムイオンと水酸化物イオンの再結合の速度を低下させる任意の適切な膜若しくはダイアフラム１１５がこの目的のために使用され得ることが留意される。
【００８５】
膜区画分離に代えて、第一の区画１１１と第二の区画１１２は（二つの別個の電解質含有容器のように）物理的に分離され得るが、塩橋の形のイオン連絡構造を通じて電気的に相互接続され、この塩橋は、その塩枯渇時に塩橋の定期的な交換を可能にするために必要に応じて交換可能に取り付けられ得る。
【００８６】
上記セルの別の変形例では、第一及び第二の区画は全く分離されなくてもよく、或いは膜若しくは壁だけによって互いに部分的にのみ分離され得る。機器から採取／排出される捕捉流体と再結合流体が依然として塩基性及び酸性であるように、生成されるＨ３Ｏ＋イオンとＯＨ−イオンの完全な再結合なしに水電解を可能にするように電解器が構成又は作動される限り、電解器は本発明に役立つ。
【００８７】
図１の実施例では、第一の区画１１１は、交換器１２０と再生器１３０をさらに含む第一の閉ループの一部を形成し、第２の区画１１２は、再生器１３０をさらに含むが交換器１２０を含まない第二の閉ループの一部を形成する。
【００８８】
交換器１２０は、第一の区画１１１から捕捉流体を受け取り、捕捉流体を基質と接触させるように、すなわち捕捉流体を基質に曝すように構成される。
【００８９】
実施例において標的ガスは気体の性質である基質、例えば空気に含まれるＣＯ２である。この基質を塩基性の、すなわち水酸化物イオン（ｐＨ＜７）を有する捕捉流体と接触させると、以下の反応が交換器１２０において起こり得る：
0006678663.tif 000004
【００９０】
このように、ＣＯ２は捕捉流体に溶解し、その後重炭酸イオン及び／又は炭酸イオンへ変換されるので、基質（空気）と捕捉流体の間で交換される。接触ステップはこのように、捕捉流体がこの場合ＣＯ２である任意の捕捉された標的ガスを含み得る交換流体になる結果をもたらす。
【００９１】
捕捉流体を交換器へ輸送するために、第一の区画は捕捉流体出口１１６を有し、交換器１２０は出口１１６に流体接続される捕捉流体入口１２１を有する。
【００９２】
捕捉流体入口１２１は、典型的には、捕捉流体が入口１２１から出口１２２へ交換器１２０に送り込まれ得るように、交換流体出口１２２と流体接続される。
【００９３】
この実施例において、交換器１２０は、交換器に基質を導入するための基質入口１２３をさらに有する。この場合、基質入口はガス流１２５を交換器に送るためのガス入口であるが、一般に基質入口のタイプは交換器に入る基質の性質に依存する。基質入口１２３はこの実施例において、交換器内の捕捉流体と接触しながら基質が交換器１２０へ送り込まれ得るように、交換器の基質出口１２４と流体接続される。代替案として、交換器に追加出口１２４はなく、基質は交換流体出口１２２を通じて捕捉流体とともに交換器から離れる。基質の除去は装置の他の場所で実行され得る。
【００９４】
図１の実施例において、交換器に入った基質の残りはガス流１２５'として追加出口１２４を通じて交換器から離れ、これは標的ガスに関して少なくとも部分的に精製され得る。この場合基質はそのＣＯ２含有量に関して精製される。
【００９５】
交換器１２０内で、捕捉流体と基質間の接触は任意の適切な方法で確立され得る。この場合、基質ガスは捕捉流体へ送り込まれる、例えばバブリングされる。しかしながら他の方法を利用できる。これらは捕捉流体と基質間の接触を増強するために適切なかき混ぜ器を用いるかき混ぜなどの形で撹拌を利用し得る。代替的に、交換器１２０は、ビーズなどといった小粒子の形の一つ以上の材料（例えばガラス若しくは他の材料のビーズ）、多孔質材、布などといった、比較的高い表面積を持つ部材を有してもよく、捕捉流体は当該部材へ送り込まれ、ガスが当該部材と接触させられる。
【００９６】
交換効率増大のために逆流リアクタを実現するように、捕捉流体入口１２１は交換器１２０の第一の端部において配置され得るが、基質入口１２３は交換器１２０の第二の、例えば反対側の端部において配置され得る。
【００９７】
さらに別の代替案において、捕捉流体とガスとの間の接触表面積を増すために、捕捉流体は、例えば交換器１２０の中へそれを吹き付けることによって、交換器１２０において噴霧され得る。
【００９８】
交換器１２０内で捕捉流体と基質間の良好な接触を実現するための他の適切なソリューションが、当業者に明らかであろう。
【００９９】
捕捉流体は、設計、例えば重力及び／又は空気圧によって、基質入口及び出口を通じて漏れることを防止され得るが、追加の防止手段が使用されてもよい。
【０１００】
図示されないが、代替実施例において交換器１２０は、捕捉流体が入口１２３と出口１２４の一方を通じて交換器１２０から漏れることを回避するためにガス透過性膜によって分離される二つのサブ区画へ分割され得る。代替的に、入口１２３と出口１２４はこの目的でガス透過性膜若しくは疎水性膜を取り付けられ得る。かかるガス透過性膜は精製されたガス流１２５'の湿度が制御され得るという追加の利点を持ち得る。かかる膜の存在は噴霧された若しくは蒸発した流体が装置を通るガス流とともに交換器１２０から漏れることを防止する。また例えばかかる膜による二つの流れの分離は、基質流が捕捉流体と混ざることを防止される液体流となり得ることを可能にするが、基質中の実際の標的ガスの交換は可能にする。これは、例えば水以外の溶媒など、捕捉流体と混ざってはならない材料を基質流が含む場合、或いは捕捉流体が水若しくは他の成分を失うことを妨げられなければならない場合に、有利であり得る。
【０１０１】
捕捉流体が入口１２３及び出口１２４の一方を通じて交換器１２０から漏れることを防止するための他の手段が、当業者に明らかであろう。
【０１０２】
交換器１２０において確立されるガス‐捕捉流体界面はさらに、ろ過材として、捕捉流体（図１の場合これは水であり得る）を用いてガス流１２５から粒子若しくは他の汚染物質を捕捉することによって浄化フィルタとして機能し得る。代替的に、水ベースのろ過機能が交換器１２０の前に組み込まれてもよく、消費者にろ過のために使用される水の容易な交換を可能にする。
【０１０３】
図１の実施例において、交換流体出口１２２は、標的ガスを捕捉した可能性がある交換流体を再生器１３０が受け取ることができるように、再生器１３０の交換流体入口１３１へ流体接続される。このように、気体基質がＣＯ２を含む実施例において、受け取られた捕捉流体は例えば溶解ＣＯ２、重炭酸イオン及び炭酸イオンを含み得る。再生器１３０は、第二の区画１１２から、この場合酸性である、すなわちｐＨ＜７を持つ再結合流体を受け取るために、機器１１０の第二の区画１１２の再結合流体出口１１７へ流体接続される再結合流体入口１３２をさらに有する。
【０１０４】
再生器１３０は交換器１２０から受け取られる交換流体を第二の区画１１２から受け取られる再結合流体と接触させるように構成される。これは以下のうち一つ以上を引き起こし、可能にするためである：交換流体の重炭酸イオン及び／又は炭酸イオンとヒドロニウムイオン若しくは再結合流体との反応を通じて交換流体によって捕捉されるＣＯ２の少なくとも一部の放出；捕捉流体の水酸化物イオンと再結合流体のヒドロニウムイオンとの再結合による電解水の一部の再生、並びに交換流体のカチオンと再生流体のアニオンとの再結合によって電解質へ追加される塩の再生。
【０１０５】
再生器における接触は交換流体と再結合流体との混合を可能にする構成によって促進され得る。機器１３０はこの実施例において能動的混合、かき混ぜ若しくは振とうのための撹拌構成を有する。代替的に若しくはこれと組み合わせて、接触は例えば再生器１３０の両端において交換流体と再結合流体のための入口を伴う交換器について記載した逆流構成でもなされ得る。交換器について記載した接触を増強するためのビーズなどの受動的要素を持つものを含む、任意の適切な混合構成が使用され得る。
【０１０６】
放出された標的ガス、この実施例ではＣＯ２は、装置若しくは再生器１３０から排出若しくは収集され得る。これは標的ガス出口１３３を通じてなされることができ、放出されたガスは以下でより詳細に説明される通り例えばさらなる活用のために収集され得る。
【０１０７】
図１の実施例において、組み合わせられた交換流体と再結合流体の一部若しくは全部は新たな使用のために生成器へ、特に電解器１１０へフィードバックされる。これは任意の適切な方法でなされ得る。図１において、このフィードバックは再生器１３０の再生流体出口１３４を電解器１１０の再生流体入口と流体接続することを通じて可能になる。この実施例において電解器は分離された区画を持つため、再生流体は第一の区画１１１の入口１１８と第二の区画１１２の追加入口１１９へ分割される。かかる分割は電解器を定義する代替的方法として上記した通り第一及び第二の区画が互いに流体接触する場合は必要ないかもしれない。
【０１０８】
上記構成により、図１の装置は閉ループフロー動作原理を利用する。原理は各々が機器１１０から生じて機器１１０で終了する二つの部分ループを含む。第一の部分ループは第一の区画１１１から交換器１２０及び再生器を通って機器１１０に再度到達する。これは標的ガス（例えばＣＯ２）を捕捉するための捕捉流体と交換流体のフローを有するループである。第二の部分ループは第二の区画１１２から再生器１３０を通って再度機器１１０で終わる。このループは捕捉された標的ガスの放出と電解質成分の再生を引き起こすために再生器へ再結合流体を供給するためのものである。従って、図１の機器は添加塩などの電解質成分を補充する必要なしにスタンドアロンの段階的若しくは連続モードで作動され得る。図１の機器では、例えば再生器１３０の出口１３３を通る水の蒸発のため、又はクローズドシステムからの水損失の任意の他の既知の方法を通じて、一部の水が失われ得る。この水は取水口を用いて周期的若しくは連続補充によって補充され得る。具体的に示されないが、かかる取水口は好適には再生器と機器１００の出口の間に存在する。
【０１０９】
非スタンドアロンの段階的若しくは連続モードで動作し得る代替的実施例において、装置は例えば給排水システムなどの外部電解質／水消費／補充ループの一部であり得る。その場合入口１１８の一つ以上が出口１３４には接続されず、水源若しくは水を有する液体電解質源へ接続される。そして出口１３４は液体電解質の排出路若しくは排水溝へも接続される。かかる接続は水を補充する機会を与える図１に描かれた接続に追加することもできる。
【０１１０】
例えば図１の態様など、本発明にかかる機器と方法の動作の重要な態様及び能力を例示するため、ＣＯ２捕捉の事例がさらに詳述される。理論に制約されるつもりはないが、動作条件は以下の考察を用いて推定され得る。
【０１１１】
従って、空気などの気相基質から、ＣＯ２ガスが式３（上記参照）の反応に従って、塩の水溶液である捕捉流体に溶解する。流体（主に水）中のＣＯ２濃度はヘンリーの法則によって決定される；ｐ（ＣＯ２）＝ｋＨ［ＣＯ２（ａｑ）］、ｐ（ＣＯ２）はＣＯ２分圧、ｋＨ（ＣＯ２）＝２９．４１Ｌ＊ａｔｍ／ｍｏｌ（＠Ｔ＝２９８Ｋ）及び［ＣＯ２（ａｑ）］は水中濃度である。従って、ｐ（ＣＯ２）〜１０００ｐｐｍ＠１ｂａｒの場合これは［ＣＯ２（ａｑ）］＝３．４  １０−０．５ｍｏｌ／Ｌとなる。
【０１１２】
溶解ＣＯ２は水と反応して炭酸を形成し、これは次式の平衡及びそれぞれの関連する平衡定数Ｋｈ、Ｋａ１及びＫａ２に従って部分的に解離する：
0006678663.tif 000005
【０１１３】
［ＣＯ２（ａｑ）］＝３．４  １０−０．５ｍｏｌ／Ｌ（上記参照）である溶解ＣＯ２から続けて、ＣＯ３２−及びＨ３Ｏ＋（Ｋａ２）へのＨＣＯ３−の第二の解離について上記考察を用いて、（半）純水（ｐＨ＝６）中に存在するＨＣＯ３−の最小濃度は無視され、動作中であるときに装置のフルサイクルにおいて全ＣＯ２が（再生器によって）自ら除去されると仮定され、捕捉流体の所要フローに対する下記表における推定が、捕捉流体の連続フローを供給する機器について導出され得る：
【表１】
0006678663.tif 000006
【０１１４】
標的ガスを捕捉する能力はこのようにｐＨとほぼ線形であるが、上記全仮定なしではこれは必ずしも当てはまるとは限らない。それでもなお、上記によれば一人によって生成される全ＣＯ２を吸収するためにｐＨ＝１１で０．０１５Ｌ／分（０．８５Ｌ／時）の連続水流（及び従って捕捉流体フロー）が要求され得る。
【０１１５】
一実施形態において、装置は第一の電極１１３と第二の電極１１４へ電気的に結合されるコントローラ１４０を持ち、コントローラ１４０は第一の電極１１３と第二の電極１１４それぞれにおいて水電解半反応を生成するために十分な最小値を持つ制御信号を生成するように構成される。コントローラ１４０はさらに第一の電極１１３と第二の電極１１４それぞれにおいて水電解の速度を制御するために制御信号の値を変えるように構成される。このように、特定の実施形態において装置は１時間あたり１リットルから１０，０００リットル、好適には１時間あたり１０リットルから１，０００リットルの捕捉流体及び／又は再生流体のフローを生成するように構成され得る。コントローラ１４０は捕捉流体と再生流体のｐＨだけでなく装置を通る流体流速も制御するように適応され得る。コントローラ１４０は、例えば約２〜２０，０００ｍ３の範囲の体積を持つ（より小さい若しくは大きい体積も実現可能である）密閉空間、すなわち部屋、オフィス、カンファレンスエリア、温室若しくは他の植物育成設備、車両などといった標的密閉空間から、ＣＯ２などの標的ガスを効果的に捕捉するためにｐＨと流体流速を独立して若しくは依存的に制御し得る。
【０１１６】
当業者は、上記使用パラメータ（例えばかかるガスの関連溶解特性及び平衡定数）の関連値を用いてＳＯｘ及びＮＯｘ若しくは例えばＮＨ３などの他の標的ガスについて同様の推定をし、従ってこれら他の標的ガスに対して本発明を実践することができるだろう。
【０１１７】
図１の装置のような本発明の装置は、好適には捕捉流体のｐＨがｐＨ＝３とｐＨ＝１１の間であるように、極端な場合はｐＨ＝０と１４の間であるように作動される。あまり厳しくないｐＨ条件内での機器の動作は、機器の設計を容易にし、良好な標的ガス性能とｐＨを通じたその制御を提供しながら、以下でさらに説明される通りあまり厳しくないパラメータが使用中に使用されることを可能にする。標的ガスの重要なグループが上記ＣＯ２若しくはＳＯｘ及びＮＯｘについて解明された基本条件において溶解することができるので、好適には機器は捕捉流体のｐＨが７と１４の間になるように作動される。
【０１１８】
さらに機器の絶対スケール（固定体積など）から、本発明の方法と機器は、これが上記解明されたガス捕捉の化学的及び物理的モデルの使用を可能にするので、その標的ガス捕捉能（及び放出能）の有利な制御を提供する。このように、かかる能力はとりわけ捕捉流体のｐＨと流速に依存する。かかる制御は、標的ガス捕捉装置の形及び／又は標的ガス供給装置の形を問わず、気候制御装置としての装置の想定される応用を考慮すると有利である。
【０１１９】
このようにｐＨ値がより極端になるほど、同じ量／濃度の標的ガスを捕捉するために捕捉流体のフローは低くなり得ることが観察される。そして捕捉流体におけるｐＨの制御は機器及び／又は方法パラメータの数に依存する。これらは例えば電解速度、すなわち塩基若しくは酸の生成速度、及び捕捉流体及び／又は再結合流体の流速を含む。これらの各々は制御目的で単独で若しくは組み合わせて最適化若しくは調節され得る。
【０１２０】
このように図１の機器のコントローラ１４０は捕捉流体の電解速度及び／又は流速を制御することが可能であり得る。
【０１２１】
電力供給のために装置はバッテリなどの外部電源へ、又は送電網の形の外部標準電気供給ネットワークへ接続され得るが、コントローラ１４０はさらに、電気分解のために使用される第一及び第二の電極のいずれか一方へ可変ＤＣ電圧及び／又は可変ＤＣ電流を供給するように（両方が効果的に制御される場合電極への電力は可変的に制御される）外部電力を変換及び制御するように構成される。この場合一つの閉電気ループの電極で電気分解が実行されるので、コントローラはこのループを通る可変電圧差及び／又は電流を供給することができる。電流は例えば電極にかかるＤＣ電圧を設定及び／又は調節することによって制御され得る。電流の制御は各電極において起こる酸化還元半反応を通じて電解速度に直接関連する。
【０１２２】
電流の制御は電極にわたって印加される電圧の関数として電極の一方若しくは両方を通る電流を測定することによってなされ得る。当業者は、電流及び／又は電圧制御など、フィードバックループなどを伴う電気制御が可能なコントローラを提供する方法がわかるだろう。
【０１２３】
上記の通り、適切な電力供給は機器若しくはコントローラの一部であり得るが、機器の使用の場所で周辺に存在することもできる。機器は例えば、電力供給が電気分解のためにＤＣ電流制御を提供することが可能でありながら、任意の一つの特定の場所において利用可能な送電網へ直接接続され得る電力供給を持つことができる。
【０１２４】
図１の機器において電極は一つの同じ電気ループの一部である。しかしながら、代替的な実施形態では、電解半反応が分離された方法で起こるように、追加電極が存在し電気的に接続され得る。これは電解器が実際には、一つは酸化用で一つは還元用の、互いに独立して動作し得る二つの電解槽を持つことを要し得る。基準に対する絶対電位を定義するために任意のタイプの基準電極が任意の設定で使用され得る。かかる全設定は電解速度に関して上記した通り制御され得る。
【０１２５】
制御信号、例えば機器を作動させるために印加される電圧は、水電解を開始するために十分であるべきであり、その上電気抵抗に対する特定選択電流に達する手段に過ぎない。実際には、これは印加電圧が電極表面材料の電気化学特性によって作られる任意の過剰電位を加えて１．２３Ｖを超えるべきであることを意味する。好適には電極にかかる電圧は＞１．５Ｖ、＞２Ｖ、＞３Ｖ、＞４Ｖ、＞５Ｖ、＞７．５Ｖ、若しくは＞１０Ｖでさえある。
【０１２６】
電気分解のために十分な電流は、これが捕捉液体において達するｐＨを通じてガス捕捉パワーを決定するパラメータの一つであるため（ＣＯ２に対する上記実施例参照）、機器の動作にとって重要である。状況で必要な電解電流はときに５０Ａの高さにまで達し得る。このように、より性能の大きい機器では高電流電力供給が好適である。例えばＣＯ２ガス捕捉装置に関して、一人のＣＯ２の除去（１日あたり１．３ｋｇのＣＯ２）には空気から１時間あたり５５ｇのＣＯ２の最低限の一定除去が必要である。全電子がＣＯ２分子に結合するＯＨ‐分子を作ると仮定して、計算される必要電力は一人あたり〜４０Ｗであり、これは１．２５Ｖの電解電位差において〜３３Ａの電解電流になる。
【０１２７】
本発明にかかる機器において電極にかかる所定電圧において電気分解のために達成可能な電流は、例えば電極、機器１１０及び電解質の伝導度の設計など、セルの内部抵抗に関する複数のパラメータを通じて調節若しくは設定され得る。
【０１２８】
電極の設計について、表面積の増加はセルの内部抵抗の低下と電流の増加をもたらす。さらに、第一及び第二の電極間の距離の削減につながるセル設計は内部抵抗の減少と電流の増加につながる。電極はセル内で固定設計と取り付け台を持ち得る。代替的に、これらの一つ以上は可変形式で設けられ得る。例えば電極間の距離が変更可能であるか、又は電解質に接触する電極の領域が（電解質からの除去若しくは挿入を通じて）変更可能である。これらのパラメータは電解速度を調節するためにコントローラによって個々に及び一緒に制御され得る。
【０１２９】
電解質の電気伝導度は電解質のイオン濃度及び／又は粘性を通じて影響され得る。流体／液体の水性電解質における塩濃度の増加はその伝導度を増加する。かかる塩は典型的には前に説明した通り電解不活性である。本発明のための塩濃度は１ｍＭから１５Ｍであり得る。好適には濃度は＞５ｍＭ、＞１０ｍＭ、＞１００ｍＭ、＞０．５Ｍ、＞１Ｍ、＞１Ｍ、＞２、＞３Ｍ、＞５Ｍ、＞７Ｍ、＞１０Ｍである。電解質の溶媒中の塩の飽和濃度が使用され得る。電解質が主に水である場合、一部の塩のかかる最大溶解度は：ＮａＮＯ３〜９００ｇ／ｌ（〜１０．７Ｍ）、Ｎａ２ＳＯ４〜２００ｇ／ｌ（〜１Ｍ）、ＫＮＯ３〜３２０ｇ／ｌ（３．１Ｍ）、Ｋ２ＳＯ４〜１２０ｇ／ｌ（０．８Ｍ）、ＺｎＳＯ４〜５５０ｇ／ｌ（〜３．４Ｍ）、ＡｇＮＯ３〜２５６０ｇ／ｌ（〜１５Ｍ）になる。当業者は、物理及び化学定数ハンドブック、若しくはＣｈｅｍｉｃａｌ  Ａｂｓｔｒａｃｔｓ若しくはインターネット：http://en.wikipedia.org/wiki/Solubility_table.などの文献参考データからその溶解度若しくは溶解度積に基づいて塩を選択する方法がわかるだろう。
【０１３０】
電解質溶媒中の一つ以上の塩の比較的高い（総）濃度が好ましい。これは電解質中のイオン電流伝導能の増加により促進された電気分解を与える。さらに、これは電解質中の対イオンの量を、それとともに捕捉流体及び／又は再結合流体に対して達する最大ｐＨを増加させる。
【０１３１】
高捕捉パワーに達するために、例えば１０Ｖよりも低い電圧において、セル電解質中の高塩濃度と組み合わせたセルの最適化が、上記方法に従って必要になり得る。
【０１３２】
本発明のための液体電解質組成に関して、電流伝導を補助するために一つ以上の塩が電解質に追加され得る。使用されるかかる塩は電解器の電極へ印加される電位下で安定である。塩は電解質溶媒中でいくらかの溶解度を持たなければならない。
【０１３３】
一般にハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物及びヨウ化物）、硝酸塩及び硫酸塩が、多くのリチウム、ナトリウム及びカリウム塩と同様にこの要件を満たす。かかる塩は例えばＬｉＮＯ３、Ｌｉ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４などである。Ｚｎ及びＡｇ塩（例えばＺｎＳＯ４、ＡｇＮＯ３）も有効であるが、銀塩は他のものよりもかなり高価になる。リチウム塩は主溶媒として水を持たない電解質にも可溶性であり得る。水に加えて使用され得る溶媒は例えばアルコール（メタノール若しくはエタノール）又はジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドアセトニトリルなどの極性溶媒であり得る。
【０１３４】
Ｆ、Ｃｌ及びＢｒ（及び場合によりＩ）含有電解質添加剤、例えばこれらのナトリウム及びカリウム塩を含むハロゲン化物塩は、装置での使用時にＣｌ２などの毒性ガスを形成し得るので、使用されるべきではない。しかしながらヨウ素は毒性が低く気体ではないため塩素よりも問題にならない。これは浄化空気を介して装置へ入る任意の汚染物質からシステムを殺菌することにさえなり得る。他の電解質添加物質は例えばメタノール、エタノール、ｎ‐若しくはイソ‐プロパノール、ｎ‐若しくはイソ‐ブタノール、シクロヘキサノールから成る群から選ばれるものなど、エチレングリコール若しくは他のアルコールといった不凍剤であり得る。
【０１３５】
機器のガス捕捉パワーは、これが新たな捕捉のための回復速度を決定するので、捕捉ガスが再生器においてシステムから除去される速度にも一部依存する。かかる溶液での捕捉後の塩基性若しくは酸性溶液からのガスの回復は一般に比較的遅い。例えば上記逆反応に従ったＣＯ２ガスの再生は〜０．０３９秒−１の速度定数を持つ捕捉と比較してたった〜０．２３秒−１の速度定数を持つ。本発明は、交換流体を含むガスとともに捕捉流体が生成された電極のものとして、他方の電極において生成される再結合流体ストリームを再結合する（加える）ことによる再生を有利に利用する。ＣＯ２の場合これは酸性液体がガス含有塩基性ストリームへ追加されることを意味する。これは少なくとも部分的にガス（例えば炭酸）を追い出し、ガスの回復の速度を増大する。
【０１３６】
一実施形態において、図１のガス精製システム１００はシステムを通じて捕捉流体と再結合流体をポンピングするための一つ以上のポンプをさらに有する。限定されない実施例として、コントローラ１４０の制御下の第一のポンプ１０２と第二のポンプ１０４が図示される。ガス精製システム１００のいかなる適切な場所においていかなる適切な数のポンプが適用されてもよく、これらのポンプは例えばガス精製システム１００のコントローラ１４０若しくは別のコントローラ（不図示）といった一つ以上のコントローラによっていかなる適切な方法で制御されてもよいことが理解されるべきである。例えば、ガス精製システム１００はガス流１２５を交換器１３０へ押し込むためのポンプ（不図示）をさらに有し得る。代替的に、この目的で外部ポンプなどが使用され得る。ポンプのための好適な場所は、そこで流体ストリームがほぼ中性であるか又は少なくともポンプ１０２と１０４の場所よりも酸性度若しくは塩基性度が低いので、出口１３４と入口１１８若しくは１１９（不図示）の間であり得る。これはかかる条件のためにポンプの磨耗を減らし得るか、又は利用可能なより安価なポンプを利用し得る。ポンプが入口１１９及び１１８の前の個別の流体接続において、並びに出口１３４から数えてかかる流体接続を二方向に分割した後に位置する場合、そして第一及び第二の区画１１１及び１１２が部分的に若しくは好適には例えば膜１１５によって互いに分離される場合、これはポンプの個別制御を通じて第一及び再結合流体のフローの個別制御を提供し得る。
【０１３７】
弁とポンプの組み合わせも上記実施形態で使用され得る。
【０１３８】
一実施形態において、ガス精製システム１００を通る捕捉流体と再結合流体の流速はガス流１２５と捕捉流体における標的ガスの交換速度を調整するように調整され得る。再結合器１３０における再結合反応の効率を保証するために再結合流体の流速は捕捉流体の流速にマッチされ得る。従って、再生流体はｐＨ中性になるように調整され得る。ただし他のｐＨ値が設定されることができる。これは再生器において達成されるべき標的ガス放出速度に依存し得る。例えば、捕捉流体フローとガス流１２５のフローは基質（ガス流１２５）から捕捉流体への標的ガスの交換速度を制御するように調整され得る。かかる流速は任意の適切な方法で、例えば一つ以上のコントローラ、例えばコントローラ１４０の制御下でポンプ及び／又は調節可能な弁を用いて、制御され得る。
【０１３９】
機器の捕捉能を制御及び調節する他のポイントは、例えば制御された撹拌（ガスのかき混ぜ、噴霧若しくはバブリングなど）によって交換器内での接触中に撹拌を増強若しくは低減することによる標的ガス交換の程度である。同様の制御は再生器においても利用可能である。かかる制御は、本発明の機器がこれらの接触効率によって限定されない動作モードである場合、オフに若しくは最低レベルにスイッチされ得る。より高い捕捉モードにおいてそれらはオンにスイッチされ得る。
【０１４０】
コントローラ１４０は上記で説明したパラメータのいずれか一つを制御するように構成される一つのコントローラ若しくは複数のコントローラであり得る。好適にはコントローラは少なくとも電解速度と捕捉流体の流速を制御する。好適には再結合流体の流速も制御される。これは上記で説明したポンプの一つ以上を意味する。
【０１４１】
一実施形態において、図１の装置は限定空間若しくは基質の入口などにおける標的ガス量若しくは濃度を検出するためのガスセンサ１５０を持つ。従って図１において１５０はＣＯ２センサであり、コントローラ１４０はガスセンサ１５０の信号に応答する。ガスセンサ１５０は典型的にはガス流１２５と流体接触し、例えばガスセンサはガス流１２５の中に若しくは代替的に精製されたガス流１２５'の中に置かれ得る。一実施形態において、ガス流１２５は別個の導管若しくはチャンバ（不図示）を用いて交換器１２０の中へ供給されるように配置され、ガスセンサ１５０はこの導管若しくはチャンバの中に配置される。
【０１４２】
差分ガス濃度を定義し、コントローラへフィードバックを与えて装置調節の基礎とするために、複数の標的ガスセンサが使用され得る。
【０１４３】
装置は少なくとも捕捉流体において、ただし好適には再結合流体においても、又は再生流体においてｐＨを測定するための一つ以上のｐＨセンサを有し得る。捕捉流体のｐＨは交換器内の標的ガス捕捉速度に直接関連するので、その捕捉流体のｐＨを検出することは装置の標的ガス捕捉の制御のために良好なフィードバックを与え得る。これは電解速度と機器１１０からの捕捉流体の抽出速度の組み合わせに対する尺度を与える。
【０１４４】
交換流体中の追加センサは捕捉された標的ガスの実際の量についての指標を与え得る。
【０１４５】
装置は好適には少なくとも捕捉流体流速を測定するための、ただし好適には再結合流体流速及び／又は再生流体流速も測定するための、一つ以上の流速センサも持つ。
【０１４６】
流速、電解速度、交換速度若しくは再生速度といった上記全パラメータの制御は手動であり得るが、好適にはこれは上記一つ以上のセンサからのフィードバックに基づいて自動的である。自動化はコントローラ内のマイクロプロセッサによって、又は標準無線若しくは有線接続（ｗｉｆｉ（登録商標）、ＬＡＮなど）を通じてコントローラと通信する遠隔デバイス上で実行するソフトウェアによってアクセス可能なメモリ上に存在するソフトウェアを用いて実現され得る。
【０１４７】
図１において、システム１００の捕捉流体によって捕捉される気体汚染物質、例えばＣＯ２は例えばガス出口１３３を通じて再生器１３０から排出され得る。一部の実施形態において、気体汚染物質は例えばシステム１００が限定空間からＣＯ２を除去するための空気浄化ユニットとして使用されるときはガス精製システム１００から単純に排出され得、この場合ＣＯ２は単に別の空間へ、例えば屋外空間などのオープンスペース、すなわち地球の大気へ排出され得る。かかる使用の実施例が以下でより詳細に与えられる。
【０１４８】
しかしながら、一部の他の実施形態において、排出された気体汚染物質、例えばＣＯ２はさらなる活用のためにガス出口１３３において採取され、例えば濃縮され得る。一実施形態例が図２に図示され、ここでシステム１００はガス出口１３３と流体接続する入口１６１と、放出弁１６３に結合される出口１６２を持つ貯蔵タンク１６０をさらに有する。従って、排出された気体汚染物質、例えばＣＯ２は、例えば気体汚染物質がそのための出発物質であるメタノールなどの燃料といった付加価値生成物の合成における、又はボトル入りＣＯ２の生産における、要求に応じたさらなる活用のために貯蔵タンク１６０において貯蔵され、例えば濃縮され得る。かかる実施形態において、ガス精製システム１００はＣＯ２生成システムを形成するように貯蔵タンク１６０で拡張される。
【０１４９】
一実施形態において、ＣＯ２センサ１５０は貯蔵タンク１６０若しくはその出口１６２の内部の気体媒質中のＣＯ２レベルを決定するために貯蔵タンク１６０若しくはその出口１６２の中に位置し得る。これは例えば、以下でより詳細に説明される通り、植物若しくは他のＣＯ２消費生物が育成される場所などの遠隔地へ、制御された量のＣＯ２が供給されるべき場合に有利である。
【０１５０】
再生器１３０においてガス精製システム１００によって放出される標的ガス（例えば及び特にＣＯ２）が再利用され得る別の潜在的な応用領域は、都市農業若しくは園芸応用のために標的ガスを提供することである。例えばＣＯ２は光合成プロセスにおける消費のために提供され得、この場合ＣＯ２は、例えば植物若しくは他のＣＯ２消費生物が育成される、光合成プロセスが起こる限定空間へ、光合成プロセスを加速させるために放出され得る。一部の実施形態において、ガス精製システム１００は、追加ガスフローが再生器１３０から放出される標的ガスで濃縮されるガス濃縮システムとして構成され得る。
【０１５１】
この目的で、ガス出口１３３は限定空間に位置するか若しくは限定空間と流体接続し得る。ＣＯ２はガス出口１３３から限定空間へ直接放出され得るか、又は貯蔵タンク１６０から放出され得、これは限定空間へのＣＯ２の放出速度及び／又は放出頻度に対する特に良好な制御を与える。ＣＯ２センサ１５０は前に説明した通り貯蔵タンク１６０に置かれ得る。
【０１５２】
図３に図示の実施形態において、ガス精製システム１００は再生器２３０を有し、その中で追加ガスフロー２２５、例えば限定空間からの気流が捕捉流体と再結合流体の混合物と接触させられるので、この混合物から放出されるＣＯ２が追加ガスフローへ直接移され、限定空間へ放出するためのＣＯ２濃縮ガスフロー２２５'を生成することができる。例えば、追加ガスフロー２２５はガス入口２３４を介して再生器２３０へ供給され得、ＣＯ２濃縮ガスフロー２２５'はガス出口２３５を介して再生器２３０から放出され得る。
【０１５３】
この実施形態において、再生器２３０は一方で捕捉流体と再結合流体の混合物と、他方で追加ガス流２２５との間の追加交換器としてはたらき、交換器１２０と同様の方法で配置され得る。例えば、ガス入口２３４とガス出口２３５は、例えば前に説明した通りガス入口２３４とガス出口２３５を覆ってガス透過性若しくは疎水性膜を設けることによって、捕捉流体と再結合流体の混合物がこの入口と出口を通って再生器２３０から漏れることができないように配置され得る。
【０１５４】
代替的に、再生器２３０はその中で上述の水の再生とＣＯ２の放出が起こる第一のサブ区画２３１と、追加ガスフロー２２５を受けるための第二のサブ区画２３２を有し、第一のサブ区画２３１と第二のサブ区画２３２は第一のサブ区画２３１内で捕捉流体と再結合流体の液体分率を保つためにガス透過性若しくは疎水性膜２３３によって分離される。
【０１５５】
ガス精製システム１００の複数の有用な実施例がさらに詳細に論じられる。これらは例示的な実施例に過ぎず他の実施例が当業者に直ちに明らかになることが理解されるべきである。
【０１５６】
第一の実施例において、ガス精製システム１００は、ＣＯ２レベルを所望範囲内、例えば１，０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、若しくはそれ未満の設定閾値未満に維持する目的で、人によって占められる限定空間内のＣＯ２レベルを調整する空気浄化システムとして使用され得る。他の適切な範囲も考慮され得る。これは限定空間の占有者が潜在的に有害な高レベルのＣＯ２に曝されないことを保証する。限定空間は、一人以上の人によって占められる任意の空間、例えば家（の一つ以上の部屋）などの住居住宅、オフィスビル若しくはその一部などの職場、ショッピングモール、映画館、劇場などといった公共の建物など（の一部）であり得る。
【０１５７】
かかる限定空間では、限定空間が一人以上の人によって占められる場合、例えば呼吸を通じてＣＯ２レベルの急速な蓄積が経験され得る。これは約５，０００ｍ３の体積を持つ会議室で観察されたＣＯ２レベルを経時的に描く図４のグラフによって示される。点２１（１０：２９）において、３６人を含む会議が始まり、破線１０で示される周辺大気レベル（〜５００ｐｐｍ）から破線２０で示されるＡＳＨＲＡＥ及びＯＳＨＡ規格による健康なＣＯ２レベルの上限（１，０００ｐｐｍ）を超えるまでＣＯ２レベルの急上昇を引き起こす。たった約１５分程度のわずかな時間で、ＣＯ２レベルは上限２０を優に上回る点２２で示される約１，２０００ｐｐｍまで増加した。
【０１５８】
かかる高ＣＯ２レベルを回避するために、交換器１２０が追加入口１２３を通じて限定空間から空気を吸い込み、そこからＣＯ２が除去される浄化空気を限定空間へ戻し、それによって限定空間内のＣＯ２レベルを調整するよう、ガス精製システム１００（すなわちこの場合空気浄化システム）が配置され得る。捕捉されるＣＯ２は前に説明した通り処理され得る。ＣＯ２がガス出口１３３を通じてガス精製システム１００から単に排出される場合、これは好適には野外などの非限定空間へなされる。
【０１５９】
一部の実施形態において、ガス精製システム１００（すなわちこの場合空気浄化システム）は暖房システム若しくは空調システムなどの気候制御システムと組み合わされ得、この場合ガス精製システム１００は気候制御システムに組み込まれ得るか、又は気候制御システムとは別の個別システムとして提供され得る。
【０１６０】
一実施形態において、気候制御システム３１０は空気入口３１２を介して建物３００へ挿入される気流の温度を上昇させるための熱交換ユニットを含み得る；すなわちＴ１＜Ｔ２。かかる気候制御システム３１０は例えば気候制御システム３１０が建物３００を暖めるために使用される寒い気候で適用され得る。代替的な実施形態において、気候制御システム３１０は空気入口３１２を介して建物３００へ挿入される気流の温度を減少させるための空調ユニットを含み得る；すなわちＴ１＞Ｔ２。かかる気候制御システム３１０は例えば気候制御システム３１０が建物３００を冷やすために使用される暑い気候で適用され得る。
【０１６１】
ガス精製システム１００がなければ、平均サイズの家（約１４０ｍ２の床面積と約５００ｍ３の密閉体積）は健康なＣＯ２レベルを維持するために新鮮な空気を十分に供給される必要がある。新鮮な空気の所要量は、例えば家の中でのＣＯ２生成速度、新鮮な空気中のＣＯ２レベルなど、複数の要因によって決まる。例えば、家に居住する一人の人が１，０００ｐｐｍ及びそれ以上のＣＯ２レベルに曝されないことを保証するために、４００ｐｐｍのＣＯ２を有する少なくとも１，８００ｍ３の新鮮な空気が、例えば自然換気と強制換気の併用を通じて、日々供給されなければならない。
【０１６２】
理解される通り、取り込まれた新鮮な空気が所望の温度Ｔ２になることを保証するために大量のエネルギーを費やす必要がある。例えば、取り込まれた新鮮な空気を−２０℃から＋２０℃まで温めるには、１．２‐１．３ｋｇ／ｍ３の密度Ｄの空気の１．２５ｋＪ／ｍ３Ｋの加熱／冷却のための電力Ｐ及び１ｋＪ／ｋｇＫの熱容量Ｃｐ（Ｐ＝Ｄ＊Ｃｐ）に基づき、電気ヒータがこの目的で使用される場合は少なくとも３ｋＷｈの電気を、或いは約３の性能係数を持つヒートポンプがこの目的で使用される場合は少なくとも１ｋＷｈの電気を通常要する。取り込まれた新鮮な空気を＋３５℃から＋２０℃まで冷却するには、ヒートポンプがこの目的で使用される場合は少なくとも１ｋＷｈの電気を通常要する。これらの計算では６００ｍ３の空気が強制換気によってリフレッシュされ、家が１時間あたり０．１のＡＣＨ（毎時空気循環）を持つことが仮定されており、これは典型的な家で１２００ｍ３／日に相当する。上記推定は強制換気のみに関し、自然換気を通じて家に入る空気を加熱若しくは冷却するために必要なエネルギーを含まない。自然換気の気候制御はさらに１６ｋＷｈ／日（若しくはヒートポンプで実現される場合５．３ｋＷｈ／日）を要する。
【０１６３】
ガス精製システム１００が設定に含まれる場合、少なくとも２０％の省エネルギーが期待され得ることが推定されている。これは、その中で健康なＣＯ２レベルを維持するために建物３００から空気が排出される必要がないという事実により気候制御システム３１０によって引き込まれる空気の体積が著しく削減され得るためである。代わりに、ＣＯ２レベルは前に説明した通りガス精製システム１００によって維持される。結果として、建物３００内部の空気が気候制御システム３１０を通じて再循環され得、この再循環された空気は典型的に外気よりも標的温度Ｔ２により近い温度を持つという事実のために、気候制御システム３１０の作業負荷が著しく削減され得る。一部の実施形態において、これは気候制御システム３１０の容量とサイズの縮小を、それによって設置費の削減をさらに促進する。
【０１６４】
図６は、例えば大都市などの人口密集地域にある建物３００について、汚染された外気から粉塵やすす粒子などの汚染物質をフィルタリングするためのフィルタユニット３３０をさらに有する、建物３００でのガス（空気）精製システム１００の別の使用例を概略的に描く。かかるフィルタは気候制御システム３１０の中に存在してもよいが、かかる組込フィルタの効率は典型的に所望レベルのフィルタリングを実現するためには不十分である。かかるフィルタユニット３３０は前に説明した通り建物３００内で健康なＣＯ２レベルを維持するために毎日例えば２，０００ｍ３若しくはそれ以上の大量の外気をフィルタリングすることを要求され得る。前述の通り、これは自然換気を含み得る。これは大容量フィルタを要し、フィルタ材の大量消費を引き起こす。一実施形態にかかるガス精製システム１００の包含はフィルタユニット３３０によってフィルタリングされる必要がある空気の量を著しく削減し、それによって必要なフィルタ容量とフィルタ材を削減する。フィルタユニット３３０が、前に説明した通りフィルタリングされる流入空気の温度を制御するように配置される気候制御システム３１０の一部を成す場合、追加の省エネルギーが実現され得る。
【０１６５】
図７は車両客室内部の空気を制御された温度に保つために空調ユニットを再循環モードで作動させる車両内部のＣＯ２レベルを描く。車両は運転者のみによって占められる。直ちに明らかになる通り、エネルギーを節約するために客室空気が再循環されるという事実によって車両客室内のＣＯ２レベルの急上昇が引き起こされる。約１５分以内で、客室内のＣＯ２レベルは眠気が生じ得る約１，８００ｐｐｍになる。これは明らかに車両の運転者の安全性と他の道路利用者の安全性を危うくする。１５分後、空調ユニットの再循環モードはオフになり、外気が車両内へ取り込まれ、ＣＯ２レベルが増加した空気を交換するという事実のためにＣＯ２レベルの急降下を引き起こす。しかしながら、これは取り込まれた空気を所要温度にするためにより多くのエネルギーが必要とされ得るので、車両の燃料消費に悪影響を持ち得る。これは例えばハイブリッド及び電気自動車など、車両が電気を用いて少なくとも一部推進される場合に特に関連する。さらに、かかる外気は典型的には異なるタイプの粒子で汚染され、従ってこれは高い粒子フィルタ効率を維持しながらＣＯ２レベルを所望の範囲内に維持するためにこれらのフィルタを通る十分な気流を保証する高フロー容量を持つ比較的大きな粒子フィルタの取り付けを要し得る。これはフィルタを通る空気の通過回数の関数としてフィルタ効率を増加するので、車両の乗員が再循環若しくはマルチパスモードでフィルタを作動させるよう促し得る。
【０１６６】
図８は一実施形態にかかるガス精製システム１００を含む客室４１０を持つ車両４００を概略的に描く。車両４００へのガス精製システム１００の包含は客室４１０への外気換気の必要性を減らし、それによってエネルギー消費と空気フィルタ寸法の削減を促進する。ガス精製システム１００は空気１２５が客室４１０からガス精製システム１００の交換器１２０へ引き込まれるように配置され、精製された空気１２５'は交換器１２０から客室４１０へ戻される。再生器１３０のガス出口１３３は捕捉されたＣＯ２が車両４００の外へ排出されるように配置され得る。一実施形態において、交換器１２００の前の前述のオプションの水ベースろ過ユニットが車両４００の空気フィルタに組み込まれ得る。
【０１６７】
８５ｍ３／時の空気捕捉能と７０％の捕捉効率を持つガス精製システム１００の提供は、二人の大人によって占められる５ｍ３の客室空間内部のＣＯ２レベルを、１時間あたり０．５の自然換気（ＡＣＨ）をとって１，５００ｐｐｍよりはるかに低く維持することができ、一方このガス精製システム１００がなければＣＯ２レベルは約２．５時間で約１０，０００ｐｐｍまで増加し、それによって車両４００内のガス精製システム１００の利点を明示する。ガス精製システム１００の上述の性能はかかる性能の限定されない実施例であり、任意の適切な性能のガス精製システム１００が利用され得ることが理解されるべきである。
【０１６８】
一実施形態において、ガス精製システム１００は５０‐５０，０００ｍ３／時に及ぶ、好適には５０‐１０，０００ｍ３／時に及ぶ空気捕捉能を持つ。かかる範囲は家庭若しくは中小企業設定において動作するように構成されるガス精製システム１００にとって特に有用である。
【０１６９】
ガス精製システム１００は捕捉されたＣＯ２を大気に混入するためにさらに使用され得る。特に、ガス精製システム１００は光合成プロセスを、特に、植物生長プロセスが行われる都市農業プロジェクト、温室若しくは任意の他の限定空間における植物生長プロセスなどの園芸プロセスを加速させる若しくは他の方法で制御するために使用され得る。現在、ＣＯ２濃縮生育環境は高価なボトル入りＣＯ２若しくは産業廃棄ガスを用いて作られるが、これは、例えばかかる工業団地は植物が育成される住居から比較的遠い距離にあることが多く、これは所望の場所において濃縮ＣＯ２を供給するために比較的長いダクト長を要することを意味するので、厄介であり及び／又は費用がかかる。加えて、工業用ＣＯ２は典型的に発電所からといった産業プロセスからの汚染物質を除去するために精製されなければならず、それによってかかるＣＯ２の費用をさらに増す。結果として、例えば費用の理由で、かかる所望の場所若しくはその付近におけるＣＯ２濃縮気流のオンデマンド生成の必要がある。
【０１７０】
かかる使用の一実施形態例が図９に概略的に描かれる。この実施形態において、ガス精製システム１００は、一人以上の人によって占められる任意のタイプの建物であり得る、建物５００などの限定空間においてＣＯ２レベルを削減するように配置され得る。限定されない実施例として、建物５００は例えば植物栽培者によって占められる農家などの家であり得る。この実施形態において、ガス精製システム１００は典型的に、限定空間内のＣＯ２レベルを、限定空間の占有者にとって健康とみなされる範囲内に、例えば１，０００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ未満などのレベルに維持するように配置される。代替的に、ガス精製システム１００は野外からＣＯ２を抽出するように配置され得る。
【０１７１】
ガス精製システム１００は典型的に、例えばその中で植物が育成される、その中で光合成プロセスが起こる追加限定空間６００へ捕捉したＣＯ２を供給するように配置される。それ自体周知の通り、かかる光合成プロセスでは、適切な波長の光の影響下でＣＯ２と水が有機物と酸素へ変換される。従って、かかるプロセスは、適切な量のＣＯ２、水及び光へ植物の暴露を制御することによって制御され、例えば加速され得る。一実施形態において、ガス精製システム１００は追加限定空間６００内のＣＯ２レベルが１，０００‐２，０００ｐｐｍの範囲に維持されるように構成される。
【０１７２】
この目的で、ガス精製システム１００は、再生器１３０から放出される捕捉されたＣＯ２を追加気流２２５と混合して、追加限定空間６００、例えばその中で前述の光合成プロセスが起こる温室の中へ放出するためのＣＯ２濃縮気流２２５'を生成するように配置される。追加交換器６１０が、例えばその中に置かれる追加限定空間６００と流体連通し、この追加交換器６１０は追加気流２２５を受けるための入口６１１と、ＣＯ２濃縮気流２２５'を追加限定空間６００へ供給するための出口６１２を持つ。
【０１７３】
追加交換器６１０は、ガス精製システム１００によって抽出されるＣＯ２を受けるために例えば導管５５０を介してガス精製システム１００の交換器１３０のガス出口１３３と流体連通する。追加交換器６１０はガス出口１３３に直接結合され得、代替的に前に説明した通り追加限定空間６００へ放出されるＣＯ２の量と速度に対する増大した制御を容易にするために貯蔵タンク１６０へ結合され得る。
【０１７４】
図１０に概略的に示される代替的な実施形態において、追加交換器６１０は、図３を用いてより詳細に記載された追加交換器２３０に置き換えられてもよく、この場合ＣＯ２濃縮追加気流２２５'は前に説明した通り捕捉流体と再結合流体の混合物と追加気流２２５を直接接触させることによって生成され得る。図１０において、追加交換器２３０は単に限定されない実施例として追加限定空間６００内に位置する。ＣＯ２濃縮追加気流２２５'が追加限定空間６００へ放出される限り、追加交換器２３０はいかなる適切な場所に置かれてもよい。
【０１７５】
光合成プロセスが起こる大気を濃縮するガス精製システム１００の使用の上記実施形態において、追加気流２２５のＣＯ２濃縮速度は任意の適切な方法で達成され得る。例えば、ガス精製システム１００によって達成されるＣＯ２捕捉速度は、第一の電極１１３と第二の電極１１４にわたって印加される電圧、並びに／或いは、交換器１２０を通る捕捉流体及び／又はガス流１２５の流速によって制御され得る。代替的に若しくは付加的に、図９に図示の通り追加交換器２３０若しくは６１０を通る追加気流２２５の流速は追加気流２２５の単位体積に追加されるＣＯ２の量を制御するように制御され得る。代替的に若しくは付加的に、貯蔵タンク１６０から放出されるＣＯ２の量及び／又はＣＯ２が貯蔵タンク１６０から放出される頻度が、追加気流２２５の単位体積に追加されるＣＯ２の量を制御するように制御され得る。他の制御機構が当業者に明らかであろう。
【０１７６】
ガス精製システム１００及びその各使用の上記実施形態において、ガス精製システム１００を作動させるための電気は主にカーボンニュートラルな方法で、例えば風力、太陽光発電、若しくは潮力などの再生可能エネルギー源を用いて生成され得るので、本発明の様々な態様と関連するＣＯ２フットプリントをさらに削減する。
【０１７７】
図１１はガス流、例えば気流などのガスからＣＯ２を捕捉する方法１０００のフローチャートを描く。ステップ１０１０において、例えばガス精製システム１００を駆動することによって方法が開始する。この駆動ステップは例えば前に説明した通り不活性塩、凝固点降下剤などといった添加剤を有し得る多量の水をシステムに装填することを含み得る。方法はステップ１０２０へ進み、ここで水が例えば電解槽１００内で電気分解される。これは例えば第一の電極１１３と第二の電極１１４にかかる適切な電圧を供給することによって実現され得る。電解ステップにおいて、水酸化物イオンを有する捕捉流体とヒドロニウムイオンを有する再結合流体が形成され、分離されるか若しくは別々に保たれる。
【０１７８】
ステップ１０３０において、捕捉流体はＣＯ２を含むガス流などのガスと接触させられる。この暴露中、ＣＯ２は捕捉流体中の水酸化物イオンと反応し、それによって溶解ＨＣＯ３−を形成することによってガスから捕捉流体へＣＯ２を移す。
【０１７９】
ステップ１０４０において、水酸化物イオンの少なくとも一部に結合したＣＯ２を含む捕捉流体と再結合流体が組み合わされ、すなわち混合され、ＣＯ２を放出し、上記ヒドロニウムイオンと水酸化物イオンを再結合することによって水を回収する。この再結合ステップ１０４０は反復電気分解のために電解槽１１０へ回収水を戻すことをさらに含み得る。このように放出されたＣＯ２はステップ１０５０において捕捉流体と再結合流体の混合物から追い出され、例えば野外へ排気され得る。代替的に、ステップ１０３０は第一の限定空間から抽出されるガスに対して実行され得、ステップ１０５０は放出されたＣＯ２が第二の限定空間へ追い出され、例えば第一の限定空間内のＣＯ２レベルを低下させて第二の限定空間へのＣＯ２レベルを増加することを含み得る。この実施形態は例えば、図９及び図１０を用いて詳細に説明された通り、光合成プロセス、例えば園芸若しくは都市農業プロセスの制御におけるガス精製システム１００の使用に特に関連し、この場合第二の限定空間は温室などであり得る。
【０１８０】
ステップ１０６０においてプロセスが繰り返される必要があるかどうかチェックされる。これが当てはまる場合、方法はステップ１０２０へ戻る；そうでなければ方法はステップ１０７０で終了する。この点において、方法１０００は順番に実行される一連の個別ステップとして描かれるが、方法１０００は捕捉流体と再結合流体の連続フローが維持される連続ＣＯ２捕捉プロセスを実施し得るので、これらのステップは並行して実行され得ることが理解されるべきであることが留意される。
【０１８１】
図１２は方法１０００の代替実施形態を描き、ここでステップ１０５０は捕捉流体と再結合流体から放出されるＣＯ２が例えば貯蔵タンク１６０において捕捉され貯蔵されるステップ１１５０に置き換えられる。ステップ１１５０は例えば、貯蔵された、例えば濃縮されたＣＯ２が、例えばＣＯ２を試薬として使用する合成プロセスにおいて若しくは上述の植物育成用途でオンデマンドに使用され得るようにＣＯ２を例えば濃縮するために、放出されたＣＯ２を一時的に貯蔵するために使用され得る。
【０１８２】
図１３は方法１０００の別の代替実施形態を描き、ここでステップ１０５０は捕捉流体と再結合流体の混合物から放出されるＣＯ２が別のガス流、例えば別の気流へ直接供給されるステップ１２５０に置き換えられる。この目的で、ステップ１２５０は、例えば図３を用いてより詳細に説明された通り、捕捉流体と再結合流体の混合物と追加気流を接触させるステップをさらに有し得る。前に説明した通り、この実施形態は例えば植物生長プロセスにおける使用のために追加ガス流、例えば追加気流を濃縮するために特に適している。
【０１８３】
本発明の機器は飲料の炭酸化（フィズ）のための機器若しくは器具で使用され得る。その場合機器は図２に関して記載した通り設計され、動作し得る。この場合これは飲料の炭酸化のために十分な高圧で捕捉ＣＯ２を貯蔵するために使用されるＣＯ２ガス貯蔵タンク１６０を含む。この圧力は区画１３０における放出直後のＣＯ２の圧力よりも高くなり得、典型的にはそれよりも高い。この場合入口１６１を通じて貯蔵容器１６０へ供給する前に出口１３３において放出されるＣＯ２を圧縮するための圧縮器が設置されることができ、好適には設置される（図２に不図示）。ガス圧縮器は当技術分野で周知である。貯蔵されるＣＯ２ガスは放出弁１６３を通じて飲料炭酸化のために使用され得る。
【０１８４】
この実施形態の一実施例において、電極１１３と１１４はＴｉＰｔ金属で作られ、少なくとも１Ａの電流の出力において少なくとも可変で制御可能な５Ｖの電位を供給することができるコントローラへ接続され得る。電解槽は１時間あたり６０から１リットルの電解質（好適には前に説明した通り水）の流速を維持することができる体積と入口及び出口を持ち得る。好適にはシステムとポンプは１時間あたり１から５リットルの流速が維持され得るように設計される。前記の通りそのためにシステムフローポンプが利用され得る。再生器は５０から５００ミリリットル、好適には１００ミリリットルの体積を持ち得る。ガス交換器１２０はアルカリ性液体を通して気流を導く単純な配置を持ち得る。ガスバブリング器若しくは装置がそのために使用され得る。かかる装置はそれ自体周知である。ガス交換器１２０は空気が抽出器から離れることを可能にするための膜を持ち得る。交換器は１時間あたり１‐２立方メートルの範囲の空気のスループットを持ち得る。機器は捕捉流体からのカルシウムイオンの除去のためのイオン交換器を持ち得る。これは（例えばガス交換器による蒸発を通じて）水が漏出する場合に使用前若しくは使用中に機器に水道水を充填することを可能にする。イオン交換器は出口１２２の後及び入口１３１の前に位置し得る。機器若しくは器具は電気化学セル１１０における水の電気分解を通じて生成されるＯ２及び／又はＨ２ガスの除去を可能にするガス透過性膜を持ち得る。
【０１８５】
機器は、事前に充填したボトルでのＣＯ２補充を必要とせず、環境からそのＣＯ２を抽出するので、特に有利である（結果として家庭での使用に有用である）。
【０１８６】
上記例示する機器は、例えば１日あたり３０ｇ（０．７ｍｏｌ若しくは〜１５リットルガス）のＣＯ２を捕捉するように設計され得る（４‐６Ｌの飲料／清涼飲料水の炭酸化のために有用）。これは１時間あたり１．２５ｇ（３０ｍｍｏｌ）のＣＯ２に相当する。その場合最大７．５ｂａｒまで圧縮可能な圧縮器は２Ｌの貯蔵タンクを要し得る。１ｂａｒへのより低い圧縮は１５Ｌの貯蔵タンクの必要性を与え得る。当業者は、標準的な気体の法則からかかる圧力と体積を計算する方法がわかり、それとともに機器を特定のニーズに適応させるだろう。そのＣＯ２供給を空気（〜１０００ｐｐｍのＣＯ２を含むと仮定される）に頼る機器では、１時間あたり３０ｇのＣＯ２を捕捉するために１時間あたり１．３立方メートルが機器によって処理されなければならない。これは２５平方センチメートルの空気入口１２３に対し０．１５ｍ／秒の流速で１２５から１２５'への気流が維持されなければならないことを示唆する。かかるストリームを生成可能なエアポンプが使用されることができ、これらはそれ自体周知である。同時に１時間あたり１リットルの捕捉流体ストリーム（システムにおいて水であると仮定される）が、捕捉流体中に１時間あたり３０ｇのＣＯ２を捕捉するためにｐＨ１２．５の捕捉流体に対して必要になり得る。これは１リットルあたり３０ｍｍｏｌのＨＣＯ３−イオンの量に基づく。比較のため、１時間あたり１リットルにおける１時間あたり０．４ｇ（１０ｍｍｏｌ）のＣＯ２はｐＨ１２の捕捉流体を要し得る。そしてｐＨ１１の流体は１時間あたり１．２５ｇのＣＯ２に対して１時間あたり６０リットルの捕捉流体のフローを必要とし得る。これは次に電解槽が所望の捕捉流体を生成し得るように設計されることを要する。そして電解槽の電極と体積は１時間あたり少なくとも３０ｍｍｏｌのＨＣＯ３−を形成することができるように調節されなければならない。１Ａの電流がこれをなすことができる。
【０１８７】
概念実証を証明するために、デモ用ガス精製システムが構築された。デモは、ガス源となる１０Ｌの密封容器に接続される再生器及び交換器、電気化学セルから構成された。電気化学セルは１０ｃｍ×１０ｃｍの二つの混合金属酸化物（ＭＭＯ）被覆Ｔｉ電極と二つの電極を分離するＭｕｓｔａｎｇ  Ｑ（登録商標）膜とから構成された。Ｍｕｓｔａｎｇ  Ｑ（登録商標）膜はポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）ベースが第４級アミンで修飾された、Ｐａｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なアニオン交換器である。交換器はガラスビーズを充填したポリマーカラムであった。ガラスビーズを適所に保つためにカラムの底部及び上部に金属グリッドと多孔性スペーサが追加された。
【０１８８】
電解質は水中に〜１０ｍＭのＫ２ＳＯ４を含んだ。気流１２５は容器から交換器へポンプされ、浄化気流１２５'がろ過後に容器中へ再循環された。測定のはじめに、密封容器中のＣＯ２の濃度はおよそ１％ｖ／ｖのレベルまで上昇された。
【０１８９】
デモ設定のセルは従って１００ｃｍ２の電極面積、電解質塩として〜１０ｍＭのＫ２ＳＯ４を持ち、〜１Ｌ／時（０．０１７Ｌ／分）のｐＨ＝１１の液体電解質を生成することができる。
【０１９０】
図１４はこのデモシステムで得られる結果を描く。これはデモが、濃縮ＣＯ２大気を含む密封容器中の約１０，０００ｐｐｍの初期ＣＯ２レベルを、破線１０で示される約４４０ｐｐｍの通常大気レベル付近まで迅速に削減することができたことを明確に実証する。曲線３０はデモ設定で使用された高気流コンテナに対応し、曲線４０はデモ設定で使用された強ボルテックスコンテナに対応し、曲線５０はデモ設定で使用された低気流コンテナに対応する。見てわかるとおり、気流コンテナのタイプはデモ設定の性能に微々たる影響しか持たない。デモ設定の各実施形態について、初期ＣＯ２レベルはデモ設定を通じた水体積の各フル循環によって半減されたことがわかった。これは本発明の有効性を明確に証明する。
【０１９１】
次に、電解槽の電極にわたって印加される電圧によってＣＯ２抽出速度が制御され得ることが実証された。これは気流１２５と浄化気流１２５'それぞれにおけるＣＯ２含有量を描く図１５に示され、その中で電解槽の電極にわたって印加される電圧は１５分ごとに２Ｖずつ漸増される。
【０１９２】
上記デモがただし密封容器なしでラボのドラフトに置かれた。気流１２５の吸気口はドラフトの前面付近からとられ、デモへ新鮮な空気の連続フローを確保した。交換器へ入る気流１２５を生成するためにこの位置に小型エアポンプが置かれた。この実施例では二つの同一ＣＯ２センサがデモに追加された。気流１２５のＣＯ２濃度を決定するために吸気量センサがエアポンプの隣に置かれた。浄化気流１２５'中のＣＯ２濃度を決定する第二のセンサが追加出口１２４に取り付けられた。図１５に見られる通り、各電圧増分は浄化気流１２５'のＣＯ２含有量におけるさらなる削減を生じ、それにより、流入気流１２５におけるＣＯ２含有量はほぼ一定であったため、デモ設定による改良されたＣＯ２抽出効率を明確に示す。
【０１９３】
＋１０Ｖで約５分間電解槽を作動させた後、電圧はオフにされ、これは浄化気流１２５'におけるＣＯ２レベルを急上昇させた。この実験は従ってガス精製システム１００のＣＯ２抽出効率がガス精製システム１００の電解槽１１０の電極にわたって印加される電圧によって調整され得ることを明確に実証する。
【０１９４】
上述の実施形態は本発明を限定するのではなく例示し、当業者は添付のクレームの範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計することができるであろうことが留意されるべきである。クレーム中、括弧の間におかれる任意の参照符号はクレームを限定するものと解釈されないものとする。"有する"という語はクレームに列挙される以外の要素若しくはステップの存在を除外しない。ある要素に先行する"ａ"若しくは"ａｎ"という語はかかる要素の複数の存在を除外しない。本発明は複数の個別要素を有するハードウェアを用いて実現され得る。複数の手段を列挙する装置クレームにおいて、これら手段のいくつかはハードウェアの一つの同じ項目によって具体化され得る。所定の手段が相互に異なる従属クレームに列挙されるという単なる事実はこれら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【０１９５】
要約すると本発明は、標的ガス結合塩の消費を要することなく連続的に使用されることができる、ガスフローから標的ガスを捕捉するための捕捉装置を提供する。この目的で、機器は、水を電気分解することによって流体の個別の酸性ストリームとアルカリ性ストリームを生成し、標的ガスをアルカリ性流体ストリーム中の水酸化物イオンに結合させ、生成されたストリームを再結合させて結合した標的ガスを放出し、追加電気分解のために電解水の一部を再生するように配置される。かかる捕捉装置は例えばガス精製システム（１００）において、例えば車両客室（４１０）、住居住宅若しくはオフィス空間などの限定空間における標的ガスレベルを制御するための空気浄化システム、例えば園芸目的で標的ガスに富む空気を生成するための標的ガス生成システム若しくは標的ガス濃縮システムにおいて、使用され得る。ガスフローから標的ガスを捕捉するため及びオプションとして捕捉した標的ガスを利用するための方法（１０００）も開示される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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