WO2024116375A1 - 二酸化炭素含有ガスの供給システム、供給装置、施用方法及び二酸化炭素の製造方法 - Google Patents
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Classifications
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G7/00—Botany in general
- A01G7/02—Treatment of plants with carbon dioxide
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- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/18—Greenhouses for treating plants with carbon dioxide or the like
Definitions
- the present invention relates to a carbon dioxide-containing gas supply system, supply device, application method, and carbon dioxide production method.
- carbon dioxide-containing gas produced by burning fuels such as kerosene or propane gas is supplied into the greenhouse to promote crop photosynthesis in order to promote crop growth and increase yields.
- Patent Document 1 discloses a supply device that supplies carbon dioxide-containing gas to a crop production facility.
- the supply device described in Patent Document 1 is equipped with a combustion furnace that burns fuel, removes sulfur oxides, soot, nitrogen oxides, carbon monoxide, and ethylene contained in the combustion exhaust gas, and supplies the purified combustion exhaust gas to the crop production facility.
- Patent Document 2 also discloses a carbon dioxide supplying device for a horticultural facility that uses carbon dioxide in combustion exhaust gas.
- the carbon dioxide supplying device described in Patent Document 2 is equipped with a carbon dioxide capture and storage means that uses a carbon dioxide adsorbent (e.g., zeolite or activated carbon) that can adsorb and desorb carbon dioxide depending on the concentration difference, captures and concentrates carbon dioxide from the combustion gas, stores the concentrated carbon dioxide, and releases the stored carbon dioxide into the greenhouse when the carbon dioxide concentration in the greenhouse decreases.
- a carbon dioxide adsorbent e.g., zeolite or activated carbon
- ion exchange resins that extract and separate carbon dioxide from gases and recover it, as disclosed in Patent Document 3, are known as means for recovering carbon dioxide to supply to the greenhouse.
- these ion exchange resins can recover large amounts of carbon dioxide through a chemical means called ion exchange adsorption, and therefore can improve the efficiency of carbon dioxide recovery.
- this ion exchange resin is less resistant to heat than the above-mentioned adsorbents, and is generally used to capture carbon dioxide from ambient air. That is, when trying to use ion exchange resin to capture carbon dioxide in high-temperature combustion exhaust gas as shown in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2, a means for cooling the combustion exhaust gas, such as a cooling tower, is required upstream of the ion exchange resin, which results in an increase in the size of the carbon dioxide capture system and in increased costs.
- This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a carbon dioxide-containing gas supply system that can appropriately recover carbon dioxide from high-temperature exhaust gas.
- the technology disclosed herein is a supply system for carbon dioxide-containing gas to a carbon dioxide demand section, characterized in that it includes a heat storage tank that contains an adsorbent that generates heat by adsorbing an adsorbate and sends out the taken-in air to be treated as dry air that is hotter than the air to be treated, and a carbon dioxide recovery tank that contains a carbon dioxide adsorbent capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide, desorbs the carbon dioxide using the taken-in dry air, and sends out the carbon dioxide-containing gas to the demand section.
- a heat storage tank that contains an adsorbent that generates heat by adsorbing an adsorbate and sends out the taken-in air to be treated as dry air that is hotter than the air to be treated
- a carbon dioxide recovery tank that contains a carbon dioxide adsorbent capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide, desorbs the carbon dioxide using the taken-in dry air, and sends out the
- the air to be treated that is to be supplied to a recovery tank containing a carbon dioxide adsorbent is preheated by a heat storage tank containing an adsorbent arranged in the upstream stage.
- This improves the efficiency of desorption of carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent, and allows for an appropriate supply of carbon dioxide-containing gas to the carbon dioxide demand section.
- the efficiency of desorption of carbon dioxide can be improved in this way, the amount of carbon dioxide adsorbent that needs to be filled in the recovery tank can be reduced, which in turn reduces the costs associated with the configuration of the system.
- a heat storage tank that uses physical adsorption to generate dry air from the air to be treated is combined with a recovery tank that uses chemical reactions and physical adsorption to desorb carbon dioxide.
- the demand unit may be a greenhouse in a greenhouse.
- the carbon dioxide-containing gas discharged from the recovery tank into the greenhouse has a lower humidity than the return air flowing through the return air path.
- the carbon dioxide-containing gas supply system may further include a carbon dioxide generation unit that generates carbon dioxide to be recovered in the recovery tank by adsorbing it to the carbon dioxide adsorbent.
- a carbon dioxide generation unit that generates carbon dioxide to be recovered in the recovery tank by adsorbing it to the carbon dioxide adsorbent.
- the heat storage tank takes in the combustion gas from the carbon dioxide generation unit, desorbs the adsorbate from the adsorbent by the taken in combustion gas, and delivers the recovered air that is lower in temperature and higher in humidity than the combustion gas, and in the recovery tank, the carbon dioxide contained in the recovered air is adsorbed by the carbon dioxide adsorbent, and the recovered air from which the carbon dioxide has been removed is discharged to the outside of the demand unit.
- the combustion gas from the carbon dioxide generating unit can be used to capture carbon dioxide in the carbon dioxide adsorbent in the capture tank.
- the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere can be reduced, thereby reducing the environmental load.
- the energy storage device may further include a transport unit configured to transport at least one of the heat storage tank and the recovery tank between the generation unit and the demand unit. According to the above configuration, even if the carbon dioxide production unit and the carbon dioxide demand unit are located at distant locations, carbon dioxide can be appropriately applied to the demand unit.
- the carbon dioxide-containing gas supply system may further include a dehumidification unit that dehumidifies the recovery air that is sent out from the heat storage tank and before it is supplied to the recovery tank. According to the above configuration, by dehumidifying the recovery air supplied to the recovery tank, it is possible to improve the efficiency of recovery (adsorption) of carbon dioxide in the recovery tank.
- the carbon dioxide adsorbent can be an ion exchange resin, in which case the ion exchange resin has an amine functional group.
- carbon dioxide in the air to be treated can be appropriately adsorbed and recovered.
- the carbon dioxide adsorbent may be selected from at least one of an ion exchange resin, a moisture-resistant zeolite, an activated carbon, a porous coordination polymer (PCP), and a metal-organic framework (MOF). Even in such a case, the carbon dioxide in the air to be treated can be appropriately adsorbed and recovered.
- the adsorbent can be selected from at least one of zeolite and HASClay (registered trademark).
- zeolite and HASClay registered trademark
- a technology is a carbon dioxide-containing gas supply device, characterized in that it includes a heat storage tank configured to be capable of repeatedly performing heat storage and heat release operations by adsorption and desorption of an adsorbate to a stored adsorbent, and a recovery tank configured to be capable of repeatedly recovering and supplying the carbon dioxide by adsorption and desorption of the carbon dioxide to a stored carbon dioxide adsorbent.
- a further aspect of the technology is a method for applying a carbon dioxide-containing gas to a carbon dioxide demand section, characterized by having a carbon dioxide recovery process including a combustion gas generation step of generating combustion gas by burning fuel, an adsorbate desorption step of desorbing an adsorbate from an adsorbent by the combustion gas to generate recovery air that is lower in temperature and higher in humidity than the combustion gas, and a carbon dioxide adsorption step of adsorbing the carbon dioxide contained in the recovery air onto the carbon dioxide adsorbent, an adsorbate adsorption step of adsorbing an adsorbate in the air to be treated supplied from the demand section onto the adsorbent to generate dry air that is higher in temperature than the air to be treated, and a carbon dioxide desorption step of desorbing the carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent by the dry air and supplying it to the demand section as the carbon dioxide-containing gas.
- a further technology from another aspect is a carbon dioxide production method, characterized in that it includes a carbon dioxide recovery process including an adsorbate desorption step of desorbing an adsorbate from an adsorbent using high-temperature, low-humidity air to generate recovery air that is lower in temperature and higher in humidity than the high-temperature, low-humidity air, and a carbon dioxide adsorption step of adsorbing the carbon dioxide contained in the recovery air onto the carbon dioxide adsorbent, and a carbon dioxide supply process including an adsorbate adsorption step of adsorbing an adsorbate from low-temperature, high-humidity air onto the adsorbent to generate dry air that is higher in temperature than the low-temperature, high-humidity air, and a carbon dioxide desorption step of desorbing the carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent using the dry air to generate a carbon dioxide-containing gas that contains the carbon dioxide.
- the technology disclosed herein can provide a carbon dioxide-containing gas supply system that can appropriately recover carbon dioxide from high-temperature exhaust gas.
- FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic overview of a supply system according to an embodiment.
- FIG. 2 is a system diagram showing the carbon dioxide capture operation of the supply system.
- FIG. 2 is a system diagram showing the carbon dioxide supply operation of the supply system.
- 1 is a graph showing changes in adsorbent temperature over time.
- FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a supply system according to another embodiment.
- FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a supply system according to a second embodiment.
- FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a supply system according to a third embodiment.
- FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a supply system according to a fourth embodiment.
- FIG. 10 is a flow diagram showing main steps of the operation of a supply system according to a fourth embodiment.
- FIG. 10 is a flow diagram showing main steps of the operation of a supply system according to a fourth embodiment
- FIG. 1 shows a schematic diagram of a system for supplying carbon dioxide-containing gas 1 (hereinafter simply referred to as "supply system 1") according to an embodiment.
- the supply system 1 includes a greenhouse 10, a carbon dioxide generation unit 20 (hereinafter simply referred to as “generation unit 20”), a heat storage tank 30, and a carbon dioxide recovery tank 40 (hereinafter simply referred to as “recovery tank 40").
- the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 may be collectively referred to as the "carbon dioxide supply device.”
- the greenhouse 10 to which carbon dioxide is supplied is a crop production facility such as a plant factory or a vinyl greenhouse, in which crops and the like are grown (greenhouse cultivation).
- an exhaust duct 11 is connected to the greenhouse 10.
- the exhaust duct 11 discharges the air in the greenhouse 10 to the outside as exhaust air EA, thereby reducing the humidity (relative humidity) in the greenhouse 10 that has increased due to, for example, evapotranspiration from crops, water evaporation from the soil surface, or artificial humidification.
- the generation unit 20 generates carbon dioxide to be supplied to the greenhouse 10 .
- the configuration of the generating unit 20 is not particularly limited, but may be, for example, a boiler that burns a supplied fuel (for example, a liquid fuel such as heavy oil or kerosene, or a gaseous fuel such as natural gas) to discharge a high-temperature carbon dioxide-containing gas that is a combustion gas, or a factory that discharges a high-temperature carbon dioxide-containing gas as an exhaust gas, etc.
- a supplied fuel for example, a liquid fuel such as heavy oil or kerosene, or a gaseous fuel such as natural gas
- the carbon dioxide-containing gas supplied from the generating unit 20 may be generated to be supplied to the greenhouse 10, or may be generated secondarily in the generating unit 20.
- the generation unit 20 is connected to the inlet side (upstream side) of the heat storage tank 30 described below via a first duct 21 .
- a return air duct 22 for taking in the return air RA from the greenhouse 10 into the heat storage tank 30 is connected to the first duct 21.
- One end of the return air duct 22 is connected to the first duct 21, and the other end is connected to the above-mentioned exhaust duct 11 for discharging the exhaust air EA from the greenhouse 10.
- At least a part of the exhaust air EA from the greenhouse 10 flows through the return air duct 22 as return air RA, and this return air RA can be taken into the heat storage tank 30 via the first duct 21.
- the first duct 21 is configured to be able to take in either carbon dioxide-containing gas from the generation unit 20 or return air RA from the greenhouse 10 taken in via the return air duct 22 as air to be treated, into the heat storage tank 30 described below.
- the first duct 21 and the return air duct 22 are provided with corresponding dampers D1, D2, respectively.
- the opening and closing of these dampers D1, D2 can be controlled to switch the air to be treated (the carbon dioxide-containing gas from the generation unit 20, or the return air RA from the greenhouse 10) taken into the heat storage tank 30.
- motor dampers that are easy to control can be used as these dampers D1, D2.
- the return air duct 22 and the exhaust air duct 11 are provided with corresponding dampers D3 and D4, respectively.
- the opening and closing of these dampers D3 and D4 is controlled to control the exhaust of air from the greenhouse 10 (exhaust air EA) or the circulation of air to the heat storage tank 30 (return air RA).
- exhaust air EA exhaust air
- return air RA return air RA
- motor dampers that are easy to control, for example, may be used.
- the first duct 21 may be provided with an air supply section 23 for taking in the air to be treated (the carbon dioxide-containing gas from the generation section 20 or the return air RA from the greenhouse 10) into the heat storage tank 30.
- the heat storage tank 30 has a filling section 31 that is partitioned by a breathable partition plate and filled with adsorbent M, and spaces 32, 33 are provided on the upstream and downstream sides of the filling section 31.
- the adsorbent M filled in the filling section 31 may be, for example, a granulated adsorbent.
- This adsorbent M may be a known adsorbent that generates heat by adsorbing an adsorbate (for example, water, water vapor), and a granulated adsorbent having desired performance such as ventilation resistance and heat/mass transfer may be used as an adsorbent having a heat storage function.
- a composite of amorphous aluminum silicate and low-crystalline clay such as HASClay (registered trademark) or a low-temperature regenerated adsorbent of a polymer adsorption material, or a conventional adsorbent (silica gel, zeolite, etc.) may be used as the adsorbent M.
- the amount of adsorbent M filled in the heat storage tank 30 (filling section 31) is determined to be an amount that can adequately achieve adsorption and desorption of carbon dioxide in the later-described recovery tank 40.
- the amount of adsorbent M filled in the heat storage tank 30 (filling section 31) is desirably 1 ⁇ 3 or more of the amount of ion exchange resin 41 filled in the recovery tank 40, which will be described later.
- a first duct 21 is connected to a space 32 on the inlet side of the heat storage tank 30 for taking in the air to be treated (the carbon dioxide-containing gas from the generation section 20 or the return air RA from the greenhouse 10).
- a space 33 on the outlet side (downstream side) of the heat storage tank 30 is connected to a recovery tank 40 (described later) via a second duct 34 .
- the heat storage tank 30 takes in the air to be treated from the space 32 on the upstream side, passes the filling section 31, and sends the taken-in air to be treated to the space 33, and sends it out through the second duct 34 toward the recovery tank 40. At this time, the air to be treated is brought into contact with the adsorbent M filled in the filling section 31 to cause an adsorption/desorption reaction of the adsorbate to the adsorbent M to proceed, thereby controlling the temperature and humidity of the taken-in air to be treated.
- the operation of taking in highly humid air to be treated and causing the adsorbate in the air to be treated to be adsorbed by the adsorbent M will be referred to as the "heat dissipation operation" of the heat storage tank 30.
- the operation of taking in high-temperature air to be treated and causing the adsorbate to be desorbed from the adsorbent M to the air to be treated will be referred to as the "heat storage operation" of the heat storage tank 30.
- the detailed method of the heat dissipation operation and heat storage operation of the heat storage tank 30 will be described later.
- the recovery tank 40 contains an ion exchange resin 41 as a carbon dioxide adsorbent that separates and recovers carbon dioxide from the taken-in carbon dioxide-containing gas by exchanging ions.
- the type of ion exchange resin 41 is not particularly limited as long as it can separate and recover carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas, but for example, an ion exchange resin having an amine functional group, such as a weakly basic anion exchange resin, can be selected.
- the amount of ion exchange resin 41 to be filled in the recovery tank 40 is determined to be an amount that can cover the required amount of carbon dioxide-containing gas in the greenhouse 10 to which the carbon dioxide-containing gas is to be supplied, that is, an amount that can adsorb more carbon dioxide than is required in the greenhouse 10.
- the inlet side (upstream side) of the recovery tank 40 is connected to the heat storage tank 30 via the above-mentioned second duct 34 .
- the outlet side (downstream side) of the recovery tank 40 is connected to the greenhouse 10 via a third duct 42 .
- the recovery tank 40 takes in the air to be treated that has been sent out from the heat storage tank 30 from the upstream side, passes the taken-in air to be treated through the ion exchange resin 41, and then sends it out towards the greenhouse 10 via the third duct 42. At this time, the air to be treated is brought into contact with the ion exchange resin 41, thereby allowing the adsorption and desorption reaction of carbon dioxide to the ion exchange resin 41 to proceed.
- the detailed operation of the recovery tank 40 will be described later.
- An exhaust duct 43 is connected to the third duct 42 to exhaust the air to be treated sent from the recovery tank 40 to the outside without supplying it to the greenhouse 10.
- the exhaust duct 43 functions mainly in the carbon dioxide recovery process described below.
- the third duct 42 and the exhaust duct 43 are provided with corresponding dampers D5 and D6, respectively.
- the opening and closing of these dampers D5 and D6 can be controlled to switch between taking in the air to be treated from the recovery tank 40 into the greenhouse 10 or exhausting it to the outside via the exhaust duct 43.
- motor dampers that are easy to control can be used, for example.
- the exhaust duct 43 is connected to the third duct 42, but instead, the exhaust duct 43 may be connected to the collection tank 40 independently of the third duct 42.
- the supply system 1 configured as above may be provided with a control unit 2.
- the control unit 2 controls the supply operation of the supply system 1 to the greenhouse 10, more specifically, the operation of the various elements that make up the supply system 1 (the greenhouse 10, the generation unit 20, the heat storage tank 30, the recovery tank 40, and various dampers).
- the control unit 2 may be configured integrally with the supply system 1, or may be configured to be able to control the supply system 1 remotely.
- the supply system 1 according to the embodiment is configured as described above. Next, an example of the operation of the supply system 1 will be described.
- a carbon dioxide-containing gas is generated in the generation unit 20, and a "carbon dioxide capture operation" in which the carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas is adsorbed by the ion exchange resin 41 and captured, and a “carbon dioxide supply operation” in which the adsorbed carbon dioxide is desorbed from the ion exchange resin 41 and supplied to the greenhouse 10 are alternately and repeatedly performed. Details of the carbon dioxide capture operation and the carbon dioxide supply operation will be described below.
- Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of the operation of the supply system 1 in the carbon dioxide capture operation.
- the dampers in the open state are shown in white, and the dampers in the closed state are shown in black.
- the ducts in the air flow state are shown in thick lines, and the ducts in the state in which air does not flow are shown in thin lines.
- the generation unit 20 generates a combustion gas (carbon dioxide-containing gas) containing carbon dioxide to be recovered in the recovery tank 40 (combustion gas generation step).
- the damper D1 is opened and the damper D2 is closed, whereby the high-temperature, low-humidity carbon dioxide-containing gas ("CO 2 " in the figure) as the air to be treated generated in the generation unit 20 is taken into the heat storage tank 30 via the first duct 21.
- the temperature, humidity, etc. of the carbon dioxide-containing gas taken into the heat storage tank 30 are 110°C or higher, 10% RH, and 75 m 3 /h.
- the carbon dioxide-containing gas supplied from the generation unit 20 may be subjected to removal (pretreatment) of harmful gases and dust using a pretreatment device including at least one of a denitrification mechanism, a wet scrubber, a desulfurization mechanism, a bag filter, etc., prior to being taken into the heat storage tank 30.
- This pretreatment device may be disposed, for example, on the first duct 21 as long as it is located upstream of the heat storage tank 30, or may be included in the generation unit 20.
- a heat storage operation is performed by taking in a high-temperature, low-humidity carbon dioxide-containing gas.
- the carbon dioxide-containing gas taken in the heat storage tank 30 is sent from the space 32 of the heat storage tank 30 to the filling section 31, and passes through the adsorbent M filled in the filling section 31.
- the moisture (adsorbate) adsorbed to the adsorbent M by the high-temperature, low-humidity carbon dioxide-containing gas is desorbed, and the carbon dioxide-containing gas is cooled by the latent heat of vaporization (cold heat) generated during the desorption of this moisture (adsorbate desorption step).
- recovery air CA a carbon dioxide recovery air CA (hereinafter simply referred to as "recovery air CA") that is lower in temperature and more humid than the taken-in carbon dioxide-containing gas is generated.
- the temperature and humidity of the recovery air CA are 20°C, 70% RH, and 75 m 3 /h.
- the generated recovery air CA is sent downstream (to the recovery tank 40) via the second duct 34.
- the recovery air CA is taken in from the heat storage tank 30 to perform a carbon dioxide recovery (adsorption) operation.
- the recovery air CA taken in to the recovery tank 40 passes through the ion exchange resin 41 contained in the recovery tank 40.
- the amine functional group acts as an adsorption filter for carbon dioxide gas (carbon dioxide), and the carbon dioxide in the recovery air CA can be adsorbed by the ion exchange resin 41 and recovered (carbon dioxide adsorption step).
- the recovery air CA from which carbon dioxide has been removed in the recovery tank 40 is sent to the third duct 42.
- the damper D6 is opened and the damper D5 is closed, whereby the recovery air CA from the recovery tank 40 is exhausted to the outside of the greenhouse 10 as exhaust air EA via the exhaust duct 43.
- the exhaust duct 43 may be connected to an exhaust system of the generation unit 20, or may be configured to exhaust the exhaust air EA into the atmosphere.
- the exhaust gas EA from the exhaust duct 43 is clean exhaust gas from which heat and carbon dioxide have been removed in the heat storage tank 30 and the recovery tank 40, respectively, so that the environmental load caused by the emission of the exhaust gas EA can be appropriately reduced.
- the carbon dioxide capture operation of supply system 1 is controlled as described above.
- ion exchange resins are generally sensitive to heat and tend to exhibit significant deterioration in performance at high temperatures.
- the heat resistance of ion exchange resins is approximately 100°C in an oxygen-free environment and approximately 50°C to 60°C in an oxygen-containing environment. For this reason, if high-temperature carbon dioxide-containing gas from a generation unit (such as a boiler or factory) is directly supplied to the ion exchange resin, there is a risk that the carbon dioxide may not be properly recovered.
- the adsorbent M stored in the heat storage tank 30 is used to cool the high-temperature carbon dioxide-containing gas generated in the generation unit 20 to a desired temperature at which the carbon dioxide can be adsorbed into the ion exchange resin 41, for example, to about room temperature. This prevents the performance of the ion exchange resin 41 from deteriorating due to high temperatures, and allows the carbon dioxide to be appropriately adsorbed into the ion exchange resin 41 and captured.
- the high-temperature carbon dioxide-containing gas generated in the generation unit 20 can be cooled by utilizing only the desorption reaction of the adsorbate from the adsorbent M.
- cooling the carbon dioxide-containing gas does not require electricity, as is the case with conventional cooling mechanisms (e.g., cooling towers, radiators, dehumidifiers, etc.), and carbon dioxide capture can be achieved at lower cost and with less energy consumption.
- Fig. 3 is a schematic diagram showing an example of the operation of the supply system 1 in the carbon dioxide supply operation.
- the dampers in the open state are shown in white, and the dampers in the closed state are shown in black.
- the ducts in the air flow state are shown in thick lines, and the ducts in the state in which air does not flow are shown in thin lines.
- dampers D2 and D3 are opened and dampers D1 and D4 are closed, whereby low-temperature, high-humidity return air RA, which is exhaust air EA from inside the greenhouse 10, is taken into the heat storage tank 30 as air to be treated via the return air duct 22 and the first duct 21.
- the temperature, humidity, etc. of the return air RA taken into the heat storage tank 30 are 20°C, 70% RH, and 75 m3 /h.
- the damper D4 does not necessarily need to be fully closed, and the opening degree of the damper D4 may be adjusted so that a portion of the exhaust air EA is taken into the heat storage tank 30 as return air RA.
- a heat dissipation operation is performed by taking in low-temperature, high-humidity return air RA.
- the return air RA taken in the heat storage tank 30 is sent from the space 32 of the heat storage tank 30 to the filling section 31, and passes through the adsorbent M filled in the filling section 31.
- moisture (adsorbate) in the return air RA is adsorbed by the adsorbent M, which generates heat and generates dry air DA (in one example, 60°C, 5% RH, 75 m3 /h) that is higher in temperature and lower in humidity than the return air RA (adsorbate adsorption step).
- the generated dry air DA is sent from the space 33 to the downstream side (recovery tank 40) through the second duct 34.
- the amount of heat released by the adsorbent M in the heat storage tank 30, in other words the temperature of the dry air DA discharged from the heat storage tank 30, is determined by the amount of adsorbent M filled in the filling section 31.
- the amount of adsorbent M filled in the filling section 31 is determined so as to achieve the desired temperature (e.g. 60°C) at which carbon dioxide can be desorbed from the ion exchange resin 41.
- the amount of adsorbent M filled in the filling section 31 in one embodiment is at least 1/3 of the amount of ion exchange resin 41 filled in the recovery tank 40, as described above.
- a carbon dioxide supply (desorption) operation is performed by taking in dry air DA from the heat storage tank 30.
- the dry air DA taken in to the recovery tank 40 passes through the ion exchange resin 41 contained in the recovery tank 40.
- the carbon dioxide adsorbed to the ion exchange resin 41 is desorbed by the high-temperature dry air DA, and a carbon dioxide-containing gas (CO 2 in the figure) is generated in which carbon dioxide is added to the taken-in dry air DA (carbon dioxide desorption step).
- the temperature and humidity of the carbon dioxide-containing gas are 50° C., 15% RH, and 75 m 3 /h.
- the carbon dioxide-containing gas generated in the recovery tank 40 is sent to the third duct 42.
- the damper D5 is opened and the damper D6 is closed, thereby supplying the carbon dioxide-containing gas to the greenhouse 10 via the third duct 42.
- the carbon dioxide-containing gas supplied to the greenhouse 10 is used for heat dissipation operation in the heat storage tank 30, and therefore has a lower humidity than the return air RA sent from the greenhouse 10 to the heat storage tank 30 via the return air duct 22. That is, by using the moist air in the greenhouse 10 as the air to be treated sent to the heat storage tank 30, moisture is adsorbed by the adsorbent M, and the inside of the greenhouse 10 can be dehumidified.
- the carbon dioxide supply operation of supply system 1 is controlled as described above.
- the amount of carbon dioxide desorption in the recovery tank 40 i.e., the amount of carbon dioxide supplied to the greenhouse 10, may be controlled by the operation of the air supply unit 23.
- the desorption of carbon dioxide in the recovery tank 40 may be controlled by controlling the air volume, ON/OFF control, and motor damper opening control of the return air RA blown by the air supply unit 23 toward the heat storage tank 30 during carbon dioxide supply operation.
- the temperature of the dry air DA sent from the heat storage tank 30 to the downstream collection tank 40 may be controlled. That is, in order to stabilize the desorption of carbon dioxide in the ion exchange resin 41 and to control the concentration of the carbon dioxide-containing gas supplied to the greenhouse 10 to a constant value, the temperature of the dry air DA sent from the heat storage tank 30 to the downstream collection tank 40 may be controlled to a constant value.
- the temperature (maximum temperature) and time length (reaction time) of the adsorbent M when the temperature stabilizes (time t2) vary depending on the filling amount and type of adsorbent M. Therefore, in the heat storage tank 30 according to the embodiment, it is desirable to start the supply of dry air DA to the collection tank 40 at time t2 when the temperature of the adsorbent M is stable (when the temperature of the adsorbent M is at equilibrium), and to end the supply of dry air DA before time t3 when the temperature drops.
- the supply/stop of the dry air DA from the heat storage tank 30 to the collection tank 40 may be controlled by opening and closing a damper (not shown, for example, a motor damper that is easily controlled) provided on the second duct 34.
- the temperature of the dry air DA sent from the heat storage tank 30 to the downstream collection tank 40 does not necessarily need to be controlled to a constant temperature.
- ion exchange resins tend to desorb carbon dioxide at high temperatures due to their adsorption characteristics.
- the desorption capacity of an ion exchange resin is approximately 50 mg/g (CO 2 /adsorbent) in a normal temperature environment (e.g., 25° C.) and approximately 100 mg/g (CO 2 /adsorbent) in a high temperature environment (e.g., 60° C.). For this reason, the air taken into the recovery tank 40 during the carbon dioxide supply operation needs to be heated in advance.
- the adsorbent M stored in the heat storage tank 30 is used to heat the return air RA from the greenhouse 10 to a desired temperature, for example 40°C to 100°C, at which carbon dioxide can be desorbed from the ion exchange resin 41.
- a desired temperature for example 40°C to 100°C
- carbon dioxide can be desorbed from the ion exchange resin 41.
- the high-temperature dry air DA from the heat storage tank 30 is used to desorb carbon dioxide from the ion exchange resin 41, thereby roughly doubling the amount of carbon dioxide desorbed compared to the case where room temperature air is used as described above.
- the amount of ion exchange resin 41 filled in the collection tank 40 can be significantly reduced.
- the amount of expensive ion exchange resin 41 used can be reduced, and therefore the cost of constructing the supply system 1 can be significantly reduced compared to a conventional system that uses only ion exchange resin 41.
- the return air RA from the greenhouse 10 can be heated only by utilizing the adsorption reaction of the adsorbate to the adsorbent M. More specifically, the return air RA can be heated only by using the heat stored in the heat storage tank 30 during the carbon dioxide recovery operation of the supply system 1. Therefore, when supplying carbon dioxide-containing gas to the greenhouse 10, there is no need to provide an independent mechanism (e.g., a heater, etc.) for heating the return air RA as in the conventional method, and in other words, no electricity is required to generate the dry air DA (heating the return air RA by the heat storage tank) used for desorption of carbon dioxide. As a result, carbon dioxide can be applied to the greenhouse 10 at lower cost and with less energy.
- an independent mechanism e.g., a heater, etc.
- the supply system 1 according to the technology disclosed herein can be said to be a method of separating and recovering carbon dioxide from the carbon dioxide-containing gas containing impurities generated in the generation unit 20 using the ion exchange resin 41, and purifying the carbon dioxide-containing gas to have a higher purity than that of the carbon dioxide-containing gas.
- the carbon dioxide application method performed using the supply system 1 according to the technology disclosed herein can be said to have an aspect of a method of producing carbon dioxide to be supplied to the greenhouse 10.
- a heat storage tank 30 for controlling the temperature of air supplied to a recovery tank 40 is arranged upstream of the recovery tank 40 containing an ion exchange resin 41 for recovering/supplying carbon dioxide.
- the temperature of the carbon dioxide-containing gas supplied to the recovery tank 40 can be lowered, and the carbon dioxide can be appropriately adsorbed by the ion exchange resin 41.
- the temperature of the return air RA supplied to the recovery tank 40 can be raised to increase the amount of carbon dioxide desorbed from the ion exchange resin 41 (improving the desorption efficiency).
- the amount of carbon dioxide desorbed from the ion exchange resin 41 can be increased (desorption efficiency can be improved), which makes it possible to reduce the amount of ion exchange resin 41 filled in the recovery tank 40, thereby enabling costs to be reduced.
- both the cooling of the carbon dioxide-containing gas supplied to the recovery tank 40 and the heating of the return air RA can be performed using only the heat storage tank 30 arranged upstream of the recovery tank 40.
- costs can be significantly reduced compared to the conventional method of independently connecting external heat sources such as a cooling tower for cooling the carbon dioxide-containing gas or a heater for heating the return air RA, and the system footprint can be significantly reduced.
- the carbon dioxide supply device (heat storage tank 30 and recovery tank 40) is installed between the generation unit 20, which is a carbon dioxide supply source, and the greenhouse 10, which is a carbon dioxide demand area.
- the operation of recovering carbon dioxide from the generation unit 20 by the recovery tank 40 and the operation of supplying carbon dioxide to the greenhouse 10 were performed at the same location.
- the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 that constitute the carbon dioxide supply device store heat and carbon dioxide by utilizing physical adsorption and chemical adsorption, respectively, and therefore it is possible to preserve this heat and carbon dioxide for a long period of time.
- the carbon dioxide supply system 1 may further include a transport unit 50 for transporting the carbon dioxide supply device (heat storage tank 30 and recovery tank 40) between the generation unit 20 and the greenhouse 10.
- the type of the transport unit 50 is not particularly limited as long as it can load and transport the carbon dioxide supply device, and includes, for example, a container that houses the carbon dioxide supply device, a trailer or ship that transports the container, or an aircraft.
- the supply system 1 performs a carbon dioxide capture operation in the generation unit 20, which is the carbon dioxide emission site, to store carbon dioxide in the capture tank 40, and then the carbon dioxide supply device is transported by the transport unit 50 to the carbon dioxide demand site, and then a carbon dioxide supply operation is performed to supply carbon dioxide-containing gas from the capture tank 40 to the greenhouse 10.
- carbon dioxide-containing gas can be appropriately applied to the greenhouse 10.
- the amount of ion exchange resin 41 filled in the collection tank 40 can be reduced. Therefore, according to the supply system 1 relating to the disclosed technology, even when the carbon dioxide supply device is transported between the generation unit and the greenhouse 10 in this manner, the amount of transport (load) can be reduced, thereby achieving further cost reduction.
- the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 constituting the carbon dioxide supply device may be transported together, the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 may be configured to be transportable independently. Alternatively, at least one of the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 may be transported by the transport unit 50.
- the carbon dioxide supply device heat storage tank 30 and recovery tank 40
- the air supply section 23 for taking in the air to be treated into the supply device may also be configured to be transportable.
- the recovery air CA from the heat storage tank 30 is supplied directly to the recovery tank 40 during the adsorption of carbon dioxide into the ion exchange resin 41 (carbon dioxide recovery operation), but the recovery air CA from the heat storage tank 30 may be dehumidified (dried) prior to being supplied to the recovery tank 40.
- FIG. 6 is a schematic diagram showing the system configuration of the supply system 100 according to the second embodiment.
- the supply system 100 has, in addition to the configuration of the supply system 1 shown in FIG. 1, a dehumidification section 110 disposed between the heat storage tank 30 and the recovery tank 40, in other words, in the second duct 34.
- the dehumidification section 110 dehumidifies (dries) the recovery air CA supplied from the heat storage tank 30 to the recovery tank 40 before taking it into the recovery tank 40.
- the configuration of the dehumidification section 110 is not particularly limited as long as it can dehumidify (dry) the recovery air CA, and can be any one selected from, for example, a dehumidifier, an indirect heat exchanger, or a dehumidification tank filled with a desiccant.
- the efficiency of recovery (adsorption) of carbon dioxide to the ion exchange resin 41 in the recovery tank 40 can be improved.
- the ion exchange resin 41 has a physical adsorption function in addition to an ion exchange function
- the dehumidifying (drying) the recovery air CA in advance in this manner the physical adsorption of moisture to the ion exchange resin 41 can be suppressed, and the amount of carbon dioxide physically adsorbed can be increased.
- FIG. 7 shows a schematic diagram of the system configuration of a supply system 200 according to a third embodiment in which the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 are configured as an integrated body.
- a heat storage chamber 230 corresponding to the heat storage tank 30 described above, a duct chamber 234 corresponding to the second duct 34 described above, and a recovery chamber 240 corresponding to the recovery tank 40 described above are formed inside one cylindrical body 210, separated in this order.
- the heat storage chamber 230 is connected to the first duct 21 on the upstream side, and to the recovery chamber 240 on the downstream side via the duct chamber 234.
- a damper D7 is provided in the duct chamber 234, and is configured to be able to control the supply of air from the heat storage chamber 230 to the recovery chamber 240.
- the third duct 42 is connected to the downstream side of the recovery chamber 240.
- the supply system 200 also has a bypass chamber 235 that connects the duct chamber 234 and the third duct 42 .
- the duct chamber 234, the bypass chamber 235 and the third duct 42 are provided with dampers D8, D9 and D10, respectively, and the flow of air from the heat storage chamber 230 can be controlled as desired by controlling the opening and closing of these dampers.
- the air generated by the heat dissipation operation of the heat storage chamber 230 flows through the duct chamber 234 and the recovery chamber 240 in that order, so that heat is also supplied to the recovery chamber 240 from the duct chamber 234, and carbon dioxide desorption in the recovery chamber 240 can be carried out efficiently.
- dampers D7 and D9 are opened and dampers D8 and D10 are closed, so that air flows through duct chamber 234 and bypass chamber 235 in that order, and since air is not supplied to the recovery chamber 240, air flows only through the heat storage chamber 230, and deterioration of the recovery chamber 240 due to the thermal effects from the duct chamber 234 can be suppressed. Furthermore, by forming the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 as one unit in this manner, transportation by the transport unit 50 described above becomes easier.
- FIG. 8 shows a schematic diagram of the system configuration of a supply system 300 according to a fourth embodiment in which the heat storage tank 30 and the recovery tank 40 are installed inside the greenhouse 10.
- the supply system 300 has a heat storage tank 30 , a recovery tank 40 and a carbon dioxide production section 310 inside the greenhouse 10 .
- the carbon dioxide generating unit 310 is, for example, a boiler that generates carbon dioxide by burning a fuel such as kerosene.
- An exhaust duct 311 that exhausts the generated carbon dioxide (exhaust EA) to the outside of the greenhouse 10 is connected to the carbon dioxide generating unit 310.
- the upstream side of the heat storage tank 30 is connected to the exhaust duct 311 via a first duct 321.
- a damper D31 is provided in the first duct 321, and the intake of the exhaust air EA from the exhaust duct 311 to the heat storage tank 30 can be controlled by opening and closing the damper D31.
- a return air duct 322 is connected to the downstream side of the damper D31 of the first duct 321.
- the return air duct 322 is provided with a damper D32, and is configured to be able to control the intake of the return air RA from the return air duct 322 to the heat storage tank 30 by opening and closing this damper D32.
- the heat storage tank 30 is connected to a drain pipe and a drain pot (not shown).
- the upstream side of the collection tank 40 is connected to the heat storage tank 30 via a second duct 334.
- a damper D33 is provided in the second duct 334, and the supply of air from the heat storage tank 30 to the collection tank 40 can be controlled.
- the downstream side of the collection tank 40 is configured to be able to supply carbon dioxide to the crops F to be grown via a third duct 342.
- the recovery tank 40 and the second duct 334 are connected to a water drain pipe (not shown).
- the supply system 300 also includes a bypass duct 335 that connects the second duct 334 and the third duct 342 .
- the second duct 334, the bypass duct 335 and the third duct 342 are provided with dampers D34, D35 and D36, respectively, and by controlling the opening and closing of these dampers, it is possible to control whether the air from the heat storage tank 30 is supplied to the recovery tank 40 or to the third duct 342 without passing through the recovery tank 40.
- An exhaust duct 312 is connected to the third duct 342 for discharging the air flowing through the third duct 342 to the outside of the greenhouse 10 as exhaust air EA without supplying it to the crops F.
- the third duct 342 and the exhaust duct 312 are provided with dampers D37 and D38, respectively, and by controlling the opening and closing of these dampers, it is possible to control whether the air flowing through the third duct 342 is supplied to the crops F or exhausted to the outside of the greenhouse 10.
- the third duct 342 may be provided with a flowmeter 342a for measuring the flow rate of air passing through the third duct 342, and an air supply section 342b for sending the air passing through the third duct 342 downstream.
- the supply system 300 is provided with a control unit 350.
- the control unit 350 has, for example, a PLC that controls the operation of the supply system 300.
- the control unit 350 also has an operation panel for instructing the operation by the PLC, a computer equipped with a processor such as a CPU and a memory, and a data logger that records the operation of the supply system 300.
- the computer has a program storage unit (not shown) and a memory unit.
- the computer may be remotely controlled.
- the program may be recorded in the memory unit or a non-transitory storage medium readable by the computer, and installed in the control unit 350 from the storage medium.
- the control unit 350 controls the opening and closing operations of various dampers (D31 to D38) and the operation of the air supply unit 342b based on the results of measurements taken by measuring instruments (the flowmeter 342a described above and a thermometer, thermo-hygrometer, pressure gauge, or carbon dioxide concentration measuring instrument not shown) installed at various locations within the supply system 300.
- the supply system 300 according to the fourth embodiment is configured as described above. Next, an example of the operation of the supply system 300 configured as described above will be described.
- step St1 in FIG. 9 When the supply system 300 is operated, an operator uses an operation panel (not shown) of the control unit 350 to instruct the operation of the supply system 300 (step St1 in FIG. 9).
- the operation of the supply system 300 is started, first, it is determined whether the operation start time of the supply system 300 is the time when the carbon dioxide supply operation should be performed (application time) or the time when the carbon dioxide capture operation described later should be performed (capture time) (step St2 in FIG. 9 ). This determination is made based on, for example, the season and the time when the operation is instructed.
- step St10 the instruction time for operation is not the application time
- the process proceeds to control of the carbon dioxide capture operation described below (step St10 in FIG. 9).
- the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is measured by a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St3 in FIG. 9).
- the heat dissipation mode of the carbon dioxide supply operation in the supply system 300 (hereinafter simply referred to as the "heat dissipation mode") is started. Specifically, dampers D32, D33, D36, and D38 are opened under the control of the control unit 350, and thereafter (for example, 10 seconds after the dampers are controlled), the operation of the air supply unit 342b is started.
- dry air DA of the desired temperature (e.g., 60°C) is generated in the heat storage tank 30 from the return air RA (e.g., 20°C) inside the greenhouse 10, and is supplied again to the interior of the greenhouse 10 without passing through the recovery tank 40.
- the air in the greenhouse 10 is ventilated from the return air RA to the dry air DA, and the internal temperature of the greenhouse 10 can be increased by the operation of the supply system 300 without changing the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10.
- the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 does not change by the operation of the supply system 300, the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 decreases over time as the target crops F perform photosynthesis.
- the carbon dioxide concentration inside the greenhouse 10 is measured again using a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St4 in Figure 9).
- step St4 If, in step St4, the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is equal to or greater than a threshold value, for example, equal to or greater than 800 ppm, a determination is made again as to whether the time at which this measurement was made was the time for applying carbon dioxide or the time for collecting it (step St5 in FIG. 9).
- a threshold value for example, equal to or greater than 800 ppm
- step St5 If it is determined in step St5 that it is time to apply the nutrient, the heat radiation mode is continued (the open/closed states of the various dampers are maintained). After that, when the operation in the heat radiation mode is continued for a predetermined time, the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is measured again by the carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St4 in FIG. 9). On the other hand, if it is determined in step St5 that the application time has not arrived, the heat release mode is ended.
- the operation of the air supply unit 342b is stopped under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the control of the air supply unit 342b) the dampers D32, D33, D36, and D38 are closed, and the control shifts to the carbon dioxide capture operation control described later (step St10 in FIG. 9).
- step St4 if the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is less than the threshold value, for example, less than 800 ppm, the heat release mode is terminated, and a carbon dioxide application/heat release mode (hereinafter simply referred to as the "application mode") of the carbon dioxide supply operation in the supply system 300 is started. Specifically, dampers D34 and D35 are opened under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the opening of dampers D34 and D35), damper D36 is closed. This application mode is also started when the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is less than a threshold value, for example, less than 800 ppm, in step St3.
- a threshold value for example, less than 800 ppm
- step St3 after the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is measured in step St3, the dampers D32, D33, D34, D35, and D38 are opened under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the dampers are controlled), the operation of the air supply unit 342b is started, thereby starting the application mode.
- step St3 or step St4 when it is determined in step St3 or step St4 that the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is less than the threshold value and the opening and closing of various valves and the operation of the air supply unit 342b are controlled, the application mode is started.
- dry air DA at a desired temperature e.g., 60° C.
- the return air RA e.g., 20° C.
- carbon dioxide-containing gas is generated from the dry air DA in the recovery tank 40.
- the generated carbon dioxide-containing gas is then supplied to the inside of the greenhouse 10.
- the air in the greenhouse 10 is ventilated from the return air RA to a carbon dioxide-containing gas, thereby increasing the internal temperature of the greenhouse 10 and increasing the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10.
- the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is measured again using a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St6 in Figure 9).
- step St6 If, in step St6, the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is less than the threshold value, for example less than 1000 ppm, a determination is made again as to whether the time at which this measurement was made was the time for applying carbon dioxide or the time for collecting it (step St7 in FIG. 9).
- step St7 If it is determined in step St7 that it is time to apply the nutrient, the application mode is continued (the open/closed states of the various dampers are maintained). After that, when the operation in the application mode is continued for a predetermined time, the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is measured again by a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St6 in FIG. 9). On the other hand, if it is determined in step St7 that the application time has not arrived, the application mode is terminated.
- the operation of the air supply unit 342b is stopped under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the control of the air supply unit 342b) the dampers D32, D33, D34, D35, and D38 are closed, and the control shifts to the carbon dioxide capture operation described later (step St10 in FIG. 9).
- step St6 the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is equal to or greater than a threshold value, for example, equal to or greater than 1000 ppm, a determination is made again as to whether the time at which this measurement was made was the time for applying carbon dioxide or the time for collecting it (step St8 in FIG. 9).
- a threshold value for example, equal to or greater than 1000 ppm
- step St8 If it is determined in step St8 that it is time to apply the humidifier, the application mode is ended and the heat dissipation mode described above is started. Specifically, the damper D36 is opened under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the damper D36 is opened), the dampers D34 and D35 are closed. After that, when the heat dissipation mode is executed for a predetermined time, the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is measured again by a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St4 in FIG. 9). On the other hand, if it is determined in step St8 that the application time has not arrived, the application mode is terminated.
- the operation of the air supply unit 342b is stopped under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the control of the air supply unit 342b) the dampers D32, D33, D34, D35, and D38 are closed, and the control shifts to the carbon dioxide capture operation described later (step St10 in FIG. 9).
- the carbon dioxide supply operation of the supply system 300 is performed as described above. That is, in the carbon dioxide supply operation of the supply system 300, when the operation time of the supply system 300 is the application time in the greenhouse 10, the above-mentioned heat release mode and application mode are alternately and repeatedly executed according to the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10. More specifically, in this embodiment, the application mode is executed until the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 reaches a first threshold, for example, 1000 ppm, and after the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 reaches the first threshold, the heat dissipation mode is executed until the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 reaches a second threshold, for example, less than 800 ppm. In other words, the heat dissipation mode and the application mode are executed alternately and repeatedly so that the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 is between the first threshold and the second threshold.
- a first threshold for example, 1000 ppm
- the heat dissipation mode is executed until the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10 reaches a second threshold, for example, less than 800
- step St1 in FIGS. 9 and 10 When the supply system 300 is operated, as shown in FIG. 9, an operator uses an operation panel (not shown) of the control unit 350 to instruct the operation of the supply system 300 (step St1 in FIGS. 9 and 10).
- step St1 in FIGS. 9 and 10 When the operation of the supply system 300 is started, first, it is determined whether the operation start time of the supply system 300 is the time for applying carbon dioxide or the time for recovering carbon dioxide (step St2 in FIG. 10).
- step Sp10 in FIG. 10 If it is determined that the instruction time for operation is not the collection time, the process shifts to the control of the carbon dioxide supply operation described above (step Sp10 in FIG. 10). On the other hand, when it is determined that it is time to collect the exhaust gas, first, the temperature of the exhaust gas EA (gas containing carbon dioxide) flowing through the exhaust duct 311 is measured by a thermometer (not shown) (step Sp1 in FIG. 10).
- step Sp1 If the temperature of the exhaust gas EA is less than the threshold value, for example, less than 250° C. in step Sp1, the start of the carbon dioxide supply operation in the supply system 300 is stopped, and a determination is made again as to whether it is the application time or the recovery time (step St2). If it is the application time, the process proceeds to the control of the carbon dioxide supply operation described above (step Sp10 in FIG. 10). On the other hand, if the temperature of the exhaust gas EA is equal to or higher than a threshold value, for example, equal to or higher than 250° C. in step Sp1, the carbon dioxide concentration of the air flowing through the rear stage of the recovery tank 40 is then measured using a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step Sp2 in FIG. 10).
- a threshold value for example, equal to or higher than 250° C. in step Sp1
- a drying mode of the carbon dioxide recovery operation in the supply system 300 (hereinafter simply referred to as the "drying mode") is started. Specifically, dampers D31, D33, D36, and D37 are opened under the control of the control unit 350, and thereafter (for example, 10 seconds after the dampers are controlled), the air supply unit 342b starts operating. As a result, high-temperature exhaust gas EA from the carbon dioxide generation unit 310 is passed through the heat storage tank 30, and the adsorbent M contained in the heat storage tank 30 is dried (heat storage operation of the heat storage tank 30).
- the exhaust gas EA used to dry the adsorbent M is then discharged to the outside of the greenhouse 10 without passing through the recovery tank 40.
- the heat storage operation of the heat storage tank 30 can be performed without ventilating the air in the greenhouse 10, that is, without changing the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10.
- step Sp2 a carbon dioxide recovery/drying mode (hereinafter simply referred to as the "recovery mode") of the carbon dioxide recovery operation is started in the supply system 300.
- dampers D31, D33, D34, D35, and D37 are opened under the control of the control unit 350, and thereafter (for example, 10 seconds after the damper control), the operation of the air supply unit 342b is started.
- recovery air CA is generated from the exhaust air EA (gas containing carbon dioxide) and the heat storage operation of the heat storage tank 30 is performed, and further, in the recovery tank 40, carbon dioxide is recovered (adsorbed) from the recovery air CA by the ion exchange resin 41.
- the recovery air CA from which carbon dioxide has been recovered by the ion exchange resin 41 is then discharged to the outside of the greenhouse 10.
- the heat storage operation of the heat storage tank 30 and the carbon dioxide recovery operation of the recovery tank 40 can be performed without ventilating the air in the greenhouse 10, i.e., without changing the carbon dioxide concentration in the greenhouse 10.
- the carbon dioxide concentration in the rear stage of the recovery tank 40 increases as the recovery of carbon dioxide in the recovery tank 40 progresses.
- the carbon dioxide concentration of the air flowing through the front and rear stages of the recovery tank 40 is measured using a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step Sp3 in FIG. 10).
- step Sp3 if the carbon dioxide concentration in the rear stage of the recovery tank 40 is equal to or higher than a threshold value, for example, 9% or higher, and the difference in carbon dioxide concentration between the front and rear stages of the recovery tank 40 is equal to or lower than a threshold value, for example, 2% or lower, a decision is made to terminate the recovery mode (step Sp5 in Figure 10, which will be described later).
- a threshold value for example, 9% or higher
- a threshold value for example, 2% or lower
- step Sp3 the carbon dioxide concentration in the rear stage of the recovery tank 40 is less than the threshold value, for example less than 9%, and the difference in carbon dioxide concentration between the front and rear stages of the recovery tank 40 is less than the threshold value, for example less than 2%
- the temperature of the exhaust air EA flowing through the exhaust duct 311 is measured again, and a determination is made again as to whether the time at which this measurement was made is the time of carbon dioxide recovery or application (step Sp4 in FIG. 10).
- step Sp4 If it is determined in step Sp4 that the temperature of the exhaust gas EA is equal to or higher than a threshold value, for example, 250° C. or higher, and it is time to collect the exhaust gas, the collection mode is continued (the open/closed states of the various dampers are maintained). After that, when the collection mode operation is continued for a predetermined time, the carbon dioxide concentration is measured again by a carbon dioxide concentration measuring device (not shown) (step St3 in FIG. 10). On the other hand, if it is determined in step Sp4 that the temperature of the exhaust gas EA is below the threshold value, for example, below 250° C., or that it is not the time for recovery, a determination is made to end the recovery mode (step Sp5 in FIG. 10, described later).
- a threshold value for example, 250° C. or higher
- step Sp3 or step Sp4 the temperature of the exhaust air EA flowing through the exhaust duct 311 is measured again, and a determination is made again as to whether the time at which this measurement is made is the time to capture or apply carbon dioxide (step Sp5 in FIG. 10).
- step Sp5 If it is determined in step Sp5 that the temperature of the exhaust gas EA is below a threshold value, for example, below 250° C., or that it is not time to collect, the collection mode is terminated. Specifically, the operation of the air supply unit 342b is stopped under the control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the control of the air supply unit 342b) the dampers D31, D33, D34, D35, and D37 are closed, and the control shifts to the above-mentioned carbon dioxide supply operation (step Sp10 in FIG. 10). On the other hand, if it is determined in step Sp5 that the temperature of the exhaust air EA is equal to or higher than the threshold value, for example, 250° C.
- the threshold value for example, 250° C.
- control unit 350 opens the damper D36, and then (for example, 10 seconds after the damper D36 is opened), the dampers D34 and D35 are closed.
- step Sp2 or step Sp6 described above when the drying mode is executed for a predetermined time, the temperature of the exhaust air EA flowing through the exhaust duct 311 and the temperature of the air flowing through the rear stage of the heat storage tank 30 are measured, and a determination is made again as to whether the time at the time of this measurement is the time of carbon dioxide recovery or application (step Sp6 in FIG. 10).
- step Sp6 the temperature of the exhaust air EA is equal to or higher than the first threshold, e.g., 250°C or higher, the temperature of the air in the rear stage of the heat storage tank 30 is equal to or lower than the second threshold, e.g., 150°C or lower, and it is determined that it is time to recover, the drying mode is continued (the open/closed status of the various dampers is maintained). After that, when the operation in the drying mode is continued for a predetermined time, the temperature of the exhaust air EA is measured again, and it is determined whether the time at the time of this measurement is the time to recover or apply carbon dioxide (step Sp6 in FIG. 10).
- the first threshold e.g. 250°C or higher
- the temperature of the air in the rear stage of the heat storage tank 30 is equal to or lower than the second threshold, e.g., 150°C or lower
- the drying mode is continued (the open/closed status of the various dampers is maintained). After that, when the operation in the drying mode is continued for a pre
- step Sp6 if it is determined in step Sp6 that the temperature of the air flowing through the rear stage of the heat storage tank 30 is less than the second threshold value, for example, less than 150° C., or that it is not the time for recovery, the drying mode is terminated and a moisture release mode of the carbon dioxide recovery operation (hereinafter simply referred to as the “moisture release mode”) is started. Specifically, the damper D32 is opened under the control of the control unit 350, and thereafter (for example, 10 seconds after the damper D32 is opened), the damper D31 is closed.
- the second threshold value for example, less than 150° C.
- return air RA e.g., 20°C
- the moisture remaining in the heat storage tank 30 after the drying mode is discharged to the outside of the greenhouse 10 as exhaust air EA without passing through the recovery tank 40.
- a predetermined time e.g. 30 to 60 seconds
- the operation in the moisture release mode is terminated.
- the operation of the air supply unit 342b is stopped by the control of the control unit 350, and then (e.g., 10 seconds after the control of the air supply unit 342b) the dampers D32, D33, D36, and D37 are closed.
- step Sp10 in FIG. 10 the control shifts to the control of the carbon dioxide supply operation described above (step Sp10 in FIG. 10), and if it is the time to collect, the operation is stopped and waits until the application time.
- step Sp6 if the temperature of the air flowing through the rear stage of the heat storage tank 30 is equal to or higher than the second threshold, for example, 150°C or higher, but the temperature of the exhaust air EA is less than the first threshold, for example, less than 250°C, the drying mode is terminated and control is shifted to the carbon dioxide supply operation described above without going through the moisture release mode described above (step Sp10 in FIG. 10). Specifically, the operation of the air supply unit 342b is stopped by control of the control unit 350, and then (for example, 10 seconds after the control of the air supply unit 342b), dampers D31, D33, D36, and D37 are closed.
- the second threshold for example, 150°C or higher
- the temperature of the exhaust air EA is less than the first threshold, for example, less than 250°C
- the carbon dioxide capture operation of the supply system 300 is performed as described above. That is, in the carbon dioxide capture operation of the supply system 300, when the operation time of the supply system 300 is the capture time in the greenhouse 10, the capture mode, drying mode, and moisture release mode are executed in sequence. At this time, the capture mode and moisture release mode can be omitted as appropriate depending on the measured carbon dioxide concentration, the exhaust gas EA, and the temperature in the downstream of the heat storage tank 30. More specifically, in this embodiment, when the temperature of the exhaust air EA is equal to or higher than a first threshold value, for example, 250° C., the recovery mode is executed until the carbon dioxide concentration in the rear stage of the recovery tank 40 is equal to or higher than 9% and the difference in carbon dioxide concentration from the front stage is within 2%.
- a first threshold value for example, 250° C.
- the drying mode is executed until the air temperature in the rear stage of the heat storage tank 30 is equal to or higher than a second threshold value, for example, 150° C.
- a predetermined time for example, 30 to 60 seconds, to remove moisture remaining in the heat storage tank 30.
- the above-mentioned carbon dioxide supply operation and carbon dioxide capture operation are alternately repeated depending on whether the operation time of the supply system 300 is the time to apply carbon dioxide or the time to capture it.
- a system for supplying a carbon dioxide-containing gas to a carbon dioxide demand unit comprising: a heat storage tank that contains an adsorbent that generates heat by adsorbing an adsorbate and that outputs the taken-in air to be treated as dry air having a higher temperature than the air to be treated; A carbon dioxide recovery tank that contains a carbon dioxide adsorbent capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide, desorbs the carbon dioxide using the dry air taken in, and sends the carbon dioxide-containing gas to the demand section.
- the demand unit is a greenhouse in a greenhouse, The carbon dioxide-containing gas supply system according to (1) above, further comprising a return air path for taking return air from within the greenhouse into the heat storage tank as the air to be treated.
- a carbon dioxide generation unit that generates carbon dioxide to be recovered in the recovery tank by adsorbing it to the carbon dioxide adsorbent,
- the combustion gas from the generation unit is taken in, the adsorbate is desorbed from the adsorbent by the taken in combustion gas, and the taken in combustion gas is discharged as recovery air having a lower temperature and a higher humidity than the combustion gas;
- a carbon dioxide-containing gas supply system as described in any one of (1) to (3), characterized in that in the recovery tank, the carbon dioxide contained in the recovery air is adsorbed by the carbon dioxide adsorbent, and the recovery air after the carbon dioxide is removed is discharged to the outside of the demand section.
- the carbon dioxide-containing gas supply system described in (4) above further comprising a transport unit that transports at least one of the heat storage tank and the recovery tank between the generation unit and the demand unit.
- a carbon dioxide-containing gas supply system as described in (4) or (5) further comprising a dehumidification section that dehumidifies the recovery air discharged from the heat storage tank and before it is supplied to the recovery tank.
- a carbon dioxide-containing gas supply system according to any one of (1) to (6), characterized in that the carbon dioxide adsorbent is selected from at least one of an ion exchange resin, a moisture-resistant zeolite, activated carbon, a porous coordination polymer (PCP), and a metal-organic framework (MOF).
- the carbon dioxide adsorbent is selected from at least one of zeolite and HASClay (registered trademark).
- a supply device for a carbon dioxide-containing gas comprising: a heat storage tank configured to be capable of repeating a heat storage operation and a heat dissipation operation by adsorption and desorption of an adsorbate to and from an adsorbent contained therein;
- a carbon dioxide-containing gas supply device comprising: a recovery tank configured to repeatedly recover and supply carbon dioxide by adsorption and desorption of the carbon dioxide to a carbon dioxide adsorbent contained therein.
- a method for applying a carbon dioxide-containing gas to a carbon dioxide demand part comprising: A combustion gas generating step of generating combustion gas by burning fuel; an adsorbate desorption step of desorbing an adsorbate from an adsorbent using the combustion gas to generate recovery air that is at a lower temperature and has a higher humidity than the combustion gas; A carbon dioxide recovery process including a carbon dioxide adsorption step of adsorbing carbon dioxide contained in the recovery air onto a carbon dioxide adsorbent; an adsorbent adsorption step of adsorbing an adsorbate in the air to be treated supplied from the demand unit onto the adsorbent to generate dry air having a higher temperature than the air to be treated; A carbon dioxide supply process including a carbon dioxide desorption step of desorbing the carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent using the dry air and supplying the carbon dioxide-containing gas to the demand section.
- a method for producing carbon dioxide comprising the steps of: an adsorbate desorption step of desorbing the adsorbate from the adsorbent using high-temperature, low-humidity air to generate recovery air that is lower in temperature and higher in humidity than the high-temperature, low-humidity air;
- a carbon dioxide recovery process including a carbon dioxide adsorption step of adsorbing carbon dioxide contained in the recovery air onto a carbon dioxide adsorbent; 1.
- a method for producing carbon dioxide comprising: a carbon dioxide supply process including: an adsorbate adsorption step in which an adsorbate is adsorbed from low-temperature, high-humidity air onto the adsorbent to produce dry air that is hotter than the low-temperature, high-humidity air; and a carbon dioxide desorption step in which the dry air is used to desorb the carbon dioxide from the carbon dioxide adsorbent to produce a carbon dioxide-containing gas that contains the carbon dioxide.
- the present invention is useful as a carbon dioxide recovery system in a carbon dioxide-containing gas emission site and/or a carbon dioxide supply system in a carbon dioxide-containing gas demand site.
- emission sites of the carbon dioxide-containing gas include power plants, ironworks, waste treatment plants, commercial buildings (office buildings, complexes, schools, government buildings, etc.), and factories that mainly emit combustion exhaust gas, but the facilities in which the supply system 1 (recovery system) related to the technology disclosed herein may be introduced are not limited to these.
- the demand area for the carbon dioxide-containing gas is mainly exemplified by a greenhouse 10 for greenhouse horticulture, but the facility in which the supply system 1 according to the technology of the present disclosure is introduced is not limited to this.
- the present invention can be applied to manufacturing plants for oxygen-containing compounds such as urethane and polycarbonate, chemical products derived from biomass, and chemical products such as olefins.
- Other potential applications include biofuels using photosynthetic microalgae and biofuels derived from biomass. Another possible application is in the process of absorbing carbon dioxide inside concrete products or structures when they are manufactured.
- Further potential applications include “BECCS: Bioenergy with Carbon Capture and Storage,” which combines biomass fuels with Carbon Dixide Capture and Storage (CCS), and “blue carbon,” in which seaweed and marine plants absorb carbon dioxide and store it in the ocean.
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Abstract
二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの供給システムであって、吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気として送出する蓄熱槽と、二酸化炭素の吸脱着が可能な二酸化炭素吸着材を収容し、取り込んだ前記乾燥空気により前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に送出する二酸化炭素の回収槽と、を備える。
Description
本発明は、二酸化炭素含有ガスの供給システム、供給装置、施用方法及び二酸化炭素の製造方法に関するものである。
従来、ビニールハウス等の温室を利用した施設園芸では、作物の生育促進や収量の増加を目的として、灯油やプロパンガス等の燃料を燃焼させることにより生成される二酸化炭素含有ガスを温室内に供給し、作物の光合成を促進することが行われている。
例えば特許文献1には、作物生産用施設へ二酸化炭素含有ガスを供給する供給装置が開示されている。特許文献1に記載の供給装置は、燃料を燃焼する燃焼炉を備え、燃焼排ガスに含まれる硫黄酸化物、煤塵、窒素酸化物、一酸化炭素及びエチレンを除去し、これらの除去により浄化された燃焼排ガスを作物生産用施設へと供給している。
また特許文献2には、燃焼排ガス中の二酸化炭素を利用した園芸用施設への二酸化炭素供給装置が開示されている。特許文献2に記載の二酸化炭素供給装置は、二酸化炭素の濃度差によって吸脱着が可能な二酸化炭素吸着材(例えばゼオライトや活性炭)を用いた二酸化炭素の回収・貯留手段を備え、燃焼ガスから二酸化炭素を回収・濃縮し、濃縮した二酸化炭素を貯留させ、温室内の二酸化炭素濃度が低下した際に貯留した二酸化炭素を温室内に放出させている。
また、温室内に供給するための二酸化炭素を回収するための手段としては、上記した特許文献2に開示されるゼオライトや活性炭等の吸着材の他、特許文献3に開示されるような、二酸化炭素をガスから抽出・分離して回収するイオン交換樹脂が知られている。このイオン交換樹脂は、物理吸着により二酸化炭素を回収する上記吸着材と比較し、イオン交換吸着という化学的手段により二酸化炭素を多量に回収できるため、二酸化炭素の回収に係る効率を向上できる。
ところで、このイオン交換樹脂は上記吸着材と比較して熱に弱く、一般的に環境空気からの二酸化炭素回収に用いられている。すなわち、例えば特許文献1や特許文献2に示されるような高温の燃焼排ガス中の二酸化炭素の回収にイオン交換樹脂を用いようとする場合、当該イオン交換樹脂の前段に冷却塔等の燃焼排ガスの冷却手段が必要となり、これにより二酸化炭素の回収システムが大型化して、コストが嵩むという課題がある。
またこの一方で、イオン交換樹脂に回収した二酸化炭素を温室内に施用する場合、イオン交換樹脂から二酸化炭素を脱着させるための脱着空気の温度が低いと、イオン交換樹脂からの二酸化炭素の脱着量が減少する。このため、イオン交換樹脂に回収した二酸化炭素の脱着効率を上げようとする場合、当該イオン交換樹脂の前段に脱着空気の加熱手段が必要となり、かかる観点からも回収システムの大型化や、高コスト化が懸念される。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高温の排ガスから適切に二酸化炭素を回収可能な二酸化炭素含有ガスの供給システムを提供することを目的としている。
前記問題の解決を図るため、本開示の技術は、二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの供給システムであって、吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気として送出する蓄熱槽と、二酸化炭素の吸脱着が可能な二酸化炭素吸着材を収容し、取り込んだ前記乾燥空気により前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に送出する二酸化炭素の回収槽と、を備えることを特徴としている。
上記構成によれば、二酸化炭素吸着材を収容した回収槽に供給するための処理対象空気を、その前段に配置された吸着材を収容する蓄熱槽により予温する。これにより、二酸化炭素吸着材からの二酸化炭素の脱着効率を向上させ、二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの供給を適切に行うことができる。また、このように二酸化炭素の脱着効率を向上できることから、回収槽に対する二酸化炭素吸着材の充填量を削減でき、この結果、システムの構成に係るコストを低減できる。
また上記構成によれば、物理吸着を利用して処理対象空気から乾燥空気を生成する蓄熱槽と、化学反応や物理吸着を利用して二酸化炭素を脱着させる回収槽と、を組み合わせる。これにより、二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの施用にあたり、二酸化炭素の脱着に供される乾燥空気の生成(蓄熱槽による空気の加熱)に電力等のエネルギーを投入する必要がない。したがって、需要部に対する二酸化炭素含有ガスの生成に際してのエネルギー消費量を大幅に低減できる。
前記需要部は施設園芸における温室であってもよい。この場合、前記温室内からの還気を、前記処理対象空気として前記蓄熱槽に取り込むための還気経路を更に備えることが望ましい。この場合、前記回収槽から前記温室内に送出される前記二酸化炭素含有ガスは、少なくとも前記還気経路を通流する前記還気と比較して低湿となる。
上記構成によれば、温室からの湿潤空気を処理対象空気として利用し、同温室内に供給するための低湿の二酸化炭素含有ガスを生成できる。これにより、温室内の除湿を行うことができ、生育する農作物のカビ等の病気を防止できる。
上記構成によれば、温室からの湿潤空気を処理対象空気として利用し、同温室内に供給するための低湿の二酸化炭素含有ガスを生成できる。これにより、温室内の除湿を行うことができ、生育する農作物のカビ等の病気を防止できる。
二酸化炭素含有ガスの供給システムは、前記二酸化炭素吸着材に吸着させることで前記回収槽に回収するための二酸化炭素を生成する二酸化炭素生成部を更に備えてもよい。この場合、前記回収槽に対する前記二酸化炭素の回収に際しては、前記蓄熱槽において、前記二酸化炭素生成部からの燃焼ガスを取り込み、取り込んだ前記燃焼ガスにより前記吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気として送出するとともに、前記回収槽において、前記回収用空気に含まれる前記二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させ、当該二酸化炭素の除去後の前記回収用空気を前記需要部の外部に向けて排出する。
上記構成によれば、二酸化炭素生成部からの燃焼ガスを利用して、回収槽の二酸化炭素吸着材に対して二酸化炭素を回収できる。この時、例えば二酸化炭素生成部として工場等を選択することで、大気中に対する二酸化炭素の排出量を減らし、これにより環境負荷の低減を図ることができる。
上記構成によれば、二酸化炭素生成部からの燃焼ガスを利用して、回収槽の二酸化炭素吸着材に対して二酸化炭素を回収できる。この時、例えば二酸化炭素生成部として工場等を選択することで、大気中に対する二酸化炭素の排出量を減らし、これにより環境負荷の低減を図ることができる。
前記生成部と前記需要部との間で、前記蓄熱槽及び前記回収槽の少なくともいずれか一方を搬送する搬送部を更に備えていてもよい。
上記構成によれば、二酸化炭素の生成部と二酸化炭素の需要部とが遠隔地にある場合であっても、適切に二酸化炭素を需要部へと施用できる。
上記構成によれば、二酸化炭素の生成部と二酸化炭素の需要部とが遠隔地にある場合であっても、適切に二酸化炭素を需要部へと施用できる。
二酸化炭素含有ガスの供給システムは、前記蓄熱槽から送出され、前記回収槽に供給される前の前記回収用空気を除湿する除湿部を更に備えていてもよい。
上記構成によれば、回収槽に供給される回収用空気の除湿を行うことで、当該回収槽における二酸化炭素の回収(吸着)効率を向上できる。
上記構成によれば、回収槽に供給される回収用空気の除湿を行うことで、当該回収槽における二酸化炭素の回収(吸着)効率を向上できる。
前記二酸化炭素吸着材は、一例においてイオン交換樹脂であり得る。この場合、前記イオン交換樹脂は、一例においてアミン官能基を有する。
この場合、処理対象空気中の二酸化炭素を適切に吸着して回収できる。
この場合、処理対象空気中の二酸化炭素を適切に吸着して回収できる。
前記二酸化炭素吸着材は、イオン交換樹脂、耐湿性を有するゼオライト、活性炭、多孔性配位高分子(PCP)及び金属有機構造体(MOF)の少なくともいずれかから選択されてもよい。
かかる場合であっても、処理対象空気中の二酸化炭素を適切に吸着して回収できる。
かかる場合であっても、処理対象空気中の二酸化炭素を適切に吸着して回収できる。
前記吸着材としては、一例においてゼオライト又はハスクレイ(登録商標)の少なくともいずれか一方から選択できる。
この場合、需要部に対する二酸化炭素の施用時において、適切に処理対象空気を所望の温度まで加温し、イオン交換樹脂からの二酸化炭素の脱着効率を向上できる。
この場合、需要部に対する二酸化炭素の施用時において、適切に処理対象空気を所望の温度まで加温し、イオン交換樹脂からの二酸化炭素の脱着効率を向上できる。
本開示の別な観点に係る技術は、二酸化炭素含有ガスの供給装置であって、収容した吸着材に対する吸着質の吸着及び脱着により蓄熱運転と放熱運転を繰り返し可能に構成された蓄熱槽と、収容した二酸化炭素吸着材に対する二酸化炭素の吸着及び脱着により、前記二酸化炭素の回収と供給を繰り返し可能に構成された回収槽と、を備えることを特徴としている。
更に別な観点に係る技術は、二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの施用方法であって、燃料の燃焼により燃焼ガスを生成する燃焼ガス生成ステップと、前記燃焼ガスにより吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、前記需要部から供給される処理対象空気中の吸着質を前記吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと、前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に供給する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を有することを特徴としている。
また更に別な観点に係る技術は、二酸化炭素の製造方法であって、高温低湿空気により吸着材から吸着質を脱着させ、当該高温低湿空気よりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、低温高湿空気から前記吸着材に吸着質を吸着させ、当該低温高湿空気よりも高温な乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスを生成する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を含むことを特徴としている。
本開示の技術によれば、高温の排ガスから適切に二酸化炭素を回収可能な二酸化炭素含有ガスの供給システムを提供できる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態にかかる二酸化炭素含有ガスの供給システム1(以下、単に「供給システム1」という。)の系統の概略を模式的に示している。一実施形態において供給システム1は、温室10、二酸化炭素の生成部20(以下、単に「生成部20」という。)、蓄熱槽30及び二酸化炭素の回収槽40(以下、単に「回収槽40」という。)を備える。なお、以下の説明においては、蓄熱槽30と回収槽40とを合わせて、「二酸化炭素の供給装置」と言う場合がある。
二酸化炭素の供給対象である温室10は、植物工場やビニールハウス等の作物生産用施設であって、内部で作物等の生育(施設園芸)を行う。
一実施形態において、温室10には排気ダクト11が接続されている。排気ダクト11は、温室10内の空気を排気EAとして外部に排出することで、例えば作物からの蒸発散や土壌表面からの水分蒸発、又は人為的な加湿等により高まった温室10内の湿度(相対湿度)を低下させる。
一実施形態において、温室10には排気ダクト11が接続されている。排気ダクト11は、温室10内の空気を排気EAとして外部に排出することで、例えば作物からの蒸発散や土壌表面からの水分蒸発、又は人為的な加湿等により高まった温室10内の湿度(相対湿度)を低下させる。
生成部20は、温室10に供給するための二酸化炭素を生成する。
生成部20の構成は特に限定されるものではないが、例えば、供給された燃料(例えば重油や灯油等の液体燃料、又は天然ガス等の気体燃料)を燃焼して燃焼ガスである高温の二酸化炭素含有ガスを排出するボイラや、又は、排ガスとして高温の二酸化炭素含有ガスを排出する工場等であってよい。換言すれば、生成部20から供給される二酸化炭素含有ガスは、温室10に供給するために生成されたものであってもよいし、生成部20において副次的に生成されたものであってもよい。
生成部20の構成は特に限定されるものではないが、例えば、供給された燃料(例えば重油や灯油等の液体燃料、又は天然ガス等の気体燃料)を燃焼して燃焼ガスである高温の二酸化炭素含有ガスを排出するボイラや、又は、排ガスとして高温の二酸化炭素含有ガスを排出する工場等であってよい。換言すれば、生成部20から供給される二酸化炭素含有ガスは、温室10に供給するために生成されたものであってもよいし、生成部20において副次的に生成されたものであってもよい。
生成部20は、第1ダクト21を介して後述の蓄熱槽30の入口側(上流側)に接続される。
また第1ダクト21には、温室10からの還気RAを蓄熱槽30へと取り込むための還気ダクト22が接続されている。還気ダクト22は、一端部側が第1ダクト21に接続され、他端部側は温室10から排気EAを排出するための上記した排気ダクト11に接続されている。還気ダクト22には、温室10からの排気EAの少なくとも一部が還気RAとして通流され、この還気RAを、第1ダクト21を介して蓄熱槽30へと取り込み可能に構成される。
すなわち第1ダクト21は、後述の蓄熱槽30に対して、生成部20からの二酸化炭素含有ガス、又は、還気ダクト22を介して取り込まれる温室10からの還気RA、のいずれかを処理対象空気として取り込み可能に構成される。
また第1ダクト21には、温室10からの還気RAを蓄熱槽30へと取り込むための還気ダクト22が接続されている。還気ダクト22は、一端部側が第1ダクト21に接続され、他端部側は温室10から排気EAを排出するための上記した排気ダクト11に接続されている。還気ダクト22には、温室10からの排気EAの少なくとも一部が還気RAとして通流され、この還気RAを、第1ダクト21を介して蓄熱槽30へと取り込み可能に構成される。
すなわち第1ダクト21は、後述の蓄熱槽30に対して、生成部20からの二酸化炭素含有ガス、又は、還気ダクト22を介して取り込まれる温室10からの還気RA、のいずれかを処理対象空気として取り込み可能に構成される。
第1ダクト21及び還気ダクト22には、各々に対応するダンパD1、D2が設けられている。供給システム1では、これらダンパD1、D2の開閉が制御されることで、蓄熱槽30に取り込む処理対象空気(生成部20からの二酸化炭素含有ガス、又は温室10からの還気RA)の切り替えが可能である。なお、これらダンパD1、D2としては、一例として制御が容易なモーターダンパが用いられ得る。
また還気ダクト22及び排気ダクト11には、各々に対応するダンパD3、D4が設けられている。供給システム1では、これらダンパD3、D4の開閉が制御されることで、温室10からの空気の排出(排気EA)又は蓄熱槽30への空気の循環(還気RA)が制御される。なお、これらダンパD3、D4についても、例えば制御が容易なモーターダンパが用いられ得る。
なお、第1ダクト21には、図1に示すように、処理対象空気(生成部20からの二酸化炭素含有ガス、又は温室10からの還気RA)を蓄熱槽30へと取り込むための送気部23が設けられてもよい。
蓄熱槽30は、通気性のある仕切り板で区画して吸着材Mを充填した充填部31を有し、充填部31の上流側及び下流側には、空間32、33が設けられている。
一実施形態において、充填部31に充填される吸着材Mとしては、例えば造粒された吸着材を使用できる。この吸着材Mには、吸着質(例えば水、水蒸気)を吸着することで発熱する公知の吸着材を用いることができ、通風抵抗や熱/物質伝達など、所望の性能を有する吸着材の造粒体を、蓄熱機能を有する吸着材として用いることができる。かかる場合、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性粘土からなる複合体、例えばハスクレイ(登録商標)や高分子収着材の低温再生型吸着材、或いは、従来の吸着材(シリカゲルやゼオライト等)を吸着材Mとして適用できる。
なお、蓄熱槽30(充填部31)に対する吸着材Mの充填量は、後述の回収槽40において二酸化炭素の吸脱着を適切に実現できる充填量で決定する。一例において、蓄熱槽30(充填部31)に対する吸着材Mの充填量は、回収槽40に対する後述のイオン交換樹脂41の充填量の1/3以上であることが望ましい。
なお、蓄熱槽30(充填部31)に対する吸着材Mの充填量は、後述の回収槽40において二酸化炭素の吸脱着を適切に実現できる充填量で決定する。一例において、蓄熱槽30(充填部31)に対する吸着材Mの充填量は、回収槽40に対する後述のイオン交換樹脂41の充填量の1/3以上であることが望ましい。
蓄熱槽30の入口側である空間32には、上記した処理対象空気(生成部20からの二酸化炭素含有ガス、又は温室10からの還気RA)を取り込むための第1ダクト21が接続されている。
蓄熱槽30の出口側(下流側)である空間33には、第2ダクト34を介して後述の回収槽40が接続されている。
蓄熱槽30の出口側(下流側)である空間33には、第2ダクト34を介して後述の回収槽40が接続されている。
そして蓄熱槽30では、上流側の空間32から処理対象空気を取り込み、取り込んだ処理対象空気を、充填部31を通過させて空間33へと送り、第2ダクト34を介して回収槽40に向けて送出する。この時、処理対象空気を充填部31に充填された吸着材Mと接触させることで当該吸着材Mに対する吸着質の吸脱着反応を進行させ、これにより取り込んだ処理対象空気の温湿度を制御する。以下、高湿の処理対象空気を取り込み、処理対象空気中の吸着質を吸着材Mに吸着させる動作を、蓄熱槽30の「放熱運転」という。また、高温の処理対象空気を取り込み、処理対象空気に対して吸着材Mから吸着質を脱着させる動作を、蓄熱槽30の「蓄熱運転」という。
なお、蓄熱槽30の放熱運転及び蓄熱運転の詳細な方法については後述する。
なお、蓄熱槽30の放熱運転及び蓄熱運転の詳細な方法については後述する。
回収槽40は、取り込んだ二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素をイオンの交換により分離して回収する、二酸化炭素吸着材としてのイオン交換樹脂41を収容する。イオン交換樹脂41の種類は、二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離して回収できれば特に限定されるものではないが、例えば弱塩基性アニオン交換樹脂等、アミン官能基を有するイオン交換樹脂を選択できる。
また、回収槽40に対するイオン交換樹脂41の充填量は、二酸化炭素含有ガスの供給対象である温室10における二酸化炭素含有ガスの必要量をカバーできる充填量、すなわち、温室10での必要量以上の二酸化炭素を吸着できる充填量に決定する。
また、回収槽40に対するイオン交換樹脂41の充填量は、二酸化炭素含有ガスの供給対象である温室10における二酸化炭素含有ガスの必要量をカバーできる充填量、すなわち、温室10での必要量以上の二酸化炭素を吸着できる充填量に決定する。
なお、回収槽40に充填される二酸化炭素吸着材はイオン交換樹脂には限定されず、例えば耐湿性を有する(水分を吸着しにくい)ゼオライト、活性炭及び多孔性配位高分子(PCP:Porous Coordination Polymer)/金属有機構造体(MOF:Metal-Organicframework)から選択される少なくともいずれかを、イオン交換樹脂に代えて、又は加えて使用できる。
なお、以下の説明では二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂41である場合を例に説明を行う。
なお、以下の説明では二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂41である場合を例に説明を行う。
回収槽40の入口側(上流側)には、上記した第2ダクト34を介して蓄熱槽30が接続されている。
回収槽40の出口側(下流側)は、第3ダクト42を介して温室10に接続されている。
回収槽40の出口側(下流側)は、第3ダクト42を介して温室10に接続されている。
そして回収槽40では、上流側から蓄熱槽30から送出された処理対象空気を取り込み、取り込んだ処理対象空気をイオン交換樹脂41に通過させた後、第3ダクト42を介して温室10に向けて送出する。この時、処理対象空気をイオン交換樹脂41と接触させることで当該イオン交換樹脂41に対する二酸化炭素の吸脱着反応を進行させる。なお、回収槽40の詳細な動作については後述する。
第3ダクト42には、回収槽40から送出される処理対象空気を温室10に供給せずに外部へ排気するための排気ダクト43が接続されている。排気ダクト43は、主として後述の二酸化炭素回収工程において機能する。
第3ダクト42及び排気ダクト43には、各々に対応するダンパD5、D6が設けられている。供給システム1では、これらダンパD5、D6の開閉が制御されることで、回収槽40からの処理対象空気を温室10に取り込むか、又は排気ダクト43を介して外部に排気するか、を切り替え可能である。なお、これらダンパD5、D6についても、例えば制御が容易なモーターダンパが用いられ得る。
なお、図1に示した例においては排気ダクト43を第3ダクト42に接続したが、これに代えて、回収槽40に対して第3ダクト42とは独立させて排気ダクト43を接続してもよい。
以上のように構成された供給システム1には制御部2が設けられていてもよい。制御部2は、供給システム1による温室10への二酸化炭素含有ガスの供給動作、より具体的には、供給システム1を構成する各種要素(温室10、生成部20、蓄熱槽30、回収槽40及び各種ダンパ)の動作を制御する。制御部2は供給システム1と一体に構成されていてもよいし、又は供給システム1を遠隔で制御可能に構成されてもよい。
実施の形態に係る供給システム1は、以上のように構成されている。次に、上記した供給システム1の動作例について説明する。
実施の形態に係る供給システム1では、生成部20で二酸化炭素含有ガスを生成し、当該二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素をイオン交換樹脂41に吸着させて回収する「二酸化炭素回収運転」と、吸着された二酸化炭素をイオン交換樹脂41から脱着させて温室10に供給する「二酸化炭素供給運転」と、を交互に繰り返して実行する。以下、これら二酸化炭素回収運転及び二酸化炭素供給運転の詳細について、それぞれ説明する。
実施の形態に係る供給システム1では、生成部20で二酸化炭素含有ガスを生成し、当該二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素をイオン交換樹脂41に吸着させて回収する「二酸化炭素回収運転」と、吸着された二酸化炭素をイオン交換樹脂41から脱着させて温室10に供給する「二酸化炭素供給運転」と、を交互に繰り返して実行する。以下、これら二酸化炭素回収運転及び二酸化炭素供給運転の詳細について、それぞれ説明する。
<供給システム1の二酸化炭素回収運転>
先ず、供給システム1の二酸化炭素回収運転(二酸化炭素回収工程)について説明する。図2は、二酸化炭素回収運転における供給システム1の動作例を示す概略図である。なお、図2においては、供給システム1が備える各種ダンパのうち、開状態にあるダンパを白色で、閉状態にあるダンパを黒色で、それぞれ示している。また、各種空気を通流させる各種ダクトのうち、空気の通流状態にあるダクトを太線で、空気を通流させていない状態のダクトを細線で、それぞれ示している。
先ず、供給システム1の二酸化炭素回収運転(二酸化炭素回収工程)について説明する。図2は、二酸化炭素回収運転における供給システム1の動作例を示す概略図である。なお、図2においては、供給システム1が備える各種ダンパのうち、開状態にあるダンパを白色で、閉状態にあるダンパを黒色で、それぞれ示している。また、各種空気を通流させる各種ダクトのうち、空気の通流状態にあるダクトを太線で、空気を通流させていない状態のダクトを細線で、それぞれ示している。
供給システム1の二酸化炭素回収運転に際しては、先ず、生成部20により回収槽40に回収させるための二酸化炭素を含有する燃焼ガス(二酸化炭素含有ガス)を生成する(燃焼ガス生成ステップ)。続いて、ダンパD1を開放、ダンパD2を閉止し、これにより第1ダクト21を介して、生成部20で生成された処理対象空気としての高温低湿な二酸化炭素含有ガス(図中の「CO2」)を蓄熱槽30に取り込む。一例において、蓄熱槽30に取り込む二酸化炭素含有ガスの温湿度等は、110℃以上、10%RH、75m3/hである。
この時、生成部20から供給される二酸化炭素含有ガスは、蓄熱等30への取り込みに先立ち、脱硝機構、ウェットスクラバー、脱硫機構、バグフィルタ等の少なくともいずれかを含む前処理装置を用いて、有害なガスや粉塵の除去(前処理)が行われてもよい。この前処理装置は、蓄熱槽30の上流側であれば、例えば第1ダクト21上に配置されてもよいし、生成部20に含まれてもよい。
この時、生成部20から供給される二酸化炭素含有ガスは、蓄熱等30への取り込みに先立ち、脱硝機構、ウェットスクラバー、脱硫機構、バグフィルタ等の少なくともいずれかを含む前処理装置を用いて、有害なガスや粉塵の除去(前処理)が行われてもよい。この前処理装置は、蓄熱槽30の上流側であれば、例えば第1ダクト21上に配置されてもよいし、生成部20に含まれてもよい。
蓄熱槽30では、高温低湿な二酸化炭素含有ガスの取り込みにより蓄熱運転が行われる。具体的に、蓄熱槽30に取り込まれた二酸化炭素含有ガスは、蓄熱槽30の空間32から充填部31へと送られ、充填部31に充填されている吸着材Mを通過する。この時、高温低湿な二酸化炭素含有ガスにより吸着材Mに吸着されていた水分(吸着質)が脱着し、この水分の脱着に際して生成される蒸発潜熱(冷熱)により二酸化炭素含有ガスが冷却される(吸着質脱着ステップ)。そしてこの結果、取り込んだ二酸化炭素含有ガスよりも低温高湿な二酸化炭素の回収用空気CA(以下、単に「回収用空気CA」という)が生成される。一例において、回収用空気CAの温湿度等は、20℃、70%RH、75m3/hである。
生成された回収用空気CAは、第2ダクト34を介して下流側(回収槽40)へと送られる。
生成された回収用空気CAは、第2ダクト34を介して下流側(回収槽40)へと送られる。
続いて回収槽40では、蓄熱槽30からの回収用空気CAの取り込みにより二酸化炭素の回収(吸着)運転が行われる。具体的に、回収槽40に取り込まれた回収用空気CAは、当該回収槽40に収容されたイオン交換樹脂41を通過する。この時、例えば上記したようにアミン官能基を有するイオン交換樹脂41を用いた場合、当該アミン官能基が炭酸ガス(二酸化炭素)の吸着フィルタとして作用するため、これにより、回収用空気CA中の二酸化炭素をイオン交換樹脂41に吸着させて回収できる(二酸化炭素吸着ステップ)。
その後、回収槽40において二酸化炭素が除去された回収用空気CAは、第3ダクト42へと送られる。この時、ダンパD6を開放、ダンパD5を閉止し、これにより排気ダクト43を介して、回収槽40からの回収用空気CAを、排気EAとして温室10の外部に排出する。排気ダクト43は、例えば生成部20が工場である場合にあっては、当該生成部20の排気系統に接続されてもよいし、又は、大気中に排気EAを排出するように構成されてもよい。
この時、排気ダクト43からの排気EAは、蓄熱槽30及び回収槽40のそれぞれにおいて熱と二酸化炭素が除去されたクリーンな排気であるため、排気EAの排出による環境負荷を適切に低減できる。
この時、排気ダクト43からの排気EAは、蓄熱槽30及び回収槽40のそれぞれにおいて熱と二酸化炭素が除去されたクリーンな排気であるため、排気EAの排出による環境負荷を適切に低減できる。
供給システム1の二酸化炭素回収運転は、以上のように制御される。
上記したように、一般的にイオン交換樹脂は熱に弱く、高温下において著しく性能が劣化する傾向にある。一例においてイオン交換樹脂の耐熱性は、無酸素環境下において凡そ100℃、有酸素環境下において凡そ50℃~60℃である。このため、生成部(ボイラや工場等)からの高温の二酸化炭素含有ガスを直接的にイオン交換樹脂に供給した場合、適切に二酸化炭素を回収できないおそれがある。
この点、本実施形態に係る供給システム1の二酸化炭素回収運転では、回収槽40への供給に先立ち、蓄熱槽30に収容した吸着材Mを利用して、生成部20で生成された高温の二酸化炭素含有ガスをイオン交換樹脂41への二酸化炭素の吸着が実現できる所望の温度、例えば常温程度まで冷却する。これにより、高温によるイオン交換樹脂41の性能劣化が抑制され、適切に当該イオン交換樹脂41に対して二酸化炭素を吸着させ、回収できる。
また本実施形態に係る供給システム1によれば、生成部20で生成された高温の二酸化炭素含有ガスの冷却を、吸着材Mからの吸着質の脱着反応のみを利用して行うことができる。すなわち、二酸化炭素含有ガスの冷却に際して、従来の冷却機構(例えば冷却塔、ラジエータや除湿機等)のように電力等を必要とせず、より低コスト、より省エネルギーでの二酸化炭素回収を実現できる。
<供給システム1の二酸化炭素供給運転>
続いて、供給システム1の二酸化炭素供給運転(二酸化炭素供給工程)について説明する。図3は、二酸化炭素供給運転における供給システム1の動作例を示す概略図である。なお、図2と同様、供給システム1が備える各種ダンパのうち、開状態にあるダンパを白色で、閉状態にあるダンパを黒色で、それぞれ示している。また、各種空気を通流させる各種ダクトのうち、空気の通流状態にあるダクトを太線で、空気を通流させていない状態のダクトを細線で、それぞれ示している。
続いて、供給システム1の二酸化炭素供給運転(二酸化炭素供給工程)について説明する。図3は、二酸化炭素供給運転における供給システム1の動作例を示す概略図である。なお、図2と同様、供給システム1が備える各種ダンパのうち、開状態にあるダンパを白色で、閉状態にあるダンパを黒色で、それぞれ示している。また、各種空気を通流させる各種ダクトのうち、空気の通流状態にあるダクトを太線で、空気を通流させていない状態のダクトを細線で、それぞれ示している。
供給システム1の二酸化炭素供給運転に際しては、先ず、ダンパD2及びダンパD3を開放、ダンパD1及びダンパD4を閉止し、これにより還気ダクト22及び第1ダクト21を介して、温室10内からの排気EAである低温高湿な還気RAを、処理対象空気として蓄熱槽30に取り込む。一例において、蓄熱槽30に取り込む還気RAの温湿度等は、20℃、70%RH、75m3/hである。
なおこの時、ダンパD4は必ずしも全閉である必要はなく、当該ダンパD4の開度を調節して、排気EAのうちの一部が還気RAとして蓄熱槽30に取り込まれるようにしてもよい。
なおこの時、ダンパD4は必ずしも全閉である必要はなく、当該ダンパD4の開度を調節して、排気EAのうちの一部が還気RAとして蓄熱槽30に取り込まれるようにしてもよい。
蓄熱槽30では、低温高湿な還気RAの取り込みにより放熱運転が行われる。具体的に、蓄熱槽30に取り込まれた還気RAは、蓄熱槽30の空間32から充填部31へと送られ、充填部31に充填されている吸着材Mを通過する。この時、還気RA中の水分(吸着質)が吸着材Mに吸着され、これにより吸着材Mが発熱して、還気RAよりも高温低湿な乾燥空気DA(一例において、60℃、5%RH、75m3/h)が生成される(吸着質吸着ステップ)。生成された乾燥空気DAは、空間33から第2ダクト34を介して下流側(回収槽40)へと送られる。
ここで、蓄熱槽30における吸着材Mの放熱量、換言すれば蓄熱槽30から送出される乾燥空気DAの温度は、充填部31に対する吸着材Mの充填量で決定される。このため、充填部31に対する吸着材Mの充填量は、イオン交換樹脂41からの二酸化炭素の脱着が実現できる所望の温度(例えば60℃)となるように決定する。この場合、一実施形態における充填部31に対する吸着材Mの充填量は、上記したように回収槽40に対するイオン交換樹脂41の充填量の1/3以上であることが望ましい。
続いて回収槽40では、蓄熱槽30からの乾燥空気DAの取り込みにより二酸化炭素の供給(脱着)運転が行われる。具体的に、回収槽40に取り込まれた乾燥空気DAは、当該回収槽40に収容されたイオン交換樹脂41を通過する。この時、高温の乾燥空気DAによりイオン交換樹脂41に吸着されていた二酸化炭素が脱着し、取り込んだ乾燥空気DAに二酸化炭素が付与された二酸化炭素含有ガス(図中のCO2)が生成される(二酸化炭素脱着ステップ)。一例において、二酸化炭素含有ガスの温湿度等は、50℃、15%RH、75m3/hである。
回収槽40で生成された二酸化炭素含有ガスは、第3ダクト42へと送られる。この時、ダンパD5を開放、ダンパD6を閉止し、これにより第3ダクト42を介して、温室10に二酸化炭素含有ガスを供給する。
この時、温室10に供給される二酸化炭素含有ガスは、蓄熱槽30における放熱運転に供されるため、還気ダクト22を介して温室10から蓄熱槽30に送られる還気RAと比較して湿度が低い。すなわち、蓄熱槽30に送る処理対象空気として温室10内の湿潤空気を用いることで、吸着材Mにより湿分を吸着するため、温室10内を除湿ができる。
この時、温室10に供給される二酸化炭素含有ガスは、蓄熱槽30における放熱運転に供されるため、還気ダクト22を介して温室10から蓄熱槽30に送られる還気RAと比較して湿度が低い。すなわち、蓄熱槽30に送る処理対象空気として温室10内の湿潤空気を用いることで、吸着材Mにより湿分を吸着するため、温室10内を除湿ができる。
供給システム1の二酸化炭素供給運転は、以上のように制御される。
なお、温室10内での作物等の生育(施設園芸)を適切に行うため、温室10内の二酸化炭素濃度は、予め定められた設定濃度で一定に制御されることが望ましい。
かかる観点から、回収槽40での二酸化炭素の脱着量、すなわち温室10に供給される二酸化炭素量を、送気部23の動作により制御してもよい。具体的には、二酸化炭素供給運転において送気部23により蓄熱槽30に向けて送風される還気RAの風量制御、ON/OFF制御、モーターダンパの開度制御を行うことにより、回収槽40での二酸化炭素の脱着を制御してもよい。
または、上記した送気部23の制御に代えて、又は加えて、蓄熱槽30から下流側の回収槽40に送られる乾燥空気DAの温度を制御してもよい。すなわち、イオン交換樹脂41における二酸化炭素の脱着を安定させ、温室10に供給される二酸化炭素含有ガスの濃度を一定に制御するため、蓄熱槽30から下流側の回収槽40に送られる乾燥空気DAの温度を一定に制御してもよい。
この場合、蓄熱槽30から回収槽40に対する乾燥空気DAの供給のタイミングは、蓄熱槽30内の吸着材Mの温度が安定した(平衡状態となった)後に制御されることが望ましい。
具体的に、放熱運転に際しての吸着材Mの温度は、図4に示すように反応開始後(還気RAからの水分吸着開始後)に急激に上昇(図4の時間t1)した後に安定(図4の時間t2)し、その後、緩やかに降下(図4の時間t3)する。温度安定(時間t2)時の吸着材Mの温度(最高温度)や時間長(反応時間)は、吸着材Mの充填量や種類により変化する。
そこで実施の形態に係る蓄熱槽30では、吸着材Mの温度が安定した時間t2時(吸着材Mの温度の平衡時)に回収槽40への乾燥空気DAの供給を開始し、温度が低下する時間t3に達する前に、乾燥空気DAの供給を終了することが望ましい。この場合、蓄熱槽30から回収槽40への乾燥空気DAの供給/停止は、例えば第2ダクト34上に図示しないダンパ(例えば制御が容易なモーターダンパ)を設け、このダンパの開閉により制御してもよい。
具体的に、放熱運転に際しての吸着材Mの温度は、図4に示すように反応開始後(還気RAからの水分吸着開始後)に急激に上昇(図4の時間t1)した後に安定(図4の時間t2)し、その後、緩やかに降下(図4の時間t3)する。温度安定(時間t2)時の吸着材Mの温度(最高温度)や時間長(反応時間)は、吸着材Mの充填量や種類により変化する。
そこで実施の形態に係る蓄熱槽30では、吸着材Mの温度が安定した時間t2時(吸着材Mの温度の平衡時)に回収槽40への乾燥空気DAの供給を開始し、温度が低下する時間t3に達する前に、乾燥空気DAの供給を終了することが望ましい。この場合、蓄熱槽30から回収槽40への乾燥空気DAの供給/停止は、例えば第2ダクト34上に図示しないダンパ(例えば制御が容易なモーターダンパ)を設け、このダンパの開閉により制御してもよい。
なお、上記した送気部23の制御により回収槽40での二酸化炭素の脱着量を制御する場合、蓄熱槽30から下流側の回収槽40に送られる乾燥空気DAの温度は、必ずしも一定に制御される必要はない。
なお、一般的にイオン交換樹脂は、その吸着特性により高温下において二酸化炭素の脱着が進行しやすい。一例においてイオン交換樹脂の脱着能は、常温環境(例えば25℃)において凡そ50mg/g(CO2/吸着材)、高温環境(例えば60℃)において凡そ100mg/g(CO2/吸着材)である。このため、二酸化炭素供給運転において回収槽40に取り込まれる空気は、予め加熱されていることが必要になる。
この点、本実施形態に係る供給システム1の二酸化炭素供給運転では、回収槽40への供給に先立ち、蓄熱槽30に収容した吸着材Mを利用して、温室10からの還気RAをイオン交換樹脂41からの二酸化炭素の脱着が実現できる所望の温度、例えば40℃~100℃まで加熱する。これにより、イオン交換樹脂41から効果的に二酸化炭素を脱着させ、適切に温室10に対して二酸化炭素含有ガスを供給できる。
また本実施形態に係る供給システム1によれば、蓄熱槽30からの高温の乾燥空気DAを用いてイオン交換樹脂41からの二酸化炭素の脱着を行うことで、上記したように常温空気を用いる場合と比較して二酸化炭素の脱着量を凡そ倍増できる。換言すれば、供給システム1において回収槽40におけるイオン交換樹脂41と蓄熱槽30における吸着材Mとを組み合わせることで、回収槽40に対するイオン交換樹脂41の充填量を大幅に低減できる。
そして、このように安価な吸着材Mを使用することで高価なイオン交換樹脂41の使用量を低減できることから、供給システム1の構成にかかるコストを、従来のようにイオン交換樹脂41のみを使用するシステムと比較して大幅に低減できる。
そして、このように安価な吸着材Mを使用することで高価なイオン交換樹脂41の使用量を低減できることから、供給システム1の構成にかかるコストを、従来のようにイオン交換樹脂41のみを使用するシステムと比較して大幅に低減できる。
また本実施形態に係る供給システム1によれば、温室10からの還気RAの加熱を、吸着材Mに対する吸着質の吸着反応のみを利用して行うことができる。より具体的には、供給システム1の二酸化炭素回収運転時における蓄熱槽30の蓄熱運転で蓄えられた熱のみを用いて、還気RAを加熱できる。このため、温室10に対する二酸化炭素含有ガスの供給に際して、従来ように還気RAを加熱するための独立した機構(例えばヒータ等)を設ける必要がなく、すなわち、二酸化炭素の脱着に供される乾燥空気DAの生成(蓄熱槽による還気RAの加熱)に電力等も必要としない。この結果、より低コスト、より省エネルギーで、温室10に対して二酸化炭素を施用できる。
このように本開示の技術に係る供給システム1は、生成部20で生成された不純物を含む二酸化炭素含有ガスからイオン交換樹脂41により二酸化炭素を分離して回収し、少なくとも当該二酸化炭素含有ガスよりも高純度の二酸化炭素含有ガスを精製する方法と言える。換言すれば、本開示の技術に係る供給システム1を用いて行われる二酸化炭素の施用方法は、温室10へ供給するための二酸化炭素の製造方法の側面を持つといえる。
<実施の形態に係る供給システム1の作用効果>
以上、本開示の技術に係る供給システム1によれば、二酸化炭素を回収/供給するためのイオン交換樹脂41を収容した回収槽40の上流側に、当該回収槽40に供給する空気の温度制御を行うための蓄熱槽30が配置される。
これにより、供給システム1における二酸化炭素の回収運転においては回収槽40に供給される二酸化炭素含有ガスの温度を低下させ、適切にイオン交換樹脂41に対して二酸化炭素を吸着させることができる。
また、この一方で、供給システム1における二酸化炭素の供給運転においては回収槽40に供給される還気RAの温度を上昇させ、イオン交換樹脂41からの二酸化炭素の脱着量を増加(脱着効率を向上)させることができる。
以上、本開示の技術に係る供給システム1によれば、二酸化炭素を回収/供給するためのイオン交換樹脂41を収容した回収槽40の上流側に、当該回収槽40に供給する空気の温度制御を行うための蓄熱槽30が配置される。
これにより、供給システム1における二酸化炭素の回収運転においては回収槽40に供給される二酸化炭素含有ガスの温度を低下させ、適切にイオン交換樹脂41に対して二酸化炭素を吸着させることができる。
また、この一方で、供給システム1における二酸化炭素の供給運転においては回収槽40に供給される還気RAの温度を上昇させ、イオン交換樹脂41からの二酸化炭素の脱着量を増加(脱着効率を向上)させることができる。
そして、本開示の技術に係る供給システム1によれば、上記したようにイオン交換樹脂41からの二酸化炭素の脱着量を増加(脱着効率を向上)できるため、これにより回収槽40に対するイオン交換樹脂41の充填量を低減でき、コストの削減を図ることができる。
更に、本開示の技術に係る供給システム1によれば、上記したように回収槽40に供給される二酸化炭素含有ガスの冷却、及び還気RAの加熱の両方を、回収槽40の上流側に配置された蓄熱槽30のみを用いて行うことができる。
このため、従来のように二酸化炭素含有ガスの冷却を行うための冷却塔や、還気RAの加熱を行うためのヒータ等の外部熱源を独立して接続する場合と比較してコストを大幅に低減できるとともに、システムのフットプリントを大幅に低下できる。
このため、従来のように二酸化炭素含有ガスの冷却を行うための冷却塔や、還気RAの加熱を行うためのヒータ等の外部熱源を独立して接続する場合と比較してコストを大幅に低減できるとともに、システムのフットプリントを大幅に低下できる。
なお、上記実施形態においては、二酸化炭素の供給源である生成部20と、二酸化炭素の需要地である温室10との間で、二酸化炭素の供給装置(蓄熱槽30及び回収槽40)を定置する場合を例に説明を行った。換言すれば、回収槽40による生成部20からの二酸化炭素の回収動作と、温室10への二酸化炭素の供給動作とを、同一の場所において行った。
しかしながら、本実施形態において二酸化炭素の供給装置を構成する蓄熱槽30及び回収槽40は、それぞれ物理吸着と化学吸着を利用して熱と二酸化炭素をそれぞれ蓄えるものであるため、これら熱や二酸化炭素を長期にわたり保存することが可能である。
しかしながら、本実施形態において二酸化炭素の供給装置を構成する蓄熱槽30及び回収槽40は、それぞれ物理吸着と化学吸着を利用して熱と二酸化炭素をそれぞれ蓄えるものであるため、これら熱や二酸化炭素を長期にわたり保存することが可能である。
かかる観点から、本実施形態に係る二酸化炭素の供給装置では、生成部20と温室10とが遠隔地に存在する場合であっても、回収槽40を用いて適切に温室10に対して二酸化炭素を供給できる。
具体的には、本実施形態に係る二酸化炭素の供給システム1は、図5に示すように、二酸化炭素の供給装置(蓄熱槽30及び回収槽40)を生成部20と温室10の間で搬送するための搬送部50を更に備えていてもよい。搬送部50の種類は二酸化炭素の供給装置を積載して搬送できるものであれば特に限定されず、例えば二酸化炭素の供給装置を収容するコンテナ、当該コンテナを搬送するトレーラーや船舶、又は航空機等を含む。
具体的には、本実施形態に係る二酸化炭素の供給システム1は、図5に示すように、二酸化炭素の供給装置(蓄熱槽30及び回収槽40)を生成部20と温室10の間で搬送するための搬送部50を更に備えていてもよい。搬送部50の種類は二酸化炭素の供給装置を積載して搬送できるものであれば特に限定されず、例えば二酸化炭素の供給装置を収容するコンテナ、当該コンテナを搬送するトレーラーや船舶、又は航空機等を含む。
そして、図5に示す例において供給システム1では、二酸化炭素の排出地である生成部20において二酸化炭素回収運転を行って回収槽40に二酸化炭素を蓄えた後、搬送部50によって二酸化炭素の供給装置を二酸化炭素の需要地まで搬送し、その後、二酸化炭素供給運転を行って回収槽40から温室10に二酸化炭素含有ガスを供給する。
このように二酸化炭素の供給装置を搬送部50により搬送可能に構成することで、上記したように二酸化炭素の供給源である生成部20と、二酸化炭素の需要地である温室10とが遠隔地に存在する場合であっても、適切に温室10に対する二酸化炭素含有ガスの施用を行うことができる。
また本開示の技術に係る供給システム1においては、上記したように、回収槽40に対するイオン交換樹脂41の充填量を少なくできる。
このため、開示の技術に係る供給システム1によれば、このように二酸化炭素の供給装置を生成部と温室10の間で搬送する場合であっても、この際の搬送量(積載荷重)を低減し、更なるコストの削減を図ることができる。
このため、開示の技術に係る供給システム1によれば、このように二酸化炭素の供給装置を生成部と温室10の間で搬送する場合であっても、この際の搬送量(積載荷重)を低減し、更なるコストの削減を図ることができる。
なお、図5に示した例においては二酸化炭素の供給装置を構成する蓄熱槽30と回収槽40とを一体に搬送する場合を例に図示を行ったが、これら蓄熱槽30と回収槽40は、独立して搬送可能に構成されてもよい。又は、蓄熱槽30と回収槽40のうち、少なくともいずれか一方のみを搬送部50により搬送するようにしてもよい。
また例えば、上記例においては搬送部50により二酸化炭素の供給装置(蓄熱槽30及び回収槽40)のみを搬送したが、これに加え、供給装置に処理対象空気を取り込むための送気部23が更に搬送可能に構成されてもよい。
また例えば、上記例においては搬送部50により二酸化炭素の供給装置(蓄熱槽30及び回収槽40)のみを搬送したが、これに加え、供給装置に処理対象空気を取り込むための送気部23が更に搬送可能に構成されてもよい。
なお、以上の実施形態においては、イオン交換樹脂41に対する二酸化炭素の吸着(二酸化炭素回収運転)に際して蓄熱槽30からの回収用空気CAを直接的に回収槽40に対して供給したが、蓄熱槽30からの回収用空気CAは、回収槽40への供給に先立って除湿(乾燥)されてもよい。
図6は、第2の実施形態に係る供給システム100の系統の概略を模式的に示している。一実施形態において供給システム100は、図1に示した供給システム1の構成に加え、蓄熱槽30と回収槽40の間、換言すれば第2ダクト34に配置された除湿部110を有する。
除湿部110では、蓄熱槽30から回収槽40に供給される回収用空気CAを、当該回収槽40に取り込む前に除湿(乾燥)させる。除湿部110の構成は回収用空気CAの除湿(乾燥)を行うことができれば特に限定されるものではなく、例えば除湿器や間接熱交換器、又は除湿剤を充填した除湿槽等から選択されるいずれか1つを採用できる。
そして供給システム100では、このように回収槽40(イオン交換樹脂41)への供給に先立って回収用空気CAの除湿(乾燥)を行うことで、回収槽40におけるイオン交換樹脂41に対する二酸化炭素の回収(吸着)効率を向上できる。具体的には、イオン交換樹脂41ではイオン交換作用の他に物理吸着作用を持つため、このように回収用空気CAの除湿(乾燥)を予め行うことで、イオン交換樹脂41に対する水分の物理吸着を抑制して二酸化炭素の物理吸着量を増やすことができる。
なお、以上の実施形態においては、蓄熱槽30と回収槽40を別体で構成したが、これら蓄熱槽30と回収槽40は一体に構成してもよい。図7は、蓄熱槽30と回収槽40を一体に構成した第3の実施形態に係る供給システム200の系統の概略を模式的に示している。
供給システム200では、上記した蓄熱槽30に相当する蓄熱室230と、上記した第2ダクト34に相当するダクト室234と、上記した回収槽40に相当する回収室240が、一の筒体210の内部にこの順で区切って形成される。
蓄熱室230は、上流側が第1ダクト21に接続され、下流側がダクト室234を介して回収室240に接続される。ダクト室234にはダンパD7が設けられ、蓄熱室230から回収室240への空気の供給を制御可能に構成されている。回収室240の下流側には、第3ダクト42が接続される。
また、本実施形態に係る供給システム200は、図7に示すように、ダクト室234と第3ダクト42を接続するバイパス室235を有する。
ダクト室234、バイパス室235及び第3ダクト42には、それぞれダンパD8、D9、D10が設けられ、これらダンパの開閉を制御することで、蓄熱室230からの空気の流れを任意に制御できる。
ダクト室234、バイパス室235及び第3ダクト42には、それぞれダンパD8、D9、D10が設けられ、これらダンパの開閉を制御することで、蓄熱室230からの空気の流れを任意に制御できる。
具体的には、ダンパD7、D8、D10を開放、ダンパD9を閉塞することで、蓄熱室230の放熱運転で生成された空気がダクト室234と回収室240をこの順で流れるため、回収室240へはダクト室234からも熱が供給され、回収室240での二酸化炭素の脱着を効率よく実施できる。
また、排熱回収時には、ダンパD7、D9を開放、ダンパD8、D10を閉塞することでダクト室234とバイパス室235をこの順で空気が流れ、回収室240に空気が供給されないため、蓄熱室230のみに空気が通流され、ダクト室234からの熱影響により回収室240が劣化するのを抑制できる。
また更に、このように蓄熱槽30と回収槽40は一体に構成することで、上記した搬送部50による搬送が容易になる。
また、排熱回収時には、ダンパD7、D9を開放、ダンパD8、D10を閉塞することでダクト室234とバイパス室235をこの順で空気が流れ、回収室240に空気が供給されないため、蓄熱室230のみに空気が通流され、ダクト室234からの熱影響により回収室240が劣化するのを抑制できる。
また更に、このように蓄熱槽30と回収槽40は一体に構成することで、上記した搬送部50による搬送が容易になる。
なお、以上の実施形態では、蓄熱槽30と回収槽40を二酸化炭素の供給対象である温室10の外部に設置したが、これら蓄熱槽30と回収槽40は温室10の内部に設置されてもよい。図8は、蓄熱槽30と回収槽40を温室10の内部に設置した第4の実施形態に係る供給システム300の系統の概略を模式的に示している。
供給システム300は、蓄熱槽30、回収槽40及び二酸化炭素生成部310を温室10の内部に有する。
二酸化炭素生成部310は、例えば灯油等の燃料の燃焼により二酸化炭素を生成するボイラ等である。二酸化炭素生成部310には、生成された二酸化炭素(排気EA)を温室10の外部に排気する排気ダクト311が接続されている。
二酸化炭素生成部310は、例えば灯油等の燃料の燃焼により二酸化炭素を生成するボイラ等である。二酸化炭素生成部310には、生成された二酸化炭素(排気EA)を温室10の外部に排気する排気ダクト311が接続されている。
供給システム300において、蓄熱槽30は、上流側が第1ダクト321を介して排気ダクト311に接続されている。第1ダクト321にはダンパD31が設けられ、このダンパD31の開閉により、排気ダクト311から蓄熱槽30への排気EAの取り込みを制御可能に構成されている。
また、第1ダクト321のダンパD31の下流側には、還気ダクト322が接続されている。還気ダクト322にはダンパD32が設けられ、このダンパD32の開閉により、還気ダクト322から蓄熱槽30への還気RAの取り込みを制御可能に構成されている。
なお、蓄熱槽30には図示しないドレン配管及びドレンポットが接続されている。
また、第1ダクト321のダンパD31の下流側には、還気ダクト322が接続されている。還気ダクト322にはダンパD32が設けられ、このダンパD32の開閉により、還気ダクト322から蓄熱槽30への還気RAの取り込みを制御可能に構成されている。
なお、蓄熱槽30には図示しないドレン配管及びドレンポットが接続されている。
供給システム300において、回収槽40の上流側は、第2ダクト334を介して蓄熱槽30と接続されている。第2ダクト334にはダンパD33が設けられ、蓄熱槽30から回収槽40への空気の供給を制御可能に構成されている。また、回収槽40の下流側は、第3ダクト342を介して生育対象の作物Fに二酸化炭素を供給可能に構成されている。
なお、回収槽40及び第2ダクト334には図示しない水抜き配管が接続されている。
なお、回収槽40及び第2ダクト334には図示しない水抜き配管が接続されている。
また、本実施形態にかかる供給システム300は、図8に示すように、第2ダクト334と第3ダクト342を接続するバイパスダクト335を有する。
第2ダクト334、バイパスダクト335及び第3ダクト342には、それぞれダンパD34、D35、D36が設けられ、これらダンパの開閉を制御することで、蓄熱槽30からの空気を回収槽40に供給するか、又は回収槽40を介さずに第3ダクト342に供給するか、を制御可能に構成されている。
第2ダクト334、バイパスダクト335及び第3ダクト342には、それぞれダンパD34、D35、D36が設けられ、これらダンパの開閉を制御することで、蓄熱槽30からの空気を回収槽40に供給するか、又は回収槽40を介さずに第3ダクト342に供給するか、を制御可能に構成されている。
第3ダクト342には、当該第3ダクト342を通流する空気を作物Fに供給することなく排気EAとして温室10の外部に排出するための排気ダクト312が接続されている。
第3ダクト342と排気ダクト312には、それぞれダンパD37、D38が設けられ、これらダンパの開閉を制御することで、第3ダクト342を通流する空気を作物Fに供給するか、温室10の外部に排出するか、を制御可能に構成されている。
第3ダクト342と排気ダクト312には、それぞれダンパD37、D38が設けられ、これらダンパの開閉を制御することで、第3ダクト342を通流する空気を作物Fに供給するか、温室10の外部に排出するか、を制御可能に構成されている。
なお、第3ダクト342には、図8に示したように、当該第3ダクト342を通流する空気の流量を測定するための流量計342aと、当該第3ダクト342を通流する空気を下流側へ送るための送気部342bが設けられてもよい。
さらに、供給システム300には、制御部350が設けられている。制御部350は、例えば供給システム300の動作を統括して制御するPLCを有する。また制御部350は、PLCによる動作を指示するための操作パネルや、CPU等のプロセッサやメモリ等を備えたコンピュータ、供給システム300の動作を記録するデータロガーを有している。上記したコンピュータは、一例においてプログラム格納部(図示せず)や記憶部を有している。また、上記コンピュータは遠隔で制御されるものであってもよい。上記プログラムは、上記した記憶部やコンピュータに読み取り可能な非一時的な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部350にインストールされたものであってもよい。
そして制御部350は、供給システム300内の各所に設けられた測定器(上記した流量計342aや図示しない温度計、温湿度計、圧力計又は二酸化炭素濃度測定器)による測定結果に基づき、各種ダンパ(D31~D38)の開閉動作や、送気部342bの動作を制御する。
そして制御部350は、供給システム300内の各所に設けられた測定器(上記した流量計342aや図示しない温度計、温湿度計、圧力計又は二酸化炭素濃度測定器)による測定結果に基づき、各種ダンパ(D31~D38)の開閉動作や、送気部342bの動作を制御する。
第4の実施形態に係る供給システム300は、以上のように構成される。続いて、以上のように構成された供給システム300の動作例について説明する。
<供給システム300の二酸化炭素供給運転>
先ず、供給システム300の二酸化炭素供給運転について、図9のフロー図を参照して説明する。
先ず、供給システム300の二酸化炭素供給運転について、図9のフロー図を参照して説明する。
供給システム300の動作に際しては、上記した制御部350の操作パネル(図示せず)を用いて、オペレータにより供給システム300の運転を指示する(図9のステップSt1)。
供給システム300の運転が開始されると、先ず、当該供給システム300の運転開始時刻が、二酸化炭素供給運転を実行すべき時刻(施用時刻)か、後述の二酸化炭素回収運転を実行すべき時刻(回収時刻)か、の判定が行われる(図9のステップSt2)。この判定は、例えば運転が指示された際の季節や時刻に基づいて行われる。
供給システム300の運転が開始されると、先ず、当該供給システム300の運転開始時刻が、二酸化炭素供給運転を実行すべき時刻(施用時刻)か、後述の二酸化炭素回収運転を実行すべき時刻(回収時刻)か、の判定が行われる(図9のステップSt2)。この判定は、例えば運転が指示された際の季節や時刻に基づいて行われる。
運転の指示時刻が施用時刻でないと判定されると、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
一方、運転の指示時刻が施用時刻であると判定されると、先ず、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を測定する(図9のステップSt3)。
一方、運転の指示時刻が施用時刻であると判定されると、先ず、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を測定する(図9のステップSt3)。
ステップSt3で温室10内の二酸化炭素濃度が閾値以上、例えば800ppm以上であった場合、供給システム300における二酸化炭素供給運転の放熱モード(以下、単に「放熱モード」という。)を開始する。
具体的には、制御部350の制御によりダンパD32、D33、D36、D38を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させる。
これにより、蓄熱槽30において温室10内の還気RA(例えば20℃)から所望の温度(例えば60℃)の乾燥空気DAが生成され、回収槽40を介することなく、温室10の内部へと再度供給される。
この結果、温室10内の空気が還気RAから乾燥空気DAへと換気され、供給システム300の運転によっては温室10内の二酸化炭素濃度を変化させることなく、当該温室10の内部温度を上昇できる。なお、このように温室10内の二酸化炭素濃度は供給システム300の運転によっては変化しないものの、同温室10内では、生育対象の作物Fが光合成を行うことにより、経時的に二酸化炭素濃度が低下していく。
具体的には、制御部350の制御によりダンパD32、D33、D36、D38を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させる。
これにより、蓄熱槽30において温室10内の還気RA(例えば20℃)から所望の温度(例えば60℃)の乾燥空気DAが生成され、回収槽40を介することなく、温室10の内部へと再度供給される。
この結果、温室10内の空気が還気RAから乾燥空気DAへと換気され、供給システム300の運転によっては温室10内の二酸化炭素濃度を変化させることなく、当該温室10の内部温度を上昇できる。なお、このように温室10内の二酸化炭素濃度は供給システム300の運転によっては変化しないものの、同温室10内では、生育対象の作物Fが光合成を行うことにより、経時的に二酸化炭素濃度が低下していく。
放熱モードが所定時間実行されると、その後、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を再度測定する(図9のステップSt4)。
ステップSt4で、温室10内の二酸化炭素濃度が閾値以上、例えば800ppm以上であった場合、この測定時における時刻が、二酸化炭素の施用時刻か回収時刻か、の判定が再度行われる(図9のステップSt5)。
ステップSt5で、施用時刻であると判定された場合、放熱モードを継続(各種ダンパの開閉状況を維持)する。その後、所定時間の放熱モードの運転が継続されると、再度、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を測定する(図9のステップSt4)。
一方、ステップSt5で、施用時刻でないと判定された場合、放熱モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D36、D38を閉塞し、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
一方、ステップSt5で、施用時刻でないと判定された場合、放熱モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D36、D38を閉塞し、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
ステップSt4で、温室10内の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば800ppm未満であった場合、放熱モードを終了し、供給システム300における二酸化炭素供給運転の二酸化炭素施用/放熱モード(以下、単に「施用モード」という。)を開始する。具体的には、制御部350の制御によりダンパD34、D35を開放し、その後(例えばダンパD34、D35の開放から10秒後)、ダンパD36を閉塞する。
なお、この施用モードは、ステップSt3で温室10内の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば800ppm未満であった場合にも開始される。この場合には、ステップSt3において温室10内の二酸化炭素濃度が測定された後、制御部350の制御によりダンパD32、D33、D34、D35、D38を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させることで、施用モードを開始できる。
なお、この施用モードは、ステップSt3で温室10内の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば800ppm未満であった場合にも開始される。この場合には、ステップSt3において温室10内の二酸化炭素濃度が測定された後、制御部350の制御によりダンパD32、D33、D34、D35、D38を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させることで、施用モードを開始できる。
上記したように、ステップSt3又はステップSt4で温室10内の二酸化炭素濃度が閾値未満であると判定され、各種バルブの開閉及び送気部342bの動作が制御されると、施用モードが開始される。
施用モードでは、蓄熱槽30において温室10内の還気RA(例えば20℃)から所望の温度(例えば60℃)の乾燥空気DAが生成され、さらに、回収槽40において乾燥空気DAから二酸化炭素含有ガスが生成される。生成された二酸化炭素含有ガスは、その後、温室10の内部へと供給される。
この結果、温室10内の空気が還気RAから二酸化炭素含有ガスへと換気され、これにより温室10の内部温度を上昇させつつ、同温室10内の二酸化炭素濃度を上昇できる。
施用モードでは、蓄熱槽30において温室10内の還気RA(例えば20℃)から所望の温度(例えば60℃)の乾燥空気DAが生成され、さらに、回収槽40において乾燥空気DAから二酸化炭素含有ガスが生成される。生成された二酸化炭素含有ガスは、その後、温室10の内部へと供給される。
この結果、温室10内の空気が還気RAから二酸化炭素含有ガスへと換気され、これにより温室10の内部温度を上昇させつつ、同温室10内の二酸化炭素濃度を上昇できる。
施用モードが所定時間実行されると、その後、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を再度測定する(図9のステップSt6)。
ステップSt6で、温室10内の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば1000ppm未満であった場合、この測定時における時刻が、二酸化炭素の施用時刻か回収時刻か、の判定が再度行われる(図9のステップSt7)。
ステップSt7で、施用時刻であると判定された場合、施用モードを継続(各種ダンパの開閉状況を維持)する。その後、所定時間の施用モードの運転が継続されると、再度、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を測定する(図9のステップSt6)。
一方、ステップSt7で、施用時刻でないと判定された場合、施用モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D34、D35、D38を閉塞し、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
一方、ステップSt7で、施用時刻でないと判定された場合、施用モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D34、D35、D38を閉塞し、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
ステップSt6で、温室10内の二酸化炭素濃度が閾値以上、例えば1000ppm以上であった場合、この測定時における時刻が、二酸化炭素の施用時刻か回収時刻か、の判定が再度行われる(図9のステップSt8)。
ステップSt8で、施用時刻であると判定された場合、施用モードを終了し、上記した放熱モードを開始する。具体的には、制御部350の制御によりダンパD36を開放し、その後(例えばダンパD36の開放から10秒後)、ダンパD34,D35を閉塞する。その後、所定時間の放熱モードが実行されると、図示しない二酸化炭素濃度測定器により温室10内の二酸化炭素濃度を再度測定する(図9のステップSt4)。
一方、ステップSt8で、施用時刻でないと判定された場合、施用モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D34、D35、D38を閉塞し、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
一方、ステップSt8で、施用時刻でないと判定された場合、施用モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D34、D35、D38を閉塞し、後述の二酸化炭素回収運転の制御へと移行する(図9のステップSt10)。
本実施形態に係る供給システム300の二酸化炭素供給運転は、以上のようにして行われる。すなわち供給システム300の二酸化炭素供給運転では、供給システム300の動作時刻が温室10における施用時刻である場合に、当該温室10内の二酸化炭素濃度に応じて、上記した放熱モードと施用モードを交互に繰り返し実行する。
より具体的に、本実施形態では、温室10内の二酸化炭素濃度が第1の閾値、例えば1000ppmとなるまで施用モードを実行し、温室10内の二酸化炭素濃度が第1の閾値に達した後は温室10内の二酸化炭素濃度が第2の閾値、例えば800ppm未満となるまで放熱モードを実行する。換言すれば、温室10内の二酸化炭素濃度が第1の閾値と第2の閾値の間となるように、放熱モードと施用モードを交互に繰り返し実行する。
より具体的に、本実施形態では、温室10内の二酸化炭素濃度が第1の閾値、例えば1000ppmとなるまで施用モードを実行し、温室10内の二酸化炭素濃度が第1の閾値に達した後は温室10内の二酸化炭素濃度が第2の閾値、例えば800ppm未満となるまで放熱モードを実行する。換言すれば、温室10内の二酸化炭素濃度が第1の閾値と第2の閾値の間となるように、放熱モードと施用モードを交互に繰り返し実行する。
<供給システム300の二酸化炭素回収運転>
続いて、供給システム300の二酸化炭素回収運転について、図10のフロー図10参照して説明する。なお、供給システム300の二酸化炭素回収運転に際しては、予め、二酸化炭素生成部310に燃料が供給され、排気ダクト311を介して排気EAとしての二酸化炭素含有ガスが生成されている。
続いて、供給システム300の二酸化炭素回収運転について、図10のフロー図10参照して説明する。なお、供給システム300の二酸化炭素回収運転に際しては、予め、二酸化炭素生成部310に燃料が供給され、排気ダクト311を介して排気EAとしての二酸化炭素含有ガスが生成されている。
供給システム300の動作に際しては、図9でも示したように、制御部350の操作パネル(図示せず)を用いて、オペレータにより供給システム300の運転を指示する(図9及び図10のステップSt1)。
供給システム300の運転が開始されると、先ず、当該供給システム300の運転開始時刻が、二酸化炭素の施用時刻か回収時刻か、の判定が行われる(図10のステップSt2)。
供給システム300の運転が開始されると、先ず、当該供給システム300の運転開始時刻が、二酸化炭素の施用時刻か回収時刻か、の判定が行われる(図10のステップSt2)。
運転の指示時刻が回収時刻でないと判定されると、上記した二酸化炭素供給運転の制御へと移行する(図10のステップSp10)。
一方、回収時刻であると判定されると、先ず、図示しない温度計により排気ダクト311を通流する排気EA(二酸化炭素含有ガス)の温度を測定する(図10のステップSp1)。
一方、回収時刻であると判定されると、先ず、図示しない温度計により排気ダクト311を通流する排気EA(二酸化炭素含有ガス)の温度を測定する(図10のステップSp1)。
ステップSp1で排気EAの温度が閾値未満、例えば250℃未満であった場合、供給システム300における二酸化炭素供給運転の開始を中止し、施用時刻か、回収時刻かの判定が再度行われる(ステップSt2)。施用時刻であれば、上記した二酸化炭素供給運転の制御へと移行する(図10のステップSp10)。
一方、ステップSp1で排気EAの温度が閾値以上、例えば250℃以上であった場合、続けて、図示しない二酸化炭素濃度測定器により回収槽40の後段を通流する空気の二酸化炭素濃度を測定する(図10のステップSp2)。
一方、ステップSp1で排気EAの温度が閾値以上、例えば250℃以上であった場合、続けて、図示しない二酸化炭素濃度測定器により回収槽40の後段を通流する空気の二酸化炭素濃度を測定する(図10のステップSp2)。
ステップSp2で回収槽40の後段の二酸化炭素濃度が閾値以上、例えば7%以上であった場合、供給システム300における二酸化炭素回収運転の乾燥モード(以下、単に「乾燥モード」という。)を開始する。
具体的には、制御部350の制御によりダンパD31、D33、D36、D37を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させる。
これにより、二酸化炭素生成部310からの高温の排気EAを蓄熱槽30に通流させ、蓄熱槽30に収容された吸着材Mが乾燥(蓄熱槽30の蓄熱運転)される。吸着材Mの乾燥に供された排気EAは、その後、回収槽40を介することなく温室10の外部へと排出される。
この結果、温室10内の空気を換気することなく、すなわち、温室10内の二酸化炭素濃度を変化させることなく、蓄熱槽30の蓄熱運転を実行できる。
具体的には、制御部350の制御によりダンパD31、D33、D36、D37を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させる。
これにより、二酸化炭素生成部310からの高温の排気EAを蓄熱槽30に通流させ、蓄熱槽30に収容された吸着材Mが乾燥(蓄熱槽30の蓄熱運転)される。吸着材Mの乾燥に供された排気EAは、その後、回収槽40を介することなく温室10の外部へと排出される。
この結果、温室10内の空気を換気することなく、すなわち、温室10内の二酸化炭素濃度を変化させることなく、蓄熱槽30の蓄熱運転を実行できる。
一方、ステップSp2で回収槽40の後段の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば7%未満であった場合、供給システム300における二酸化炭素回収運転の二酸化炭素回収/乾燥モード(以下、単に「回収モード」という。)を開始する。具体的には、制御部350の制御によりダンパD31、D33、D34、D35、D37を開放し、その後(例えばダンパの制御から10秒後)、送気部342bの動作を開始させる。
これにより、蓄熱槽30では排気EA(二酸化炭素含有ガス)から回収用空気CAが生成されると共に蓄熱槽30の蓄熱運転が実行され、さらに回収槽40では、イオン交換樹脂41により回収用空気CAからの二酸化炭素の回収(吸着)が行われる。イオン交換樹脂41により二酸化炭素が回収された回収用空気CAは、その後、温室10の外部へと排出される。
この結果、温室10内の空気を換気することなく、すなわち、温室10内の二酸化炭素濃度を変化させることなく、蓄熱槽30の蓄熱運転及び回収槽40の二酸化炭素回収運転を実行できる。なお、回収槽40の後段の二酸化炭素濃度は、回収槽40での二酸化炭素の回収が進行につれて高くなっていく。
これにより、蓄熱槽30では排気EA(二酸化炭素含有ガス)から回収用空気CAが生成されると共に蓄熱槽30の蓄熱運転が実行され、さらに回収槽40では、イオン交換樹脂41により回収用空気CAからの二酸化炭素の回収(吸着)が行われる。イオン交換樹脂41により二酸化炭素が回収された回収用空気CAは、その後、温室10の外部へと排出される。
この結果、温室10内の空気を換気することなく、すなわち、温室10内の二酸化炭素濃度を変化させることなく、蓄熱槽30の蓄熱運転及び回収槽40の二酸化炭素回収運転を実行できる。なお、回収槽40の後段の二酸化炭素濃度は、回収槽40での二酸化炭素の回収が進行につれて高くなっていく。
回収モードが所定時間実行されると、その後、図示しない二酸化炭素濃度測定器により回収槽40の前段及び後段を通流する空気の二酸化炭素濃度をそれぞれ測定する(図10のステップSp3)。
ステップSp3で、回収槽40の後段の二酸化炭素濃度が閾値以上、例えば9%以上であり、且つ、回収槽40の前段と後段の二酸化炭素濃度の差が閾値以下、例えば2%以下であった場合、回収モードを終了するための判定を行う(後述する図10のステップSp5)。
一方、ステップSp3で回収槽40の後段の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば9%未満であるか、且つ、回収槽40の前段と後段の二酸化炭素濃度の差が閾値未満、例えば2%未満であった場合にも、排気ダクト311を通流する排気EAの温度を再度測定するとともに、この測定時における時刻が、二酸化炭素の回収時刻か施用時刻か、の判定を再度行う(図10のステップSp4)。
一方、ステップSp3で回収槽40の後段の二酸化炭素濃度が閾値未満、例えば9%未満であるか、且つ、回収槽40の前段と後段の二酸化炭素濃度の差が閾値未満、例えば2%未満であった場合にも、排気ダクト311を通流する排気EAの温度を再度測定するとともに、この測定時における時刻が、二酸化炭素の回収時刻か施用時刻か、の判定を再度行う(図10のステップSp4)。
ステップSp4で排気EAの温度が閾値以上、例えば250℃以上であり、且つ、回収時刻であると判定された場合、回収モードを継続(各種ダンパの開閉状況を維持)する。その後、所定時間の回収モードの運転が継続されると、再度、図示しない二酸化炭素濃度測定器により二酸化炭素濃度を測定する(図10のステップSt3)。
一方、ステップSp4で排気EAの温度が閾値未満、例えば250℃未満であるか、又は、回収時刻でないと判定された場合、回収モードを終了するための判定を行う(後述する図10のステップSp5)。
一方、ステップSp4で排気EAの温度が閾値未満、例えば250℃未満であるか、又は、回収時刻でないと判定された場合、回収モードを終了するための判定を行う(後述する図10のステップSp5)。
上記したステップSp3又はステップSp4で回収モード終了の判定が指示されると、排気ダクト311を通流する排気EAの温度を再度測定するとともに、この測定時における時刻が、二酸化炭素の回収時刻か施用時刻か、の判定を再度行う(図10のステップSp5)。
ステップSp5で排気EAの温度が閾値未満、例えば250℃未満であるか、又は、回収時刻でないと判定された場合、回収モードを終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD31、D33、D34、D35、D37を閉塞し、上記した二酸化炭素供給運転の制御へと移行する(図10のステップSp10)。
一方、ステップSp5で排気EAの温度が閾値以上、例えば250℃以上であり、且つ、回収時刻であると判定された場合、回収モードを終了して上記した乾燥モードの制御に移行する。具体的には、制御部350の制御によりダンパD36を開放し、その後(例えばダンパD36の開放から10秒後)、ダンパD34、D35を閉塞する。
一方、ステップSp5で排気EAの温度が閾値以上、例えば250℃以上であり、且つ、回収時刻であると判定された場合、回収モードを終了して上記した乾燥モードの制御に移行する。具体的には、制御部350の制御によりダンパD36を開放し、その後(例えばダンパD36の開放から10秒後)、ダンパD34、D35を閉塞する。
上記したステップSp2又はステップSp6の後、所定時間の乾燥モードが実行されると、排気ダクト311を通流する排気EAの温度、及び蓄熱槽30の後段を通流する空気の温度を測定するとともに、この測定時における時刻が、二酸化炭素の回収時刻か施用時刻か、の判定を再度行う(図10のステップSp6)。
ステップSp6で排気EAの温度が第1の閾値以上、例えば250℃以上、蓄熱槽30の後段の空気の温度が第2の閾値以下、例えば150℃以下であり、且つ、回収時刻であると判定された場合、乾燥モードを継続(各種ダンパの開閉状況を維持)する。その後、所定時間の乾燥モードの運転が継続されると、再度、排気EAの温度を測定するとともに、この測定時における時刻が、二酸化炭素の回収時刻か施用時刻か、の判定を行う(図10のステップSp6)。
一方、ステップSp6で蓄熱槽30の後段を通流する空気の温度が第2の閾値未満、例えば150℃未満であるか、又は、回収時刻でないと判定された場合、乾燥モードを終了し、二酸化炭素回収運転の水分放出モード(以下、単に「水分放出モード」という。)を開始する。具体的には、制御部350の制御によりダンパD32を開放し、その後(例えばダンパD32の開放から10秒後)、ダンパD31を閉塞する。
これにより、蓄熱槽30に温室10内の還気RA(例えば20℃)が取り込まれ、乾燥モード後に当該蓄熱槽30内に残る湿分が、回収槽40を介することなく、排気EAとして温室10の外部へと排出される。
その後、所定時間(例えば30秒から60秒)の水分放出モードの運転が継続されると、当該水分放出モードの運転を終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D36、D37を閉塞する。そして、この水分放出モードの運転の終了時における時刻が二酸化炭素の施用時刻であれば、上記した二酸化炭素供給運転の制御へと移行し(図10のステップSp10)、回収時刻であれば、施用時刻となるまで運転を停止して待機する。
これにより、蓄熱槽30に温室10内の還気RA(例えば20℃)が取り込まれ、乾燥モード後に当該蓄熱槽30内に残る湿分が、回収槽40を介することなく、排気EAとして温室10の外部へと排出される。
その後、所定時間(例えば30秒から60秒)の水分放出モードの運転が継続されると、当該水分放出モードの運転を終了する。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD32、D33、D36、D37を閉塞する。そして、この水分放出モードの運転の終了時における時刻が二酸化炭素の施用時刻であれば、上記した二酸化炭素供給運転の制御へと移行し(図10のステップSp10)、回収時刻であれば、施用時刻となるまで運転を停止して待機する。
また、ステップSp6で蓄熱槽30の後段を通流する空気の温度が第2の閾値以上、例えば150℃以上であるものの、排気EAの温度が第1の閾値未満、250℃未満であった場合、乾燥モードを終了し、上記した水分放出モードを介することなく、上記した二酸化炭素供給運転の制御へと移行する(図10のステップSp10)。具体的には、制御部350の制御により送気部342bの動作を停止させ、その後(例えば送気部342bの制御から10秒後)、ダンパD31、D33、D36、D37を閉塞する。
本実施形態に係る供給システム300の二酸化炭素回収運転は、以上のようにして行われる。すなわち供給システム300の二酸化炭素回収運転では、供給システム300の動作時刻が温室10における回収時刻である場合に、上記した回収モード、乾燥モード及び水分放出モードを順次実行する。この時、上記した回収モードと水分放出モードは、測定された二酸化炭素濃度、排気EAや蓄熱槽30の後段の温度に応じて、適宜省略することが可能である。
より具体的に、本実施形態では、排気EAの温度が第1の閾値、例えば250℃以上である場合、回収槽40の後段における二酸化炭素濃度が9%以上、且つ、前段との二酸化炭素濃度差が2%以内となるまで回収モードを実行する。また、これに続けて、排気EAの温度が第1の閾値、例えば250℃以上である場合、蓄熱槽30の後段における空気温度が第2の閾値、例えば150℃以上になるまで乾燥モードを実行する。更に、その後、所定時間、例えば30秒から60秒の時間で、水分放出モードを実行することで蓄熱槽30内に残る湿分を除去する。
より具体的に、本実施形態では、排気EAの温度が第1の閾値、例えば250℃以上である場合、回収槽40の後段における二酸化炭素濃度が9%以上、且つ、前段との二酸化炭素濃度差が2%以内となるまで回収モードを実行する。また、これに続けて、排気EAの温度が第1の閾値、例えば250℃以上である場合、蓄熱槽30の後段における空気温度が第2の閾値、例えば150℃以上になるまで乾燥モードを実行する。更に、その後、所定時間、例えば30秒から60秒の時間で、水分放出モードを実行することで蓄熱槽30内に残る湿分を除去する。
そして、本実施形態に係る供給システム300では、当該供給システム300の運転時間が、二酸化炭素の施用時刻か回収時刻か、に応じて、上記した二酸化炭素供給運転と、二酸化炭素回収運転とを交互に繰り返して実行する。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成例も本開示の技術的範囲に属する。
(1)二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの供給システムであって、
吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気として送出する蓄熱槽と、
二酸化炭素の吸脱着が可能な二酸化炭素吸着材を収容し、取り込んだ前記乾燥空気により前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に送出する二酸化炭素の回収槽と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(2)前記需要部は施設園芸における温室であって、
前記温室内からの還気を、前記処理対象空気として前記蓄熱槽に取り込むための還気経路を更に備えることを特徴とする、前記(1)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(3)前記回収槽から前記温室内に送出される前記二酸化炭素含有ガスが、少なくとも前記還気経路を通流する前記還気と比較して低湿であることを特徴とする、前記(2)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(4)前記二酸化炭素吸着材に吸着させることで前記回収槽に回収するための二酸化炭素を生成する二酸化炭素の生成部を更に備え、
前記回収槽に対する前記二酸化炭素の回収に際しては、
前記蓄熱槽において、前記生成部からの燃焼ガスを取り込み、取り込んだ前記燃焼ガスにより前記吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気として送出するとともに、
前記回収槽において、前記回収用空気に含まれる前記二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させ、当該二酸化炭素の除去後の前記回収用空気を前記需要部の外部に向けて排出することを特徴とする、前記(1)~前記(3)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(5)前記生成部と前記需要部との間で、前記蓄熱槽及び前記回収槽の少なくともいずれか一方を搬送する搬送部を更に備えることを特徴とする、前記(4)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(6)前記蓄熱槽から送出され、前記回収槽に供給される前の前記回収用空気を除湿する除湿部を更に備えることを特徴とする、前記(4)又は前記(5)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(7)前記二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂であることを特徴とする、前記(1)~前記(6)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(8)前記イオン交換樹脂がアミン官能基を有することを特徴とする、前記(7)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(9)前記二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂、耐湿性を有するゼオライト、活性炭、多孔性配位高分子(PCP)及び金属有機構造体(MOF)の少なくともいずれかから選択されることを特徴とする、前記(1)~前記(6)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(10)前記吸着材が、ゼオライト又はハスクレイ(登録商標)の少なくともいずれか一方から選択されることを特徴とする、前記(1)~前記(6)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(1)二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの供給システムであって、
吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気として送出する蓄熱槽と、
二酸化炭素の吸脱着が可能な二酸化炭素吸着材を収容し、取り込んだ前記乾燥空気により前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に送出する二酸化炭素の回収槽と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(2)前記需要部は施設園芸における温室であって、
前記温室内からの還気を、前記処理対象空気として前記蓄熱槽に取り込むための還気経路を更に備えることを特徴とする、前記(1)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(3)前記回収槽から前記温室内に送出される前記二酸化炭素含有ガスが、少なくとも前記還気経路を通流する前記還気と比較して低湿であることを特徴とする、前記(2)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(4)前記二酸化炭素吸着材に吸着させることで前記回収槽に回収するための二酸化炭素を生成する二酸化炭素の生成部を更に備え、
前記回収槽に対する前記二酸化炭素の回収に際しては、
前記蓄熱槽において、前記生成部からの燃焼ガスを取り込み、取り込んだ前記燃焼ガスにより前記吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気として送出するとともに、
前記回収槽において、前記回収用空気に含まれる前記二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させ、当該二酸化炭素の除去後の前記回収用空気を前記需要部の外部に向けて排出することを特徴とする、前記(1)~前記(3)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(5)前記生成部と前記需要部との間で、前記蓄熱槽及び前記回収槽の少なくともいずれか一方を搬送する搬送部を更に備えることを特徴とする、前記(4)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(6)前記蓄熱槽から送出され、前記回収槽に供給される前の前記回収用空気を除湿する除湿部を更に備えることを特徴とする、前記(4)又は前記(5)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(7)前記二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂であることを特徴とする、前記(1)~前記(6)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(8)前記イオン交換樹脂がアミン官能基を有することを特徴とする、前記(7)に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(9)前記二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂、耐湿性を有するゼオライト、活性炭、多孔性配位高分子(PCP)及び金属有機構造体(MOF)の少なくともいずれかから選択されることを特徴とする、前記(1)~前記(6)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(10)前記吸着材が、ゼオライト又はハスクレイ(登録商標)の少なくともいずれか一方から選択されることを特徴とする、前記(1)~前記(6)のいずれかに記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
(11)二酸化炭素含有ガスの供給装置であって、
収容した吸着材に対する吸着質の吸着及び脱着により蓄熱運転と放熱運転を繰り返し可能に構成された蓄熱槽と、
収容した二酸化炭素吸着材に対する二酸化炭素の吸着及び脱着により、前記二酸化炭素の回収と供給を繰り返し可能に構成された回収槽と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの供給装置。
収容した吸着材に対する吸着質の吸着及び脱着により蓄熱運転と放熱運転を繰り返し可能に構成された蓄熱槽と、
収容した二酸化炭素吸着材に対する二酸化炭素の吸着及び脱着により、前記二酸化炭素の回収と供給を繰り返し可能に構成された回収槽と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの供給装置。
(12)二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの施用方法であって、
燃料の燃焼により燃焼ガスを生成する燃焼ガス生成ステップと、
前記燃焼ガスにより吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、
前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、
前記需要部から供給される処理対象空気中の吸着質を前記吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと、
前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に供給する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を有することを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの施用方法。
燃料の燃焼により燃焼ガスを生成する燃焼ガス生成ステップと、
前記燃焼ガスにより吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、
前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、
前記需要部から供給される処理対象空気中の吸着質を前記吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと、
前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に供給する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を有することを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの施用方法。
(13)二酸化炭素の製造方法であって、
高温低湿空気により吸着材から吸着質を脱着させ、当該高温低湿空気よりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、
前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、
低温高湿空気から前記吸着材に吸着質を吸着させ、当該低温高湿空気よりも高温な乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと
前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスを生成する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を含むことを特徴とする、二酸化炭素の製造方法。
高温低湿空気により吸着材から吸着質を脱着させ、当該高温低湿空気よりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、
前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、
低温高湿空気から前記吸着材に吸着質を吸着させ、当該低温高湿空気よりも高温な乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと
前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスを生成する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を含むことを特徴とする、二酸化炭素の製造方法。
本発明は、二酸化炭素含有ガスの排出地における二酸化炭素の回収システム、及び/又は、二酸化炭素含有ガスの需要地における二酸化炭素の供給システムとして有用である。
上記二酸化炭素含有ガスの排出地は、主として燃焼排ガスを排出する発電所、鉄工所、廃棄物処理場、業務用ビル(事務所ビル、複合施設、学校、諸官庁ビル等)又は工場等が例として挙げられるが、本開示の技術に係る供給システム1(回収システム)が導入される施設はこれに限定されない。
また、上記二酸化炭素含有ガスの需要地は、主として施設園芸を行うための温室10が例として挙げられるが、本開示の技術に係る供給システム1が導入される施設はこれに限定されない。
上記二酸化炭素含有ガスの排出地は、主として燃焼排ガスを排出する発電所、鉄工所、廃棄物処理場、業務用ビル(事務所ビル、複合施設、学校、諸官庁ビル等)又は工場等が例として挙げられるが、本開示の技術に係る供給システム1(回収システム)が導入される施設はこれに限定されない。
また、上記二酸化炭素含有ガスの需要地は、主として施設園芸を行うための温室10が例として挙げられるが、本開示の技術に係る供給システム1が導入される施設はこれに限定されない。
より具体的には、ウレタン、ポリカーボネート等の含酸素化合物、バイオマス由来の化学品やオレフィン等の化学品の製造工場への適用が考えられる。
また、光合成を行う微細藻類を使ったバイオマス燃料や、バイオマス由来のバイオ燃料等の燃料分野への利用が考えられる。
また、コンクリート製品やコンクリート構造物等を製造する際、その内部に二酸化炭素を吸収させる工程への適用が考えられる。
更に、バイオマス燃料とCCS(Carbon dixide Capture and Storage)を組み合わせる「BECCS:Bioenergy with Carbon Capture and Storage」、海藻や海草が二酸化炭素を取り入れることで海域に二酸化炭素を貯留する「ブルーカーボン」等への応用が考えられる。
また、光合成を行う微細藻類を使ったバイオマス燃料や、バイオマス由来のバイオ燃料等の燃料分野への利用が考えられる。
また、コンクリート製品やコンクリート構造物等を製造する際、その内部に二酸化炭素を吸収させる工程への適用が考えられる。
更に、バイオマス燃料とCCS(Carbon dixide Capture and Storage)を組み合わせる「BECCS:Bioenergy with Carbon Capture and Storage」、海藻や海草が二酸化炭素を取り入れることで海域に二酸化炭素を貯留する「ブルーカーボン」等への応用が考えられる。
1 供給システム
2 制御部
10 温室
11 排気ダクト
20 生成部
21 第1ダクト
22 還気ダクト
23 送気部
30 蓄熱槽
31 充填部
32 空間(上流側)
33 空間(下流側)
34 第2ダクト
40 回収槽
41 イオン交換樹脂
42 第3ダクト
43 排気ダクト
110 除湿部
D ダンパ
DA 乾燥空気
EA 排気
M 吸着材
RA 還気
2 制御部
10 温室
11 排気ダクト
20 生成部
21 第1ダクト
22 還気ダクト
23 送気部
30 蓄熱槽
31 充填部
32 空間(上流側)
33 空間(下流側)
34 第2ダクト
40 回収槽
41 イオン交換樹脂
42 第3ダクト
43 排気ダクト
110 除湿部
D ダンパ
DA 乾燥空気
EA 排気
M 吸着材
RA 還気
Claims (13)
- 二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの供給システムであって、
吸着質を吸着することで発熱する吸着材を収容し、取り込んだ処理対象空気を、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気として送出する蓄熱槽と、
二酸化炭素の吸脱着が可能な二酸化炭素吸着材を収容し、取り込んだ前記乾燥空気により前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に送出する二酸化炭素の回収槽と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの供給システム。 - 前記需要部は施設園芸における温室であって、
前記温室内からの還気を、前記処理対象空気として前記蓄熱槽に取り込むための還気経路を更に備えることを特徴とする、請求項1に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。 - 前記回収槽から前記温室内に送出される前記二酸化炭素含有ガスが、少なくとも前記還気経路を通流する前記還気と比較して低湿であることを特徴とする、請求項2に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 前記二酸化炭素吸着材に吸着させることで前記回収槽に回収するための二酸化炭素を生成する二酸化炭素の生成部を更に備え、
前記回収槽に対する前記二酸化炭素の回収に際しては、
前記蓄熱槽において、前記生成部からの燃焼ガスを取り込み、取り込んだ前記燃焼ガスにより前記吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気として送出するとともに、
前記回収槽において、前記回収用空気に含まれる前記二酸化炭素を前記二酸化炭素吸着材に吸着させ、当該二酸化炭素の除去後の前記回収用空気を前記需要部の外部に向けて排出することを特徴とする、請求項1に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。 - 前記生成部と前記需要部との間で、前記蓄熱槽及び前記回収槽の少なくともいずれか一方を搬送する搬送部を更に備えることを特徴とする、請求項4に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 前記蓄熱槽から送出され、前記回収槽に供給される前の前記回収用空気を除湿する除湿部を更に備えることを特徴とする、請求項4に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 前記二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 前記イオン交換樹脂がアミン官能基を有することを特徴とする、請求項7に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 前記二酸化炭素吸着材がイオン交換樹脂、耐湿性を有するゼオライト、活性炭、多孔性配位高分子(PCP)及び金属有機構造体(MOF)の少なくともいずれかから選択されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 前記吸着材が、ゼオライト又はハスクレイ(登録商標)の少なくともいずれか一方から選択されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の二酸化炭素含有ガスの供給システム。
- 二酸化炭素含有ガスの供給装置であって、
収容した吸着材に対する吸着質の吸着及び脱着により蓄熱運転と放熱運転を繰り返し可能に構成された蓄熱槽と、
収容した二酸化炭素吸着材に対する二酸化炭素の吸着及び脱着により、前記二酸化炭素の回収と供給を繰り返し可能に構成された回収槽と、を備えることを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの供給装置。 - 二酸化炭素の需要部に対する二酸化炭素含有ガスの施用方法であって、
燃料の燃焼により燃焼ガスを生成する燃焼ガス生成ステップと、
前記燃焼ガスにより吸着材から吸着質を脱着させ、当該燃焼ガスよりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、
前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、
前記需要部から供給される処理対象空気中の吸着質を前記吸着材に吸着させ、当該処理対象空気よりも高温の乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと、
前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素含有ガスとして前記需要部に供給する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を有することを特徴とする、二酸化炭素含有ガスの施用方法。 - 二酸化炭素の製造方法であって、
高温低湿空気により吸着材から吸着質を脱着させ、当該高温低湿空気よりも低温高湿な回収用空気を生成する吸着質脱着ステップと、
前記回収用空気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸着材に吸着させる二酸化炭素吸着ステップと、を含む二酸化炭素の回収工程と、
低温高湿空気から前記吸着材に吸着質を吸着させ、当該低温高湿空気よりも高温な乾燥空気を生成する吸着質吸着ステップと
前記乾燥空気により前記二酸化炭素吸着材から前記二酸化炭素を脱着させ、前記二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスを生成する二酸化炭素脱着ステップと、を含む二酸化炭素の供給工程と、を含むことを特徴とする、二酸化炭素の製造方法。
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PCT/JP2022/044416 WO2024116375A1 (ja) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 二酸化炭素含有ガスの供給システム、供給装置、施用方法及び二酸化炭素の製造方法 |
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WO (1) | WO2024116375A1 (ja) |
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2022
- 2022-12-01 WO PCT/JP2022/044416 patent/WO2024116375A1/ja unknown
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