(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に浮遊している一酸化炭素（ＣＯ）を、その大気中に共存している水蒸気とともに一酸化炭素の凍結温度よりも高温（擬低温）で同時にコールドパネルの表面に凍結捕集して、一酸化炭素を水分のフレームワーク（分子式Ｈ2Ｏで表される構造）に抱き込んだハイドレートを形成させ、そのハイドレートを、前記したコールドパネルの＋６０℃〜８０℃の加熱によって、水分のフレームワークに抱き込んだＣＯを擬高圧にしてＣとＯに分離させてＯを大気中に放出させ、Ｃはコールドパネルに付着残存させることを特徴とする一酸化炭素の除去方法。
【請求項２】
前記したコールドパネルは冷凍サイクルにおける蒸発器に相当された配備としていることを特徴とする請求項１に記載の一酸化炭素の除去方法。
【請求項３】
前記した冷凍サイクルには、内部が中間プレートで仕切られ、一次側と、その一次側を通過した冷媒が流入される二次側とで構成された熱交換器を組み込み、高温の冷媒を一次側に通過させて、この一次側を通過する時に二次側での蒸発潜熱となり、二次側蒸発潜熱は一次側冷媒の冷却凝縮熱源とすることを特徴とする請求項２に記載の一酸化炭素の除去方法。
【請求項４】
前記したコールドパネルの加熱は、冷凍サイクルの圧縮機からのホットガスを、切替弁によって、直接的にコールドパネルへ送ることによって得られることを特徴とする請求項１から３のうち１項に記載の一酸化炭素の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大気中に浮遊している一酸化炭素の除去方法に関し、特に、低コストで、かつ、省エネルギーで実行することのできる一酸化炭素の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一酸化炭素は様々な炭素含有物の不完全燃焼により生成する無色・無味・無臭の気体である。そのため、産業部門（工場での燃料の燃焼）だけでなく、家庭部門（暖房や給湯のための燃焼）、運輸部門（ガソリン等の燃焼）においても一酸化炭素が発生する可能性がある。
【０００３】
よって、我々の身近のあらゆる環境下で一酸化炭素の発生の可能性があるが、一酸化炭素は酸素の２５０倍ヘモグロビンと結合しやすく、酸素濃度低下による中毒症状を起こすこと、上述のように無色・無味・無臭の気体であることから、極めて有害性の高い気体分子である。
【０００４】
また、急性中毒だけでなく、喫煙中に含まれる一酸化炭素は比較的濃度が低く、一酸化炭素とヘモグロビンとの結合半減期が３〜４時間と比較的短いが、慢性的な煙の吸引により、血管の動脈硬化を促進することで、遅効性の害となる。そのために、一酸化炭素の除去は産業活動とともに快適な生活のために必要不可欠の課題となっている。
【０００５】
一酸化炭素の除去には、酸素や水素等のガスと混合して、圧縮、冷却し、その全部又は一部を液化して、沸点の差によって分離させる深冷分離や吸着分離がある。このうち、深冷分離は、一酸化炭素の沸点は８１Ｋであるのに対して、空気中の主成分である窒素の沸点は７７Ｋ、酸素は９０Ｋであり、８０〜９０Ｋという極めて低い温度でコントロールする必要があり、コストパフォーマンスは極めて低い。
【０００６】
吸着分離は、細孔性材料によって様々な気体分子を吸着除去する方法であり、目的とする分子のサイズに合わせた細孔サイズを用いることで選択的な分離となる技術である。Ｓｃｉｅｎｃｅ２０１４では１２０Ｋにおいて高選択的に一酸化炭素を多孔性配位高分子に吸着させることができることが報告されている。一酸化炭素は細孔内への吸着ポテンシャルが小さいため、吸着させるには相当の低温下におく必要があるが、上記の研究では１５０Ｋに下げることで高選択的に分離可能となり、コストパフォーマンスの比較的高い技術であるといえる。
【０００７】
また、上記の他に、触媒化学反応もあるが、これは一酸化炭素を他のガスの生成に使用するもので、本願における大気中からの除去とは根本的に相違する。
【０００８】
本願発明は、一酸化炭素を大気の水蒸気存在中で２００Ｋ程度の温度の金属界面にさらすことで、一酸化炭素ハイドレート様の構造をナノ界面上に生成し、一酸化炭素を水分のフレームワーク内に閉じ込めた後、僅かの加熱でナノ界面層による擬高圧・擬低温化効果によって一酸化炭素の改質反応、即ち、ＣＯ分子をＣとＯの原子に分離させる。よって、「ハイドレート誘起擬高圧化による一酸化炭素改質反応」を実現でき、マイルドな温度・圧力条件下で一酸化炭素の改質を行なうことができる、従来技術とは全く違う概念での一酸化炭素の除去方法を提案するものである。
【０００９】
本願発明は、一酸化炭素を水のフレームワーク内に閉じ込め、ハイドレートを形成させて、僅かな加熱によって、一酸化炭素を改質（分離）させるエネルギー効率の極めて高い技術である。これまでの開発実験によって、一酸化炭素が水蒸気存在下にあって除去されることを発見し、この現象に着目して、積極的に一酸化炭素のハイドレート形成による擬高圧反応を可能としたシステム（製品）を応用使用して一酸化炭素を大気中から、除去するものである。
【００１０】
上記した方法の実現として、出願人が特許第３７１００９３号として権利を有する「ホットガスデフロスト方式」を用いて冷凍されるコールドパネルに、圧縮機からの吐出高温ガスを導入して安定した高温（＋６０〜＋８０℃）に加熱することができ、この加熱によってナノ界面上で水のフレームワーク内に閉じ込めた一酸化炭素を擬高圧にすることが可能である。
【００１１】
ここで、低沸点冷媒を混合させた非共沸冷媒を使用する際は、冷媒擬圧縮圧力が高圧となって安定運転に支障をきたすことがあるが、対策としては、やはり出願人が特許第４１０８６５６号として権利を有する「非共沸冷媒による冷凍方法」のシステムを応用して高温冷媒ガスを安定供給させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３７１００９３号公報
【特許文献２】特許第４１０８６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、従来、大気中から一酸化炭素（ＣＯ）を除去するについて、従来は深冷分離や吸着分離が知られているのみで、コストパフォーマンスがよく、格別な細孔性材料も必要なく、小さなエネルギーで実行できる事務所や家庭にあっても可能な一酸化炭素の除去方法はなかったという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した問題点を解決するために、本発明に係る一酸化炭素の除去方法は、大気中に浮遊している一酸化炭素（ＣＯ）を、その大気中に共存している水蒸気とともに一酸化炭素の凍結温度よりも高温（擬低温）で同時にコールドパネルの表面に凍結捕集して、一酸化炭素を水分のフレームワーク（分子式Ｈ2Ｏで表される構造）に抱き込んだハイドレートを形成させ、そのハイドレートを、前記したコールドパネルの＋６０℃〜８０℃の加熱によって、水分のフレームワークに抱き込んだＣＯを擬高圧にしてＣとＯに分離させてＯを大気中に放出させ、Ｃはコールドパネルに付着残存させることを特徴としている。上記した分離されているＣはコールドパネルに付着捕集され、Ｏは大気中に放出される。
【００１５】
また、本発明に係る一酸化炭素の除去方法は、前記したコールドパネルは冷凍サイクルにおける蒸発器に相当された配備としていることを特徴としている。
【００１６】
さらに、本発明に係る一酸化炭素の除去方法は、前記した冷凍サイクルには、内部が中間プレートで仕切られ、一次側と、その一次側を通過した冷媒が流入される二次側とで構成された熱交換器を組み込み、高温の冷媒を一次側に通過させて、この一次側を通過する時に二次側での蒸発潜熱となり、二次側蒸発潜熱は一次側冷媒の冷却凝縮熱源とすることを特徴としている。
【００１７】
そして、本発明に係る一酸化炭素の除去方法は、前記したコールドパネルの加熱は、冷凍サイクルの圧縮機からのホットガスを、切替弁によって、直接的にコールドパネルへ送ることによって得られることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る一酸化炭素の除去方法は上記のように構成されている。そのため、冷凍サイクルを利用して、蒸発器に相応するコールドパネルの表面で水蒸気とともに一酸化炭素を凍結捕集（霜）し、それにホットガスによる高温加熱で一酸化炭素をＣとＯに分離させ、Ｏは大気中に放出し、Ｃはコールドパネル表面に付着捕集することができ、非常に低廉で、かつ、省エネルギーで済むものとなっており、格別に沸点の相違を考慮したり、吸着のための細孔性材料を用意する必要性もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施するための冷媒の回路図である。
【図２】コールドパネルの設置構造を示す図である。
【図３】一酸化炭素のコールドパネルへの吸着、分離、捕集のプロセスを示す図である。
【図４】水のフレームワークに抱え込まれるＣＯの吸着状態を示す図である。
【図５】炭素分子のみが残存した状態を示す図である。
【図６】一般的なヒートポンプ冷暖房機の冷房状態を示す図である。
【図７】暖房状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面として示し、実施例で説明したように構成したことで実現した。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明の好ましい実施の一例を図面を参照して説明する。先立って、一般的なヒートポンプ冷暖房機の冷媒回路の概略を図６、図７によって説明する。この一般的な冷凍回路は圧縮冷凍機１からの吐出冷媒を四方切替え弁２によって冷房用と暖房用に切り替える。図６、図７にあって矢印は冷媒の流れを示している。冷房の場合、冷媒は屋外の凝縮器３を通過し、外気中に温風を出し、この冷媒は室内側の膨張弁４を通って蒸発器５から冷風を室内に出し、圧縮冷媒機１へ戻る循環回路となる。
【００２２】
暖房の場合は逆に、冷媒は、まず室内の蒸発器５を凝縮器５として作用させて温風を出し、室内側の膨張弁４は通過させずに、屋外側の膨張弁４ａを通過させて屋外の凝縮器３を蒸発器３として作用させ冷風を外気中に出し、圧縮冷凍機１へ戻る。
【００２３】
米国ガルフ＆ウェスタン・インダストリーズ社特許取得済（特許期限切れによる失効）の「自動冷凍カスケード方式」の蒸気圧縮式冷凍機により極低温の現出を行う。該技術は日本国内でも数社が製品化し上梓されている。パネルの加熱は極低温のコールドパネルに直接冷凍機吐出冷媒を導入させパネルを加熱しパネルに凍結した霜を融解除去するホットガスデフロスト方式で行うがこれも既存技術である。該回路に弊社特許取得済の特許第３７１００９３「ホットガスデフロスト」システムを組み込み、冷凍サイクル必須の圧縮・凝縮・膨張・蒸発機能を備えたシステムとなり、安定したサイクルシステムとなる。前記した「自動冷凍カスケード方式」は低沸点高圧の混合冷媒を使用するため冷媒凝縮圧力が高圧になり安定運転に支障をきたすことがあるが、対策として弊社特許取得済の「非共沸冷媒による冷凍方法」第４１０８６５６のシステムにて高圧冷媒ガスが安全循環して安定した冷凍サイクルが行なえる。
【００２４】
本発明に係る一酸化炭素の除去方法を実施する冷媒の回路は図１として示しており、圧縮冷凍機１０から吐出された冷媒は、まず、凝縮器１１に導入される。この際に、凝縮器１１は回路外の冷却水で冷却されることが望ましい。
【００２５】
凝縮器１１を通過した冷媒は、一次カスケードコンデンサ１２へ導入され、その一次カスケードコンデンサ１２を通過した冷媒は一次気液分離器１３へ導入され、大概的に、気体と液体とに分離される。ここで、一次カスケードコンデンサ１２は、後述する二次、三次、四次のカスケードコンデンサと同様に、中央に中間プレートを備えて、同一容量の一次側と二次側を形成している。後述するように、二次側にはコールドパネルを冷却した後の低温冷媒が復路として通過し、コールドパネルへ向かう冷媒を冷却し、戻る二次側の冷媒は徐々に加温されていく。
【００２６】
一次気液分離器１３で大概的に分離された気体は膨張弁１５を通過して減圧されて後述する冷媒の戻り回路へ導入され、液体はそのまま二次カスケードコンデンサ１４へ導入され、再び前記した一次カスケードコンデンサ１２における同様の作用を行ない、順次、段階的に冷媒温度を低下させていく。
【００２７】
この冷媒を順次段階的に冷却させていく工程は、この後、二次気液分離器１６、膨張弁１８、そして三次カスケードコンデンサ１７にても行われ、次いで、三次気液分離器１９、膨張弁２０を介し、四次カスケードコンデンサ２１を通り、最終的な膨張弁２２で減圧されコールドパネル２３へ供給される。尚、本実施例ではカスケードコンデンサを四つ使用することとしているが、この数に限定されるものではない。
【００２８】
コールドパネル２３は金属製の外表面を有しているもので、複数枚が適宜間隔を隔てて平行状態で設置され、冷媒配管は分岐されて、各コールドパネル２３に冷却された冷媒を供給する構成となっており、−１１０℃〜−１４０℃の低温に表面が冷却される。そして、このコールドパネル２３、２３‥の外表面に、ファン２４によって一酸化炭素を共存している水蒸気と共に吹き付けられる。即ち、ファン２４による強制的な大気の流れ方向とコールドパネル２３、２３‥の外表面は沿うこととなる。コールドパネル２３、２３‥の外表面と接触した大気は清浄化されて通過する。
【００２９】
一酸化炭素は炭素含有物の不完全燃焼によって、酸素原子と炭素原子が化学結合して生成され、水分分子と付着する。大気中では、水分分子（水蒸気）には、この一酸化炭素に加え、臭い分子その他の分子も同時に付着する。
【００３０】
水蒸気と共にコールドパネル２３の表面に捕捉された一酸化炭素は、水のフレームワークに抱き込まれたハイドレートを形成し、コールドパネル２３の表面に霜として凝固吸着（図４参照）。このコールドパネル２３、２３‥を冷却している冷媒は導入の際と逆方向に、四次カスケードコンデンサ２１から順に一次カスケードコンデンサへ戻り、最終的に圧縮冷凍機１０へ流入する。この戻りの際に、各カスケードコンデンサでは、圧縮冷凍機１０から吐出され、コールドパネル２３、２３‥へ向かう冷媒の冷却を行なうこととなる。
【００３１】
このコールドパネル２３、２３‥の表面に霜として水のフレームワークを凍結凝固させて吸着させた後は、切り替え弁を作用させて、圧縮冷凍機１０から吐出され、凝縮器１１を通過したホットガスを、前記した最終的な膨張弁２２の二次側へ流し、＋６０℃〜８０℃の高温のホットガスをコールドパネル２３、２３‥へと導入させる。
【００３２】
この高温の付与によって、水分及び一酸化炭素以外の分子は蒸発して大気中に放出される。一酸化炭素は水のフレームワークに密閉されることで、多少の圧力が加えられており、そこに、この加熱によって僅かに圧力が上昇して、炭素と酸素に分解（分離）され、ここで酸素は大気中に放出されるが、炭素分子はコールドパネル２３、２３‥の表面のナノ界面に付着状態で残存している。この現象は繰り返しての実験によって確認されている。
【００３３】
コールドパネル２３、２３‥を加熱したホットガスは、圧縮冷凍機１０へ戻されるが、その圧縮冷凍機１０へ戻る直前では熱交換器２５を通過させる。この熱交換器２５は内部に中間プレートを設け、同一容量の一次側と二次側が形成されており、一次側を通過したガスは膨張弁２６を通って減圧され、二次側へ導入される。中間プレートを介して一次側と二次側とで逐次熱交換がなされ、一次側の高圧ガスが二次側での蒸発潜熱とし、二次側の蒸発潜熱は一次側の凝縮潜熱となり、圧縮冷凍機１０の安全性を保持した冷媒状態にする。
【００３４】
本発明に係る一酸化炭素の除去方法は上記のように実施される。そのため、沸点の相違や格別な吸着用の細孔材を必要とすることもなく、極めて低廉な作業となり、必要とするエネルギーも小さなもので済む。また、既存の冷凍サイクルを使用することも可能で特別に多大な設備投資を必要とするものでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本実施例は上記のように構成されている。ここで、コールドパネル２３の形状は図に示す平板矩形状のものに限らず、柱状、筒状とすることもでき、また、表面形態も平面に限らず、凸面や凹面とすることも可能である。
【００３６】
本発明は一酸化炭素の除去に関するものであるが、一酸化炭素に限らず、水のフレームワークに抱き込まれる臭い分子や花粉、細菌等の除去にも応用実施することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    圧縮冷凍機
１１    凝縮器
１２，１４，１７，２１    カスケードコンデンサ
１３，１６，１９    気液分離器
１５，１８，２０，２２，２６    膨張弁
２３    コールドパネル
２４    ファン
【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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