JP2014075994A

JP2014075994A - Ｃｏ２ガス濃縮装置、及びｃｏ２ガス濃縮方法

Info

Publication number: JP2014075994A
Application number: JP2012224580A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Minehara; 英介峰原; Yoshihisa Kobayashi; 良久小林
Original assignee: WAKASA WAN ENERGY RES CT; Wakasa Wan Energy Research Center
Current assignee: WAKASA WAN ENERGY RES CT; Wakasa Wan Energy Research Center
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP6083665B2

Abstract

【課題】外気中のＣＯ₂ガスを濃縮して植物工場や園芸用温室等に効率良く供給することができ、しかも、装置コストを安価に抑えられる上に、電気代やメンテナンスにかかるランニングコストも低減できるＣＯ₂濃縮装置、及びこの装置を利用したＣＯ₂ガス濃縮方法を提供すること。
【解決手段】ＣＯ₂ガス濃縮用の第一圧力容器１と；この第一圧力容器１に接続された空気貯蔵用の第二圧力容器２と；前記第一圧力容器１と植物栽培室Ｒの間に配置され、更に駆動源として電動モータＭが内蔵されて、外気を吸気部31から第一圧力容器１及び第二圧力容器２に圧送可能である一方、各圧力容器１・２内に貯蔵された圧縮ガスを植物栽培室Ｒまたは排気部32に移送する際には、電動モータＭが発電機Ｇとして作動するエネルギー回生式のエアコンプレッサ３とからＣＯ₂濃縮装置を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ₂濃縮装置の改良、詳しくは、外気中のＣＯ₂ガスを濃縮して植物工場や園芸用温室等に効率良く供給することができ、しかも、装置コストを安価に抑えられる上に、電気代やメンテナンスにかかるランニングコストも低減できるＣＯ₂濃縮装置、及びこの装置を利用したＣＯ₂ガス濃縮方法に関するものである。

周知のとおり、光合成を行って生育する植物にとって二酸化炭素は最も基本的な栄養の一つであるため、生育環境中に二酸化炭素が豊富に存在すると、植物の生育速度や生育状態は向上する。そのため、植物工場や園芸用温室、農業用ハウス等では、植物の生育を促進して収穫量を上げるために栽培室内にＣＯ₂ガスが施肥される。

また、上記栽培室内にＣＯ₂ガスを供給する方法としては、ＣＯ₂ガスを圧縮して詰め込んだガスボンベを供給源として使用する方法も考えられるが、ガスボンベは空になった際に交換作業が必要になるだけでなく、ガス自体も割高になるため、栽培室内の空間が広い植物工場等で使用するとランニングコストが高くなって採算がとれない。

そこで、従来においては、外気中の二酸化炭素を分離・回収して植物工場等に供給する装置が開発され、具体的な装置としては、ＣＯ₂ガスを化学的に吸収する物質を用いて分離・回収する装置(特許文献１参照)や、気体によって透過速度が異なる分離膜を用いてＣＯ₂ガスを分離・回収する装置(特許文献２参照)が公知となっている。

また他にも、ＣＯ₂ガスを物理的に吸着するゼオライト等を利用して分離・回収を行う装置(特許文献３,４参照)も公知となっており、特にこれらの装置が採用しているＰＳＡ法(圧力スイング吸着法：吸着材入りの圧力容器に空気を加圧封入してＣＯ₂ガスを吸着させる方法)は、大量の空気中からＣＯ₂ガスを濃縮するのに適している。

しかし、従来のＰＳＡ法を用いたＣＯ₂ガス回収技術では、ＣＯ₂ガスの濃縮効率を吸着材の性能や量に依存していたため、性能に優れた高価な吸着材を使用するか、圧力容器内の吸着材の充填率を高めるか、上記文献３のように吸着材入りの圧力容器を複数使用するかしないと、実用レベルの濃縮効率を得ることができなかった。

また、上記ＰＳＡ法によってＣＯ₂ガスを回収する際には、エアコンプレッサを使用して圧力容器内に空気を加圧封入する必要があるが、サイズの大きい圧力容器を使用する場合には、それに応じてエアコンプレッサの電力消費量も大きくなるため、装置を年中稼働させると電気代が嵩むだけでなく、省エネの面でも問題があった。

特開２００１−３３３６３９号公報特開２０１２―６５５８１号公報特開平６−２５３６８２号公報特開２０１２―１６３２２号公報

そこで本発明は、上記の如き問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、外気中のＣＯ₂ガスを濃縮して植物工場や園芸用温室等に効率良く供給することができ、しかも、装置コストを安価に抑えられる上に、電気代やメンテナンスにかかるランニングコストも低減できるＣＯ₂濃縮装置、及びこの装置を利用したＣＯ₂ガス濃縮方法を提供することにある。

本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。

即ち、本発明は、植物工場や園芸用温室等の植物栽培室Ｒ内にＣＯ₂ガスを施肥するために用いられるＣＯ₂ガス濃縮装置において、
ＣＯ₂吸着材11が内部に収容されたＣＯ₂ガス濃縮用の第一圧力容器１と；この第一圧力容器１にバルブＶ₁付き管路Ｐ₁によって接続された空気貯蔵用の第二圧力容器２と；前記第一圧力容器１と植物栽培室Ｒの間に配置されて、各々にバルブＶ₂・Ｖ₃付き管路Ｐ₂・Ｐ₃で接続されると共に、前記植物栽培室Ｒ側の管路Ｐ₃を分岐して吸排気部31・32が設けられ、更に駆動源として電動モータＭが内蔵されて、外気を吸気部31から第一圧力容器１及び第二圧力容器２に圧送可能である一方、各圧力容器１・２内に貯蔵された圧縮ガスを植物栽培室Ｒまたは排気部32に移送する際には、前記電動モータＭが発電機Ｇとして作動して、通過する圧縮ガスの圧力エネルギーを電気エネルギーに変換して回収可能なエネルギー回生式のエアコンプレッサ３とを含んで構成し、
前記エアコンプレッサ３を用いて圧力容器１・２に外気を加圧・封入したとき、ＣＯ₂吸着材11及び二つの圧力容器の容積比によって第一圧力容器１内でＣＯ₂ガスを濃縮可能とする一方、高圧状態となった圧力容器１・２間のバルブＶ₁を閉じて、第一圧力容器１から植物栽培室ＲまでのバルブＶ₆・Ｖ₃を開いたとき、第一圧力容器１内の減圧に伴いＣＯ₂吸着材11から脱着したＣＯ₂ガスをエアコンプレッサ３を経由して植物栽培室Ｒ内に供給可能とすることができる。

また、上記装置に関しては、エアコンプレッサ３にピストンとシリンダを有する往復運動型、或いはスクロール式やベーン式、ロータリー式等の回転運動型の圧縮運動機構を備えると共に、この圧縮運動機構をエネルギー回生時の空気エンジンとしても利用し、更にこの圧縮運動機構を外部から断熱して構成する一方
空気圧縮とエネルギー回生が連続的に繰り返し行われるように、エアコンプレッサ３の電動モータの起動・停止と各バルブＶ₁・Ｖ₂…の開閉を制御する自動制御部４を付設して、空気圧縮時に圧縮運動機構内で生じた圧縮発熱や粘性抵抗発熱を、エネルギー回生時の気体膨張による冷却作用によって回収することもできる。またこれにより、エアコンプレッサ３のエネルギーロスを抑制することが可能となる。

そしてまた、上記装置に関しては、植物栽培室Ｒ内に設置したＣＯ₂濃度計Ｄから濃度データ信号を自動制御部４に送信し、このデータに基づいて電動モータ及びバルブＶ₁・Ｖ₂…をフィードバック制御するにより、ＣＯ₂ガスの供給量を左右するエアコンプレッサ３の空気圧縮の単位時間当たりの頻度、または設定最大圧力を最適に調整することできる。そしてこれによって、更なる省エネ化が図れる。

一方、上記装置において、エアコンプレッサ３と植物栽培室Ｒを繋ぐ管路Ｐ₃を、植物栽培室Ｒの下部に接続すると共に、植物栽培室Ｒの最上部付近に、煙突や煙道等の排気口Ｅを設けて、ＣＯ₂濃度の高い空気が植物栽培室Ｒの下部から導入された際、ＣＯ₂濃度の低い空気が前記排気口Ｅから外部に排出されるようにすれば、植物にＣＯ₂ガスを効率良く施肥することが可能となる。

また更に、上記エアコンプレッサ３の植物栽培室Ｒ側に設けた吸気部31と排気部32を離れた位置に配置して、排気部32から排出されたＣＯ₂濃度の低い空気が吸気部31から吸い込まれないようにすることで、ＣＯ₂ガスの濃縮効率の低下を防止できる。

他方、上記装置を利用して植物工場や園芸用温室等の植物栽培室Ｒ内にＣＯ₂ガスを施肥する際には、
電動モータを駆動源とするエアコンプレッサ３によって、吸気部31から吸い込んだ外気を、ＣＯ₂吸着材11が内部に収容されたＣＯ₂ガス濃縮用の第一圧力容器１を経由して、第一圧力容器１に直列に接続された空気貯蔵用の第二圧力容器２まで加圧・封入する第一のステップと；第一のステップの後、エアコンプレッサ３が既定最大圧力となったところで、電動モータを停止して前記第一圧力容器１と第二圧力容器２間のバルブＶ₁を閉じる第二のステップと；第二のステップの後、第一圧力容器１から植物栽培室ＲまでのバルブＶ₆・Ｖ₃を開いて、第一圧力容器１内の減圧に伴いＣＯ₂吸着材11から脱着したＣＯ₂ガスをエアコンプレッサ３を経由して植物栽培室Ｒ内に供給すると同時に、エアコンプレッサ３の電動モータＭを発電機Ｇとして利用してエネルギー回生を行う第三のステップと；第三のステップの後、第二圧力容器２からエアコンプレッサ３の排気部32までのバルブＶ₇・Ｖ₃を開いて、第二圧力容器２内に貯蔵されたＣＯ₂濃度の低い空気の排出を行うと同時に、第三のステップと同じく電動モータＭを発電機Ｇとして利用してエネルギー回生を行う第四のステップとを含む方法を採用するのが望ましい。

本発明では、吸着材が収容されたＣＯ₂ガス濃縮用の圧力容器をエアコンプレッサに繋ぐと共に、この濃縮用の圧力容器に、ＣＯ₂ガス濃度の低い空気を貯める空気貯蔵用の圧力容器を直列に繋いで構成したことにより、エアコンプレッサで外気を加圧封入する際、二つの圧力容器の容積比によって封入される空気の割合を調整することができるため、ＣＯ₂ガスの濃度を効率良く高めることが可能となる。

そして、上記外気を高圧封入した後は、濃縮用の圧力容器のバルブを開けるだけで、圧力容器内の減圧に伴って吸着材から脱着したＣＯ₂ガスを、空気中に高濃度で含まれた状態で外部に移送することができるため、本発明に係る装置を使用すれば、植物栽培室や園芸用温室等に濃縮ＣＯ₂ガスを効率的に供給できる。

しかも、本発明では、上記圧力容器に封入されたガスを外部に移送する際、ガスを反対方向に通過させて、エアコンプレッサを空気エンジン発電機として機能させているため、封入ガスの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収でき、更にこの回生エネルギーを利用して、エアコンプレッサの電力消費量を格段に低減できる。

また更に、本発明に係る装置では、ガスボンベの交換作業などのメンテナンスも不要であるため、電気代を含むランニングコストを安価に抑えることができる。他方、イニシャルコストについても、高価な吸着材等を使用せずに実用レベルの濃縮効率を実現できることから、装置費用が過大になるようなことはない。

したがって、本発明により、植物栽培室にＣＯ₂ガスを施肥する際に使い勝手が良く、また外気中のＣＯ₂ガスの濃縮機能にも優れ、事業上において一番大きな問題となるコスト面の問題も解消できる新規なＣＯ₂ガス濃縮装置を提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。

本発明の実施例１におけるＣＯ₂ガス濃縮装置を表わす概略図である。本発明の実施例１におけるＣＯ₂ガス濃縮方法を説明するための工程説明図である。

『実施例１』
本発明の実施例１について、図１及び図２に基いて説明する。同図において、符号１で指示するものは、第一圧力容器であり、符号２で指示するものは、第二圧力容器である。また符号３で指示するものは、エアコンプレッサであり、符号４で指示するものは、自動制御部である。

[ＣＯ₂ガス濃縮装置の構成]
この実施例１では、ＣＯ₂吸着材11を内部に収容したＣＯ₂ガス濃縮用の第一圧力容器１に対して、空気貯蔵用の第二圧力容器２と、エアコンプレッサ３とをそれぞれ管路Ｐ₁・Ｐ₂で接続すると共に、エアコンプレッサ３と植物栽培室Ｒも管路Ｐ₃で接続して装置全体を構成している(図１参照)。また、各管路にはバルブＶ₁・Ｖ₂・Ｖ₃を設けている。

一方、上記第一圧力容器１と植物栽培室Ｒの間に配置したエアコンプレッサ３には、植物栽培室Ｒ側の管路Ｐ₃を分岐させて吸気部31を設けている。これによりバルブＶ₄を開放した状態で電動モータＭを駆動させれば、吸気部31から取り込んだ外気を第一圧力容器１、及びその奧の第二圧力容器２に圧送することが可能となる。

他方、上記エアコンプレッサ３には、第二圧力容器２内に加圧・封入したＣＯ₂濃度の低い空気を外部に排出するための排気部32を、植物栽培室Ｒ側の管路Ｐ₃を分岐させて設けている。これによりバルブＶ₅を開放した状態で、第二圧力容器２から排気部32までのバルブを開けば、ＣＯ₂濃度の低い空気を外部に排出することができる。

また、上記エアコンプレッサ３には、発電機Ｇとして使用が可能な電動モータＭを内蔵すると共に、電動モータＭの動力を空気を圧縮する力に変換する動力伝達機構として、ピストンとシリンダを有する圧縮運動機構を備えている。そして、この圧縮運動機構については、圧縮空気を動力とする空気エンジンとしても利用される。

なお、上記圧縮運動機構に関しては、本実施例ではピストンとシリンダを有する往復運動型の機構を採用しているが、空気を圧縮できる機構であれば他の運動形式を採用することもでき、例えばスクロール式やベーン式、ロータリー式等の回転運動型の圧縮運動機構を採用することも可能である。

また本実施例では、給排気の制御を容易化するために、第一圧力容器１とエアコンプレッサ３、及び第二圧力容器２とエアコンプレッサ３の間に、排気専用のバルブＶ₆・Ｖ₇付き迂回路Ｐ₄・Ｐ₅を設けている。またエアコンプレッサ３の植物工場Ｒ側の管路Ｐ₃にも、分岐部(吸排気部31・32に分岐)の手前に補助バルブＶ₈(通常時は開放)を設けている。

そして、上記のように装置を構成したことにより、外気の加圧・封入時において、第一圧力容器１内に収容したＣＯ₂吸着材11及び第一圧力容器１と第二圧力容器２の容積比によって第一圧力容器１内のＣＯ₂濃度を効率良く高めることができるため、ＣＯ₂ガスの濃縮作業を迅速に行うことができる。

また、上記各圧力容器１・２に外気を封入した後は、第一圧力容器１と第二圧力容器２間のバルブＶ₁を閉じて、第一圧力容器１から植物栽培室ＲまでのバルブＶ₆・Ｖ₃を開くだけで、吸着されたＣＯ₂ガスを第一圧力容器１内の減圧に伴い吸着材から脱着させることができるため、植物栽培室Ｒ内に濃縮したＣＯ₂ガスを簡単に供給できる。

また本実施例では、上記エアコンプレッサ３に繋がる管路Ｐ₃を植物栽培室Ｒの下部に接続する一方、植物栽培室Ｒの最上部付近に排気口Ｅ(煙突)を設けているため、植物栽培室Ｒの下部からＣＯ₂濃度の高い空気を導入した際に、ＣＯ₂濃度の低い空気が上部の排気口Ｅから排出されて、ＣＯ₂ガスが効率良く施肥される。

また更に本実施例では、上記エアコンプレッサ３の吸気部31と排気部32を離れた位置に配置しているため、排気部32から排出されたＣＯ₂濃度の低い空気が吸気部31から再度取り込まれる心配はなく、ＣＯ₂ガスの濃縮作業を短時間で繰り返し行った場合でもＣＯ₂ガスの濃縮効率が低下することはない。

そして更に、上記第一圧力容器１に封入されたＣＯ₂ガスを植物栽培室Ｒ内に移送する際、および第二圧力容器２に封入された圧縮空気を外部に排出する際には、エアコンプレッサ３に封入ガスを逆方向に通過させることで電気モータＭを発電機Ｇとして作動させることができるため、エネルギー回生による節電も可能となる。

また、本実施例においては、上記植物栽培室Ｒ内に設置したＣＯ₂濃度計Ｄから得られた濃度データ信号を自動制御部４に送信して、フィードバック制御によりＣＯ₂ガスの供給量を左右するエアコンプレッサ３の空気圧縮の単位時間当たりの頻度、または設定最大圧力を最適に調整しているため、電力消費を最小限に抑えられる。

しかも、本実施例では、上記エアコンプレッサ３の空気圧縮とエネルギー回生に共通して用いるピストン及びシリンダを備えた圧縮運動機構を、外部から断熱して構成すると共に、自動制御部４によりエアコンプレッサ３の電動モータＭの起動・停止と各バルブＶ₁・Ｖ₂…(自動弁)の開閉を制御して、空気圧縮とエネルギー回生を短時間で繰り返し行えるようにしている。

これにより、エアコンプレッサ３による空気圧縮時に圧縮運動機構内で生じた圧縮発熱や粘性抵抗発熱を、エネルギー回生時の気体膨張による冷却作用によって回収することができるため、エアコンプレッサ３内でのエネルギーロスを低減してエネルギー回生による節電効果を更に高めることができる。なお、圧縮運動機構に回転運動型の機構を採用した場合でも同様の効果が得られる。

[ＣＯ₂ガス濃縮方法]
次に、上記装置を用いて行うＣＯ₂ガス濃縮方法について以下に説明する。まず、第一のステップとして、エアコンプレッサ３を稼働して吸気部31から外気を吸い込み、この吸い込んだ外気を第一圧力容器１及びこの第一圧力容器１に直列に接続された第二圧力容器２に圧送して、これらの圧力容器に外気を加圧・封入する(図２(a)参照)。

そして、上記外気を加圧・封入した各圧力容器１・２内の圧力がエアコンプレッサ３の既定最大圧力まで達したところで、電動モータＭを停止し、各圧力容器１・２間のバルブＶ₁を閉じて第二のステップを完了する(図示せず)。なおこれらの操作は、手動ではなく自動制御部４と自動弁によって自動的に行う(以下の操作も同様)。

またこの際、大気中に数百ppmの濃度で含まれるＣＯ₂ガスは、ＣＯ₂吸着材11及び第一圧力容器１と第二圧力容器２の容積比により1000ppm〜2000ppm程度の濃度まで濃縮される。ちなみに、このＣＯ₂ガスの濃度は、植物栽培室Ｒに直接施肥できる濃度に設定しているが、途中で薄める場合には更に高濃度に設定することもできる。

そして、上記第二のステップの完了後は、第三のステップとして、第一圧力容器１から植物栽培室ＲまでのバルブＶ₆・Ｖ₈(通常時は常に開放)・Ｖ₃を開き、第一圧力容器１内のＣＯ₂ガスをエアコンプレッサ３を経由して植物栽培室Ｒ内に供給する(図２(b)参照)。また同時に、エアコンプレッサ３の電動モータＭを発電機Ｇとして作動させてエネルギー回生も行う。

また、上記第三のステップにおいて、第一圧力容器１内に封入されていた空気が全て植物栽培室Ｒに移送されたとき、または植物栽培室Ｒ内に充分量のＣＯ₂ガスが供給されたときは、第一圧力容器１とエアコンプレッサ３、及びエアコンプレッサ３と植物栽培室Ｒを繋ぐ管路のバルブＶ₂・Ｖ₆・Ｖ₃を全て閉じて次の第四のステップに備える(図示せず)。

そして、最後の第四のステップでは、第二圧力容器２からエアコンプレッサ３の排気部32までのバルブＶ₇・Ｖ₈(通常時は常に開放)・Ｖ₅を開いて、第二圧力容器２内に貯蔵されているＣＯ₂濃度の低い空気をエアコンプレッサ３を経由して外部に排出する(図２(c)参照)。また同時に、エアコンプレッサ３を空気エンジン発電機として利用してエネルギー回生を行う。

また、上記第四のステップにおいて、第二圧力容器２内の空気が全て外部に排出されたときは、排気部32及び第二圧力容器とエアコンプレッサ３を繋ぐ迂回路のバルブＶ₅・Ｖ₇を閉じ、エアコンプレッサ３と第一圧力容器１と第二圧力容器２を直列に繋ぐ管路及び吸気部31のバルブＶ₁・Ｖ₂・Ｖ₄を開いて再び第一のステップに備える(図示せず)。

このように、上記第一のステップから第四のステップを連続的に繰り返すことにより、エアコンプレッサ３の電気消費量を抑えつつ効率的にＣＯ₂ガスの濃縮および濃縮したＣＯ₂ガスの植物栽培室Ｒへの移送を行うことができる。また上記操作は、自動制御部４でコントロールしているため、フィートバック制御により操作を最適化できる。

本発明は、概ね上記のように構成されるが、本発明のＣＯ₂施肥装置は図示の実施形態に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、エアコンプレッサ３を繋ぐ植物栽培室Ｒは、植物を栽培できる広さを有する準密閉空間であれば、植物工場でも園芸用温室でも農業用ハウス等でもよい。また、排気口Ｅを煙突でなく排気ダクトとしてもよい。

また、第一圧力容器１内でＣＯ₂を濃縮した空気を、適当な濃度に薄めて植物栽培室Ｒに供給する場合には、エアコンプレッサ３と植物栽培室Ｒの間に外気を注入する装置を付設することができ、またエアコンプレッサ３と各圧力容器１・２を繋ぐ迂回路Ｐ₄・Ｐ₅を設けずに装置を構成することもできる。

そしてまた、第一圧力容器１のＣＯ₂吸着材11についても、吸着作用を有する材料(ゼオライトやアルミナ、活性炭等)から自由に選択できる。また、方法に関しても、迂回路Ｐ₄・Ｐ₅を設ける場合には、先にＣＯ₂濃度の薄い空気を排出してから、ＣＯ₂濃度の高い空気を植物栽培室Ｒに供給することもでき、何れのものも本発明の技術的範囲に属する。

近年、食糧危機や食料自給率の低下の問題を解決するために、気候等に左右されない生産効率の高い植物工場の研究が進められている。また最近では、エネルギー資源(原油・天然ガス)の枯渇およびそれによる資源価格の高騰に対応するために、産業界においても省エネルギー対策が強く求められている。

そのような中で、本発明のＣＯ₂ガス濃縮装置及びＣＯ₂ガス濃縮方法は、大気中のＣＯ₂ガスの効率的な濃縮及び供給によって植物工場の生産性を向上させることができるだけでなく、稼働時の電力消費量を抑えて省エネ化も図れる有用な技術であるため、その産業上の利用価値は非常に高い。

１第一圧力容器
11 ＣＯ₂吸着材
２第二圧力容器
３エアコンプレッサ
31 吸気部
32 排気部
４自動制御部
Ｖバルブ
Ｒ植物栽培室
Ｍ電動モータ
Ｇ発電機
ＤＣＯ₂濃度計
Ｅ排気口
Ｐ管路・迂回路

Claims

植物工場や園芸用温室等の植物栽培室(Ｒ)内にＣＯ₂ガスを供給するために用いられるＣＯ₂ガス濃縮装置であって、
ＣＯ₂吸着材(11)が内部に収容されたＣＯ₂ガス濃縮用の第一圧力容器(１)と；この第一圧力容器(１)にバルブ(Ｖ₁)付き管路(Ｐ₁)によって接続された空気貯蔵用の第二圧力容器(２)と；前記第一圧力容器(１)と植物栽培室(Ｒ)の間に配置されて、各々にバルブ(Ｖ₂)(Ｖ₃)付き管路(Ｐ₂)(Ｐ₃)で接続されると共に、前記植物栽培室(Ｒ)側の管路(Ｐ₃)を分岐して吸排気部(31)(32)が設けられ、更に駆動源として電動モータ(Ｍ)が内蔵されて、外気を吸気部(31)から第一圧力容器(１)及び第二圧力容器(２)に圧送可能である一方、各圧力容器(１)(２)内に貯蔵された圧縮ガスを植物栽培室(Ｒ)または排気部(32)に移送する際には、前記電動モータ(Ｍ)が発電機(Ｇ)として作動して、通過する圧縮ガスの圧力エネルギーを電気エネルギーに変換して回収可能なエネルギー回生式のエアコンプレッサ(３)とを含んで成り、
前記エアコンプレッサ(３)を用いて圧力容器(１)(２)に外気を加圧・封入したとき、ＣＯ₂吸着材(11)及び二つの圧力容器の容積比によって第一圧力容器(１)内でＣＯ₂ガスが濃縮される一方、高圧状態となった圧力容器(１)(２)間のバルブ(Ｖ₁)を閉じて、第一圧力容器(１)から植物栽培室(Ｒ)までのバルブ(Ｖ₆)(Ｖ₃)を開いたとき、第一圧力容器(１)内の減圧に伴いＣＯ₂吸着材(11)から脱着したＣＯ₂ガスがエアコンプレッサ(３)を経由して植物栽培室(Ｒ)内に供給されることを特徴とするＣＯ₂ガス濃縮装置。
エアコンプレッサ(３)に、ピストンとシリンダを有する往復運動型、或いはスクロール式やベーン式、ロータリー式等の回転運動型の圧縮運動機構を備えると共に、この圧縮運動機構をエネルギー回生時の空気エンジンとしても利用し、更にこの圧縮運動機構を外部から断熱して構成する一方、
前記エアコンプレッサ(３)による空気圧縮とエネルギー回生が連続的に繰り返し行われるように、電動モータの起動・停止と各バルブ(Ｖ₁)(Ｖ₂)…の開閉を遠隔操作する自動制御部(４)を付設して、空気圧縮時に圧縮運動機構内で生じた圧縮発熱や粘性抵抗発熱を、エネルギー回生時の気体膨張による冷却作用によって回収可能としたことを特徴とする請求項１記載のＣＯ₂ガス濃縮装置。
植物栽培室(Ｒ)内にＣＯ₂濃度計を設置すると共に、このＣＯ₂濃度計(Ｄ)から送信された濃度データ信号に基いて、ＣＯ₂ガスの供給量を左右するエアコンプレッサ(３)の空気圧縮の単位時間当たりの頻度、または設定最大圧力が最適に調整されるように電動モータ及びバルブ(Ｖ₁)(Ｖ₂)…をフィードバック制御する機能を自動制御部(４)に付与したことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＯ₂ガス濃縮装置。
エアコンプレッサ(３)と植物栽培室(Ｒ)を繋ぐ管路(Ｐ₃)を、植物栽培室(Ｒ)の下部に接続すると共に、植物栽培室(Ｒ)の最上部付近に、煙突や煙道等の排気口(Ｅ)設けて、ＣＯ₂濃度の高い空気が植物栽培室(Ｒ)の下部から導入された際、ＣＯ₂濃度の低い空気が前記排気口(Ｅ)から自動的に外部に排出されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のＣＯ₂ガス濃縮装置。
エアコンプレッサ(３)の植物栽培室(Ｒ)側に設けられた吸気部(31)と排気部(32)を離れた位置に配置して、排気部(32)から排出されたＣＯ₂濃度の低い空気が吸気部(31)から吸い込まれないようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のＣＯ₂ガス濃縮装置。
植物工場や園芸用温室等の植物栽培室(Ｒ)内にＣＯ₂ガスを供給する際に用いられるＣＯ₂ガス濃縮方法であって、
電動モータ(Ｍ)を駆動源とするエアコンプレッサ(３)により、吸気部(31)から吸い込んだ外気を、ＣＯ₂吸着材(11)が内部に収容されたＣＯ₂ガス濃縮用の第一圧力容器(１)を経由して、第一圧力容器(１)に直列に接続された空気貯蔵用の第二圧力容器(２)まで加圧・封入する第一のステップと；この第一のステップを経た後、エアコンプレッサ(３)が既定最大圧力となったところで、電動モータを停止して前記第一圧力容器(１)と第二圧力容器(２)間のバルブ(Ｖ₁)を閉じる第二のステップと；この第二のステップを経た後、第一圧力容器(１)から植物栽培室(Ｒ)までのバルブ(Ｖ₆)(Ｖ₃)を開いて、第一圧力容器(１)内の減圧に伴いＣＯ₂吸着材(11)から脱着したＣＯ₂ガスをエアコンプレッサ(３)を経由して植物栽培室(Ｒ)内に供給すると同時に、エアコンプレッサ(３)の電動モータ(Ｍ)を発電機(Ｇ)として利用してエネルギー回生を行う第三のステップと；この第三のステップを経た後、第二圧力容器(２)からエアコンプレッサ(３)の排気部(32)までのバルブ(Ｖ₇)(Ｖ₃)を開いて、第二圧力容器(２)内に貯蔵されたＣＯ₂濃度の低い空気の排出を行うと同時に、エアコンプレッサ(３)の電動モータ(Ｍ)を発電機(Ｇ)として利用してエネルギー回生を行う第四のステップとを含むことを特徴とするＣＯ₂ガス濃縮方法。