JP2016052632A - Carbon dioxide recovery device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は二酸化炭素回収装置に関し、より具体的には、コージェネレーション装置の発電機を駆動する内燃機関から排出される二酸化炭素を回収して植物栽培施設に供給する装置に関する。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery device, and more specifically to an apparatus that recovers carbon dioxide discharged from an internal combustion engine that drives a generator of a cogeneration device and supplies the carbon dioxide to a plant cultivation facility.
従来から発電所などの大型プラントから排出される排ガスから二酸化炭素を回収することは良く行われているが、近時、特許文献1記載の技術の如く、コージェネレーション装置の発電機を駆動する内燃機関から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して植物栽培施設に供給することでエネルギ効率を高めるようにした二酸化炭素回収装置が提案されている。 Conventionally, carbon dioxide is often recovered from exhaust gas discharged from a large plant such as a power plant. Recently, as in the technique described in Patent Document 1, an internal combustion engine that drives a generator of a cogeneration apparatus is used. A carbon dioxide recovery device has been proposed in which energy efficiency is improved by recovering carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from an engine and supplying it to a plant cultivation facility.
特許文献1記載の技術は植物栽培施設において果実などの収穫後の植物残渣をコージェネレーション装置の内燃機関を駆動するエネルギ源として利用し、その燃焼によって生じる排熱を栽培施設の熱源として利用すると共に、内燃機関から排出される排ガスを圧力調整して二酸化炭素貯蔵タンクに貯留した後、植物栽培施設に供給するように構成される。 The technique described in Patent Document 1 uses plant residues after harvesting, such as fruits, in plant cultivation facilities as an energy source for driving the internal combustion engine of the cogeneration apparatus, and uses exhaust heat generated by the combustion as a heat source for the cultivation facility. The exhaust gas discharged from the internal combustion engine is pressure-adjusted and stored in a carbon dioxide storage tank, and then supplied to the plant cultivation facility.
特許文献1記載の技術にあっては、排ガス冷却装置を通過した排ガスは圧縮装置によって適当な圧力に調整され、一旦、二酸化炭素ガス貯蔵タンクに貯留され、次いで栽培施設に供給されるように構成される。 In the technique described in Patent Document 1, the exhaust gas that has passed through the exhaust gas cooling device is adjusted to an appropriate pressure by a compression device, temporarily stored in a carbon dioxide gas storage tank, and then supplied to a cultivation facility. Is done.
換言すれば、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸着剤に吸着させて貯留するのではないことから、回収効率が低く、十分な量の二酸化炭素を回収するためには貯蔵タンクを大型にする必要があって装置が大型化する不都合がある。 In other words, since the carbon dioxide contained in the exhaust gas is not adsorbed and stored by the adsorbent, the recovery efficiency is low, and it is necessary to enlarge the storage tank in order to recover a sufficient amount of carbon dioxide. Therefore, there is a disadvantage that the apparatus becomes large.
また、内燃機関から排出される排ガスには人体に有害な一酸化炭素も含まれることから、それを検出して植物栽培施設への供給を防止することが安全面で望ましい。 Further, since the exhaust gas discharged from the internal combustion engine also contains carbon monoxide that is harmful to the human body, it is desirable in terms of safety to detect it and prevent its supply to the plant cultivation facility.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、コージェネレーション装置から排出される排ガスの二酸化炭素を回収して植物栽培施設に供給するとき、吸着剤を用いることで装置を大型化することなく二酸化炭素を効率的に回収すると共に、一酸化炭素の植物栽培施設への供給を防止するようにした二酸化炭素回収装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and when collecting the carbon dioxide of the exhaust gas discharged from the cogeneration apparatus and supplying it to the plant cultivation facility, the adsorbent is used without increasing the size of the apparatus. An object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery device that efficiently recovers carbon dioxide and prevents the supply of carbon monoxide to a plant cultivation facility.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、コージェネレーション装置の発電機を駆動する内燃機関から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して植物栽培施設に供給する回収手段を備えた二酸化炭素回収装置において、前記回収手段が、内部に第1吸着剤が収容される吸着タンクと、内部に第2吸着剤が収容される貯留タンクと、前記内燃機関から排出される排ガスを前記吸着タンクに圧送して前記排ガスに含まれる二酸化炭素を前記第1吸着剤に吸着させる二酸化炭素吸着手段と、前記吸着タンクの内部の圧力を減圧して前記吸着された二酸化炭素を前記第1吸着剤から脱離させ、前記脱離させた二酸化炭素を前記貯留タンクに圧送して前記第2吸着剤に吸着させて貯留する二酸化炭素貯留手段と、前記貯留タンクに貯留された二酸化炭素を前記植物栽培施設に供給する二酸化炭素供給手段と、前記吸着タンクと貯留タンクのうちの少なくともいずれかの下流側に配置されて前記排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素検出手段と、前記一酸化炭素検出手段によって検出された一酸化炭素の濃度に基づいて前記吸着タンクと貯留タンクの少なくともいずれかの排ガスを大気に放出する排ガス放出手段とからなる如く構成した。 In order to solve the above-mentioned problem, in claim 1, the recovery means for recovering carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine that drives the generator of the cogeneration apparatus and supplying it to the plant cultivation facility In the carbon dioxide recovery apparatus, the recovery means includes an adsorption tank in which a first adsorbent is accommodated, a storage tank in which a second adsorbent is accommodated, and exhaust gas discharged from the internal combustion engine. Carbon dioxide adsorbing means for adsorbing carbon dioxide contained in the exhaust gas to the first adsorbent by pumping the adsorbed carbon dioxide to the adsorption tank, and reducing the pressure inside the adsorption tank to reduce the adsorbed carbon dioxide to the first adsorbent. Carbon dioxide storage means for desorbing from one adsorbent and pumping the desorbed carbon dioxide to the storage tank to adsorb and store the carbon dioxide in the storage tank; Carbon dioxide supply means for supplying the retained carbon dioxide to the plant cultivation facility, and a concentration of carbon monoxide contained in the exhaust gas which is disposed downstream of at least one of the adsorption tank and the storage tank A carbon monoxide detection means that performs exhaust, and an exhaust gas emission means that releases at least one of the exhaust tank and the storage tank to the atmosphere based on the concentration of carbon monoxide detected by the carbon monoxide detection means. Configured.
請求項2に係る二酸化炭素回収装置にあっては、前記吸着タンクが複数個設けられると共に、前記二酸化炭素吸着手段と二酸化炭素貯留手段は、前記検出された一酸化炭素の濃度に基づいて前記複数個の吸着タンクにおいて前記二酸化炭素の吸着時間と前記排ガスの掃気時間を制御する如く構成した。 In the carbon dioxide recovery apparatus according to claim 2, a plurality of the adsorption tanks are provided, and the carbon dioxide adsorption means and the carbon dioxide storage means are arranged based on the detected concentration of carbon monoxide. Each adsorption tank is configured to control the adsorption time of the carbon dioxide and the scavenging time of the exhaust gas.
請求項3に係る二酸化炭素回収装置にあっては、前記吸着タンクの下流に配置されるバッファタンクを備えると共に、前記一酸化炭素検出手段は、前記バッファタンクの内部に配置される如く構成した。 The carbon dioxide recovery apparatus according to a third aspect includes a buffer tank disposed downstream of the adsorption tank, and the carbon monoxide detection means is configured to be disposed inside the buffer tank.
請求項1に係る二酸化炭素回収装置にあっては、コージェネレーション装置の発電機を駆動する内燃機関から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して植物栽培施設に供給する回収手段が、内部に第1吸着剤が収容される吸着タンクと、内部に第2吸着剤が収容される貯留タンクと、内燃機関から排出される排ガスを吸着タンクに圧送して排ガスに含まれる二酸化炭素を第1吸着剤に吸着させる二酸化炭素吸着手段と、吸着タンクの内部の圧力を減圧して吸着された二酸化炭素を第1吸着剤から脱離させ、脱離させた二酸化炭素を貯留タンクに圧送して第2吸着剤に吸着させて貯留する二酸化炭素貯留手段と、貯留タンクに貯留された二酸化炭素を植物栽培施設に供給する二酸化炭素供給手段と、吸着タンクと貯留タンクのうちの少なくともいずれかの下流側に配置されて排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素検出手段と、一酸化炭素検出手段によって検出された一酸化炭素の濃度に基づいて吸着タンクと貯留タンクの少なくともいずれかの排ガスを大気に放出する排ガス放出手段とからなる如く構成したので、エネルギ効率を高めることができると共に、第1、第2吸着剤を用いて二酸化炭素を吸着・貯留することで装置を大型化することなく二酸化炭素を効率的に回収することができる。さらに、検出された一酸化炭素の濃度に基づいて吸着タンクと貯留タンクの少なくともいずれかの排ガスを大気に放出する如く構成したので、安全性を高めることができる。 In the carbon dioxide recovery device according to claim 1, the recovery means for recovering carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine that drives the generator of the cogeneration device and supplying it to the plant cultivation facility is provided inside. An adsorbing tank in which the first adsorbent is accommodated, a storage tank in which the second adsorbent is accommodated, and exhaust gas exhausted from the internal combustion engine is pumped to the adsorption tank so that carbon dioxide contained in the exhaust gas is first Carbon dioxide adsorption means for adsorbing to the adsorbent, and reducing the pressure inside the adsorption tank to desorb the adsorbed carbon dioxide from the first adsorbent, and pumping the desorbed carbon dioxide to the storage tank 2 Carbon dioxide storage means for adsorbing and storing the adsorbent, carbon dioxide supply means for supplying the carbon dioxide stored in the storage tank to the plant cultivation facility, and a small number of the adsorption tank and the storage tank. A carbon monoxide detector that is disposed downstream of at least one of the exhaust gas to detect the concentration of carbon monoxide contained in the exhaust gas; and an adsorption tank based on the concentration of carbon monoxide detected by the carbon monoxide detector. Since the exhaust tank is configured to include at least one exhaust gas in the storage tank that discharges the exhaust gas to the atmosphere, energy efficiency can be improved, and carbon dioxide is adsorbed and stored using the first and second adsorbents. Thus, carbon dioxide can be efficiently recovered without increasing the size of the apparatus. Further, since the exhaust gas at least one of the adsorption tank and the storage tank is released to the atmosphere based on the detected concentration of carbon monoxide, safety can be improved.
請求項2に係る二酸化炭素回収装置にあっては、吸着タンクが複数個設けられると共に、二酸化炭素吸着手段と二酸化炭素貯留手段は、検出された一酸化炭素の濃度に基づいて複数個の吸着タンクにおいて二酸化炭素の吸着時間と排ガスの掃気時間を制御する如く構成したので、掃気時間などを適切に制御することで一酸化炭素を減少させることができ、安全性を一層高めることができる。 In the carbon dioxide recovery apparatus according to claim 2, a plurality of adsorption tanks are provided, and the carbon dioxide adsorption means and the carbon dioxide storage means include a plurality of adsorption tanks based on the detected concentration of carbon monoxide. Since the carbon dioxide adsorption time and the exhaust gas scavenging time are controlled in FIG. 1, carbon monoxide can be reduced by appropriately controlling the scavenging time, and the safety can be further enhanced.
請求項3に係る二酸化炭素回収装置にあっては、吸着タンクの下流に配置されるバッファタンクを備えると共に、一酸化炭素検出手段は、バッファタンクの内部に配置される如く構成したので、上記した効果に加え、一酸化炭素検出手段を簡易に配置することができる。また、複数個の吸着タンクの下流に配置する場合、複数個の吸着タンクの動作時間を相違させることで、複数個の吸着タンクのそれぞれに配置することなく、一酸化炭素の濃度を検出することができる。 In the carbon dioxide recovery device according to claim 3, since the buffer tank is disposed downstream of the adsorption tank, and the carbon monoxide detection means is configured to be disposed inside the buffer tank, the above-described configuration is adopted. In addition to the effect, the carbon monoxide detection means can be easily arranged. In addition, when it is arranged downstream of a plurality of adsorption tanks, it can detect the concentration of carbon monoxide without disposing it in each of the plurality of adsorption tanks by making the operation times of the plurality of adsorption tanks different. Can do.
以下、添付図面に即してこの発明に係る二酸化炭素回収装置を実施するための形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out a carbon dioxide recovery device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1はこの発明の実施例に係る二酸化炭素回収装置を全体的に示す模式図、図2は図1に示す二酸化炭素回収装置を構成するコージェネレーション装置を全体的に示す模式図、図3は図1に示す装置の一部の拡大説明図である。
図3は図1に示す装置の一部の拡大説明図である。
FIG. 1 is a schematic diagram generally showing a carbon dioxide recovery device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram generally showing a cogeneration device constituting the carbon dioxide recovery device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a part of the apparatus shown in FIG. 1.
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a part of the apparatus shown in FIG.
図1において符号1は二酸化炭素回収装置を示し、二酸化炭素回収装置1はコージェネレーション装置10から排出される二酸化炭素を回収してビニールハウスなどからなる植物栽培施設(以下「ハウス」という)2に供給するように構成される。ハウス2は例えば、野菜などの植物を栽培する施設である。
In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a carbon dioxide recovery device. The carbon dioxide recovery device 1 collects carbon dioxide discharged from the
理解の便宜上、図2を参照して先ずコージェネレーション装置10を説明すると、コージェネレーション装置10は、商用電源(商用電力系統)12から電気負荷14(例えばハウス2の照明器具など)に至る交流電力の給電路16に接続可能な発電機(オルタネータ)20と、発電機20を駆動する内燃機関(以下「エンジン」という)22と、エンジン22の冷却水と熱交換可能な熱交換器24などを備える。発電機20とエンジン22などは一体化され、ケース28の内部に収容される。商用電源12は、単相3線からAC100/200Vで50Hzまたは60Hzの交流電力を出力する。
For convenience of understanding, first, the
エンジン22は、都市ガスまたはLPガス(以下、単に「ガス」という)を燃料とする水冷4サイクルの単気筒OHV型の火花点火式のエンジンであり、例えば163ccの排気量を備える。エンジン22のシリンダヘッドとシリンダブロック22aはケース28に対して水平方向(横向き)に配置され、その内部に1個のピストンが往復動自在に配置される。
The
供給された空気(吸気)は吸気サイレンサ30、エアクリーナ32を通ってミキサ34に入り、ガス比例弁ユニット36を介して燃料供給源(図示せず)から供給されるガスと混合させられる。
The supplied air (intake air) enters the
ミキサ34で生成された混合気はシリンダブロック22aの下部に形成された燃焼室(図示せず)に吸気弁(図示せず)が開弁されるとき流入し、点火プラグ22bによって点火される。点火プラグ22bは、図示しないバッテリの出力がパワートランジスタやイグニッションコイルなどからなる点火装置22cを介して供給されると、燃焼室に臨む電極間に火花放電を生じ、混合気を着火して燃焼させる。
The air-fuel mixture generated by the
燃焼によって生じた排ガス(排気)は排気弁(図示せず)が開弁されるとき、排気熱交換器22dに流れ、そこでエンジン22の冷却水と熱交換された後、排気管38と排気チャンバ(マフラ)40を通ってケース28の外(庫外)に排出される。
When the exhaust valve (not shown) is opened, the exhaust gas (exhaust) generated by the combustion flows to the
図3に示す如く、排気チャンバ40は壁面からプレート40aが対向するように交互に突出されて迷路状を呈すると共に、液溜まり40bが形成されて排ガス中の液(水分)はそこで可能な限りトラップされ、後述するように系外に排出されるように構成される。
As shown in FIG. 3, the
排気熱交換器22dには触媒装置22d1が一体的に配置され、排ガス中の有害成分を除去するように構成される。触媒装置22d1としては、有害成分を除去する特性を備えるものを選択して使用する。
A catalyst device 22d1 is integrally disposed in the
エンジン22のシリンダブロック22aの下部にはオイルタンク(オイルパン)22fが形成され、そこにエンジン22のエンジンオイル(潤滑油)が貯留される。
An oil tank (oil pan) 22f is formed in the lower part of the
発電機20は多極コイルを備え、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイール(図示せず)の内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電する。発電機20は、商用電源12(または図示しないバッテリ)から通電されるとき、エンジン22をクランキングするスタータモータとしても機能する。
The
発電機20の出力はインバータユニット42に送られ、そこでAC100/200V(単相)に変換される。
The output of the
インバータユニット42は、発電機20から出力された交流を直流に整流する三相ブリッジ回路42aと、三相ブリッジ回路42aで整流された直流を所定の電圧値まで昇圧する昇圧回路42bと、昇圧された直流を交流に変換するインバータ(INV)ブリッジ回路42cと、インバータユニット42の動作を制御するCPU42dと、電源部42eと、インバータブリッジ回路42cの出力先を商用電源12と停電時の発電出力(停電時に使用される電源コンセント)46との間で切り換えるスイッチ42fと、インバータブリッジ回路42cとスイッチ42fとの間の電圧を検出する電圧センサ42gとを備える。
The
スイッチ42fの切り換えは、コージェネレーション装置10の動作を制御するECU(Electronic Control Unit。電子制御ユニット)44によって行われる。ECU44は、CPU,ROM,RAM,I/O、カウンタ、インディケータなどを有するマイクロコンピュータからなる。
Switching of the
インバータユニット42からの出力は配電盤48に送られる。配電盤48は、過電流の通電などを防止する主幹ブレーカ48aと、インバータユニット42の出力に商用電源12の電力を加えて(連系させて)電気負荷14に供給する分電盤48bと、専用ブレーカ48cと、商用電源12から主幹ブレーカ48aに至る給電路16に配置されてそこを流れる交流電力の電流に応じた信号を出力する電流センサ48dなどを備える。
The output from the
熱交換器24は、ハウス2の熱源50を流れる媒体(水など)をコージェネレーション装置10側の循環路52を流れるエンジン22の冷却水(不凍液)と熱交換させて昇温する。具体的には、熱源50と循環路52とが局部的に接近して熱交換器24を形成し、熱交換器24で冷却水はハウス2の熱源50に熱を伝えて冷却される。
The
循環路52はエンジン22と熱交換器24を接続し、一端がエンジン22の冷却水出口22hに接続され、他端がエンジン22の冷却水入口22iに接続される。従って、エンジン22のシリンダブロック22aを通って昇温された冷却水は循環路52を流れて熱交換器24で熱交換させられた後、再びエンジン22に戻される。尚、循環路52には、冷却水を循環させるためのポンプ52aが設けられる。
The
上記した電圧センサ42gなどの出力はECU44に送られ、ECU44は入力したセンサ出力に基づいて発電機20とエンジン22などの動作を制御すると共に、後述するように二酸化炭素回収装置1の動作も制御する。
The output of the voltage sensor 42g and the like described above is sent to the
次いで、図1を参照して二酸化炭素回収装置1の構成を説明する。 Next, the configuration of the carbon dioxide recovery device 1 will be described with reference to FIG.
二酸化炭素回収装置1は、図示の如く、上記したコージェネレーション装置10の発電機20を駆動するエンジン22から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して野菜などの植物を栽培するハウス2に供給するように構成され、2個の吸着タンク60a,60b(「吸着タンク60」と総称する)と、1個の貯留タンク62を備える。
As shown in the figure, the carbon dioxide recovery device 1 is used in a house 2 that cultivates plants such as vegetables by recovering carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from the
より具体的には、エンジン22の排気チャンバ40は第1導管64(とその分岐管64a)を介して吸着タンク60に接続され、吸着タンク60は第2導管66(とその分岐管66a)を介して貯留タンク62に接続され、貯留タンク62は第3導管70を介してハウス2に接続される。排ガスあるいは排ガスに含まれていた二酸化炭素はエンジン22の排気チャンバ40から第1導管64、吸着タンク60、第2導管66、貯留タンク62、第3導管70を通ってハウス2に供給される。
More specifically, the
このように、吸着タンク60、より詳しくは吸着タンク60a,60bはエンジン22の排気チャンバ40から排出される排ガスの流れにおいて下流に配置されると共に、貯留タンク62は吸着タンク60のさらに下流に配置される。
Thus, the adsorption tank 60, more specifically, the
吸着タンク60は、図示は省略するが、内部空間が棚で多数の小さな室に分割され、排ガスがそこを通って流れると共に、室のそれぞれには吸着剤(以下「第1吸着剤」という)72が収容されるように構成される。 Although the illustration of the adsorption tank 60 is omitted, the internal space is divided into a number of small chambers by shelves, and the exhaust gas flows therethrough, and each of the chambers has an adsorbent (hereinafter referred to as “first adsorbent”). 72 is accommodated.
第1吸着剤72はハスクレイ(商品名)をペレット化してなると共に、所定のペレット数あるいは重量ごとにネットなどに収容されてなり、室のそれぞれに配置される。
The
貯留タンク62も内部空間が棚で多数の小さな室に分割され、脱離された二酸化炭素がそこを通って流れると共に、室のそれぞれには吸着剤(以下「第2吸着剤」という)74が収容されるように構成される。第2吸着剤74もハスクレイ(商品名)をペレット化してなると共に、所定のペレット数あるいは重量ごとにネットなどに収容されてなり、室のそれぞれに配置される。尚、第1吸着剤72と第2吸着剤74は、圧力変化に応じて十分に二酸化炭素を吸着するものであれば、どのようなものでも良い。
The internal space of the
第1導管64(とその分岐管64a)には排ガスの流れにおいて上流側から第1三方弁76と除湿タンク(水分除去手段)78と第1圧縮機80と第2三方弁82と第1乾燥部84と第1、第2開閉弁86,90が配置されると共に、第1乾燥部84はバイパス管(水分除去手段)92で除湿タンク78の上流側に接続される。バイパス管92には第3開閉弁94が配置される。
A first three-
第2導管66(とその分岐管66a)には排ガスの流れにおいて上流側から第4、第5開閉弁96,100とバッファタンク102と第2圧縮機104と第2乾燥部106が配置される。第2導管66とその分岐管66aは、第4、第5開閉弁96,100の上流側で第1、第2リリーフ弁(逆止弁)110,112を介して開放される。
In the second conduit 66 (and its
第3導管70には第6開閉弁114が配置されると共に、貯留タンク62の下流側は第6開閉弁114の上流側で第2、第3バイパス管116,120を介して吸着タンク60の上流側に接続される。第2、第3バイパス管116,120には第7、第8開閉弁122,124が配置される。
A sixth open /
第1、第2三方弁76,82は電磁制御弁からなり、ECU44の指令に応じて動作し、上流から流れる排ガスを下流側と大気とのいずれかに流す、あるいは大気を導入して下流に流すように構成される。第1圧縮機80の下流に第2三方弁82が配置されることで、水分を含む排ガスを、第1乾燥部84を通過させることなく、大気に放出することが可能なように構成される。
The first and second three-
第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8開閉弁86,90,94,96,100,114,122,124も電磁制御弁からなり、ECU44の指令に応じて動作して上流から流れる排ガスを下流に流す/流さないように構成される。
The first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, and eighth on-off
除湿タンク78も吸着タンク60と貯留タンク62と同様、内部空間が棚で多数の小さな室に分割され、排ガスがそこを通って流れると共に、室のそれぞれにはシリカゲル(商品面)などからなる乾燥剤が収容され、排ガスが通過するときに除湿されるように構成される。
Similarly to the adsorption tank 60 and the
第1、第2圧縮機80,104はコージェネレーション装置10の発電機20の出力、より具体的にはインバータユニット42で生成された発電機20の出力を供給されて駆動され、上流から供給される排ガスを圧縮して下流に吐出するように構成される。これにより、第1、第2圧縮機80,104は、コージェネレーション装置10のエンジン22の負荷の如何に関わらず、安定した電力を供給されて動作するように構成される。
The first and
第1、第2乾燥部84,106の内部には不飽和ポリエステル樹脂などに種々の充填剤、硬化開始剤などを混合したものをマット状のガラス繊維に含浸させると共に、それにシリカゲルなどの乾燥剤を混入させたシートが配置され、そこを排ガスが通過して除湿されるように構成される。
The first and
第2導管66に配置されるバッファタンク102は第2圧縮機104が動作するときに上流側が過度の負圧となるのを防止するためのものであり、内部にフィルタや迷路などが設けられて第1吸着剤72が万一破損したとき、破片が第2圧縮機104に吸引されるのを防止すると共に、第2圧縮機104の吸引側の圧力が過度の負圧になるのを防止する。
The
第2導管66とその分岐管66aに配置される第1、第2リリーフ弁110,112について説明すると、第1、第2リリーフ弁110,112は第2導管66とその分岐管66aからさらに分岐される第2分岐管661,66a1に配置される。
The first and
第2分岐管661は第1リリーフ弁110の配置位置と先端(開放端)6610との間にベンチュリ部(水分除去手段)6611が形成される。図3に示す如く、ベンチュリ部6611は管6612とそこに配置される開閉弁6613とを介して排気チャンバ40の液溜まり40bに接続される。尚、開閉弁6613は除去しても良い。
In the
これにより、吸着タンク60aに充填された排ガスの圧力がリリーフ弁110の設定圧を超えると、排ガスの一部はリリーフ弁110を押し開いてベンチュリ部6611に流入する。ベンチュリ部6611においては流速の上昇によって生じた負圧によって液溜まり40bにトラップされていた水が吸引されて第2分岐管661の先端6610から大気に放出される。
Thereby, when the pressure of the exhaust gas filled in the
また、図1に示す如く、分岐管66aの第2分岐管66a1はエンジン22に接続されるように構成される。即ち、吸着タンク60aに充填された排ガスの圧力がリリーフ弁112の設定圧を超えると、排ガスの一部はリリーフ弁112を押し開いて第2分岐管66a1を流れ、エンジン22の吸気サイレンサ30あるいは燃焼室の排気弁下流の排気ポートにEGR(Exhaust Gas Recirculation)、より詳しくは外部EGRあるいは内部EGR(Air Injection)として供給され、エネルギ効率を高めるように構成される。尚、第2分岐管66a1に分岐管66aと同様にベンチュリ部を備える構成としても良い。
As shown in FIG. 1, the
また、コージェネレーション装置10とハウス2との間には除湿器(水分除去手段)130が配置される。除湿器130は第1、第2乾燥部84,106と同様の構造を有し、シリカゲルなどの乾燥剤を混入させたシートを備え、そこをハウス2内の湿気を含んだ空気が流れて除湿され、除湿された空気は再びハウス2に戻るように構成される。
Further, a dehumidifier (moisture removing means) 130 is disposed between the
除湿器130において、除湿後の乾燥剤はエンジン22からの加熱された冷却水あるいは排ガスとの熱交換によって再生される。また、ハウス2の熱源50を流れる媒体(水など)を商用電源12側の循環路52を流れるエンジン22の冷却水と熱交換させて昇温することは先に述べた通りである。
In the
また、吸着タンク60と貯留タンク62のうちの少なくともいずれかの下流側、より具体的にはその両方の下流側には一酸化炭素センサ(検出手段)132,134が配置されて排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出する。より詳しくは、一酸化炭素センサ132,134は、排ガス中の一酸化炭素の濃度に応じた出力を生じる。
In addition, carbon monoxide sensors (detection means) 132 and 134 are disposed on the downstream side of at least one of the adsorption tank 60 and the
即ち、吸着タンク60a,60bの下流のバッファタンク102の内部には第1一酸化炭素センサ132に配置されて吸着タンク60a,60bから流出する排ガスの一酸化炭素の濃度に応じた出力を生じると共に、貯留タンク62の下流の第3導管70の内部の適宜位置には第2一酸化炭素検出センサ134が配置されて貯留タンク62から流出する排ガスの一酸化炭素の濃度に応じた出力を生じる。第1、第2一酸化炭素センサ132,134の出力はECU44に送られる。
That is, in the
上記した如く、この実施例に係る二酸化炭素回収装置1は、コージェネレーション装置10を備え、そこで生成される電力と排熱をハウス2の電気負荷(照明器具)14、熱源50などに利用すると共に、二酸化炭素回収装置1の第1、第2圧縮機80,104の動力源などに利用するように構成したので、エネルギ効率を高めることができる。
As described above, the carbon dioxide recovery device 1 according to this embodiment includes the
また、吸着タンク60と貯留タンク62に吸着剤72,74を用いて二酸化炭素を吸着・貯留するように構成したので、吸着タンク60など装置を大型化することなく、排ガスから二酸化炭素を効率的に回収することができる。
Further, since the
また、第1圧縮機80を動作させてエンジン22から排出される排ガスを吸着タンク60に圧送して排ガスに含まれる二酸化炭素を第1吸着剤72に吸着させると共に、第2圧縮機104を動作させて吸着タンク60の内部の圧力を減圧して第1吸着剤72から二酸化炭素を脱離させ、脱離させた二酸化炭素を貯留タンク62に圧送して第2吸着剤74に吸着させて貯留するように構成したので、二酸化炭素を一層効率的に回収することができる。
Further, the
また、吸着タンク60と貯留タンク62の圧力管理にリリーフ弁110,112を用いるように構成したので、簡易な構成でタンク内圧の過度の昇圧も防止することができる。
Further, since the
また、ベンチュリ部6611、除湿タンク78、第1、第2乾燥部84,106、バイパス管92、除湿器130など多くの水分除去手段を設けたので、排ガスに含まれる水分を効率的に除去することができ、吸着剤72,74の劣化を防止できると共に、排ガスに含まれる水分の吸着を防止することで二酸化炭素の吸着容量の低下を回避して吸着効率を上げることができる。
In addition, since many moisture removing means such as the
次いで図4シーケンス図を参照して二酸化炭素回収装置1の動作を説明する。この動作は具体的にはコージェネレーション装置10のECU44によって行われる。
Next, the operation of the carbon dioxide recovery apparatus 1 will be described with reference to the sequence diagram of FIG. Specifically, this operation is performed by the
以下説明すると、SEQ.1は二酸化炭素回収装置1の始動モード(始動時の運転モード)であり、始動時に、吸着タンク60と貯留タンク62の圧力バランスを整えた上で通常運転モードに切り替えるためのモードである。この間、エンジン22からの排気ガスは系外に排出させるため、第1三方弁76を排ガスを大気に放出するように動作させ、第1圧縮機80をOFF(オフ。停止)する。
In the following, SEQ. Reference numeral 1 denotes a start mode (operation mode at start-up) of the carbon dioxide recovery apparatus 1, which is a mode for switching to the normal operation mode after adjusting the pressure balance between the adsorption tank 60 and the
他方、第2三方弁82を大気を導入するように動作させ、第3開閉弁94をCLOSE(閉鎖)し、第1開閉弁86をOPEN(開放)し、第4開閉弁96をOPEN(開放)し、第2開閉弁90をCLOSE(閉鎖)し、第5開閉弁100をCLOSE(閉鎖)し、発電機20の電力を供給して第2圧縮機104をON(オン。駆動)する。
On the other hand, the second three-way valve 82 is operated to introduce the atmosphere, the third on-off
同時に、第7開閉弁122をCLOSE(閉鎖)し、第8開閉弁124をOPEN(開放)し、第6開閉弁114をCLOSE(閉鎖)して導入された大気を第1乾燥部84で除湿させた後、吸着タンク60、より具体的には次に吸着が予定されている方の吸着タンク60aに導入し、次いで第2圧縮機104によって貯留タンク62および吸着タンク60、より具体的には次に掃気が予定されている方の吸着タンク60bに圧送する。
At the same time, the seventh open /
このように、SEQ.1の始動モードでは吸着タンク60と貯留タンク62の内圧のバランスを取る処理が行われる。即ち、次に吸着が予定されている方の吸着タンク60aの内部の圧力を大気圧に、貯留タンク62および次に掃気が予定されている方の吸着タンク60bの内部の圧力を大気圧よりも第1所定値だけ高いリリーフ弁112の設定圧、例えば0.7MPa程度に加圧する処理が行われる。
Thus, SEQ. In the first start mode, a process of balancing the internal pressures of the adsorption tank 60 and the
SEQ.2からSEQ.5は通常運転モードであり、吸着タンク60aと60bについてSEQ.2,3と4,5とを対をなして実行することで吸着、脱離(掃気と脱離)の処理が行われる。尚、通常運転モードは、SEQ.5の後、SEQ.2に戻って、繰り返し実行される。 SEQ. 2 to SEQ. 5 is a normal operation mode, and SEQ. Adsorption and desorption (scavenging and desorption) are performed by executing 2, 3, and 4, 5 in pairs. The normal operation mode is SEQ. 5 and SEQ. Returning to 2, the process is repeatedly executed.
SEQ.2からSEQ.5においては、第1三方弁76を排ガスを下流の除湿タンク78に流すように動作させ、発電機20の電力を供給して第1圧縮機80をON(オン)し、第2三方弁82を排ガスを下流の第1乾燥部84に流すように動作させると共に、第3開閉弁94をCLOSE(閉鎖)して排ガスを下流の吸着タンク60aまたは60bに流す。また、第2圧縮機104をON(オン)し、第6開閉弁114をCLOSE(閉鎖)する。
SEQ. 2 to SEQ. 5, the first three-
SEQ.2,SEQ.3においては、さらに、第1開閉弁86をOPEN(開放)し、第4開閉弁96をCLOSE(閉鎖)すると共に、第2開閉弁90をCLOSE(閉鎖)することで、第1乾燥部84などで水分を除去された排ガスを第1圧縮機80で圧送して吸着タンク60aに供給し、第1吸着剤72に吸着させる。
SEQ. 2, SEQ. 3, the first on-off
即ち、吸着タンク60aの内部の圧力を大気圧よりも第1所定値だけ高いリリーフ弁110の設定圧、例えば0.7MPa程度になるまで加圧し、その圧力下で二酸化炭素を第1吸着剤72に吸着させる。このとき、排ガスを連続的に供給することから、吸着タンク60a内の二酸化炭素分圧が吸着によって減少することがないため、高効率で二酸化炭素を回収することができる。
That is, the internal pressure of the
SEQ.2においては、さらに、第5開閉弁100をCLOSE(閉鎖)し、第7開閉弁122をCLOSE(閉鎖)すると共に、第8開閉弁124をOPEN(開放)する。これにより、貯留タンク62と吸着タンク60bの内部の圧力は第2圧縮機104によって加圧され、リリーフ弁112の設定圧を超えると吸着タンク60bの内部の排ガスの一部がリリーフ弁112から排出されるため、吸着タンク60b内が掃気される。即ち、吸着時に排ガス中の有害成分も混入することから、有害成分の濃度を低減するため、内部の排ガスを掃気する。
SEQ. 2, the fifth on-off
他方、SEQ.3においては、吸着タンク60aについてSEQ.2と同様の吸着処理を行う一方、吸着タンク60bについて第5開閉弁100をOPEN(開放)し、第7開閉弁122、第8開閉弁124をCLOSE(閉鎖)する。
On the other hand, SEQ. 3, SEQ. On the other hand, the fifth on-off
これにより、第2圧縮機104によって吸着タンク60bの内部の圧力は減圧されると共に、貯留タンク62の内部の圧力が加圧され、吸着タンク60bの第1吸着剤72に吸着されていた二酸化炭素が脱離される。脱離された二酸化炭素は第2乾燥部106で除湿された後、第2圧縮機104によって貯留タンク62に圧送され、貯留タンク62の第2吸着剤74に吸着されて貯留される。
As a result, the pressure inside the
より詳しくは、第2圧縮機104によって吸着タンク60bの内部の圧力を大気圧以下まで減圧することで第1吸着剤72に吸着されていた二酸化炭素を脱離させる。
More specifically, the carbon dioxide adsorbed by the
また、貯留タンク62の内部の圧力は前回の掃気処理によってリリーフ弁112の設定圧、即ち、大気圧よりも第1所定値だけ高い圧力になっているため、第2圧縮機104によって脱離された二酸化炭素が供給されることでさらに上昇して大気圧よりも第2所定値だけ高い圧力、例えば1.0MPa程度に加圧される。
Further, the internal pressure of the
このように、第2所定値が第1所定値よりも大きい、即ち、貯留タンク62での貯留のときの圧力が吸着タンク60での吸着のときの圧力よりも高い圧力に加圧されるため、脱離された二酸化炭素を貯留タンク62で確実に貯留することができる。尚、貯留タンク62の第2吸着剤74は吸着タンク60の第1吸着剤72よりも十分多く収容しておくのが望ましい。
Thus, the second predetermined value is larger than the first predetermined value, that is, the pressure at the time of storage in the
SEQ.4,5は吸着タンク60a,60bを交代して行う処理であり、吸着タンク60aで脱離(掃気と脱離)を行い、吸着タンク60bで吸着を行う処理であるが、SEQ.2,3と同様のため、詳細な説明は省略する。
SEQ. Nos. 4 and 5 are processes performed by replacing the
また、SEQ.2から5において、ECU44は、第1一酸化炭素センサ132の出力に基づき、吸着タンク60a,60bにおける二酸化炭素の吸着時間と掃気時間を制御する。
In addition, SEQ. In 2 to 5, the
それについて説明すると、図5は吸着時間と掃気時間に対する一酸化炭素の濃度の変化を示す実験データである。 Describing this, FIG. 5 is experimental data showing changes in the concentration of carbon monoxide with respect to the adsorption time and scavenging time.
図5において(a)は掃気時間を60secとしたとき、(b)は掃気時間を120secとしたとき、(c)は掃気時間を180secとしたときの実験データである。尚、図5(a)(b)(c)において吸着時間は全て60secである。 5A is experimental data when the scavenging time is 60 sec, FIG. 5B is experimental data when the scavenging time is 120 sec, and FIG. 5C is the scavenging time is 180 sec. In FIGS. 5A, 5B and 5C, the adsorption time is all 60 sec.
図5に示す如く、掃気時間を長くするほど、一酸化炭素の濃度は短時間にピークに達すると共に、ピーク値も減少する。従って、ECU44は、第1一酸化炭素センサ132によって検出された一酸化炭素の濃度が所定値(適宜設定される)を超えるときは、所定値未満となるまで、掃気時間を延長するように、吸着タンク60a,60bにおける二酸化炭素の吸着時間と掃気時間を制御する。
As shown in FIG. 5, the longer the scavenging time is, the more the carbon monoxide concentration reaches its peak in a short time and the peak value decreases. Therefore, when the concentration of carbon monoxide detected by the first
図4の説明に戻ると、SEQ.6は貯留された二酸化炭素をハウス2に放出(供給)する放出モードであり、第2圧縮機104をOFF(オフ)すると共に、第4開閉弁96、第5開閉弁100、第7開閉弁122、第8開閉弁124をCLOSE(閉鎖)し、第6開閉弁114をOPEN(開放)する。それにより、貯留タンク62に第2吸着剤74に吸着・貯留されていた二酸化炭素はハウス2にそのまま流入する。
Returning to the description of FIG. Reference numeral 6 denotes a release mode for releasing (supplying) the stored carbon dioxide to the house 2, turning off the
このとき、貯留タンク62内の二酸化炭素は大気圧よりも第2所定値だけ高い圧力で貯留されているため、第6開閉弁114をOPEN(開放)するのみで、ハウス2に容易に供給することができる。また、適宜な案内パイプを設けることで、ハウス2の植物群のうちで所望の植物にピンポイントで供給することができる。
At this time, since the carbon dioxide in the
SEQ.7は二酸化炭素回収装置1全体の水分を除去するための脱湿モードであり、第1圧縮機80をON(オン)し、第2圧縮機104をOFF(オフ)し、第1、第2三方弁76,82を上流からの排ガスを大気に放出するように動作させると共に、第6開閉弁114を除く全ての開閉弁、即ち、第1、第2、第3、第4、第5、第7、第8開閉弁86,90,94,96,100,122,124をOPEN(開放)する。
SEQ. Reference numeral 7 denotes a dehumidification mode for removing moisture from the entire carbon dioxide recovery device 1. The
これにより、二酸化炭素回収装置1全体が第1圧縮機80によって減圧され、水分を含んだ残留ガスや減圧によって脱離した吸着成分が第2三方弁82を介して大気に放出されることで、装置全体の脱湿が行われる。ハウス2への二酸化炭素の供給が必要とされるのは日の出から午前中までの時間帯であるので、脱湿モードはそれ以外の時間帯に定期的(あるいは不定期的)に実行される。
As a result, the entire carbon dioxide recovery device 1 is decompressed by the
このとき、ECU44は、第2一酸化炭素センサ134によって検出された一酸化炭素の濃度に基づいて吸着タンク60aと貯留タンク62の少なくともいずれかの排ガスを大気に放出する。即ち、ECU44は、第2一酸化炭素センサ134によって検出された一酸化炭素の濃度が規定値(適宜設定される)より高い場合、ハウス2に供給せず、大気に放出する。
At this time, the
より具体的には、ECU44は、第2一酸化炭素センサ134によって検出された一酸化炭素の濃度が規定値より高い場合、第2圧縮機104を動作させ、非常弁(図示せず)を介して貯留タンク62の排ガスを大気に放出する。
More specifically, when the concentration of carbon monoxide detected by the second
また、ECU44は、第1一酸化炭素センサ132によって検出された一酸化炭素の濃度が規定値より高い場合、上記した掃気を行うことで、その内部に充填されていた排ガスを大気に放出すると共に、SEQ.7の脱湿モードで述べた処理で大気に放出する。
In addition, when the concentration of carbon monoxide detected by the first
以上の如く、この発明の実施例にあっては、コージェネレーション装置10の発電機20を駆動する内燃機関(エンジン)22から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を回収して植物栽培施設(ハウス)2に供給する回収手段を備えた二酸化炭素回収装置1において、前記回収手段が、前記内燃機関(エンジン)22から排出される排ガスの(第1、第2、第3導管64,66,70に沿う)流れにおいて下流に配置されると共に、内部に第1吸着剤72が収容される吸着タンク60(60a,60b)と、前記吸着タンク60の下流に配置されると共に、内部に第2吸着剤74が収容される貯留タンク62と、前記内燃機関(エンジン)22から排出される排ガスを前記吸着タンク60に圧送して前記排ガスに含まれる二酸化炭素を前記第1吸着剤72に吸着させる二酸化炭素吸着手段(ECU44,SEQ.2,3,4,5)と、前記吸着タンク60の内部の圧力を減圧して前記吸着された二酸化炭素を前記第1吸着剤72から脱離させ、前記脱離させた二酸化炭素を前記貯留タンク62に圧送して前記第2吸着剤74に吸着させて貯留する二酸化炭素貯留手段(ECU44,SEQ.3,5)と、前記貯留タンク62に貯留された二酸化炭素を前記植物栽培施設(ハウス)2に供給する二酸化炭素供給手段(ECU44,SEQ.6)と、前記吸着タンク60と貯留タンク62のうちの少なくともいずれかの下流側、より具体的には両者の下流側に配置されて前記排ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素検出手段(センサ)132,134と、前記一酸化炭素検出手段によって検出された一酸化炭素の濃度に基づいて前記吸着タンク60と貯留タンク62の少なくともいずれかの排ガスを大気に放出する排ガス放出手段(ECU44,SEQ.2,3,4,5,6,7)とからなる如く構成したので、エネルギ効率を高めることができると共に、第1、第2吸着剤72,74を用いて二酸化炭素を吸着・貯留することで装置を大型化することなく二酸化炭素を効率的に回収することができる。さらに、検出された一酸化炭素の濃度に基づいて吸着タンク60と貯留タンク62の少なくともいずれかの排ガスを大気に放出する如く構成したので、安全性を高めることができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (engine) 22 that drives the
また、前記吸着タンク60が複数個(60a,60b)設けられると共に、前記排ガス放出手段は、前記検出された一酸化炭素の濃度に基づいて前記複数個の吸着タンク60a,60bにおいて前記二酸化炭素の吸着時間と前記排ガスの掃気時間を制御する如く構成したので、掃気時間などを適切に制御することで一酸化炭素を減少させることができ、安全性を一層高めることができる。
In addition, a plurality (60a, 60b) of the adsorption tanks 60 are provided, and the exhaust gas discharge means is configured to reduce the amount of carbon dioxide in the plurality of
また、吸着タンク60の下流に配置されるバッファタンク102を備えると共に、一酸化炭素検出手段(センサ)132は、バッファタンク102の内部に配置される如く構成したので、上記した効果に加え、一酸化炭素検出手段(センサ)132を簡易に配置することができる。また、複数個の吸着タンク60a,60bの下流に配置する場合、複数個の吸着タンク60a,60bの動作時間を相違させることで、複数個の吸着タンク60a,60bのそれぞれに配置することなく、一酸化炭素の濃度を検出することができる。
Further, since the
尚、上記において、発電機20の駆動源はガスを燃料とするガスエンジンからなるように構成したが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良く、また、エンジン22の排気量などの具体的な値も例示であって限定されるものではない。
In the above, the drive source of the
1 二酸化炭素回収装置、2 ハウス(植物栽培施設)、10 コージェネレーション装置、14 電気負荷、20 発電機、22 エンジン(内燃機関)、44 ECU(電子制御ユニット。二酸化炭素吸着手段、二酸化炭素貯留手段、二酸化炭素供給手段、排ガス放出手段)、60 吸着タンク、62 貯留タンク、64,66,70 第1、第2、第3導管、6611 ベンチュリ部(水分除去手段)、72,74 吸着剤、76,82 三方弁、78 除湿タンク(水分除去手段)、80,104 圧縮機、84,106 乾燥部、86,90,94,96,100,114,122,124 開閉弁、92,116,120 バイパス管、110,112 リリーフ弁、130 除湿器(水分除去手段)、132,134 第1、第2一酸化炭素センサ(検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon dioxide collection device, 2 House (plant cultivation facility), 10 Cogeneration device, 14 Electric load, 20 Generator, 22 Engine (internal combustion engine), 44 ECU (electronic control unit. Carbon dioxide adsorption means, Carbon dioxide storage means , Carbon dioxide supply means, exhaust gas release means), 60 adsorption tank, 62 storage tank, 64, 66, 70 first, second, third conduit, 6611 venturi (water removal means), 72, 74 adsorbent, 76 , 82 Three-way valve, 78 Dehumidification tank (moisture removal means), 80, 104 compressor, 84, 106 Drying unit, 86, 90, 94, 96, 100, 114, 122, 124 On-off valve, 92, 116, 120 Bypass Pipe, 110, 112 Relief valve, 130 Dehumidifier (moisture removing means), 132, 134 First and second carbon monoxide sensors (detection hand) )
Claims (3)
3. The carbon dioxide recovery device according to claim 1, further comprising a buffer tank disposed downstream of the adsorption tank, wherein the carbon monoxide detection unit is disposed inside the buffer tank.
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