JP2005082419A

JP2005082419A - 二酸化炭素の液化方法及び二酸化炭素回収装置

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Publication number: JP2005082419A
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Inventors: Toshihiro Abe; 俊廣阿部
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Publication date: 2005-03-31
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Abstract

【課題】空気中の微量の二酸化炭素を選択的に効率よく液化して回収できるようにする。
【解決手段】液化二酸化炭素Ｌを溜めることが可能な密封容器１と、容器１に回転可能に設けられ空気を吸引して遠心力により外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させるとともに該分離して圧縮集合した二酸化炭素を液体窒素とともに外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させ容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させる中空状の回転体１０と、回転体１０を回転させる駆動部２０と、回転体１０に空気を冷却しながら導通させる空気導通部３０と、回転体１０の不要な気体を排気する排気部４０と、液体窒素を噴出させる液体窒素噴出体５０と、液体窒素を供給する液体窒素供給部６０と、容器１内の液化二酸化炭素を取出すポンプ８０とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気に放出される等して空気に混在した二酸化炭素（ＣＯ₂，炭酸ガス）を回収してこれを液化する二酸化炭素の液化方法及び二酸化炭素回収装置に関する。

一般に、二酸化炭素は、動物の呼吸や、石油、石炭などの化石燃料の燃焼等によって発生するが、近年、二酸化炭素の排出量は急激に上昇し、地上から放出される熱を吸収する温室効果があることから、その濃度が高まることによる地球温暖化の問題を招いている。そのため、二酸化炭素を回収して液化し、例えば、深海に沈下滞留させる研究も進んできている。

ところで、二酸化炭素の回収は、例えば、大量に二酸化炭素を生成するボイラなどでは行なわれており、例えば、ボイラの二酸化炭素回収装置としては、特許文献１（特開平５−１６８８５３号公報）に記載のものが知られている。これは、ボイラの排ガスダクトの途中に、排ガス中の一酸化窒素や二酸化イオウなどを酸化して二酸化窒素と三酸化イオウにする酸化装置を設け、酸化装置の出側に酸化装置で酸化された排ガスを冷却して水分を凝縮分離すると共に内部に水を供給して二酸化窒素と三酸化イオウを溶解し硝酸及び硫酸として除去する冷却器を設け、冷却器の出側に排ガスを圧縮冷却して二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化装置を設けて構成されている。そして、二酸化炭素液化装置で、排ガスは圧縮冷却され、二酸化炭素は液化され分離され、二酸化炭素を分離された排ガス中の残りの成分すなわち酸素と窒素は、そのまま捨てあるいは他に利用される。

また、従来においては、空気を原料として液化精留分離により、酸素，窒素，アルゴン等の各種ガス，液化ガスを製造することが行われている。このような空気を液化分離する空気液化分離装置としては、例えば、特許文献２（特開平６−８２１５６号公報）に記載のものが知られている。これは、圧縮機で圧縮した原料空気を冷却水で冷却した後、吸着器に導入して精製し、次いで冷却して精留を行ない、酸素，窒素等を分離している。この空気液化分離装置においては、原料空気中の水分，二酸化炭素等は、吸着器の吸着剤で吸着除去するようにしている。

特開平５−１６８８５３号公報特開平６−８２１５６号公報

ところで、本願出願人は、二酸化炭素を、空気中から直接回収して液化することを研究してきている。これを行なうために、例えば、上記の前者の二酸化炭素回収装置を用いて処理することが考えられるが、空気中においては二酸化炭素の量が１％未満と極めて少ないので、二酸化炭素液化装置で空気を圧縮冷却しても回収効率が悪く、そのまま適用できないという問題がある。
また、後者の空気液化分離装置においては、原料空気中の二酸化炭素は吸着器の吸着剤で吸着除去するので、二酸化炭素のみを取り出して液化することはできないことから、実質的に適用できないが、仮に、二酸化炭素を吸着させないで、精留を行なうようにしても、他の気体も共に圧縮冷却しなければならないので、それだけ、回収効率が悪くなってしまうという問題がある。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、空気などの気体中の微量の二酸化炭素を選択的に効率よく液化して回収できるようにした二酸化炭素の液化方法及び二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の二酸化炭素の液化方法は、密封容器内に二酸化炭素若しくは二酸化炭素を含む気体を供給するとともに、該容器内に液体窒素を供給し、該容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させる構成としている。これにより、液化二酸化炭素を回収するときは、二酸化炭素若しくは二酸化炭素を含む気体と、液体窒素とが容器内に供給され、この供給により、容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれ、二酸化炭素は液化して容器の底部に流下していく。この場合、二酸化炭素の液化が可能になり、多量の二酸化炭素のみならず、例えば、空気中の微量の二酸化炭素において、選択的に効率よく液化させることができる。液化した二酸化炭素以外の気体は排気するようにすれば良い。

また、上記の目的を達成するための本発明の二酸化炭素回収装置は、液化二酸化炭素を底部に溜めることが可能な密封容器と、該容器に回転可能に設けられ空気を吸引して遠心力により外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させるとともに該分離して圧縮集合した二酸化炭素を液体窒素とともに外周に設けた複数の噴射口から上記容器内に噴射させ該容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させる中空状の回転体と、該回転体を回転させる駆動部と、上記回転体に連通し吸引される空気を冷却しながら導通させる空気導通部と、上記回転体の不要な気体を排気する排気部と、上記回転体内に設けられ上記液体窒素を上記回転体の噴射口から噴射可能に該回転体内に噴出させる液体窒素噴出体と、該液体窒素噴出体に液体窒素を供給する液体窒素供給部と、上記容器内で液化され上記容器の底部に溜められた液化二酸化炭素を取出すポンプとを備えた構成としている。

これにより、液化二酸化炭素を回収するときは、以下のようになる。常時は、駆動部により回転体が回転しているとともに、液体窒素供給部から液化した液体窒素が液体窒素噴出体に供給され、液体窒素噴出体からは液体窒素が回転体に噴出させられている。そして、この回転体の回転により、空気が取り入れられ、取り入れられた空気は、回転体内で遠心圧縮され、これにより、回転体の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられる。また、回転体内の不要な気体は排気部から排気されていく。
そして、回転体の外周側に圧縮集合させられた二酸化炭素は、液体窒素噴出体の噴出口から噴出させられた液体窒素とともに、回転体の外周に設けた複数の噴射口から容器内に噴射させられる。この噴射により、容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれ、二酸化炭素は液化して容器の底部に流下していく。この場合、回転体の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられ、この圧縮集合させられた二酸化炭素のみが、液化されていくので、空気中の微量の二酸化炭素が選択的に効率よく液化していく。容器内で液化され容器の底部に溜められた液化二酸化炭素は、ポンプにより取り出されていく。

そして、必要に応じ、上記回転体の内壁に回転により空気を遠心圧縮する羽根を設けて構成した。羽根により機械的に圧縮するので、装置が簡易であり、空気の吸引も容易に行われる。
また、必要に応じ、上記液体窒素供給部を、上記容器で気化した窒素を回収して圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器とを備えて構成し、該凝縮器で液化した液体窒素を上記液体窒素噴出体に再び供給して窒素を循環させて用いる構成としている。
これにより、回転体の外周に設けた複数の噴射口から容器内に噴射させられた液体窒素は容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれると、気化するが、圧縮機により吸引されて凝縮器に送られ、凝縮器で冷却されて液化させられ、液体窒素噴出体に再び供給される。そのため、窒素は循環されて用いられるので、別途液体窒素を供給しなくてもよく、それだけ、処理効率が向上させられる。

この場合、上記凝縮器を、上記排気部からの排気を用いて空冷する構成にしたことが有効である。凝縮器においては、排気の熱交換により空冷するので、熱効率がよく、省力化が図られる。
また、上記の場合、上記凝縮器を、上記容器により冷却された冷水を用いて水冷する構成にしたことが有効である。凝縮器においては、容器により冷却した冷水を用いて水冷するので、熱効率がよく、省力化が図られる。

そしてまた、必要に応じ、上記回転体を容器内に回転可能に収納し、該回転体の上部に開口を設け、上記容器の上部に上記回転体の開口にシールされて連通される筒状の塔体を立設し、上記空気導通部を上記塔体内に設けられ上端に空気が流入する空気流入口を有し下端に上記容器内に開口し空気が流出する空気流出口を有した空気導通管を備えて構成し、上記排気部を上記塔体に設けられ上記空気導通管の外側に形成された排気通路を備えて構成し、上記液体窒素供給部を上記空気導通管内に設けられ液体窒素を上記液体窒素噴出体に送給する液体窒素送給管を備えて構成している。
これにより、回転体の回転により、空気は空気導通管を通って回転体内に流出していくが、この過程では、排気通路の排気により空気導通管内の空気が冷却されるとともに、液体窒素供給部の液体窒素送給管により空気導通管内の空気が冷却されるので、熱効率がよく、省力化が図られる。

また、上記回転体を容器内に回転可能に収納し、該回転体の上部に開口を設け、上記容器の上部に上記回転体の開口にシールされて連通される筒状の塔体を立設し、上記空気導通部を上記塔体内に設けられ上端に空気が流入する空気流入口を有し下端に上記容器内に開口し空気が流出する空気流出口を有した空気導通管を備えて構成し、上記排気部を上記塔体に設けられ上記空気導通管の外側に形成された排気通路を備えて構成し、
上記液体窒素供給部を、上記容器で気化した窒素を回収して圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器とを備えて構成し、該凝縮器で液化した液体窒素を上記液体窒素噴出体に再び供給して窒素を循環させて用いるようにするとともに、上記凝縮器を、上記塔体の外周に設けられ上部に上記排気通路に連通し排気が流入する排気流入口を有し下側に排気が流出する排気流出口を有した中空状の空冷体と、該空冷体内に設けられ上記圧縮機からの窒素が流される熱交換パイプとを備えて構成し、
更に、上記液体窒素供給部を上記空気導通管内に設けられ液体窒素を上記液体窒素噴出体に送給する液体窒素送給管を備えて構成している。
これにより、凝縮器においては、排気の熱交換により空冷するので、熱効率がよく、省力化が図られる。また、回転体の回転により、空気は空気導通管を通って回転体内に流出していくが、この過程では、排気通路の排気により空気導通管内の空気が冷却されるとともに、液体窒素供給部の液体窒素送給管により空気導通管内の空気が冷却されるので、熱効率がよく、省力化が図られる。

そして、必要に応じ、上記塔体の上方に屋根を形成し、上記空気導通部を上記屋根の屋根裏に設けられ該屋根の軒先に空気取入口を有し上記空気導通管の空気流入口に連通する空気通路を備えて構成し、上記液体窒素供給部の液体窒素送給管を上記空気通路内にも配設した構成としている。回転体の回転により屋根の軒先の空気取入口から空気が取り入れられ、取り入れられた空気は、空気通路を通って空気導通管に流入し、空気導通管を通って回転体に流出していく。この過程では、排気通路の排気により空気導通管内の空気が冷却されるとともに、液体窒素供給部の液体窒素送給管により空気導通管内及び空気通路内の空気が冷却されるので、熱効率がよく、省力化が図られる。

また、本発明においては、必要に応じ、上記回転体を容器内の上側から突設され上部に開口を有した筒状部材を有して構成し、該筒状部材の内壁に回転により空気を遠心圧縮する別の羽根を設けて構成している。空気の吸引が確実に行われ、圧縮性能が向上させられる。
そしてまた、必要に応じ、上記回転体を容器内の上側から突設され上部に開口を有した筒状部材を有して構成し、該筒状部材の内壁に回転により空気を遠心圧縮する別の羽根を設けて構成し、
上記液体窒素供給部を、上記容器で気化した窒素を回収して圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器とを備えて構成し、該凝縮器で液化した液体窒素を上記液体窒素噴出体に再び供給して窒素を循環させて用いるようにするとともに、上記凝縮器を、上記回転体の筒状部材の外周に設けられ上記容器により冷却された冷水が循環ポンプにより循環させられる水冷体と、該水冷体に設けられ上記圧縮機からの窒素が流される熱交換パイプとを備えて構成している。
これにより、筒状部材の内壁に回転により空気を遠心圧縮する別の羽根を設けたので、空気の吸引が確実に行われ、圧縮性能が向上させられる。また、凝縮器においては、容器により冷却した冷水を用いて水冷するので、熱効率がよく、省力化が図られる。

この場合、上記回転体の筒状部材の外周を、上記凝縮器を含んで覆って上記筒状部材の冷却室を形成し、該凝縮器の水冷体に該水冷体の水を上記筒状部材に向けて散水するシャワーを設けた構成としている。筒状部材がシャワーで冷却されるので、筒状部材を通る空気が冷却され、熱効率がよく、省力化が図られる。

また、この場合、上記冷却室に、上記排気管からの排気及び外気を上記シャワーの散水に晒されるように導入する導入口と、上記シャワーの散水に晒された排気及び外気を該冷却室の外側に導出する導出口とを設け、該導出口に排気及び外気を吸引するブロワを設けたことが有効である。排気及び外気によりシャワーの排熱を行なうことができるので、この点でも、熱効率がよく、省力化が図られる。

更に、この場合、上記凝縮器の熱交換パイプから分岐され上記容器内であって上記回転体から噴射される二酸化炭素に向けて液体窒素を噴射する液体窒素噴射管を設けたことが有効である。液体窒素は、回転体の外周に設けた複数の噴射口から噴射させられることに加えて、液体窒素噴射管からも噴射されるので、容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換がより一層確実に行なわれる。

更にまた、この場合、必要に応じ、上記回転体の筒状部材の上方に屋根を形成し、上記空気導通部を上記屋根の屋根裏に設けられ該屋根の軒先に空気取入口を有し上記筒状部材の開口に連通する空気通路を設けて構成し、上記排気部を上記回転体の下部から筒状部材を通って上記空気通路内に配設された排気管を備えて構成し、上記液体窒素供給部を上記排気管内に設けられ液体窒素を上記液体窒素噴出体に送給する液体窒素送給管を備えて構成している。回転体の回転により屋根の軒先の空気取入口から空気が取り入れられ、取り入れられた空気は、空気通路を通って筒状部材に流入し、回転体下部へ流出していく。この過程では、排気管の排気により筒状部材及び空気通路内の空気が冷却されるとともに、液体窒素供給部の液体窒素送給管により排気管を介して筒状部材及び空気通路内の空気が冷却されるので、熱効率がよく、省力化が図られる。

本発明の二酸化炭素の液化方法によれば、二酸化炭素若しくは二酸化炭素を含む気体と、液体窒素とを容器内に供給することにより、二酸化炭素の液化が可能になり、多量の二酸化炭素のみならず、例えば、空気中の微量の二酸化炭素において、選択的に効率よく液化させることができる。
また、本発明の二酸化炭素回収装置によれば、回転体の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられ、この圧縮集合させられた二酸化炭素のみが、液化されていくので、空気中の微量の二酸化炭素を選択的に効率よく液化することができ、空気中の微量の二酸化炭素を確実に回収することができる。また、空気導通部，排気部，液体窒素噴出体に液体窒素を供給する液体窒素供給部の構成を、各気体及び液体の熱交換効率が良くなるような構造にした場合には、できるだけ低エネルギーで本装置を稼動することができ、省力化を図ることができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る二酸化炭素の液化方法及び二酸化炭素回収装置について詳細に説明する。実施の形態に係る二酸化炭素の液化方法は、実施の形態に係る二酸化炭素回収装置において実現されるので、本装置の作用の説明において説明する。

図１及び図２には、本発明の第一の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置Ｓを示す。この二酸化炭素回収装置Ｓは、液化二酸化炭素Ｌを底部に溜めることが可能な密封容器１を備えている。
容器１は、２つの円錐状のカップ状部材２，３の開口縁同士を接合して形成される「そろばん玉」のような形状の上下対称の中空状に形成されており、接合部分に対応する断面Ｕ字状部位４が最大径に形成されている。また、容器１は、断熱材５で被覆されている。この容器１は外側に設けた複数の脚体６に支持されて接地されている。
また、容器１の上部には、筒状の塔体７が立設されている。塔体７の上方には屋根８が形成されている。

この容器１内には、中空状の回転体１０が容器１と同軸の軸線を中心に回転可能に設けられる。この回転体１０は、空気を吸引して遠心力により外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させるとともに、分離して圧縮集合した二酸化炭素を液体窒素とともに外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させ、容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させるものである。

詳しくは、中空状の回転体１０は、皿状のカップ状部材１２と円錐状のカップ状部材１３とをその開口縁同士を接合して形成され、容器１と略同様の略「そろばん玉」のような形状の中空状に形成され、接合部分に対応する部位が最大径の先端部１４を構成している。先端部１４には、二酸化炭素を液体窒素とともに噴射させる複数の噴射口１１が等角度関係で形成されている。回転体１０の上側には開口１５が設けられており、この開口縁に円筒状の回転軸部１６が形成されている。この回転軸部１６は、容器１に設けたリング状の軸受け部１７に回転可能に嵌合させられている。軸受け部１７の内部には回転軸部１６と軸受け部１７との間にグリスを供給するグリス溜り１８が形成されている。この結果、上記の塔体７は、回転体１０の開口にシールされて回転体１０に連設されることになる。
一方、回転体１０の下部にも回転軸１９が設けられており、ベアリング２１を介して容器１下部に設けた支持体２２に回転可能に支持されている。
この支持体２２には、回転体１０を回転させる電動モータからなる駆動部２０が液密状態で内装されている。

回転体１０において、下側のカップ状部材１２の内壁には、後述の空気導通管３１の空気流出口３３から回転により空気を吸引して遠心圧縮し、回転体１０の外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させる複数の羽根２４が設けられている。
一方、開口１５へ向かうカップ状部材１２の内壁には、後述の排気部４０に係り、回転体１０内の不要な気体を開口１５に導いて排気するための複数のフィン２５が設けられている。

また、実施の形態に係る二酸化炭素回収装置Ｓは、回転体１０に連通し吸引される空気を冷却しながら導通させる空気導通部３０と、回転体１０の不要な気体を排気する排気部４０と、回転体１０内に設けられ液体窒素を回転体１０の噴射口１１から噴射可能に回転体１０内に噴出させる液体窒素噴出体５０と、液体窒素噴出体５０に液体窒素を供給する液体窒素供給部６０とを備えて構成されている。

詳しくは、空気導通部３０は、塔体７内に設けられ、上端に空気が流入する空気流入口３２を有し、下端に容器１内の下側内壁の近傍に開口し空気が流出する空気流出口３３を有した空気導通管３１を備えて構成されている。また、空気導通部３０は、屋根８の屋根裏に設けられ屋根８の軒先に空気取入口３４を有し、空気導通管３１の空気流入口３２に連通する空気通路３５を備えて構成されている。

排気部４０は、塔体７に設けられ空気導通管３１の外側に形成された排気通路４１を備えて構成されている。排気通路４１は螺旋状に形成されており、空気導通管３１内を冷却可能にしている。また、空気導通管３１内及び空気通路３５内に、液体窒素供給部６０の後述の液体窒素送給管６８を設け、空気導通管３１内及び空気通路３５内を冷却可能にしている。

液体窒素噴出体５０は、回転体１０内に平面上で螺旋状に形成された螺旋管５１で構成され、螺旋管５１の最外周の管体の外側に液体窒素を噴出する噴出口５２を等角度関係で複数設けて構成されている。

この液体窒素噴出体５０に液体窒素を供給する液体窒素供給部６０は、容器１で気化した窒素を回収して圧縮するコンプレッサーからなる圧縮機６１と、圧縮機６１で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器６２とを備えて構成され、凝縮器６２で液化した液体窒素を液体窒素噴出体５０に再び供給して窒素を循環させて用いるようにしている。６３は凝縮器６２で凝縮した液体窒素を減圧して低温化させる減圧弁である。凝縮器６２は、排気部４０からの排気を用いて空冷する構成になっている。

詳しくは、凝縮器６２は、塔体７の外周に設けられ上部に排気通路４１に連通し排気が流入する排気流入口６４を有し下側に排気が流出する排気流出口６５を有した中空状の空冷体６６と、この空冷体６６に設けられ圧縮機６１からの窒素が流される熱交換パイプ６７とを備えて構成されている。
また、液体窒素供給部６０において、熱交換パイプ６７には、液体窒素噴出体５０に至る液体窒素送給管６８が接続されている。この液体窒素送給管６８は、空気導通管３１内及び空気通路３５内に設けられ、空気導通管３１内及び空気通路３５内を冷却可能にしている。

更に、容器１の最下端外側には、容器１内で液化され容器１の底部に溜められた液化二酸化炭素Ｌを取出すポンプ８０が備えられている。ポンプ８０には、開閉バルブ８１を有し液化二酸化炭素Ｌを送給する送給管８２が接続され、この送給管８２にボンベ８３を接続して、このボンベ８３に液化二酸化炭素Ｌを収納するようにしている。

従って、この第一の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置Ｓによれば、以下のようにして、液化二酸化炭素Ｌが回収される。
常時は、電動モータからなる駆動部２０により回転体１０が回転しているとともに、液体窒素供給部６０の圧縮機６１が駆動して、窒素を圧縮して凝縮器６２に送り、凝縮器６２では窒素を冷却して液化しており、凝縮器６２で液化した液体窒素が液体窒素送給管６８を通って液体窒素噴出体５０に供給されている。

この回転体１０の回転により、回転体１０の複数の羽根２４及び複数のフィン２５により吸引力が作用し、屋根８の軒先の空気取入口３４から空気が取り入れられ、取り入れられた空気は、空気通路３５を通って空気導通管３１の空気流入口３２に流入し、空気導通管３１を通って空気流出口３３から流出していく。この過程では、排気通路４１の排気により空気導通管３１内の空気が冷却されるとともに、液体窒素供給部６０の液体窒素送給管６８により空気導通管３１内及び空気通路３５内の空気が冷却される。
また、液体窒素噴出体５０の噴出口５２からは、液体窒素が回転体１０の外周部に向けて噴出させられている。

空気導通管３１を通って空気流出口３３から流出した空気は、回転体１０内で複数の羽根２４により遠心圧縮され、これにより、回転体１０の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられる。また、複数のフィン２５により、回転体１０内の不要な気体は排気部４０の排気通路４１に導かれて排気されていく。
そして、回転体１０の外周側に圧縮集合させられた二酸化炭素は、液体窒素噴出体５０の噴出口５２から噴出させられた液体窒素とともに、回転体１０の外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させられる。この噴射により、容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれ、二酸化炭素は液化して容器１の底部に流下していく。この場合、回転体１０の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられ、この圧縮集合させられた二酸化炭素のみが、液化されていくので、空気中の微量の二酸化炭素が選択的に効率よく液化していく。容器１内で液化され容器１の底部に溜められた液化二酸化炭素Ｌは、ポンプ８０により取り出されてボンベ８３に収納されていく。

一方、回転体１０の外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させられた液体窒素は容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれると、気化するが、圧縮機６１により吸引されて凝縮器６２に送られ、凝縮器６２で冷却されて液化させられ、液体窒素噴出体５０に再び供給される。そのため、窒素は循環させて用いられるので、別途液体窒素を供給しなくてもよく、それだけ、処理効率が向上させられる。また、凝縮器６２においては、空冷体６６に排気通路４１からの排気を流入させ、熱交換パイプ６７でこの排気の熱交換により空冷するので、熱効率がよく、省力化が図られる。

図３及び図４には、本発明の第二の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置Ｓを示す。上記と同様のものには同一の符号を付して説明する。この二酸化炭素回収装置Ｓは、液化二酸化炭素Ｌを底部に溜めることが可能な密封容器１を備えている。
容器１は、円筒状のカップ状部材２と円錐状のカップ状部材３とをその開口縁同士を接合して形成される「こま」のような形状の中空状に形成されている。また、容器１の外側面部は、水が貯留される貯留槽７０に形成されており、容器１によって貯留槽７０の水が冷却されるようにしている。この容器１は外側に設けた複数の脚体６に支持されて接地されている。
また、容器１の円筒状のカップ状部材２，３の上部には、筒状の塔体７１が立設されている。塔体７１の上部には天井部７２が設けられ、天井部７２の上方には屋根８が形成されている。屋根８と天井部７２の空間は、後述の空気通路３５として構成される。

この容器１には、回転体１０が容器１と同軸の軸線を中心に回転可能に設けられる。この回転体１０は、空気を吸引して遠心力により外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させるとともに、分離して圧縮集合した二酸化炭素を液体窒素とともに外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させ、容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させるものである。

詳しくは、回転体１０は、皿状のカップ状部材１２と円錐台状で上がわに開口７３を有した部材７４とをその開口縁同士を接合して形成される略「そろばん玉」のような形状の中空状部材７５と、この中空状部材７５の上側の開口７３に連通して設けられるとともに容器１の上側から突設され上部に開口７７を有した筒状部材７６とを有して構成されている。中空状部材７５の接合部分に対応する部位が最大径の先端部１４を構成している。先端部１４には、二酸化炭素を液体窒素とともに噴射させる複数の噴射口１１が等角度関係で形成されている。回転体１０の筒状部材７６の下側は容器１に設けたリング状の軸受け部７８に回転可能に軸支され、回転体１０の筒状部材７６の上側は塔体７１の天井部７２に設けた軸受け部７９に軸支されている。軸受け部７８の内部には筒状部材７６と軸受け部７８との間にグリスを供給するグリス溜り９０が形成されている。

一方、回転体１０の下部にも回転軸１９が設けられており、ベアリング２１を介して容器１下部に設けた支持体２２に回転可能に支持されている。
この支持体２２には、回転体１０を回転させる電動モータからなる駆動部２０が液密状態で内装されている。

回転体１０において、下側のカップ状部材１２の内壁には、回転により空気を吸引して遠心圧縮し、回転体１０の外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させる複数の羽根２４，９１が設けられている。
また、筒状部材７６の内壁には、回転により空気を遠心圧縮する別の複数の羽根９１が設けられている。
尚、回転体１０は、後述の排気部４０の排気管４２にもベアリング４８を介して軸支されている。

詳しくは、空気導通部３０は、屋根８の屋根裏に設けられ屋根８の軒先に空気取入口３４を有し筒状部材７６の開口７７に連通する空気通路３５を設けて構成されている。
排気部４０は、回転体１０の下部から筒状部材７６を通って空気通路３５内に配設された排気管４２を備えて構成され、空気を冷却可能にしている。排気管４２の排気流入口４３は回転体１０の中空状部材７５内に開口し、排気流出口４４は塔体７１の外側中央部に開口して設けられている。排気管４２の排気流入口４３の外側には、上記回転体１０の羽根２４と相俟って空気を遠心圧縮する複数の羽根９２が設けられている。回転体１０は、排気部４０の排気管４２にもベアリング４８を介して軸支されている。
液体窒素噴出体５０は、排気管４２の羽根９２の上部に設けられたリング状の管体で、その外側に液体窒素を噴出する噴出口５２を等角度関係で複数設けて構成されている。

この液体窒素噴出体５０に液体窒素を供給する液体窒素供給部６０は、容器１で気化した窒素を回収して圧縮するコンプレッサーからなる圧縮機６１と、圧縮機６１で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器６２とを備えて構成され、凝縮器６２で液化した液体窒素を液体窒素噴出体５０に再び供給して窒素を循環させて用いるようにしている。液体窒素供給部６０は、排気管４２内に設けられ液体窒素を液体窒素噴出体５０に送給する液体窒素送給管６８を備えて構成されている。
凝縮器６２は、容器１により冷却された貯留槽７０の冷水を用いて水冷する構成になっている。詳しくは、凝縮器６２は、回転体１０の筒状部材７６の外周に設けられ容器１により冷却された冷水が循環ポンプ８０により循環させられる水冷体１００と、水冷体１００に設けられ上記圧縮機６１からの窒素が流される熱交換パイプ６７とを備えて構成されている。

そして、回転体１０の筒状部材７６の外周を、凝縮器６２を含んで上記の塔体７１により覆って、筒状部材７６の冷却室１０１を形成し、凝縮器６２の水冷体１００に該水冷体１００の水を筒状部材７６に向けて散水するシャワー１０２を設けている。
冷却室１０１には、排気管４２からの排気及び外気をシャワー１０２の散水に晒されるように導入する導入口１０３と、シャワー１０２の散水に晒された排気及び外気を冷却室１０１の外側に導出する導出口１０４とが設けられている。導出口１０４には、排気及び外気を吸引するブロワ１０５が設けられている。

また、容器１には、凝縮器６２の熱交換パイプ６７から分岐され容器１内であって回転体１０から噴射される二酸化炭素に向けて液体窒素を噴射する液体窒素噴射管１０６が設けられている。符号１０７は排気管４２の排気流出口４４に設けられ、冷却室１０１の導入口１０３に導入される排気の量を調整する調整扉、符号１０８は筒状部材７６の水抜き穴７６ａから水抜きした水を排水する排水装置である。

従って、この第二の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置Ｓによれば、以下のようにして、液化二酸化炭素Ｌが回収される。
常時は、電動モータからなる駆動部２０により回転体１０が回転しているとともに、液体窒素供給部６０の圧縮機６１が駆動して、窒素を圧縮して凝縮器６２に送り、凝縮器６２では窒素を冷却して液化させており、凝縮器６２で液化した液体窒素が液体窒素噴出体５０に供給されている。液体窒素噴出体５０の噴出口５２からは、液体窒素が回転体１０の外周部に向けて噴出させられている。また、容器１には、液体窒素噴射管１０６から液体窒素が噴射されている。

この回転体１０の回転により、回転体１０の複数の羽根２４，９１、排気管４２に設けた羽根９２により吸引力が作用し、屋根８の軒先の空気取入口３４から空気が取り入れられ、取り入れられた空気は、空気通路３５を通って回転体１０の筒状部材７６の開口７７に流入し、回転体１０の中空状部材７５内に流出していく。この過程では、冷却室１０１において、シャワー１０２の散水、排気及び外気の導入により、筒状部材７６内の空気が冷却されるとともに、排気管４２内の排気及び液体窒素供給部６０の液体窒素送給管６８により空気が冷却される。また、この過程では、排気管４２の排気により筒状部材７６及び空気通路３５内の空気が冷却されるとともに、液体窒素供給部６０の液体窒素送給管６８により排気管４２を介して筒状部材７６及び空気通路３５内の空気が冷却されるので、熱効率がよく、省力化が図られる。

回転体１０の中空状部材７５内に流出した空気は、遠心圧縮され、これにより、回転体１０の中空状部材７５の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられる。また、回転体１０内の不要な気体は排気部４０の排気管４２の排気流入口４３に導かれて排気されていく。
そして、回転体１０の外周側に圧縮集合させられた二酸化炭素は、液体窒素噴出体５０の噴出口５２から噴出させられた液体窒素とともに、回転体１０の外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させられる。この噴射により、また、液体窒素噴射管１０６から噴射される液体窒素により、容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれ、二酸化炭素は液化して容器１の底部に流下していく。この場合、液体窒素は、回転体１０の外周に設けた複数の噴射口１１から噴射させられることに加えて、液体窒素噴射管１０６からも噴射されるので、容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換がより一層確実に行なわれる。また、回転体１０の外周側に二酸化炭素が分離して圧縮集合させられ、この圧縮集合させられた二酸化炭素のみが、液化されていくので、空気中の微量の二酸化炭素が選択的に効率よく液化していく。容器１内で液化され容器１の底部に溜められた液化二酸化炭素Ｌは、ポンプ８０により取り出されてボンベ８３に収納されていく。

一方、回転体１０の外周に設けた複数の噴射口１１から容器１内に噴射させられた液体窒素は容器１内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換が行なわれると、気化するが、圧縮機６１により吸引されて凝縮器６２に送られ、凝縮器６２で冷却されて液化させられ、液体窒素噴出体５０に再び供給される。そのため、窒素は循環させて用いられるので、別途液体窒素を供給しなくてもよく、それだけ、処理効率が向上させられる。また、凝縮器６２においては、水冷体１００に水を流入させ、熱交換パイプ６７を水冷するので、熱効率がよく、省力化が図られる。

本発明の第一の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置を示す図である。本発明の第一の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置を示す拡大半断面図である。本発明の第二の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置を示す図である。本発明の第二の実施の形態に係る二酸化炭素回収装置を示す拡大半断面図である。

符号の説明

Ｓ二酸化炭素回収装置
Ｌ液化二酸化炭素
１容器
６脚体
７塔体
８屋根
１０回転体
１１噴射口
１５開口
２０駆動部
２４羽根
２５フィン
３０空気導通部
３１空気導通管
３４空気取入口
３５空気通路
４０排気部
４１排気通路
４２排気管
４８ベアリング
５０液体窒素噴出体
５２噴出口
６０液体窒素供給部
６１圧縮機
６２凝縮器
６６空冷体
６７熱交換パイプ
６８液体窒素送給管
７０貯留槽
７１塔体
７２天井部
７３開口
７５中空状部材
７６筒状部材
７７開口
８０ポンプ
８３ボンベ
９１羽根
９２羽根
１００水冷体
１０１冷却室
１０２シャワー
１０５ブロワ
１０６液体窒素噴射管

Claims

容器内に二酸化炭素若しくは二酸化炭素を含む気体を供給するとともに、該容器内に液体窒素を供給し、該容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させることを特徴とする二酸化炭素の液化方法。
液化二酸化炭素を底部に溜めることが可能な密封容器と、該容器に回転可能に設けられ空気を吸引して遠心力により外周側に二酸化炭素を分離して圧縮集合させるとともに該分離して圧縮集合した二酸化炭素を液体窒素とともに外周に設けた複数の噴射口から上記容器内に噴射させ該容器内で二酸化炭素と液体窒素との熱交換を行なわせて二酸化炭素を液化させる中空状の回転体と、該回転体を回転させる駆動部と、上記回転体に連通し吸引される空気を冷却しながら導通させる空気導通部と、上記回転体の不要な気体を排気する排気部と、上記回転体内に設けられ上記液体窒素を上記回転体の噴射口から噴射可能に該回転体内に噴出させる液体窒素噴出体と、該液体窒素噴出体に液体窒素を供給する液体窒素供給部と、上記容器内で液化され上記容器の底部に溜められた液化二酸化炭素を取出すポンプとを備えたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
上記回転体の内壁に回転により空気を遠心圧縮する羽根を設けて構成したことを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素回収装置。
上記液体窒素供給部を、上記容器で気化した窒素を回収して圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器とを備えて構成し、該凝縮器で液化した液体窒素を上記液体窒素噴出体に再び供給して窒素を循環させて用いることを特徴とする請求項２または３記載の二酸化炭素回収装置。
上記凝縮器を、上記排気部からの排気を用いて空冷する構成にしたことを特徴とする請求項３または４記載の二酸化炭素回収装置。
上記凝縮器を、上記容器により冷却された冷水を用いて水冷する構成にしたことを特徴とする請求項３または４記載の二酸化炭素回収装置。
上記回転体を容器内に回転可能に収納し、該回転体の上部に開口を設け、上記容器の上部に上記回転体の開口にシールされて連通される筒状の塔体を立設し、上記空気導通部を上記塔体内に設けられ上端に空気が流入する空気流入口を有し下端に上記容器内に開口し空気が流出する空気流出口を有した空気導通管を備えて構成し、上記排気部を上記塔体に設けられ上記空気導通管の外側に形成された排気通路を備えて構成し、上記液体窒素供給部を上記空気導通管内に設けられ液体窒素を上記液体窒素噴出体に送給する液体窒素送給管を備えて構成したことを特徴とする請求項２，３，４，５または６記載の二酸化炭素回収装置。
上記回転体を容器内に回転可能に収納し、該回転体の上部に開口を設け、上記容器の上部に上記回転体の開口にシールされて連通される筒状の塔体を立設し、上記空気導通部を上記塔体内に設けられ上端に空気が流入する空気流入口を有し下端に上記容器内に開口し空気が流出する空気流出口を有した空気導通管を備えて構成し、上記排気部を上記塔体に設けられ上記空気導通管の外側に形成された排気通路を備えて構成し、
上記液体窒素供給部を、上記容器で気化した窒素を回収して圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器とを備えて構成し、該凝縮器で液化した液体窒素を上記液体窒素噴出体に再び供給して窒素を循環させて用いるようにするとともに、上記凝縮器を、上記塔体の外周に設けられ上部に上記排気通路に連通し排気が流入する排気流入口を有し下側に排気が流出する排気流出口を有した中空状の空冷体と、該空冷体内に設けられ上記圧縮機からの窒素が流される熱交換パイプとを備えて構成し、
更に、上記液体窒素供給部を上記空気導通管内に設けられ液体窒素を上記液体窒素噴出体に送給する液体窒素送給管を備えて構成したことを特徴とする請求項２または３記載の二酸化炭素回収装置。
上記塔体の上方に屋根を形成し、上記空気導通部を上記屋根の屋根裏に設けられ該屋根の軒先に空気取入口を有し上記空気導通管の空気流入口に連通する空気通路を備えて構成し、上記液体窒素供給部の液体窒素送給管を上記空気通路内にも配設したことを特徴とする請求項７または８記載の二酸化炭素回収装置。
上記回転体を容器内の上側から突設され上部に開口を有した筒状部材を有して構成し、該筒状部材の内壁に回転により空気を遠心圧縮する別の羽根を設けて構成したことを特徴とする請求項２，３，４，５または６記載の二酸化炭素回収装置。
上記回転体を容器内の上側から突設され上部に開口を有した筒状部材を有して構成し、該筒状部材の内壁に回転により空気を遠心圧縮する別の羽根を設けて構成し、
上記液体窒素供給部を、上記容器で気化した窒素を回収して圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮した窒素を冷却して液化する凝縮器とを備えて構成し、該凝縮器で液化した液体窒素を上記液体窒素噴出体に再び供給して窒素を循環させて用いるようにするとともに、上記凝縮器を、上記回転体の筒状部材の外周に設けられ上記容器により冷却された冷水が循環ポンプにより循環させられる水冷体と、該水冷体に設けられ上記圧縮機からの窒素が流される熱交換パイプとを備えて構成したことを特徴とする請求項２または３記載の二酸化炭素回収装置。
上記回転体の筒状部材の外周を、上記凝縮器を含んで覆って上記筒状部材の冷却室を形成し、該凝縮器の水冷体に該水冷体の水を上記筒状部材に向けて散水するシャワーを設けたことを特徴とする請求項１１記載の二酸化炭素回収装置。
上記冷却室に、上記排気管からの排気及び外気を上記シャワーの散水に晒されるように導入する導入口と、上記シャワーの散水に晒された排気及び外気を該冷却室の外側に導出する導出口とを設け、該導出口に排気及び外気を吸引するブロワを設けたことを特徴とする請求項１２記載の二酸化炭素回収装置。
上記凝縮器の熱交換パイプから分岐され上記容器内であって上記回転体から噴射される二酸化炭素に向けて液体窒素を噴射する液体窒素噴射管を設けたことを特徴とする請求項１２または１３記載の二酸化炭素回収装置。
上記回転体の筒状部材の上方に屋根を形成し、上記空気導通部を上記屋根の屋根裏に設けられ該屋根の軒先に空気取入口を有し上記筒状部材の開口に連通する空気通路を設けて構成し、上記排気部を上記回転体の下部から筒状部材を通って上記空気通路内に配設された排気管を備えて構成し、上記液体窒素供給部を上記排気管内に設けられ液体窒素を上記液体窒素噴出体に送給する液体窒素送給管を備えて構成したことを特徴とする請求項１０，１１，１２，１３または１４記載の二酸化炭素回収装置。