特開 2022-32013 炭化装置、炭化方法およびエネルギー放射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022032013

(43)【公開日】2022-02-24

(54)【発明の名称】炭化装置、炭化方法およびエネルギー放射装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/05 20170101AFI20220216BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20220216BHJP

【ＦＩ】

C01B32/05

B01J19/00 301D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020135473

(22)【出願日】2020-08-10

(71)【出願人】

【識別番号】520302305

【氏名又は名称】株式会社原隆雄分子エネルギー研究所

(71)【出願人】

【識別番号】597015081

【氏名又は名称】原 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100144886

【弁理士】

【氏名又は名称】大坪 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】原 隆雄

【テーマコード（参考）】

4G075

4G146

【Ｆターム（参考）】

4G075AA04

4G075AA63

4G075BA05

4G075BD12

4G075CA02

4G075CA03

4G075CA66

4G075DA02

4G075EA05

4G075EB25

4G075EB27

4G075EC11

4G075ED03

4G075FB02

4G146AA01

4G146AB01

4G146BA09

4G146BC03

4G146BC15

4G146BC23

4G146DA21

4G146DA26

4G146DA40

4G146JA02

4G146JB04

4G146JC34

(57)【要約】

【課題】従来の装置とは異なる構成で二酸化炭素等の炭素化合物から炭素を生成する炭化装置および炭化方法、さらに、この炭化装置および炭化方法に好適に用いられるエネルギー放射装置を提供すること。
【解決手段】炭化装置１は、二酸化炭素と窒素とを含む混合ガスＧが導入される螺旋状管Ｒを有し、螺旋状管Ｒ内で窒素分子を振動回転させ、窒素分子を高温高圧にしてエネルギーを放射させ、このエネルギーによって二酸化炭素から炭素原子を分離する。また、螺旋状管Ｒは、第１螺旋状管Ｒ１と、第１螺旋状管Ｒ１よりも小径で、第１螺旋状管Ｒ１の内側に配置された第２螺旋状管Ｒ２とを有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素化合物とエネルギー放射物質とを含む混合ガスが導入される螺旋状管を有し、
前記螺旋状管内で前記エネルギー放射物質の分子を振動回転させてエネルギーを放射させ、前記エネルギーによって前記炭素化合物から炭素を分離することを特徴とする炭化装置。

【請求項2】

前記螺旋状管は、第１螺旋状管と、前記第１螺旋状管よりも小径で、前記第１螺旋状管の内側に配置された第２螺旋状管とを有する請求項１に記載の炭化装置。

【請求項3】

前記螺旋状管内の前記エネルギー放射物質の温度を制御する温度制御部を有する請求項１または２に記載の炭化装置。

【請求項4】

前記温度制御部は、ヒーターを有する請求項３に記載の炭化装置。

【請求項5】

前記炭素を冷却して析出させる冷却部を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化装置。

【請求項6】

前記冷却部は、前記炭素を乱流回転させることにより冷却する請求項５に記載の炭化装置。

【請求項7】

炭素化合物とエネルギー放射物質との混合物を螺旋状管に導入し、
前記螺旋状管内で前記エネルギー放射物質の分子を振動回転させてエネルギーを放射させ、
前記エネルギーによって前記炭素化合物から炭素を分離することを特徴とする炭化方法。

【請求項8】

前記炭素化合物から前記炭素を分離した後、前記炭素を冷却して析出させる請求項７に記載の炭化方法。

【請求項9】

エネルギー放射物質を含むガスが導入される螺旋状管を有し、
前記螺旋状管内で前記エネルギー放射物質の分子を振動回転させてエネルギーを放射させることを特徴とするエネルギー放射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化装置、炭化方法およびエネルギー放射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、まず、二酸化炭素をシフト反応装置に導入し、外部より導入された水素との反応により水と一酸化炭素を生成し、次に、生成された一酸化炭素をデコーキング反応装置に導入し、外部より導入された水素との反応により水と炭素を析出させる装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１１６６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、このような従来の装置とは異なる方法で二酸化炭素等の炭素化合物から炭素を生成することのできる炭化装置および炭化方法、さらに、この炭化装置および炭化方法に好適に用いられるエネルギー放射装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような目的は、以下（１）～（９）の本発明により達成される。

【0006】

（１） 炭素化合物とエネルギー放射物質とを含む混合ガスが導入される螺旋状管を有し、
前記螺旋状管内で前記エネルギー放射物質の分子を振動回転させてエネルギーを放射させ、前記エネルギーによって前記炭素化合物から炭素を分離することを特徴とする炭化装置。

【0007】

（２） 前記螺旋状管は、第１螺旋状管と、前記第１螺旋状管よりも小径で、前記第１螺旋状管の内側に配置された第２螺旋状管とを有する上記（１）に記載の炭化装置。

【0008】

（３） 前記螺旋状管内の前記エネルギー放射物質の温度を制御する温度制御部を有する上記（１）または（２）に記載の炭化装置。

【0009】

（４） 前記温度制御部は、ヒーターを有する上記（３）に記載の炭化装置。

【0010】

（５） 前記炭素ガスの熱を吸熱させ冷却して析出させる冷却部を有する上記（１）から（４）のいずれかに記載の炭化装置。

【0011】

（６） 前記冷却部は、前記炭素を乱流回転させ熱を吸熱させることにより冷却する上記（５）に記載の炭化装置。

【0012】

（７） 炭素化合物とエネルギー放射物質との混合物を螺旋状管に導入し、
前記螺旋状管内で前記エネルギー放射物質の分子を振動回転させてエネルギーを放射させ、
前記エネルギーによって前記炭素化合物から炭素を分離することを特徴とする炭化方法。

【0013】

（８） 前記炭素化合物から前記炭素を分離した後、前記炭素を冷却して析出させる上記（７）に記載の炭化方法。

【0014】

（９） エネルギー放射物質を含むガスが導入される螺旋状管を有し、
前記螺旋状管内で前記エネルギー放射物質の分子を振動回転させてエネルギーを放射させることを特徴とするエネルギー放射装置。

【発明の効果】

【0015】

このような本発明によれば、従来とは全く異なる構成で二酸化炭素等の炭素化合物から炭素を生成することができる。また、分子の振動回転によるエネルギー放射を利用して炭素を生成するため、従来で行っている水素の導入等の煩雑な作業が不要であり、より簡単にかつ効率的に炭素を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、炭化装置を示す全体図である。

【図2】図２は、処理部を示す平面図である。

【図3】図３は、処理部を示す断面図である。

【図4】図４は、冷却部を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１に示す炭化装置１は、二酸化炭素を炭化して炭素を生成する装置である。炭化装置１は、４つの管を四角環状に繋げた構成であり、その内部を二酸化炭素（炭酸ガス）と窒素（窒素ガス）とを含む混合ガスＧが矢印Ａの方向に循環する。炭化装置１は、二酸化炭素を高温高圧にしてガス化し、酸素原子と炭素原子とに分解（解離）する処理部２と、処理部２で分解された炭素原子および酸素原子を瞬時冷却して炭素および酸素を析出させる冷却部３と、処理部２の下流側端部と冷却部３の上流側端部とを接続する第１接続部４１と、冷却部３の下流側端部と処理部２の上流側端部とを接続する第２接続部４２と、を有する。なお、炭化装置１では、前述した処理部２が本発明のエネルギー放射装置を構成している。

【0018】

処理部２および冷却部３は、Ｙ軸方向に並んで配置され、それぞれ、Ｘ軸方向に延在する。また、処理部２の下流側端部と冷却部３の上流側端部とがＹ軸方向に対向し、冷却部３の下流側端部と処理部２の上流側端部とがＹ軸方向に対向している。第１接続部４１および第２接続部４２は、Ｘ軸方向に並んで配置され、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する。このような構成によれば、第１接続部４１および第２接続部４２の全長を短くでき、混合ガスＧを処理部２から冷却部３へ或いは冷却部３から処理部２へスムーズに循環させることができる。そのため、炭化装置１の炭素生成効率が向上する。なお、図中のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、Ｚ軸方向が鉛直方向に沿っている。

【0019】

ただし、炭化装置１の構成は、特に限定されない。例えば、処理部２、第１接続部４１および冷却部３を一列に並べて配置し、冷却部３の下流側端部と処理部２の上流側端部を繋ぐために第２接続部４２を湾曲、屈曲させた構成であってもよい。また、第１接続部４１および第２接続部４２の少なくとも一方を省略し、処理部２と冷却部３とを直に繋げてもよい。

【0020】

また、図２および図３に示すように、処理部２は、螺旋状管Ｒを有する。特に、本実施形態の処理部２は、２本の螺旋状管Ｒを有する。具体的には、処理部２は、第１螺旋状管Ｒ１と、第１螺旋状管Ｒ１よりも小径で、第１螺旋状管Ｒ１の内側に第１螺旋状管Ｒ１と同心的に配置された第２螺旋状管Ｒ２と、を有する。

【0021】

第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、Ｘ軸まわりに回転しながらＸ軸方向に延びる螺旋状をなす。これら第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内に混合ガスＧが導入されると、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内で窒素分子Ｎ_２の振動回転が生じ、この振動回転によって高温高圧となった窒素分子Ｎ_２からエネルギー（分子エネルギー）が放射され、放射されたエネルギーによって二酸化炭素が高温高圧ガスとなって炭素原子と酸素原子とに分解される。つまり、二酸化炭素から炭素原子が分離する。

【0022】

ただし、螺旋状管Ｒの構成は、特に限定されない。例えば、第１螺旋状管Ｒ１および第２螺旋状管Ｒ２のいずれか一方を省略してもよい。また、第１螺旋状管Ｒ１および第２螺旋状管Ｒ２に加えて、少なくとも１つの螺旋菅を追加してもよい。この場合、追加した螺旋状管を第１螺旋状管Ｒ１の外側に同心的に配置してもよいし、第２螺旋状管の内側に同心的に配置してもよいし、別の場所に配置してもよい。

【0023】

また、処理部２は、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内の窒素の温度を制御する温度制御部２９を有する。また、温度制御部２９は、少なくとも１つのヒーターを有する。本実施形態では、温度制御部２９は、第１螺旋状管Ｒ１と第２螺旋状管Ｒ２との間に配置された複数（６本）の第１ヒーター２９１と、第１螺旋状管Ｒ１の内側に配置された１本の第２ヒーター２９２と、を有する。複数の第１ヒーター２９１は、それぞれ、Ｘ軸方向に延びた棒状であり、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２の周方向に沿ってほぼ等間隔に配置されている。また、第２ヒーター２９２は、Ｘ軸方向に延びた棒状であり、第１螺旋状管Ｒ１と同心的に配置されている。

【0024】

なお、温度制御部２９の構成は、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内の窒素の温度を制御することができれば特に限定されない。例えば、第１、第２ヒーター２９１、２９２の数や配置は、特に限定されない。また、例えば、第１、第２ヒーター２９１、２９２の少なくとも一方を省略してもよい。また、第１、第２ヒーター２９１、２９２に加えて、これらとは別の位置に、第３ヒーターを追加してもよい。また、温度制御部２９は、窒素を加熱する上述のようなヒーターに加えて、窒素を冷却する冷却機構を有していてもよい。また、温度制御部２９を省略することもできる。

【0025】

図２および図３に示すように、処理部２は、円筒状の第１筒２１と、第１筒２１の内側に配置され、第１筒２１よりも小径な円筒状の第２筒２２と、第２筒２２の内側に配置され、第２筒２２よりも小径な円筒状の第３筒２３と、第３筒２３の内側に配置され、第３筒２３よりも小径な円筒状の第４筒２４とを備え、第１筒２１、第２筒２２、第３筒２３および第４筒２４が互いに同心的に配置された四重菅２０を有する。そして、第２筒２２と第３筒２３との間の空間Ｓ２内に第１ヒーター２９１が配置され、第４筒２４の内側に第２ヒーター２９２が配置されている。

【0026】

また、処理部２は、第１筒２１と第２筒２２との間の空間Ｓ１内に配置された第１螺旋状板２５を有する。第１螺旋状板２５は、Ｘ軸まわりに回転しながらＸ軸方向に延びた螺旋状をなし、その内周部が第２筒２２の外周面に接し、その外周部が第１筒２１の内周面に接している。そのため、第１螺旋状板２５によって空間Ｓ１が螺旋状に仕切られ、これにより、第１螺旋状管Ｒ１が形成される。つまり、第１螺旋状管Ｒ１は、第１筒２１、第２筒２２および第１螺旋状板２５によって形成されている。このような構成によれば、第１螺旋状管Ｒ１を比較的簡単に形成することができる。ただし、第１螺旋状管Ｒ１の構成は、特に限定されない。例えば、第１螺旋状板２５の内周部と第２筒２２の外周面との間に隙間が形成されていてもよいし、その外周部と第１筒２１の内周面との間に隙間が形成されていてもよい。また、例えば、長尺な管を螺旋状に巻いて第１螺旋状管Ｒ１を形成してもよい。

【0027】

また、処理部２は、第３筒２３と第４筒２４との間の空間Ｓ３内に配置された第２螺旋状板２６を有する。第２螺旋状板２６は、第１螺旋状板２５と同様に、Ｘ軸まわりに回転しながらＸ軸方向に延びた螺旋状をなし、その内周部が第４筒２４の外周面に接合し、その外周部が第３筒２３の内周面に接している。そのため、第２螺旋状板２６によって空間Ｓ３が螺旋状に仕切られ、これにより、第２螺旋状管Ｒ２が形成される。つまり、第２螺旋状管Ｒ２は、第３筒２３、第４筒２４および第２螺旋状板２６によって形成されている。このような構成によれば、第２螺旋状管Ｒ２を比較的簡単に形成することができる。ただし、第２螺旋状管Ｒ２の構成は、特に限定されない。例えば、第２螺旋状板２６の内周部と第４筒２４の外周面との間に隙間が形成されていてもよいし、その外周部と第３筒２３の内周面との間に隙間が形成されていてもよい。また、例えば、長尺な管を螺旋状に巻いて第２螺旋状管Ｒ２を形成してもよい。

【0028】

また、第１螺旋状板２５は、外周側が上流側に傾斜している。つまり、第１螺旋状板２５は、外周端が内周端よりも上流側に位置するように傾斜している。そのため、第１螺旋状管Ｒ１内を流れる窒素は、図３中の矢印Ｂ１で示すように、第１螺旋状板２５によって第１螺旋状管Ｒ１の内周側に誘導され、第１螺旋状管Ｒ１の内周側に偏りながら第１螺旋状管Ｒ１内を流れる。

【0029】

一方、第２螺旋状板２６は、第１螺旋状板２５とは逆に、外周側が下流側に傾斜している。つまり、第２螺旋状板２６は、外周端が内周端よりも下流側に位置するように傾斜している。そのため、第２螺旋状管Ｒ２内を流れる窒素は、図３中の矢印Ｂ２で示すように、第２螺旋状板２６によって第２螺旋状管Ｒ２の外周側に誘導され、第２螺旋状管Ｒ２の外周側に偏りながら第２螺旋状管Ｒ２内を流れる。これにより、窒素が第１ヒーター２９１の近くを流れ、第１ヒーター２９１によって窒素の温度を精度よく制御することができると共に、窒素の温度が安定する。

【0030】

ただし、これに限定されず、第１螺旋状板２５は、外周側が下流側に傾斜していてもよい。また、第２螺旋状板２６は、外周側が上流側に傾斜していてもよい。また、第１螺旋状板２５と第２螺旋状板２６の傾きの方向が同じであってもよい。すなわち、第１螺旋状板２５および第２螺旋状板２６が共に、外周側が上流側に傾斜していてもよし、この逆であってもよい。

【0031】

また、第２螺旋状板２６のピッチＰ２は、第１螺旋状板２５のピッチＰ１よりも小さい。つまり、Ｐ２＜Ｐ１である。そのため、第２螺旋状管Ｒ２の巻き数が第１螺旋状管Ｒ１の巻き数よりも多い。このように、第１螺旋状管Ｒ１よりも小径な第２螺旋状管Ｒ２の巻き数を第１螺旋状管Ｒ１よりも多くすることにより、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２の全長差を小さくすることができ、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内の窒素分子から同等のエネルギーを放射させることができる。そのため、二酸化炭素を効率的に分解することができる。ただし、これに限定されず、Ｐ２≧Ｐ１であってもよい。

【0032】

なお、第１螺旋状板２５の傾きθ１は、第２螺旋状板２６の傾きθ２よりも大きい。つまり、θ１＞θ２である。第１螺旋状管Ｒ１の方が、第２螺旋状管Ｒ２よりも大径であるため、その内部を混合ガスＧが流れ易く、流速も出易い。したがって、θ１＞θ２とすることにより、より効果的に、第１螺旋状管Ｒ１内を流れる窒素を第１螺旋状管Ｒ１の内周側に誘導することができる。

【0033】

また、第１螺旋状板２５および第２螺旋状板２６は、互いに逆巻きの螺旋である。すなわち、第１螺旋状板２５および第２螺旋状板２６の一方が右回りの螺旋であり、他方が左回りの螺旋である。これにより、混合ガスＧが第１螺旋状管Ｒ１内を流れ易くなり、二酸化炭素を効率的に分解することができる。ただし、これに限定されず、第１螺旋状板２５および第２螺旋状板２６が互いに同じ向きに巻かれた螺旋であってもよい。

【0034】

このような四重菅２０、第１螺旋状板２５および第２螺旋状板２６は、例えば、ステンレス鋼で構成されている。また、第１螺旋状板２５および第２螺旋状板２６のＸ軸方向の長さは、例えば、８００ｍｍ～１５００ｍｍ程度であることが好ましく、１１００ｍｍ～１３００ｍｍ程度であることがより好ましい。

【0035】

また、第１螺旋状板２５の内径は、例えば、８０ｍｍ～１２０ｍｍ程度であることが好ましく、９０ｍｍ～１１０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、第１螺旋状板２５の外径は、例えば、１９０ｍｍ～２３０ｍｍ程度であることが好ましく、２１０～２２０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、第１螺旋状板２５のピッチＰ１は、例えば、６０ｍｍ～１００ｍｍ程度であることが好ましく、７０ｍｍ～９０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、第１螺旋状板２５の傾きθ１は、例えば、４０°～７０°程度であること好ましく、５０°～６０°程度であることがより好ましい。

【0036】

また、第２螺旋状板２６の内径は、例えば、５ｍｍ～４０ｍｍ程度であることが好ましく、１０ｍｍ～３０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、第２螺旋状板２６の外径は、例えば、４０ｍｍ～８０ｍｍ程度であることが好ましく、５０ｍｍ～７０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、第２螺旋状板２６のピッチＰ２は、例えば、３０ｍｍ～７０ｍｍ程度であることが好ましく、４０ｍｍ～６０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、第２螺旋状板２６の傾きθ２は、例えば、２０°～５０°程度であること好ましく、３０°～４０°程度であることがより好ましい。

【0037】

このようなサイズとすることにより、炭化装置１の炭素生成効率が向上する。ただし、各部のサイズは、上述した数値範囲に限定されず、適宜設定することができる。

【0038】

また、図４に示すように、冷却部３は、円筒状の外筒３１と、外筒３１の内側に配置されたスクリュー３２と、スクリュー３２を回転させる図示しないモーターと、を有する。

【0039】

また、スクリュー３２は、外筒３１と同心的に配置され、外筒３１に対して回転可能に軸受けされた回転軸３２１と、回転軸３２１に固定されたスクリュー羽根３２２と、を有する。スクリュー羽根３２２は、Ｘ軸まわりに回転しながらＸ軸方向に延びた螺旋形状をなす。また、スクリュー羽根３２２のピッチＰは、混合ガスＧの流動方向の上流側から下流側に向けて漸減している。つまり、上流側から下流側に向けてスクリュー羽根３２２のピッチＰが徐々に狭くなっている。

【0040】

モーターの駆動によってスクリュー３２を回転させると、外筒３１内に混合ガスＧの乱流回転が生じ、混合ガスＧ中の炭素原子および酸素原子が乱流回転する。また、ピッチＰが徐々に狭くなることから、下流側に向けて混合ガスＧの圧力が徐々に高まる。このように、混合ガスＧに乱流回転が生じると共に混合ガスＧの圧力が高まることにより、窒素分子のエネルギー吸収が生じ、窒素分子が炭素原子および酸素原子からエネルギーを吸収することにより、炭素原子および酸素原子が吸熱されて瞬時冷却され、炭素および酸素が析出する。つまり、個体の炭素および酸素が生成される。なお、析出する炭素は、主に炭素単体であり、析出する酸素は、主に酸素単体である。

【0041】

なお、特に限定されないが、下流端部のピッチＰは、上流端部のピッチＰの３／４以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となる。また、スクリュー羽根３２２の傾きθは、混合ガスＧの流動方向の上流側から下流側に向けて漸増している。つまり、上流側から下流側に向けてスクリュー羽根３２２の傾きθが徐々に大きくなっている。これにより、外筒３１内で下流側に向けて炭素原子および酸素原子がより活発に移動するようになり、より効率的に、炭素および酸素が析出する。特に、本実施形態のように、下流側に向けてピッチＰを徐々に狭くしつつ傾きθを徐々に大きくすることにより、この効果がより顕著となる。

【0042】

なお、本実施形態では、スクリュー羽根３２２の外径を外筒３１の内径に対して若干小さくし、スクリュー羽根３２２と外筒３１の内周面との接触・干渉を防止しつつ、これらの間の隙間を極力小さくしている。これにより、外筒３１やスクリュー羽根３２２の損傷、スクリュー３２の回転抵抗の増大等を抑制しつつ、効率的に、外筒３１内に混合ガスＧの乱流回転を発生させることができる。ただし、これに限定されず、例えば、スクリュー羽根３２２の外径を外筒３１の内径と等しくし、スクリュー羽根３２２と外筒３１の内周面とを接触させ、これらの間の隙間をなくしてもよい。

【0043】

このような外筒３１およびスクリュー３２は、例えば、ステンレス鋼で構成されている。また、スクリュー羽根３２２のＸ軸方向の長さは、例えば、８００ｍｍ～１５００ｍｍ程度であることが好ましく、１１００ｍｍ～１３００ｍｍ程度であることがより好ましい。また、スクリュー羽根３２２の内径は、例えば、１０ｍｍ～６０ｍｍ程度であることが好ましく、２０ｍｍ～４０ｍｍ程度であることがより好ましい。また、スクリュー羽根３２２の外径は、例えば、１８０ｍｍ～２３０ｍｍ程度であること好ましく、１９０ｍｍ～２１０ｍｍ程度であることがより好ましい。

【0044】

また、スクリュー羽根３２２の上流端部のピッチＰは、例えば、８ｍｍ～１２ｍｍ程度であることが好ましく、９ｍｍ～１１ｍｍ程度であることがより好ましい。また、スクリュー羽根３２２の下流端部のピッチＰは、例えば、３ｍｍ～７ｍｍ程度であることが好ましく、４ｍｍ～６ｍｍ程度であることがより好ましい。また、スクリュー羽根３２２の上流端部の傾きθは、例えば、４０°～８０°程度であることが好ましく、５０°～７０°程度であることがより好ましい。また、スクリュー羽根３２２の下流端部の傾きθは、例えば、４５°～８５°程度であることが好ましく、５５°～７５°程度であることがより好ましい。

【0045】

このようなサイズとすることにより、冷却部３の冷却性能が向上し、炭素原子および酸素原子をより瞬時に冷却することができる。ただし、各部のサイズは、上述した数値範囲に限定されず、適宜設定することができる。

【0046】

第１接続部４１は、管状をなし、処理部２の下流側端部と冷却部３の上流側端部とを接続する。また、第１接続部４１には、混合ガスＧを貯留する図示しない貯留タンクが接続されている。貯留タンクを接続することにより、炭化装置１で一度に処理できる二酸化炭素の量が増え、炭化装置１の炭素生成効率が向上する。なお、貯留タンクの容量としては、特に限定されないが、例えば、２ｍ^３～１０ｍ^３程度とすることができる。これにより、十分な量の混合ガスＧを貯留することができる。また、これら第１接続部４１および貯留タンクは、例えば、ステンレス鋼で構成されている。また、貯留タンクは、省略してもよい。

【0047】

第２接続部４２は、管状をなし、冷却部３の下流側端部と処理部２の上流側端部とを接続する。第２接続部４２には、冷却部３で析出した炭素および酸素を回収する図示しない回収タンクが接続されている。これにより、析出した炭素および酸素を簡単に回収することができる。また、冷却部３で析出した炭素および酸素が再び処理部２へ導入されて原子に分解されたり、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２の内壁へ付着したりするのを抑制することができる。また、それに伴う炭素生成効率の低減を抑制することもできる。なお、第２接続部４２および回収タンクは、例えば、ステンレス鋼で構成されている。また、回収タンクは、省略してもよい。

【0048】

以上、炭化装置１の構成について説明した。次に、炭化装置１を用いた炭素生成方法について説明する。まず、炭化装置１内に炭素化合物である二酸化炭素とエネルギー放射物質である窒素との混合ガスＧを導入する。二酸化炭素は、炭素の原料である。一方、窒素は、分子の回転振動によってエネルギーを放射して二酸化炭素を高温高圧として酸素原子と炭素原子とに分解する機能と、反対に、エネルギーを吸収して、炭素原子および酸素原子を冷却して固体の炭素および酸素を生成する機能と、を有する。

【0049】

なお、炭素化合物としては、炭素原子を分離することができれば、二酸化炭素に限定されず、例えば、一酸化炭素であってもよいし、メタン、プロパン等の炭化水素であってもよいし、これら以外のものであってもよい。また、エネルギー放射物質としては、上述した窒素と同様の機能、つまり、二酸化炭素を炭素原子と酸素原子とに分解できるだけのエネルギーを放射することができれば、窒素に限定されない。

【0050】

混合ガスＧとしては、特に限定されないが、例えば、空気を用いることが好ましい。空気には窒素が約７８．０８Ｖｏｌ％、二酸化炭素が約０．０４Ｖｏｌ％含まれている。そのため、混合ガスＧとして空気を用いることにより、二酸化炭素と窒素とを一括して炭化装置１に導入することができる。また、材料のコスト削減を図ることもできる。

【0051】

また、混合ガスＧとしては、空気の中でも、特に、工場等から発生する煤煙（物の燃焼に伴って発生する煙）を用いることがより好ましい。煤煙には純粋な空気と比べて極めて高い２０Ｖｏｌ％程度の二酸化炭素が含まれている。そのため、混合ガスＧとして煤煙を用いることにより、より多くの二酸化炭素を炭化装置１に導入することができ、炭素生成効率を高めることができる。また、煤煙を処理することにより、大気中に放出される二酸化炭素ＣＯ_２を削減することもでき、地球温暖化の抑制にも寄与することができる。

【0052】

なお、炭化装置１内の気圧は、４気圧～１０気圧程度であることが好ましい。これにより、炭化装置１内が過度な高圧となるのを防ぎつつ、炭化装置１内により多くの二酸化炭素を導入することができる。そのため、炭化装置１の故障や損傷を防止しつつ、炭素生成効率を高めることができる。

【0053】

炭化装置１内に混合ガスＧを導入した後、スクリュー３２を回転させ、混合ガスＧを炭化装置１内において矢印Ａ方向に循環させる。これにより、混合ガスＧが第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内に導入される。

【0054】

窒素が第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２に導入されると、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内において窒素分子Ｎ_２が振動回転し、窒素分子Ｎ_２が高温高圧となり、窒素分子Ｎ_２からエネルギーが放射される。この現象について、一部推測を交えて簡単に説明すると、窒素が第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内に導入されると、窒素が圧縮され、窒素に圧力がかかる。すると、窒素分子Ｎ_２同士に摩擦が生じ、分子同士がぶつかったり離れたりを繰り返して分子が振動および回転する。そして、振動および回転した分子に遠心力が加わり、この遠心力が一定以上の大きさになった時点で分子からエネルギーが放射される。

【0055】

窒素分子Ｎ_２から放射されたエネルギーは、窒素と共に第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内を流れる二酸化炭素に吸収され、二酸化炭素が高温高圧ガスとなる。これにより、二酸化炭素が酸素原子と炭素原子とに分解される。つまり、二酸化炭素から炭素原子が分離する。なお、二酸化炭素が酸素原子と炭素原子とに分解される温度は、約３５００℃である。したがって、炭化装置１では、窒素分子Ｎ_２から放射されたエネルギーによって二酸化炭素が約３５００℃以上まで昇温する。

【0056】

なお、窒素は、約３５℃以上で動きが活発となり、上述のエネルギー放射が生じやすくなる。そこで、炭化装置１では、第１ヒーター２９１および第２ヒーター２９２を発熱させて、第１、第２螺旋状管Ｒ１、Ｒ２内を流れる窒素の温度を３５℃以上、好ましくは６０℃以上に維持する。これにより、より確実に、窒素分子からのエネルギー放射を生じさせ、二酸化炭素を炭素原子と酸素原子とに分解することができる。

【0057】

ここで、前述したように、第１螺旋状管Ｒ１を形成する第１螺旋状板２５は、外周側が上流側に傾斜している。そのため、第１螺旋状管Ｒ１内を流れる窒素は、第１螺旋状板２５によって第１螺旋状管Ｒ１の内周側に誘導され、第１螺旋状管Ｒ１の内周側に偏りながら第１螺旋状管Ｒ１内を流れる。したがって、窒素が第１ヒーター２９１の近くを流れることとなり、第１ヒーター２９１によって窒素の温度を精度よく制御することができると共に、窒素の温度が安定する。これにより、窒素分子から安定したエネルギー放射が生じる。第１螺旋状管Ｒ１の外周側にはヒーターが設置されておらず、窒素が第１螺旋状管Ｒ１の外周側に偏ってしまうと、窒素の温度が変動しやすく、窒素分子からの安定したエネルギー放射が阻害されるおそれがある。

【0058】

また、前述したように、第２螺旋状管Ｒ２を形成する第２螺旋状板２６は、第１螺旋状板２５とは逆に、外周側が下流側に傾斜している。そのため、第２螺旋状管Ｒ２内を流れる窒素は、矢印Ｂ２で示すように、第２螺旋状板２６によって第２螺旋状管Ｒ２の外周側に誘導され、第２螺旋状管Ｒ２の外周側に偏りながら第２螺旋状管Ｒ２内を流れる。したがって、窒素が第１ヒーター２９１の近くを流れることとなり、第１ヒーター２９１によって窒素の温度を精度よく制御することができると共に、窒素の温度が安定する。これにより、窒素分子から安定したエネルギー放射が生じる。

【0059】

このように、第１螺旋状板２５と第２螺旋状板２６との傾きを逆にし、第１螺旋状管Ｒ１内で窒素を内周側に偏らせ、第２螺旋状管Ｒ２内で窒素を外周側に偏らせることにより、処理部２を流れる窒素を第１ヒーター２９１の周囲に集めることができる。したがって、処理部２を流れる窒素の温度を精度よく制御することができると共に、窒素の温度が安定する。

【0060】

処理部２で二酸化炭素が分解されることにより発生した炭素原子および酸素原子は、混合ガスＧ中に浮遊した状態で第１接続部４１を通って冷却部３に導入される。冷却部３では、回転するスクリュー３２によって混合ガスＧを乱流回転させ、処理部２でエネルギーを放射した窒素が、今度は、炭素原子および酸素原子からエネルギーを奪う。これにより、炭素原子および酸素原子が瞬時に冷却され、炭素原子同士が結合して個体（粉状）の炭素が析出し、酸素原子同士が結合して個体（粉状）の酸素が析出する。特に、本実施形態の冷却部３では、前述したように、スクリュー羽根３２２のピッチＰを下流側に向けて狭くし、冷却部３内を進むにつれて混合ガスＧの圧力が高まる。圧力が高まるほど窒素の吸熱作用（エネルギー吸収作用）が高まるため、その分、酸素原子および炭素原子をより瞬時に冷却することができる。

【0061】

そして、冷却部３で析出した粉状の炭素および酸素は、回収タンクに回収される。以上のようなサイクルを繰り返すことにより、炭素および酸素の析出が進み、原料となる二酸化炭素がなくなった時点で、炭素および酸素の析出が終了する。このような方法によれば、簡単かつ効率的に二酸化炭素から炭素を生成することができる。

【0062】

以上のように、炭化装置１および炭化方法は、窒素分子から放射されるエネルギーを利用して二酸化炭素から炭素を生成するものであり、従来とは全く異なる構成および方法である。したがって、当該分野のさらなる発展に大きく寄与するものである。また、水素等の反応ガスの導入も必要ないため、従来よりも簡単かつ効率的に炭素を生成することもできる。

【0063】

以上、本発明の炭化装置、炭化方法およびエネルギー放射装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、前記実施形態には他の任意の構成物が付加されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0064】

以上のように、本発明に係る炭化装置１は、二酸化炭素（炭素化合物）と窒素（エネルギー放射物質）とを含む混合ガスＧが導入される螺旋状管Ｒを有し、螺旋状管Ｒ内で窒素分子を振動回転させ、窒素分子を高温にしてエネルギーを放射させ、このエネルギーによって二酸化炭素から炭素原子を分離する。このように、炭化装置１は、従来とは全く異なる構成および方法で炭素を生成する。また、炭化装置１によれば、簡単かつ効率的に炭素原子を生成することができる。したがって、その産業上の利用可能性は大きい。

【符号の説明】

【0065】

１ 炭化装置
２ 処理部
２０ 四重菅
２１ 第１筒
２２ 第２筒
２３ 第３筒
２４ 第４筒
２５ 第１螺旋状板
２６ 第２螺旋状板
２９ 温度制御部
２９１ 第１ヒーター
２９２ 第２ヒーター
３ 冷却部
３１ 外筒
３２ スクリュー
３２１ 回転軸
３２２ スクリュー羽根
４１ 第１接続部
４２ 第２接続部
Ａ 矢印
Ｂ１ 矢印
Ｂ２ 矢印
Ｇ 混合ガス
Ｐ ピッチ
Ｐ１ ピッチ
Ｐ２ ピッチ
Ｒ 螺旋状管
Ｒ１ 第１螺旋状管
Ｒ２ 第２螺旋状管
Ｓ１ 空間
Ｓ２ 空間
Ｓ３ 空間
θ 傾き
θ１ 傾き
θ２ 傾き

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】