JP2011190116A

JP2011190116A - 二酸化炭素回収装置

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Publication number: JP2011190116A
Application number: JP2010054808A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ichikawa; 貴志市川
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: JP5518531B2

Abstract

【課題】排ガスが流入する容器を劣化させることなく、効率的に二酸化炭素を回収できる二酸化炭素回収装置を提供すること。
【解決手段】排ガス中に含まれる二酸化炭素を固化させて回収する二酸化炭素回収装置であって、内部を排ガスが流通する回収装置本体と、前記回収装置本体の内部に水平方向に延びるように配置され、内部を冷媒が流通する伝熱管と、前記伝熱管に近接して配置され、水平方向に移動して前記伝熱管の周面に付着した固化された二酸化炭素を掻き落とす掻き落とし手段と、前記回収装置本体の下方に配置され前記掻き落とし手段により掻き落とされた二酸化炭素を収容する収容部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、二酸化炭素を含むガスから効率的に二酸化炭素を回収する二酸化酸素回収装置に関する。

一般に、火力発電所や化学プラント等において、石炭、石油又はＬＮＧ等の化石燃料を燃焼させることで発生する排ガス中には、多量の二酸化炭素が含まれており、環境面を考慮すると排ガス中に含まれる二酸化炭素を効率的に回収する必要がある。

排ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する手法として、排ガス中の二酸化炭素をドライアイスとして固化させて分離する手法が知られている。例えば、特許文献１には、二酸化炭素回収容器の内部に排ガスを供給し、この二酸化炭素回収容器の内部を冷却することで、排ガス中に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素回収容器の内面にドライアイスとして付着させる手法が提案されている。

特開２００７−６９０５７号公報

しかしながら、特許文献１で対案された手法では、二酸化炭素回収容器の内面に付着したドライアイスを回収するために、二酸化炭素回収容器自体に振動を加えて、この振動により二酸化炭素回収容器に付着したドライアイスを分離させる必要があった。そのため、二酸化炭素回収容器に過度の力が恒常的に加えられることになり、二酸化炭素回収容器が疲労してしまう。そして、このような疲労によって二酸化炭素回収容器の気密性が損なわれて、この二酸化炭素回収容器から排ガスが漏洩するおそれがあった。

つまり、従来の手法においては、経年的に二酸化炭素回収容器に振動が加えられる結果、二酸化炭素回収容器が劣化して破損する場合があり、効率的に二酸化炭素の回収を行えなくなってしまうことがある。

従って、本発明は、排ガスが流入する容器を劣化させることなく、効率的に二酸化炭素を回収できる二酸化炭素回収装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の二酸化炭素回収装置は、排ガス中に含まれる二酸化炭素を固化させて回収する二酸化炭素回収装置であって、内部を排ガスが流通する回収装置本体と、該回収装置本体の内部に水平方向に延びるように配置され、内部を冷媒が流通する伝熱管と、前記伝熱管に近接して配置され、水平方向に移動して前記伝熱管の周面に付着した固化された二酸化炭素を掻き落とす掻き落とし手段と、前記回収装置本体の下方に配置され前記掻き落とし手段により掻き落とされた二酸化炭素を収容する収容部と、を備える。

（２）前記伝熱管は、前記回収装置本体の高さ方向における下部に配置される第１伝熱管と、該第１伝熱管よりも上部に配置される第２伝熱管と、を備え、前記第１伝熱管における冷媒の流通方向は、前記第２伝熱管における冷媒の流通方向と逆方向であることが好ましい。

（３）前記第１伝熱管において前記冷媒を第１方向に流通させると共に、前記第２伝熱管において該冷媒を前記第１方向とは逆方向の第２方向に流通させる第１状態と、前記第１伝熱管において前記冷媒を前記第２方向に流通させると共に、前記第２伝熱管において該冷媒を前記第１方向に流通させる第２状態と、を切り替える流路切り替え手段をさらに備えることが好ましい。

（４）前記回収装置本体は、該回収装置本体の上部に設けられ排ガスが導入される排ガス導入口と、前記排ガス導入口から導入された排ガスを下方に流通させる第１排ガス流通室と、前記第１排ガス流通室の下部に連続して設けられ、前記第１排ガス流通室を流通した排ガスを上方に流通させる第２排ガス流通室と、前記第２排ガス流通室の上部に設けられ前記第２排ガス流通室を流通した排ガスを排出する排ガス排出口と、を備えることが好ましい。

（５）前記伝熱管及び前記掻き落とし手段は、前記第１排ガス流通室に設けられることが好ましい。

本発明によれば、伝熱管に付着し固化した二酸化炭素を掻き落として収容部に回収するようにしたので、回収装置本体に振動を加える必要がない。よって、疲労等によって回収装置本体の気密性が損なわれることがなく、効率的に二酸化炭素の回収を行える。

本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置を説明する模式図である。本発明の実施形態に係る回収装置本体を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る伝熱管を示す平面図である。本発明の実施形態に係る掻き落とし部材を示す正面図である。本発明の実施形態に係る掻き落とし部材及び駆動部を示す側面図である。図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材が待機位置にある状態を一部破断して概略的に示す図である。図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材が待機位置と駆動位置との間に位置する状態を一部破断して概略的に示す図である。図１に示す二酸化炭素回収装置における掻き落とし部材が駆動位置にある状態を一部破断して概略的に示す図である。

以下、本発明の二酸化炭素回収装置の好ましい一実施形態について図面を参照ながら説明する。

図１に示すように、二酸化炭素回収装置１は、例えば、石炭、石油又はＬＮＧ等を燃料として用いる火力発電所で用いられ、当該火力発電所からの排ガス中に含まれる二酸化炭素を固化させて回収する。

二酸化炭素回収装置１は、回収装置本体１０と、回収装置本体１０の内部に配置される伝熱管２０を含んで構成され冷媒が流通される冷媒流通部２４と、伝熱管２０の周面に付着した固化された二酸化炭素（ドライアイス）を掻き落とす掻き落とし手段３０と、伝熱管２０を流通する冷媒の流路を切り替える流路切替手段４０（図２参照）と、掻き落とされたドライアイスを回収する回収部５０と、回収装置本体１０の下方に配置される収容部６０と、回収部５０及び収容部６０の圧力を調整するポンプ７０と、制御装置８０と、を備える。

図２に示すように、回収装置本体１０は、排ガス導入口１１と、第１排ガス流通室１２と、第２排ガス流通室１４と、排ガス排出口１３と、を備え、内部を排ガスが流通する。
排ガス導入口１１は、回収装置本体１０の上部に設けられる。回収装置本体１０には、この排ガス導入口１１から排ガスが導入される。
第１排ガス流通室１２は、排ガス導入口１１から下方に延びる。この第１排ガス流通室１２では、排ガス導入口１１から導入された排ガスが上方から下方に向けて流通する。
第２排ガス流通室１４は、第１排ガス流通室１２の下部に連続して設けられる。この第２排ガス流通室１４は、上方に延びて形成される。第２排ガス流通室１４では、第１排ガス流通室１２を流通した排ガスが下方から上方に向けて流通する。
排ガス排出口１３は、第２排ガス流通室１４の上部に設けられる。この排ガス排出口１３からは、第２排ガス流通室１４を流通した排ガスが排出される。排ガス排出口１３は、排ガス導入口１１よりも低い位置に配置される。

回収装置本体１０は、第１排ガス流通室１２と第２排ガス流通室１４とが連続する部分において、水平方向における断面の面積が下方に向かって徐々に小さくなるようにすぼまっている。つまり、第１排ガス流通室１２と第２排ガス流通室１４とが連続する部分における回収装置本体１０の壁面は、回収装置本体１０の水平方向における断面の中心に向かって下り傾斜した傾斜面となっており、下方に突出した突出部１６を形成している。この突出部１６には、開口が設けられている。第１排ガス流通室１２の容積は、第２排ガス流通室１４の容積よりも大きく、回収装置本体１０に設けられた開口は、第１排ガス流通室１２側に位置している。

冷媒流通部２４は、冷媒が略水平に流通される第１冷媒流通部２４ａと、この第１冷媒流通部の上方に、第１冷媒流通部と略平行に配置される第２冷媒流通部２４ｂと、第１冷媒流通部２４ａと第２冷媒流通部２４ｂとを連結する一対の連結部２４ｃと、を備える。冷媒流通部２４は、回収装置本体１０の内部に水平方向に延びるようにして配置され、内部を冷媒が流通する伝熱管２０を有する。伝熱管２０の内部には、液体窒素等の冷媒が流通する。

図２及び図３に示すように、第１冷媒流通部２４ａは、伝熱管２０のうち互いに略平行に延びる複数の第１伝熱管２１と、複数の第１伝熱管２１の延びる方向に略垂直に延び、複数の第１伝熱管２１それぞれの一端側に連結される第１連結管２４１と、第１連結管２４１に略平行に延び複数の第１連結管２４１それぞれの他端側に連結される第２連結管２４２と、一端側が第１連結管２４１に連結され、他端側が第２連結管２４２に連結される第３連結管２４３と、一端側が第３連結管２４３に連結される第４連結管２４４と、を備える。

複数の第１伝熱管２１は、第１排ガス流通室１２を挿通して配置される。複数の第１伝熱管２１の大部分は、第１排ガス流通室１２の内部に位置する。複数の第１伝熱管２１の一端側及び他端側は、第１排ガス流通室１２の外部に位置する。

第１連結管２４１は、第１排ガス流通室１２の外部に配置される。この第１連結管２４１には、複数の第１伝熱管２１それぞれの一端側が長手方向に所定の間隔をあけて連結される。
第２連結管２４２は、第１排ガス流通室１２の外部に配置される。この第２連結管２４２には、複数の第１伝熱管２１それぞれの他端側が長手方向に所定の間隔をあけて連結される。

第３連結管２４３は、第１排ガス流通室１２の外部に配置される。この第３連結管２４３は、第１排ガス流通室１２の側面に沿って配置される。第３連結管２４３の一端側は、第１連結管２４１の長手方向の略中央部に連結され、第３連結管２４３の他端側は、第２連結管２４２の長手方向の略中央部に連結される。
第４連結管２４４は、第３連結管２４３の長手方向の略中央部に連結される。

第２冷媒流通部２４ｂは、伝熱管２０のうち互いに略平行に延びる複数の第２伝熱管２２と、複数の第２伝熱管２２の延びる方向に略垂直に延び、複数の第２伝熱管２２それぞれの一端側に連結される第５連結管２４５と、第５連結管２４５に略平行に延び複数の第２伝熱管２２それぞれの他端側に連結される第６連結管２４６と、一端側が第５連結管２４５に連結され、他端側が第６連結管２４６に連結される第７連結管２４７と、一端側が第７連結管２４７に連結される第８連結管２４８と、を備える。

複数の第２伝熱管２２は、第１伝熱管２１よりも上部に配置される。複数の第２伝熱管２２は、複数の第１伝熱管２１の延びる方向に沿うように第１排ガス流通室１２を挿通して配置される。複数の第２伝熱管２２の大部分は、第１排ガス流通室１２の内部に位置する。複数の第２伝熱管２２の一端側及び他端側は、第１排ガス流通室１２の外部に位置する。

第５連結管２４５は、第１排ガス流通室１２の外部に配置される。この第５連結管２４５には、複数の第２伝熱管２２それぞれの一端側が長手方向に所定の間隔をあけて連結される。
第６連結管２４６は、第１排ガス流通室１２の外部に配置される。この第６連結管２４６には、複数の第２伝熱管２２それぞれの他端側が長手方向に所定の間隔をあけて連結される。

第７連結管２４７は、第１排ガス流通室１２の外部に配置される。この第７連結管２４７は、第１排ガス流通室１２の側面に沿って配置される。第７連結管２４７の一端側は、第５連結管２４５の長手方向の略中央部に連結され、第７連結管２４７の他端側は、第６連結管２４６の長手方向の略中央部に連結される。
第８連結管２４８は、第７連結管２４７の長手方向の略中央部に連結される。

一対の連結部２４ｃは、第１連結管２４１と第５連結管２４５とを連結する第９連結管２４９、及び第２連結管２４２と第６連結管２４６とを連結する第１０連結管２５０により構成される。第９連結管２４９は、第１連結管２４１の長手方向の略中央部と第５連結管２４５の長手方向の略中央部とを連結する。第１０連結管２５０は、第２連結管２４２の長手方向の略中央部と第６連結管２４６の長手方向の略中央部とを連結する。

以上の冷媒流通部２４では、冷媒は、第４連結管２４４から第１冷媒流通部２４ａに導入される。第１冷媒流通部２４ａを流通した冷媒は、連結部２４ｃを通って第２冷媒流通部２４ｂに流入される。そして第２冷媒流通部２４ｂを流通した冷媒は、第８連結管２４８から導出される。

流路切替手段４０は、冷媒流通部２４を流通する冷媒の流路を切り替える。この流路切替手段４０は、第３連結管２４３の第１連結管２４１側に設けられる第１調節弁４１と、第３連結管２４３の第２連結管２４２側に設けられる第１調節弁４１と、第７連結管２４７の第５連結管２４５側に設けられる第３調節弁４３と、第７連結管２４７の第６連結管２４６側に設けられる第４調節弁４４と、第９連結管２４９に設けられた第５調節弁４５と、第１０連結管２５０に設けられた第６調節弁４６と、を備える。

流路切替手段４０は、第１伝熱管２１における冷媒の流通方向と、第２伝熱管２２における冷媒の流通方向とを、逆方向となるよう切り替える。流路切替手段４０は、第１伝熱管２１において冷媒を第１方向（図２の矢印Ａ方向）に流通させると共に、第２伝熱管２２において冷媒を第１方向とは逆方向の第２方向に流通させる第１状態と、第１伝熱管２１において冷媒を第２方向に流通させると共に、第２伝熱管２２において冷媒を第１方向に流通させる第２状態と、を切り替える。

より具体的には、第１状態で冷媒を流通させる場合には、第２調節弁４２を開放すると共に第１調節弁４１を閉鎖する。これにより、第４連結管２４４から導入された冷媒は、第３連結管２４３を第２連結管２４２側に流通し、複数の第１伝熱管２１を第２連結管２４２側から第１連結管２４１側に流通する。第１連結管２４１側に流通された冷媒は、第１調節弁４１が閉鎖されているため、第９連結管２４９を通って複数の第２伝熱管２２に流通する。冷媒は、複数の第２伝熱管２２の第５連結管２４５側から第６連結管２４６側に流通する。第６連結管２４６側に流通した冷媒は、第７連結管２４７を流通し、第３調節弁４３が閉鎖されているため第５連結管２４５側に流通せずに、第８連結管２４８を流通して導出される。

また、第２状態で冷媒を流通させる場合には、第１調節弁４１を開放すると共に第２調節弁４２弁を閉鎖する。これにより、第４連結管２４４から導入された冷媒は、第３連結管２４３を第１連結管２４１側に流通し、複数の第１伝熱管２１を第１連結管２４１側から第２連結管２４２側に流通する。第２連結管２４２側に流通された冷媒は、第２調節弁４２が閉鎖されているため、第１０連結管２５０を通って複数の第２伝熱管２２に流通する。冷媒は、複数の第２伝熱管２２の第６連結管２４６側から第５連結管２４５側に流通する。第５連結管２４５側に流通した冷媒は、第７連結管２４７を流通し、第４調節弁４４が閉鎖されているため第６連結管２４６側に流通せずに、第８連結管２４８を流通して導出される。

図４及び５に示すように、掻き落とし手段３０は、第１排ガス流通室１２の内部に配置される略長方形の板状の掻き落とし部材３１と、掻き落とし部材３１を水平方向に移動させる駆動部としての駆動装置３２と、を備える。掻き落とし手段３０は、伝熱管２０の周面に近接して配置され、水平方向に移動して伝熱管２０の周面に付着した固化された二酸化炭素（ドライアイス）を掻き落とす。

掻き落とし部材３１は、その板面が伝熱管２０の延びる方向に直交し、板面の厚さ方向が鉛直方向に沿うように配置される。この掻き落とし部材３１には、複数の伝熱管２０が挿通される複数の伝熱管挿通穴３３が形成されている。複数の伝熱管挿通穴３３の内周面と伝熱管２０の外周面との間には、適度なクリアランス（例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ）が形成されている。すなわち、複数の伝熱管挿通穴３３の内周面は、伝熱管２０の外周面に近接して配置されている。

図５に示すように、掻き落とし部材３１は、一対の第１板状部材３１ａと、一対の第１板状部材３１ａの間に配置される第２板状部材３１ｂと、を備える。一対の第１板状部材３１ａは、フッ素樹脂により形成されており、第２板状部材３１ｂは、ステンレス鋼板により形成されている。

駆動装置３２は、歯切りされたラック部３４と、ラック部３４に設けられた歯に噛み合うピニオン部３５と、これらを駆動する電動機３６と、を備える。ラック部３４は、掻き落とし部材３１の板面の重心に接続されて、この板面から略水平方向に延びる。ピニオン部３５は、電動機３６に設けられ、ラック部３４の歯に噛み合った状態で回転する。電動機３６は、ピニオン部３５を回転させることでラック部３４を駆動し、これによりラック部３４に接続された掻き落とし部材３１を水平方向に駆動する。

図１に示すように、回収部５０は、第１排ガス流通室１２の下方に配置される。回収部５０は、第１排ガス流通室１２を流通して落下するドライアイスを回収するロータリーバルブ５１と、ロータリーバルブ５１の上方に設けられ、ロータリーバルブ５１にかかる圧力を低減する圧力低減板５２と、ロータリーバルブ５１の下方に設けられる回収容器５３と、ロータリーバルブ５１と回収容器５３との間に設けられ、回収容器５３へドライアイスを流通させる配管の遮断及び開放を行うを切り替え装置５４と、を備える。

ロータリーバルブ５１は、回収装置本体１０の突出部１６に接続される。ロータリーバルブ５１の上方には開口部が設けられている。回収装置本体１０の突出部１６に設けられる開口とロータリーバルブ５１の開口部とが合うように接合される。これにより、第１排ガス流通室１２を流通して落下するドライアイスは、ロータリーバルブ５１の開口部を介して、ロータリーバルブ５１に回収される。

圧力低減板５２は、中央側が膨出した略三角錐状の形状を有し、回収装置本体１０の下方で、かつ、ロータリーバルブ５１の上方に、ロータリーバルブ５１と間隔をあけて設けられる。圧力低減板５２の水平方向の断面の形状は、回収装置本体１０における圧力低減板５２が設けられる位置の断面の形状より小さく、回収装置本体１０の下方の壁面と圧力低減板５２との間に隙間が形成される。回収装置本体１０の下方における傾斜した壁面には、内側に突出する突起が設けられる。圧力低減板５２は、この突起の上に載置され、突起に支持される。ドライアイスは、圧力低減板５２と回収装置本体１０の下方の壁面との間に形成された隙間から突出部１６の開口に落ちて回収される。

回収容器５３は、ロータリーバルブ５１の下方に設けられる。回収容器５３は、蒸気が流通する蒸気管が通る耐圧器５３１を、例えば、２つ備える。回収容器５３は、耐圧器５３１のそれぞれの上方、すなわちロータリーバルブ５１側に設けられる入口調節弁５３２と、耐圧器５３１それぞれの下方に設けられる出口調節弁５３３と、を備える。耐圧器５３１は、内部を二酸化炭素が個体から液体に状態を変えるマイナス５６．６℃以上３１．１℃未満に調整され、加圧される。

切り替え装置５４は、ドライアイスをロータリーバルブ５１から耐圧器５３１へ流通させる配管に設けられる切替ダンパである。耐圧器５３１が２つ設けられている場合、配管はロータリーバルブ５１の下方から延び、それぞれの耐圧器５３１に向かって分岐する。切り替え装置５４は、配管の分岐した部分に設けられ、耐圧器５３１の温度及び圧力や、耐圧器５３１内の液化した二酸化炭素の量等の状況に応じて配管を遮断又は開放し、ロータリーバルブ５１により回収されたドライアイスを適切な耐圧器５３１へ誘導する。

収容部６０は、掻き落とし手段３０により掻き落とされ、回収部５０から収容部６０へ液化した二酸化炭素が流通する通路６２と、通路６２を流通した液化した二酸化炭素を収容する収容容器６１と、を備える。出口調節弁５３３を通過した液化した二酸化炭素は、通路６２を流通し、収容容器６１に収容される。収容容器６１は、密閉性及び耐圧性を有する容器により構成されている。

ポンプ７０は、耐圧器５３１及び通路６２の圧力を調整する。ポンプ７０は、耐圧器５３１及び通路６２の圧力を、例えば１０Ｍｐａ以上に昇圧する。

制御装置８０は、駆動装置３２を制御して、掻き落とし部材３１を伝熱管２０の長手方向における一方側と他方側との間で移動させる。具体的には、制御装置８０は、電動機３６を駆動させて、電動機３６に設けられたピニオン部３５（図示せず）を、ラック部３４の歯に噛み合った状態で回転させる。これにより、ラック部３４に接続された掻き落とし部材３１が、水平方向に移動する。

制御装置８０は、冷媒流通部２４に設けられた流路切替手段４０を制御して、第１伝熱管２１及び第２伝熱管２２を流通する冷媒の方向を切り替える。
具体的には、制御装置８０は、流路切替手段４０を第１状態にする。すなわち、制御装置８０は、第１調節弁４１、第３調節弁４３、第６調節弁４６を閉じた状態に、第２調節弁４２、第４調節弁４４、第５調節弁４５を開いた状態にする。そして、制御装置８０は、図示しない冷媒供給装置から第１冷媒流通部２４ａへ冷媒を流通させる。すると、冷媒は、第４連結管２４４から、開放されている第２調節弁４２を介して第２連結管２４２側へ流通し、第１伝熱管２１を第２連結管２４２側から第１連結管２４１側へ流通する。第１連結管２４１側に流通した冷媒は、開放されている第５調節弁４５を介して第９連結管２４９を流通し、複数の第２伝熱管２２に流通する。そして冷媒は、複数の第２伝熱管２２の第５連結管２４５側から第６連結管２４６側に流通する。第６連結管２４６側に流通した冷媒は、第７連結管２４７を流通し、第８連結管２４８を流通して導出される。

制御装置８０は、流路切替手段４０を第２状態にする。すなわち、制御装置８０は、第２調節弁４２、第４調節弁４４、第５調節弁４５を閉じた状態に、第１調節弁４１、第３調節弁４３、第６調節弁４６を開いた状態にする。そして、制御装置８０は、図示しない冷媒供給装置から第１冷媒流通部２４ａへ冷媒を流通させる。すると、冷媒は、第４連結管２４４から、開放されている第１調節弁４１を介して第１連結管２４１側へ流通し、第１伝熱管２１を第１連結管２４１側から第２連結管２４２側へ流通する。第２連結管２４２側に流通した冷媒は、開放されている第６調節弁４６を介して第１０連結管２５０を流通し、複数の第２伝熱管２２に流通する。冷媒は、複数の第２伝熱管２２の第６連結管２４６側から第５連結管２４５側に流通する。そして、第５連結管２４５側に流通した冷媒は、第７連結管２４７を流通し、第８連結管２４８を流通して導出される。

制御装置８０は、タイマー（図示せず）を内蔵しており、所定の時間間隔で駆動装置３２及び流路切替手段４０に上述の処理を実行させる。

また、制御装置８０は、回収部５０を制御して、第１排ガス流通室１２を流通して落下するドライアイスを回収する。具体的には、制御装置８０は、ロータリーバルブ５１を回転させる。そして、制御装置８０は、ロータリーバルブ５１の下方に設けられた切り替え装置５４を制御して、ロータリーバルブ５１と耐圧器５３１との間に設けられる配管を遮断又は開放させる。これにより、ドライアイスは、ロータリーバルブ５１により回収された後、開放された配管を流通し、耐圧器５３１の上方に設けられた入口調節弁５３２から耐圧器５３１へ流入する。耐圧器５３１は、内部にドライアイスを収容した状態で加圧される。

また、制御装置８０は、ポンプ７０を制御して、耐圧器５３１及び通路６２の圧力を調整する。

次に、本実施形態の二酸化炭素回収装置１の動作について、図６から８を参照しながら説明する。
まず、駆動装置３２を駆動し、掻き落とし部材３１を、伝熱管２０の長手方向における一方の端部側の待機位置Ａ（図６参照）に位置させる。
この状態で、回収装置本体１０の内部には、排ガス導入口１１から二酸化炭素を含む排ガスが供給される。排ガス導入口１１から第１排ガス流通室１２の内部に導入された排ガス中に含まれる二酸化炭素は、第１排ガス流通室１２の内部に水平方向に配置される伝熱管２０の内部を流通する冷媒によって冷却され、伝熱管２０の周面で固化しドライアイスとなって付着する。

制御装置８０は、予め設定された時間間隔で駆動装置３２を駆動制御する。制御装置８０は、電動機３６を駆動させて、電動機３６に設けられたピニオン部３５（図示せず）を、ラック部３４の歯に噛み合った状態で回転させる。これにより、ラック部３４に接続された掻き落とし部材３１が、水平方向に移動する（図７参照）。これにより、掻き落とし部材３１は、待機位置Ａから伝熱管２０の長手方向における他方側の駆動位置Ｂ（図８参照）へ移動する。ここで、伝熱管２０の表面側には、適度なクリアランスをあけて伝熱管挿通穴３３の内周面が位置しているから、伝熱管２０の周面に付着したドライアイスは、掻き落とし部材３１の水平方向の移動によって、伝熱管２０の周面から掻き落とされて、下方に落下する。

制御装置８０は、掻き落とし部材３１が駆動位置Ｂに到達すると、掻き落とし部材３１を待機位置Ａまで復帰させる。
なお、掻き落とし部材３１は、その板面が伝熱管２０の延びる方向に直交するように配置されているので、排ガスは、掻き落とし部材３１に妨げられずに流通する。

制御装置８０は、第１伝熱管２１において冷媒を第１方向に流通させると共に、第２伝熱管２２において冷媒を第１方向とは逆方向の第２方向に流通させる第１状態と、第１伝熱管２１において冷媒を第２方向に流通させると共に、第２伝熱管２２において冷媒を第１方向に流通させる第２状態と、を定期的に切り替える。冷媒は、上流から下流に流通するにしたがって温度が上昇するが、第１状態と第２状態が定期的に切り替わるため、第１伝熱管２１及び第２伝熱管を流通する冷媒の温度が偏らない。

具体的には、制御装置８０は、冷媒流通部２４に設けられた流路切替手段４０を制御して、第１伝熱管２１及び第２伝熱管２２を流通する冷媒の方向を切り替える。
制御装置８０は、流路切替手段４０を第１状態にする。すなわち、制御装置８０は、第１調節弁４１、第３調節弁４３、第６調節弁４６を閉じた状態に、第２調節弁４２、第４調節弁４４、第５調節弁４５を開いた状態とし、図示しない冷媒供給装置から第１冷媒流通部２４ａへ冷媒を流通させる。第１状態により、冷媒は、下方に配置される第１伝熱管２１を第１方向へ流通し、連結部２４ｃを流通して、上方に配置される第２伝熱管２２を第２方向へ流通し、第２冷媒流通部２４ｂを流通する。

また、制御装置８０は、流路切替手段４０を第２状態にする。すなわち、制御装置８０は、第２調節弁４２、第４調節弁４４、第５調節弁４５を閉じた状態に、第１調節弁４１、第３調節弁４３、第６調節弁４６を開いた状態とし、図示しない冷媒供給装置から第１冷媒流通部２４ａへ冷媒を流通させる。第２状態により、冷媒は、下方に配置される第１伝熱管２１を第２方向へ流通し、連結部２４ｃを流通して、上方に配置される第２伝熱管２２を第１方向へ流通し、第２冷媒流通部２４ｂを流通する。

二酸化炭素は、伝熱管２０により冷却され、固化して排ガスから除去される。二酸化炭素が除去された除去排ガスは、第１排ガス流通室１２の下方から連続する第２排ガス流通室１４へ流通し、第２排ガス流通室１４を上方に流通する。そして、第２排ガス流通室１４の上方に設けられた排ガス排出口１３から排出される。ドライアイスは比重が重いため、第２排ガス流通室１４を上方に流通せず、第１排ガス流通室１２の下方に設けられた突出部１６の開口に落下する。

制御装置８０は、排ガスが第１排ガス流通室１２を流通する間、回収部５０のロータリーバルブ５１を回転させている。このため、突出部１６の開口に落下したドライアイスは、突出部１６の開口に接続されているロータリーバルブ５１の上部開口部から回収される。
また、ロータリーバルブ５１の上方には、圧力低減板５２が配置されている。このため、伝熱管２０の周面から掻き落とされて落下したドライアイスの一部は、圧力低減板５２により受け止められる。圧力低減板５２は、落下したドライアイスによりロータリーバルブ５１にかかる負荷を低減する。

ドライアイスは、ロータリーバルブ５１により回収された後、回収容器５３へ流通する。回収容器５３には、例えば、２つ耐圧器５３１が設けられている。ロータリーバルブ５１により回収されたドライアイスを耐圧器５３１へ送る配管には、切り替え装置５４が設けられている。制御装置８０は、耐圧器５３１それぞれの温度や、耐圧器５３１にすでに収容している二酸化炭素の量等に応じて、切り替え装置５４に配管を遮断又は開放させる。回収されたドライアイスは、切り替え装置５４により開放された配管を流通して耐圧器５３１に流通する。

ドライアイスは、耐圧器５３１の上方に設けられた入口調節弁５３２を介して耐圧器５３１に流通する。耐圧器５３１の内部には、蒸気が流通する配管が設けられている。ドライアイスは、耐圧器５３１で加圧され、液体の状態に変化する。液体となった二酸化炭素は、耐圧器５３１の下方に設けられた出口調節弁５３３より排出され、通路６２を流通して収容部６０における収容容器６１に収容される。

以上の二酸化炭素回収装置１によれば、以下のような効果を奏する。

排ガス中に含まれる二酸化炭素を、伝熱管２０の周面にドライアイスとして付着させ、掻き落とし部材３１を伝熱管２０に沿って移動させると共に、伝熱管２０の周面に付着したドライアイスを掻き落とし手段により掻き落として収容部６０に収容させた。これにより、回収装置本体１０に振動を加えることなく、二酸化炭素を回収できるので、回収装置本体１０が疲労しない。つまり、疲労によって回収装置本体１０の気密性が損なわれて、回収装置本体１０から排ガスが漏洩することはない。その結果、常に効率的に二酸化炭素の回収を行うことができる。

伝熱管２０を水平方向に延びるように配置すると共に、掻き落とし手段３０を水平方向に移動させた。掻き落とし手段３０を鉛直方向に移動させた場合における高所の点検や修理を考慮すると、掻き落とし手段３０の修理や点検等のメンテナンスが容易になる。掻き落とし手段３０はラック部３４及びピニオン部３５により構成される電動機３６で駆動される。このため、掻き落とし手段３０が大型化されても、高い駆動トルクによる安定した駆動が可能となる。
また、掻き落とし部材３１の板面が伝熱管２０の延びる方向に直交するように配置され、板の厚さ方向が鉛直方向を向くように配置されている。このため、第１排ガス流通室１２の上部から導入される排ガスが、掻き落とし部材３１の板面によって遮られず、掻き落とし部材３１が排ガスの流通に与える影響が少ない。

流路切替手段４０により、第１伝熱管２１において冷媒を第１方向に流通させると共に、第２伝熱管２２において冷媒を第１方向とは逆方向の第２方向に流通させる第１状態と、第１伝熱管２１において冷媒を第２方向に流通させると共に、第２伝熱管２２において冷媒を第１方向に流通させる第２状態と、を切り替えた。冷媒は、冷媒供給装置に近い上流側の温度が低く、下流に流通するにしたがって温度が上昇する。しかしながら、第１伝熱管２１と、第１伝熱管２１よりも上部に第２伝熱管２２を配置し、これらの内部を流れる冷媒の方向が互いに逆方向となるよう定期的に切り替えた。このため、第１伝熱管２１及び第２伝熱管２２のどちらか一方の端部側に偏って温度が低下するということがなく、ドライアイスが第１伝熱管２１及び第２伝熱管２２に偏って付着しない。

また、回収装置本体１０の鉛直方向における上方に排ガス導入口１１を設け、排ガス導入口１１から導入された排ガスが流通する第１排ガス流通室１２と、第１排ガス流通室１２に連続して設けられ第１排ガス流通室１２を流通した排ガスを上方へ流通させる第２排ガス流通室１４と、第１排ガス流通室１２の下方に連続して設けられ、第１排ガス流通室１２を流通した排ガスを上方へ流通させる第２排ガス流通室１４と、第２排ガス流通室１４に設けられ、第２排ガス流通室１４と第１排ガス流通室１２とが連続する部分よりも上方の位置に配置されて第１排ガス流通室１２を流通した排ガスを排出する排ガス排出口１３と、を設けた。ドライアイスは比重が重いため下方に落下するが、二酸化炭素が除去された排ガスは、第２排ガス流通室１４を流通して、上方の排ガス排出口１３から排出される。このため、掻き落とし部材３１により掻き落とされたドライアイスが除去排ガスに混入したり、飛散することが防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、伝熱管２０は下部に配置される複数の第１伝熱管２１と、上部に配置される複数の第２伝熱管２２とを備え、２段に配置されるが、これに限られない。上下方向に隣接する伝熱管が、互いに逆の方向に冷媒が流通することができれば、何段配置してもよい。

また、本実施形態では、掻き落とし部材３１として略長方形状のものを用いたが、掻き落とし部材３１はこれに限られることなく、伝熱管２０の周面に付着したドライアイスを効果的に掻き落とすことのできるものであれば、他の形状でもよい。

また、本実施形態では、複数の伝熱管挿通穴３３の内周面と伝熱管２０の外周面との間に、適度なクリアランスを形成したが、これに限らない。すなわち、複数の伝熱管挿通穴の内周面と伝熱管の外周面とを接触させてもよい。この場合、伝熱管挿通穴の内周面をゴム等の弾性部材により構成することで、伝熱管と伝熱管挿通穴とが接触することによる伝熱管又は掻き落とし部材の破損を防止できる。

１二酸化炭素回収装置
１０回収装置本体
１１排ガス導入口
１２第１排ガス流通室
１３排ガス排出口
１４第２排ガス流通室
２０伝熱管
２１第１伝熱管
２２第２伝熱管
３０掻き落とし手段
４０流路切替手段
６０収容部

Claims

排ガス中に含まれる二酸化炭素を固化させて回収する二酸化炭素回収装置であって、
内部を排ガスが流通する回収装置本体と、
前記回収装置本体の内部に水平方向に延びるように配置され、内部を冷媒が流通する伝熱管と、
前記伝熱管に近接して配置され、水平方向に移動して前記伝熱管の周面に付着した固化された二酸化炭素を掻き落とす掻き落とし手段と、
前記回収装置本体の下方に配置され前記掻き落とし手段により掻き落とされた二酸化炭素を収容する収容部と、を備える二酸化炭素回収装置。
前記伝熱管は、前記回収装置本体の高さ方向における下部に配置される第１伝熱管と、該第１伝熱管よりも上部に配置される第２伝熱管と、を備え、
前記第１伝熱管における冷媒の流通方向は、前記第２伝熱管における冷媒の流通方向と逆方向である請求項１に記載の二酸化炭素回収装置。
前記第１伝熱管において前記冷媒を第１方向に流通させると共に、前記第２伝熱管において該冷媒を前記第１方向とは逆方向の第２方向に流通させる第１状態と、
前記第１伝熱管において前記冷媒を前記第２方向に流通させると共に、前記第２伝熱管において該冷媒を前記第１方向に流通させる第２状態と、を切り替える流路切り替え手段をさらに備える請求項２に記載の二酸化炭素回収装置。
前記回収装置本体は、該回収装置本体の上部に設けられ排ガスが導入される排ガス導入口と、
前記排ガス導入口から導入された排ガスを下方に流通させる第１排ガス流通室と、
前記第１排ガス流通室の下部に連続して設けられ、前記第１排ガス流通室を流通した排ガスを上方に流通させる第２排ガス流通室と、
前記第２排ガス流通室の上部に設けられ前記第２排ガス流通室を流通した排ガスを排出する排ガス排出口と、を備える請求項１から３のいずれかに記載の二酸化炭素回収装置。
前記伝熱管及び前記掻き落とし手段は、前記第１排ガス流通室に配置される請求項４に記載の二酸化炭素回収装置。