JP6162087B2

JP6162087B2 - 二酸化炭素回収装置

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Publication number: JP6162087B2
Application number: JP2014179849A
Authority: JP
Inventors: 昇川口; 基一嶋村; 喜雄大友; 祐樹高橋; 茂島符
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: JP2016052634A

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。

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。

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。

特開２００５−３４１９５３号公報

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。

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。

また、コージェネレーション装置の内燃機関はユーザの二酸化炭素の要求の有無に応じて燃費性能が向上するように運転するのが、望ましい。

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効率的に回収すると共に、内燃機関の燃費性能を向上させ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。

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二酸化炭素回収装置において、前記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前記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、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、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、少なくとも二酸化炭素と電力についてユーザの要求を入力可能な操作盤と、前記操作盤に入力されたユーザの要求が二酸化炭素のときは空燃比がリーンとなる一方、二酸化炭素以外のときは空燃比が非リーンとなるように前記内燃機関の運転を制御する内燃機関制御手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る二酸化炭素回収装置にあっては、前記内燃機関から排出される排ガスの流れにおいて前記吸着タンクの上流側に配置される第１圧縮機と、前記吸着タンクの下流側で前記貯留タンクの上流側に配置される第２圧縮機とを備え、前記二酸化炭素吸着手段は、前記第１圧縮機を動作させて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と共に、前記二酸化炭素貯留手段は、前記第２圧縮機を動作させて前記吸着タンクの内部の圧力を減圧して前記第１吸着剤から二酸化炭素を脱離させ、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如く構成した。

請求項３に係る二酸化炭素回収装置にあっては、前記二酸化炭素吸着手段と二酸化炭素貯留手段は、前記内燃機関制御手段によって空燃比が非リーンとなるように前記内燃機関が運転されるとき、前記第１圧縮機と第２圧縮機を停止させると共に、前記内燃機関から排出される排ガスを大気に放出する如く構成した。

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二酸化炭素回収装置において、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、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を備え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、少なくとも二酸化炭素と電力についてユーザの要求を入力可能な操作盤と、操作盤に入力されたユーザの要求が二酸化炭素のときは空燃比がリーンとなる一方、二酸化炭素以外のときは空燃比が非リーンとなるように内燃機関の運転を制御する内燃機関制御手段とを備える如く構成したので、可能な限り、内燃機関を二酸化炭素の排出量が増加するリーン空燃比で運転することができ、内燃機関の燃費性能を向上させることができる。

請求項２に係る二酸化炭素回収装置にあっては、内燃機関から排出される排ガスの流れにおいて吸着タンクの上流側に配置される第１圧縮機と、吸着タンクの下流側で貯留タンクの上流側に配置される第２圧縮機とを備え、二酸化炭素吸着手段は、第１圧縮機を動作させて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と共に、二酸化炭素貯留手段は、第２圧縮機を動作させて吸着タンクの内部の圧力を減圧して第１吸着剤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に圧送して第２吸着剤に吸着させて貯留する如く構成したので、上記した効果に加え、二酸化炭素を一層効率的に回収することができる。

請求項３に係る二酸化炭素回収装置にあっては、二酸化炭素吸着手段と二酸化炭素貯留手段は、内燃機関制御手段によって空燃比が非リーンとなるように内燃機関が運転されるとき、第１圧縮機と第２圧縮機を停止させると共に、内燃機関から排出される排ガスを大気に放出する如く構成したので、燃費性能をさらに向上できると共に、第１、第２吸着剤の水分吸着による劣化を最小限に抑えることができる。

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である。図１に示す二酸化炭素回収装置のうちのコージェネレーション装置を全体的に示す模式図である。図１に示す装置の一部の拡大説明図である。図１に示す装置の動作を示すシーケンス図である。図２に示すＥＣＵによる内燃機関の制御を示すフロー・チャートである。

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。

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。

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。

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。

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。ガス比例弁ユニット３６には空気に対するガスの量、換言すれば空燃比をリーンと非リーンの２種の特性の間で調整可能に構成される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ケース２８の適宜位置には少なくとも二酸化炭素（ＣＯ２）と電力、より詳しくはハウス２用の二酸化炭素と、電気負荷１４用の電力と、ハウス２の熱源５０用の熱についてユーザの要求を入力可能なタッチパネルからなる操作盤５４が設けられる。

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。

より具体的には、ＥＣＵ４４は、操作盤５４に入力されたユーザの要求が二酸化炭素のときは空燃比がリーンとなる一方、二酸化炭素以外のとき、即ち、ユーザの要求が電力あるいは熱のときは空燃比が非リーンとなるように内燃機関２２の運転を制御する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、操作盤５４に入力されたユーザの要求が二酸化炭素のときは空燃比がリーンとなる一方、二酸化炭素以外のときは空燃比が非リーンとなるように内燃機関２２の運転を制御することで、内燃機関２２の燃費性能を向上させることができる。

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。

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（解放）するように動作させ、第１圧縮機８０をＯＦＦ（オフ。停止）する。

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。

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。

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。

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，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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．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。

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。

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。

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。

ここで、上記したＥＣＵ４４によるコージェネレーション装置１０のエンジン２２の制御を具体的に説明する。

図５はその制御を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において操作盤５４に入力されたユーザの要求が二酸化炭素か否か判断し、肯定されるときはＳ１２に進み、空燃比がリーンとなるようにエンジン２２の運転を制御する。これはいうまでなく、空燃比がリーンとなるほど二酸化炭素の排出量が増加するからである。

次いでＳ１４に進み、装置１を図４のＳＥＱ．２から５の通常運転モードで制御してコージェネレーション装置１０のエンジン２２から排出される二酸化炭素を回収し、ＳＥＱ．７の放出モードでハウス２に供給する。

一方、Ｓ１０で否定されてユーザの要求が二酸化炭素以外のとき、換言すれば、ユーザの要求が電力あるいは熱のときはＳ１６に進み、空燃比が非リーンとなるように内燃機関２２の運転を制御する。

次いでＳ１８に進み、第１、第２圧縮機８０，１０４をＯＦＦ（停止）させると共に、Ｓ２０に進み、第１三方弁７６を内燃機関から排出される排ガスを大気に放出するように動作させる。

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に供給する二酸化炭素回収装置１において、前記内燃機関（エンジン）２２から排出される排ガスを吸着タンク６０に圧送して前記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、少なくとも二酸化炭素と電力についてユーザの要求を入力可能な操作盤５４と、前記操作盤に入力されたユーザの要求が二酸化炭素のときは空燃比がリーンとなる一方、二酸化炭素以外のときは空燃比が非リーンとなるように前記内燃機関（エンジン）２２の運転を制御する内燃機関制御手段（ＥＣＵ４４，Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１６）とを備える如く構成したので、可能な限り、エンジン２２を二酸化炭素の排出量が増加するリーン空燃比で運転することができ、エンジン２２の燃費性能を向上させることができる。

また、前記内燃機関（エンジン）２２から排出される排ガスの流れにおいて前記吸着タンク６０の上流側に配置される第１圧縮機８０と、前記吸着タンク６０の下流側で前記貯留タンク６２の上流側に配置される第２圧縮機１０４とを備え、前記二酸化炭素吸着手段は、前記第１圧縮機８０を動作させて前記内燃機関（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に吸着させると共に、前記二酸化炭素貯留手段は、前記第２圧縮機１０４を動作させて前記吸着タンク６０の内部の圧力を減圧して前記第１吸着剤７２から二酸化炭素を脱離させ、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如く構成したので、上記した効果に加え、簡易な構成で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。

また、前記二酸化炭素吸着手段と二酸化炭素貯留手段は、前記内燃機関制御手段によって空燃比が非リーンとなるように前記内燃機関（エンジン）２２が運転されるとき、前記第１圧縮機８０と第２圧縮機１０４を停止させると共に、前記内燃機関から排出される排ガスを大気に放出する如く構成したので、燃費性能をさらに向上できると共に、第１、第２吸着剤７２，７４の水分吸着による劣化を最小限に抑えることができる。

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。

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）、４４ＥＣＵ（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、内燃機関制御手段）、５４操作盤、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）

Claims

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二酸化炭素回収装置において、前記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前記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、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、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、少なくとも二酸化炭素と電力についてユーザの要求を入力可能な操作盤と、前記操作盤に入力されたユーザの要求が二酸化炭素のときは空燃比がリーンとなる一方、二酸化炭素以外のときは空燃比が非リーンとなるように前記内燃機関の運転を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素回収装置。
前記内燃機関から排出される排ガスの流れにおいて前記吸着タンクの上流側に配置される第１圧縮機と、前記吸着タンクの下流側で前記貯留タンクの上流側に配置される第２圧縮機とを備え、前記二酸化炭素吸着手段は、前記第１圧縮機を動作させて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と共に、前記二酸化炭素貯留手段は、前記第２圧縮機を動作させて前記吸着タンクの内部の圧力を減圧して前記第１吸着剤から二酸化炭素を脱離させ、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ことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素回収装置。
前記二酸化炭素吸着手段と二酸化炭素貯留手段は、前記内燃機関制御手段によって空燃比が非リーンとなるように前記内燃機関が運転されるとき、前記第１圧縮機と第２圧縮機を停止させると共に、前記内燃機関から排出される排ガスを大気に放出することを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素回収装置。