特開 2024-162107 二酸化炭素回収システム

(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】P2024162107

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】二酸化炭素回収システム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/32 20060101AFI20241114BHJP

   C25B 1/01 20210101ALI20241114BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241114BHJP

   C25B 15/02 20210101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

B01D53/32

C25B1/01 Z

C25B9/00 Z

C25B15/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077325

(22)【出願日】2023-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001472

【氏名又は名称】弁理士法人かいせい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 喜幸

【テーマコード（参考）】

4K021

【Ｆターム（参考）】

4K021AA09

4K021BB03

4K021CA06

4K021DB04

(57)【要約】

【課題】ＣＯ_２回収に必要なエネルギを低減することができる二酸化炭素回収システムを提供する。
【解決手段】電気化学セル１０１の作用極１０４および対極１０６に接続された電源部２１と、電源部を制御して、作用極と対極との間に第１電圧を印加することでＣＯ_２吸着材にＣＯ_２を吸着させる吸着工程と、作用極と対極との間に第１電圧とは異なる第２電圧を印加する、または作用極と対極との間に電圧を印加しないことでＣＯ_２吸着材からＣＯ_２を脱離させる脱離工程と、を切り替える制御装置２０と、を備え、吸着工程では、対極から作用極に電子が供給され、ＣＯ_２吸着材は電子が供給されることに伴ってＣＯ_２を吸着し、脱離工程では、作用極から対極に電子が供給され、ＣＯ_２吸着材は電子を放出するとともにＣＯ_２を脱離し、さらに、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を利用するバッテリ２２を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＯ_２吸着材を含む作用極（１０４）と、対極（１０６）と、を有する電気化学セル（１０１）を備え、
電気化学反応によってＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２を分離する二酸化炭素回収システムであって、
前記作用極および前記対極に接続された電源部（２１）と、
前記電源部を制御して、前記作用極と前記対極との間に第１電圧を印加することで前記ＣＯ_２吸着材にＣＯ_２を吸着させる吸着工程と、前記作用極と前記対極との間に前記第１電圧とは異なる第２電圧を印加する、または前記作用極と前記対極との間に電圧を印加しないことで前記ＣＯ_２吸着材からＣＯ_２を脱離させる脱離工程と、を切り替える制御部（２０）と、を備え、
前記吸着工程では、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記ＣＯ_２吸着材は電子が供給されることに伴ってＣＯ_２を吸着し、
前記脱離工程では、前記作用極から前記対極に電子が供給され、前記ＣＯ_２吸着材は電子を放出するとともにＣＯ_２を脱離し、
さらに、前記脱離工程において前記ＣＯ_２吸着材から放出された電子を利用する電子利用部（２２、１０１Ｂ）を備える二酸化炭素回収システム。

【請求項2】

前記脱離工程において前記ＣＯ_２吸着材から放出された電子を蓄える蓄電部（２２）を備え、
前記制御部は、前記吸着工程において、前記蓄電部に蓄えられた電子を前記作用極に供給し、
前記電子利用部は、前記蓄電部を含む請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。

【請求項3】

前記電気化学セルは、複数設けられており、
前記制御部は、複数の前記電気化学セルのうちの少なくとも１つの電気化学セル（１０１Ａ）を前記脱離工程に切り替えるとともに、他の電気化学セル（１０１Ｂ）を吸着工程に切り替え、
前記制御部は、前記少なくとも１つの電気化学セルの前記脱離工程において前記ＣＯ_２吸着材から放出された電子を、前記他の電気化学セルの前記ＣＯ_２吸着材に供給し、
前記電子利用部は、前記他の電気化学セルを含む請求項１に記載の二酸化炭素回収システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記脱離工程において前記作用極と前記対極との間を流れる放電電流の波形が予め定めた基準波形に近づくように、電気特性を制御する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の二酸化炭素回収システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記電気化学セルの劣化度合いに応じて前記基準波形を調整する請求項４に記載の二酸化炭素回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２を回収する二酸化炭素回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に、ＣＯ_２（二酸化炭素）が含まれる混合ガスから回収対象ガスであるＣＯ_２を回収する二酸化炭素回収システムが開示されている。特許文献１の二酸化炭素回収システムは、電気化学反応によってＣＯ_２を吸着する電気化学セルを備えている。

【0003】

電気化学セルは、作用極、対極、電解質部等を有している。作用極は、混合ガスからＣＯ_２を吸収するＣＯ_２吸着材を含んでいる。対極は、作用極と電子の授受を行う電気活性補助材を含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２０３１９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

二酸化炭素回収システムでは、電気化学セルにおける作用極と対極の間の電位差を変化させることで、電気化学セルによるＣＯ_２の吸着と脱離を切り替えている。具体的には、ＣＯ_２の吸着時には、対極から作用極に電子が供給され、ＣＯ_２吸着材は電子が供給されることに伴ってＣＯ_２を吸着する。ＣＯ_２の脱離時には、作用極から対極に電子が供給され、ＣＯ_２吸着材は電子を放出するとともにＣＯ_２を脱離する。

【0006】

ここで、本発明者の検討によると、ＣＯ_２の脱離時にＣＯ_２吸着材から放出された電子は、主にジュール熱として消費されており、有効に活用されていないことが明らかになった。このため、ＣＯ_２回収時のエネルギ効率に関して改善の余地がある。

【0007】

本発明は、上記点に鑑みて、ＣＯ_２回収に必要なエネルギを低減することができる二酸化炭素回収システム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】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の二酸化炭素回収システムは、ＣＯ_２吸着材を含む作用極（１０４）と、対極（１０６）と、を有する電気化学セル（１０１）を備え、
電気化学反応によってＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスからＣＯ_２を分離する二酸化炭素回収システムにおいて、
作用極および対極に接続された電源部（２１）と、
電源部を制御して、作用極と対極との間に第１電圧を印加することでＣＯ_２吸着材にＣＯ_２を吸着させる吸着工程と、作用極と対極との間に第１電圧とは異なる第２電圧を印加する、または作用極と対極との間に電圧を印加しないことでＣＯ_２吸着材からＣＯ_２を脱離させる脱離工程と、を切り替える制御部（２０）と、を備え、
吸着工程では、対極から作用極に電子が供給され、ＣＯ_２吸着材は電子が供給されることに伴ってＣＯ_２を吸着し、
脱離工程では、作用極から対極に電子が供給され、ＣＯ_２吸着材は電子を放出するとともにＣＯ_２を脱離し、
さらに、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を利用する電子利用部（２２、１０１Ｂ）を備える。

【0009】

これによれば、電子利用部（２２、１０１Ｂ）にて、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を利用することができる。したがって、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を有効に活用することができるので、ＣＯ_２回収に必要なエネルギを低減することが可能となる。

【0010】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る二酸化炭素回収システムの全体構成を示す概念図である。

【図2】第１実施形態におけるＣＯ_２回収装置を示す斜視図である。

【図3】第１実施形態における複数の電気化学セルが積層された状態を示す斜視図である。

【図4】第１実施形態における電気化学セルを示す斜視図である。

【図5】第１実施形態に係る二酸化炭素回収システムの電気的構成を説明するための説明図である。

【図6】第１実施形態に係る二酸化炭素回収システムの電気制御部を示すブロック図である。

【図7】第１実施形態の工程切替制御に関するフローチャートである。

【図8】第１実施形態の工程切替制御に関するタイムチャートである。

【図9】第２実施形態に係る二酸化炭素回収システムの電気的構成を説明するための説明図である。

【図10】第３実施形態に係る二酸化炭素回収システムの電気的構成を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0013】

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態の二酸化炭素回収システム１は、ＣＯ_２回収装置１０、ポンプ１１、流路切替弁１２およびＣＯ_２利用装置１３を備えている。

【0014】

ＣＯ_２回収装置１０は、供給ガスからＣＯ_２（二酸化炭素）を分離して回収する装置である。ＣＯ_２回収装置１０は、ＣＯ_２を吸着および脱離する吸着部１００を有している。

【0015】

供給ガスは、ＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスである。供給ガスは、ＣＯ_２以外のガスも含有している。供給ガスは、例えば大気や内燃機関の排気ガスを用いることができる。本実施形態では、供給ガスとして大気を用いている。

【0016】

ＣＯ_２回収装置１０は、供給ガスが供給され、供給ガスからＣＯ_２が回収された後の排出ガス（以下、ＣＯ_２除去ガスともいう）、あるいは供給ガスから回収したＣＯ_２を排出する。ＣＯ_２回収装置１０および吸着部１００の構成については、後で詳細に説明する。

【0017】

ポンプ１１は、供給ガスをＣＯ_２回収装置１０に供給し、ＣＯ_２または排出ガスをＣＯ_２回収装置１０から排出する。図１に示す例では、ＣＯ_２回収装置１０のガス流れ方向の下流側にポンプ１１が設けられているが、ＣＯ_２回収装置１０のガス流れ上流側にポンプ１１が設けられていてもよい。

【0018】

流路切替弁１２は、ＣＯ_２回収装置１０から排出される出ガスの流路を切り替える三方弁である。流路切替弁１２は、ＣＯ_２回収装置１０から排出ガス（すなわち、ＣＯ_２除去ガス）が排出される場合は、出ガスの流路を大気側に切り替え、ＣＯ_２回収装置１０からＣＯ_２が排出される場合は、出ガスの流路をＣＯ_２利用装置１３側に切り替える。

【0019】

ＣＯ_２利用装置１３は、ＣＯ_２を利用する装置である。ＣＯ_２利用装置１３としては、例えばＣＯ_２を貯蔵する貯蔵タンクやＣＯ_２を燃料に変換する変換装置を用いることができる。変換装置は、ＣＯ_２をメタン等の炭化水素燃料に変換する装置を用いることができる。炭化水素燃料は、常温常圧で気体の燃料であってもよく、常温常圧で液体の燃料であってもよい。

【0020】

次に、本実施形態のＣＯ_２回収装置１０を図２～図４を用いて説明する。図２～図４において、紙面手前から紙面奥側に向かう方向がガス流れ方向であり、紙面上下方向がセル積層方向である。

【0021】

図２に示すように、ＣＯ_２回収装置１０は、吸着部１００および収容部１１０を備えている。収容部１１０は、箱状に形成されており、例えば金属材料を用いて構成することができる。

【0022】

吸着部１００は、電気化学セル１０１を有している。電気化学セル１０１は、収容部１１０に収容されている。ＣＯ_２回収装置１０は、電気化学セル１０１の電気化学反応によってＣＯ_２の吸着および脱離を行い、供給ガスからＣＯ_２を分離して回収する。

【0023】

収容部１１０は、２つの開口部を有している。これら２つの開口部は、供給ガスを内部に導入させる導入部１１０ａと、排出ガスやＣＯ_２を内部から排出させる排出部（図示せず）である。ガス流れ方向は、供給ガスが収容部１１０を通過する際の流れ方向であり、収容部１１０の導入部１１０ａから排出部に向かう方向である。

【0024】

図２において、供給ガスは、紙面手前側から紙面奥側に向かって流れるようになっている。このため、収容部１１０は、図中の手前側が導入部１１０ａとなっており、図中の奥側が排出部となっている。なお、収容部１１０の導入部１１０ａおよび排出部には、それぞれを開閉する開閉部材（図示せず）が設けられている。

【0025】

収容部１１０の内部には、複数の電気化学セル１０１が積層して配置されている。複数の電気化学セル１０１が積層されているセル積層方向は、ガス流れ方向に直交する方向となっている。個々の電気化学セル１０１は板状に構成されており、板面がセル積層方向と交わるように配置されている。

【0026】

図３は、複数の電気化学セル１０１が積層された状態を示している。図４は、１個の電気化学セル１０１を示している。図４では、作用極集電層１０３などの電気化学セル１０１の構成要素を、それぞれ間隔を設けて図示しているが、実際はこれらの構成要素は接するように積層して配置されている。

【0027】

図３に示すように、隣接する電気化学セル１０１の間には、所定の隙間が設けられている。隣接する電気化学セル１０１の間に設けられた隙間は、供給ガスが流れるガス流路１０２を構成している。

【0028】

図３および図４に示すように、電気化学セル１０１は、作用極集電層１０３、作用極１０４、対極集電層１０５、対極１０６およびセパレータ１０７を備えている。隣り合う電気化学セル１０１は、ガス流路１０２を挟んで一方の作用極集電層１０３と他方の対極集電層１０５が対向している。

【0029】

図４に示すように、作用極１０４と対極１０６との間には、電解物質である電解液１０８が設けられている。本実施形態では、作用極１０４、対極１０６およびセパレータ１０７は、電解液１０８で飽和されている。

【0030】

作用極集電層１０３、作用極１０４、対極集電層１０５、対極１０６、セパレータ１０７は、それぞれ板状に構成されている。電気化学セル１０１は、作用極集電層１０３、作用極１０４、対極集電層１０５、対極１０６、セパレータ１０７が積層された積層体として構成されている。個々の電気化学セル１０１の作用極集電層１０３等が積層されている方向と、複数の電気化学セル１０１が積層されているセル積層方向は、同一方向である。

【0031】

作用極集電層１０３は、ＣＯ_２を含んだ供給ガスが通過可能な孔を有する多孔質の導電性材料である。作用極集電層１０３としては、ガス透過性と導電性を有していればよく、例えば金属材料や炭素質材料を用いることができる。本実施形態では、作用極集電層１０３として金属多孔質体を用いている。

【0032】

作用極１０４は、ＣＯ_２吸着材、導電性物質、バインダを含んでいる。ＣＯ_２吸着材、導電性物質およびバインダは、混合物の状態で用いられる。

【0033】

ＣＯ_２吸着材は、電子を受け取ることで二酸化炭素を吸着し、電子を放出することで吸着していたＣＯ_２を脱離する。ＣＯ_２吸着材としては、例えばポリアントラキノンを用いることができる。

【0034】

導電性物質は、ＣＯ_２吸着材への導電路を形成する。導電性物質としては、例えばカーボンナノチューブ、カーボンブラック、グラフェン等の炭素材料を用いることができる。

【0035】

バインダは、ＣＯ_２吸着材や導電性物質を保持するために設けられている。バインダとしては、例えば導電性樹脂を用いることができる。導電性樹脂としては、導電性フィラーとしてＡｇ等を含有するエポキシ樹脂やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂等を用いることができる。

【0036】

対極集電層１０５は導電性材料である。対極集電層１０５としては、例えば金属材料や炭素質材料を用いることができる。本実施形態では、対極集電層１０５として金属板を用いている。

【0037】

対極１０６は、電気活性補助材、導電性物質、バインダを含んでいる。対極１０６の導電性物質、バインダは、作用極１０４と同様の構成であるので説明を省略する。本実施形態では、対極１０６は、電子供与剤となる活物質を有する材質で構成されている。

【0038】

対極１０６の電気活性補助材は、作用極１０４のＣＯ_２吸着材との間で電子の授受を行う補助的な電気活性種である。電気活性補助材としては、例えば金属イオンの価数が変化することで、電子の授受を可能とする金属錯体を用いることができる。このような金属錯体としては、フェロセン、ニッケロセン、コバルトセン等のシクロペンタジエニル金属錯体、あるいはポルフィリン金属錯体等を挙げることができる。これらの金属錯体は、ポリマーでもモノマーでもよい。

【0039】

セパレータ１０７は、作用極１０４と対極１０６の間に配置されており、作用極１０４と対極１０６を分離している。セパレータ１０７は、作用極１０４と対極１０６の物理的な接触を防いで電気的短絡を抑制するとともに、イオンを透過させる絶縁性イオン透過膜である。セパレータ１０７としては、セルロース膜やポリマー、ポリマーとセラミックの複合材料等を用いることができる。

【0040】

電気化学セル１０１には、作用極集電層１０３と対極集電層１０５に接続されたパワーユニット２１が設けられている。パワーユニット２１は、作用極１０４と対極１０６に所定の電圧を印加し、作用極１０４と対極１０６の電位差を変化させることができる。作用極１０４は負極であり、対極１０６は正極である。パワーユニット２１の詳細については後述する。

【0041】

電気化学セル１０１は、作用極１０４と対極１０６の電位差を変化させることで、作用極１０４にＣＯ_２を吸着させる吸着工程と、作用極１０４からＣＯ_２を脱離させる脱離工程を切り替えて作動することができる。吸着工程は電気化学セル１０１を充電する充電工程であり、脱離工程は電気化学セル１０１を放電する放電工程である。

【0042】

吸着工程では、作用極１０４と対極１０６の間に第１電圧Ｖ１が印加され、対極１０６から作用極１０４に電子が供給される。第１電圧Ｖ１では、作用極電位＜対極電位となっている。第１電圧Ｖ１は、例えば０．５～２．０Ｖの範囲内とすることができる。

【0043】

脱離工程では、作用極１０４と対極１０６の間に第２電圧Ｖ２が印加され、作用極１０４から対極１０６に電子が供給される。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１と異なる電圧である。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より低い電圧であればよく、作用極電位と対極電位の大小関係は限定されない。つまり、脱離工程では、作用極電位＜対極電位でもよく、作用極電位＝対極電位でもよく、作用極電位＞対極電位でもよい。第２電圧Ｖ２は０Ｖであってもよい。すなわち、脱離工程では、作用極１０４と対極１０６の間に電圧を印加しなくてもよい。

【0044】

次に、本実施形態の電解液１０８について説明する。本実施形態の二酸化炭素回収システム１では、電解液１０８は、供給ガス、作用極１０４および対極１０６の少なくとも１つに対して耐付加反応性および耐置換反応の少なくとも一方を有する物質を採用している。例えば、電解液１０８は、供給ガス、作用極１０４および対極１０６の少なくとも１つに対して付加反応および置換反応の少なくとも一方が生じない物質を用いることができる。

【0045】

具体的には、電解液１０８は、作用極１０４と対極１０６との間に電圧が印加された際に、供給ガス、作用極１０４および対極１０６の少なくとも１つに対して耐酸化還元反応性を有する物質を用いることができる。例えば、電解液１０８は、作用極１０４と対極１０６との間に電圧が印加された際に、供給ガス、作用極および対極の少なくとも１つに対して酸化還元反応を示さない物質を用いることができる。電解液１０８としては、例えばイオン液体を用いることができる。イオン液体は、常温常圧下で不揮発性を有する液体の塩である。

【0046】

次に、本実施形態の二酸化炭素回収システム１の作動工程について説明する。二酸化炭素回収システム１は、吸着工程および脱離工程を実行可能に構成されている。二酸化炭素回収システム１は、吸着工程、脱離工程、吸着工程、脱離工程、…の順に切り替えて作動する。二酸化炭素回収システム１の作動は、制御装置２０によって制御される。

【0047】

吸着工程は、吸着部１００が供給ガスに含まれるＣＯ_２を吸着する吸着工程である。吸着工程では、ポンプ１１が作動して吸着部１００に供給ガスが供給される。吸着工程では、作用極１０４と対極１０６の間に印加される電圧を第１電圧Ｖ１とする。これにより、対極１０６の電気活性補助材による電子供与と、作用極１０４のＣＯ_２吸着材の電子求引を同時に実現できる。

【0048】

対極１０６の電気活性補助材は電子を放出して酸化状態となり、対極１０６から作用極１０４に電子が供給される。作用極１０４のＣＯ_２吸着材は、電子を受け取って還元状態となる。

【0049】

還元状態となったＣＯ_２吸着材はＣＯ_２の結合力が高くなり、供給ガスに含まれるＣＯ_２を結合して吸着する。これにより、ＣＯ_２回収装置１０は、供給ガスからＣＯ_２を回収することができる。

【0050】

脱離工程では、出ガスの流路がＣＯ_２利用装置１３側となるように流路切替弁１２を切り替える。脱離工程では、作用極１０４と対極１０６の間に印加される電圧を第２電圧Ｖ２とする。これにより、作用極１０４のＣＯ_２吸着材による電子供与と、対極１０６の電気活性補助材の電子求引を同時に実現できる。

【0051】

作用極１０４のＣＯ_２吸着材は、電子を放出して酸化状態となる。ＣＯ_２吸着材は、ＣＯ_２の結合力が低下し、ＣＯ_２を脱離して放出する。対極１０６の電気活性補助材は、電子を受け取って還元状態となる。

【0052】

ＣＯ_２吸着材から放出されたＣＯ_２は、吸着部１００から排出され、ＣＯ_２利用装置１３に供給される。

【0053】

次に、本実施形態の二酸化炭素回収システム１の電気的構成について説明する。図５に示すように、二酸化炭素回収システム１は、制御装置２０、パワーユニット２１、バッテリ２２、第１スイッチ装置２３、第２スイッチ装置２４および可変抵抗器２５を備えている。

【0054】

制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。制御装置２０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各種演算や処理を行う。

【0055】

また、制御装置２０は、ポンプ１１および流路切替弁１２の制御を行う。制御装置２０は、ＣＯ_２回収装置１０の電気化学セル１０１に印加する電圧の制御、第１スイッチ装置２３および第２スイッチ装置２４の開閉制御を行う。

【0056】

パワーユニット２１は、二酸化炭素回収システム１の電源装置である。パワーユニット２１は、制御装置２０の指令に従って、ＣＯ_２回収装置１０、ポンプ１１および流路切替弁１２等に電源を供給する電源部である。パワーユニット２１は、制御装置２０の指令に従って、電気化学セル１０１に所定の電圧を印加することで、作用極と対極との電位差を変化させる。

【0057】

パワーユニット２１には、外部電源である電力供給装置から電力供給される。本実施形態では、電力供給装置として商用系統電源を用いている。パワーユニット２１は、商用系統電源から供給された交流電流を直流電流に変換して電気化学セル１０１に供給する。

【0058】

バッテリ２２は、電気化学セル１０１に対して充放電可能に構成された蓄電部である。バッテリ２２は、電気化学セル１０１に電気的に接続されている。

【0059】

第１スイッチ装置２３は、制御装置２０の指令に従って、パワーユニット２１と電気化学セル１０１との通電をＯＮまたはＯＦＦする第１充放電切替部である。第２スイッチ装置２４は、制御装置２０の指令に従って、電気化学セル１０１とバッテリ２２との通電をＯＮまたはＯＦＦする第２充放電切替部である。第１スイッチ装置２３および第２スイッチ装置２４は、例えば、アナログスイッチなどを有し、制御装置２０によりアナログスイッチの開閉が切り替えられることで、通電をＯＮまたはＯＦＦする。

【0060】

可変抵抗器２５は、一端が第２スイッチ装置２４に接続され、他端がバッテリ２２に接続される。制御装置２０は、可変抵抗器２５に対して抵抗値を指定する信号を出力することで、可変抵抗器２５の抵抗値を制御する。本実施形態では、可変抵抗器２５として、例えばデジタルポテンショメータを採用している。

【0061】

次に、本実施形態の二酸化炭素回収システム１における電気制御部の概要について説明する。図６に示すように、制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置２０は、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。制御対象機器は、ＣＯ_２回収装置１０、ポンプ１１、流路切替弁１２、第１スイッチ装置２３、第２スイッチ装置２４および可変抵抗器２５等である。

【0062】

制御装置２０の入力側には、ＣＯ_２濃度センサ３０および放電電流センサ３１が接続されている。制御装置２０には、ＣＯ_２濃度センサ３０および放電電流センサ３１の検出信号が入力される。

【0063】

ＣＯ_２濃度センサ３０は、吸着部１００でＣＯ_２を吸着された後の排出ガスに含まれるＣＯ_２の濃度（以下、排出ガスＣＯ_２濃度という）を検出するＣＯ_２濃度検出部である。放電電流センサ３１は、脱離工程において作用極１０４と対極１０６との間を流れる放電電流の電流値を検出する放電電流検出部である。

【0064】

制御装置２０は、吸着状態検出部２０１および工程切替部２０２を有している。吸着状態検出部２０１は、吸着部１００のＣＯ_２吸着状態を検出する。本実施形態では、ＣＯ_２吸着状態として、吸着部１００に吸着されたＣＯ_２量（以下、吸着ＣＯ_２量という）を用いている。吸着状態検出部２０１は、ＣＯ_２濃度センサ３０により検出された排出ガスＣＯ_２濃度に基づいて、吸着ＣＯ_２量を検出する。

【0065】

工程切替部２０２は、二酸化炭素回収システム１の複数の作動工程を切り替える切替制御部である。すなわち、工程切替部２０２は、吸着工程を含む複数の工程を切り替える。工程切替部２０２は、吸着部１００のＣＯ_２吸着状態に基づいて、吸着工程から次の工程に移行するタイミングを決定する。本実施形態では、工程切替部２０２は、吸着状態検出部２０１により算出された吸着ＣＯ_２量に基づいて、吸着工程から脱離工程に移行するタイミングを決定する。

【0066】

続いて、本第１実施形態に係る二酸化炭素回収システム１による吸着工程および脱離工程の切替制御について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。

【0067】

図７に示すように、まず、ステップＳ１００において、吸着工程を開始する。具体的には、制御装置２０は、予め定めた圧送能力を発揮するようにポンプ１１の作動を制御する。制御装置２０は、第１スイッチ装置２３を、パワーユニット２１と電気化学セル１０１との通電をＯＮするように切り替える。制御装置２０は、第２スイッチ装置２４を、電気化学セル１０１とバッテリ２２との通電をＯＦＦするように切り替える。制御装置２０は、作用極１０４と対極１０６の間に印加される電圧を第１電圧Ｖ１とする。

【0068】

次に、ステップＳ１１０では、吸着工程が完了したか否かを判定する。具体的には、電気化学セル１０１への吸着ＣＯ_２量が、予め定めた吸着ＣＯ_２量の上限値（以下、基準吸着量上限値という）以上になっているか否かを判断する。

【0069】

吸着ＣＯ_２量は、次のように算出することができる。まず、大気に含まれるＣＯ_２濃度とＣＯ_２濃度センサ３０により検出された排出ガスＣＯ_２濃度との差から、吸着部１００に吸着されたＣＯ_２の濃度（以下、吸着ＣＯ_２濃度という）を算出する。そして、吸着ＣＯ_２濃度と吸着部１００を流れるＣＯ_２の流速との積から、吸着ＣＯ_２量を算出する。

【0070】

ステップＳ１１０にて、吸着ＣＯ_２量が基準吸着量上限値以上となっておらず、吸着工程が完了していないと判定された場合はし、ステップＳ１１０を繰り返す。一方、ステップＳ１１０にて、吸着ＣＯ_２量が基準吸着量上限値以上となっており、吸着工程が完了したと判定された場合は、ステップＳ１２０へ進む。

【0071】

ステップＳ１２０では、吸着工程の次の工程である脱離工程に遷移する。具体的には、制御装置２０は、出ガスの流路がＣＯ_２利用装置１３側となるように流路切替弁１２を切り替える。制御装置２０は、第１スイッチ装置２３を、パワーユニット２１と電気化学セル１０１との通電をＯＦＦするように切り替える。制御装置２０は、第２スイッチ装置２４を、電気化学セル１０１とバッテリ２２との通電をＯＮするように切り替える。

【0072】

さらに、制御装置２０は、作用極１０４と対極１０６の間に印加される電圧を第２電圧Ｖ２とする。本実施形態では、第２電圧を０Ｖとしている。すなわち、本実施形態では、脱離工程時に作用極１０４と対極１０６の間に電圧を印加しない。

【0073】

次に、ステップＳ１３０では、脱離工程における作用極１０４と対極１０６との間を流れる放電電流の波形（以下、放電電流波形という）を検出する。具体的には、制御装置２０は、放電電流センサ３１により検出された放電電流の電流値に基づいて放電電流波形を検出する。

【0074】

次に、ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０で検出された放電電流波形が予め定めた基準波形に近づくように、電気特性を制御する放電電流制御を行う。具体的には、制御装置２０は、放電電流波形が基準波形に近づくように、可変抵抗器２５の抵抗値を制御する。基準波形は、予め制御装置２０に記憶されている。

【0075】

ここで、電気化学セル１０１の劣化により、脱離工程における放電電流波形は変化する。このため、本実施形態では、制御装置２０は、電気化学セル１０１の劣化度合いに応じて基準波形を調整している。

【0076】

次に、ステップＳ１５０では、脱離工程が完了したか否かを判定する。具体的には、例えば、放電電流センサ３１により検出された放電電流の電流値が所定時間一定値を維持しているか否かを判断する。

【0077】

ステップＳ１５０にて、放電電流の電流値が所定時間一定値を維持しておらず、脱離工程が完了していないと判定された場合は、ステップＳ１３０に戻る。一方、ステップＳ１５０にて、放電電流の電流値が所定時間一定値を維持しており、脱離工程が完了したと判定された場合は、ステップＳ１００に戻る。

【0078】

図８に示すように、吸着工程では、電気化学セル１０１の作用極１０４と対極１０６の間に第１電圧Ｖ１が印加される。これにより、対極１０６から作用極１０４に電子が供給され、作用極１０４のＣＯ_２吸着材は電子が供給されることに伴ってＣＯ_２を吸着する。

【0079】

次の脱離工程では、電気化学セル１０１の作用極１０４と対極１０６の間の印加電圧が０Ｖとされる。これにより、作用極１０４から対極１０６に電子が供給され、作用極１０４のＣＯ_２吸着材は電子を放出するとともにＣＯ_２を脱離する。ＣＯ_２吸着材から放出された電子はバッテリ２２に蓄えられる。すなわち、電気化学セル１０１からの放電電荷により、バッテリ２２が充電される。したがって、バッテリ２２は、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を利用する電子利用部の一例に相当する。

【0080】

脱離工程では、電気化学セル１０１からの放電時に、放電電流波形が基準波形に近づくように可変抵抗器２５の抵抗値が制御される。具体的には、図８の実線Ａ１に示すように、最初は急速に放電させ、その後はゆっくりと徐々に放電させる。

【0081】

次の吸着工程では、電気化学セル１０１の作用極１０４と対極１０６の間に第１電圧Ｖ１が印加される。このとき、バッテリ２２に蓄えられた電子が電気化学セル１０１の作用極１０４に補助的に供給される。したがって、脱離工程後の吸着工程では、バッテリ２２に充電された電荷を補助的に利用している。

【0082】

以上説明したように、本実施形態の二酸化炭素回収システム１では、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を蓄えるバッテリ２２を備えている。このため、吸着工程において、バッテリ２２に蓄えられた電子を電気化学セル１０１の作用極１０４に補助的に供給することができる。その結果、ＣＯ_２回収に必要なエネルギを低減することが可能となる。

【0083】

また、本実施形態では、図７のステップＳ１４０に示すように、制御装置２０が、脱離工程において放電電流波形が基準波形に近づくように、電気特性を制御している。具体的には、電気化学セル１０１からの放電時に、最初は急速に放電させ、その後はゆっくりと徐々に放電させている。これによれば、電気化学セル１０１からＣＯ_２を早期に脱離させつつ、電気化学セル１０１に与えるダメージを最小限にすることができる。

【0084】

さらに、本実施形態では、電気化学セル１０１の劣化度合いに応じて放電電流の基準波形を調整している。これによれば、電気化学セル１０１の実際の状態に対応して、電気化学セル１０１の放電電流を制御することができる。

【0085】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、電力供給装置として太陽光発電装置４０を用いた点が異なる。

【0086】

図９に示すように、太陽光発電装置４０は、太陽光パネル４１および太陽光発電用バッテリ４２（以下、発電用バッテリ４２という）を備えている。太陽光パネル４１は、入射した外光を光電変換して発電する発電部である。

【0087】

発電用バッテリ４２は、太陽光パネル４１にて発電された電力を蓄える。発電用バッテリ４２は、電気化学セル１０１に対して充放電可能に構成されている。したがって、発電用バッテリ４２は、蓄電部の一例に相当する。

【0088】

その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、第２実施形態の二酸化炭素回収システム１においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２実施形態では、太陽光発電装置４０の発電用バッテリ４２が、電気化学セル１０１に対して充放電可能に構成されている。このため、脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を蓄えるためのバッテリを別途設ける必要がない。その結果、二酸化炭素回収システム１の構成を簡素化することが可能となる。

【0089】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図面に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態と比較して、電子利用部の構成が異なる。

【0090】

図１０に示すように、本実施形態の二酸化炭素回収システム１は、複数の電気化学セル１０１Ａ、１０１Ｂを備えている。具体的には、本実施形態の二酸化炭素回収システム１は、複数の電気化学セル１０１Ａ、１０１Ｂとして、第１セル１０１Ａおよび第２セル１０１Ｂを備えている。

【0091】

第１セル１０１Ａおよび第２セル１０１Ｂは、電気的に接続されるとともに、並列に配置されている。第１セル１０１Ａと第２セル１０１Ｂとの間には、第２スイッチ装置２４および可変抵抗器２５が接続されている。

【0092】

第１セル１０１Ａおよび第２セル１０１Ｂは、互いに異なる作動工程が実行されるように構成されている。すなわち、制御装置２０は、第１セル１０１Ａに吸着工程を実行させるとともに、第２セル１０１Ｂに脱離工程を実行させる。その後、第１セル１０１Ａを脱離工程に切り替えるとともに、第２セル１０１Ｂを吸着工程に切り替える。

【0093】

そして、制御装置２０は、第１セル１０１Ａの脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を、第２セル１０１ＢのＣＯ_２吸着材に供給する。このとき、第２セル１０１Ｂは、第１セル１０１Ａの脱離工程においてＣＯ_２吸着材から放出された電子を利用する電子利用部の一例に相当する。

【0094】

その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、第３実施形態の二酸化炭素回収システム１においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0095】

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

【0096】

（１）例えば、上述した実施形態では、二酸化炭素回収システム１を、吸着工程および脱離工程を実行可能に構成した例について説明したが、この態様に限定されない。例えば、二酸化炭素回収システム１を、吸着工程、掃気工程および脱離工程を実行可能に構成するとともに、吸着工程、掃気工程、脱離工程、吸着工程、掃気工程、脱離工程…の順に切り替えて作動させてもよい。

【0097】

具体的には、掃気工程では、収容部１１０における導入部１１０ａの開閉部材を閉じた状態で、ポンプ１１を作動させる。掃気工程では、出ガスの流路が大気側となるように流路切替弁１２を切り替える。これにより、収容部１１０内に存在するガスが大気に排出される。このとき、吸着部１００内のＣＯ_２は、作用極１０４のＣＯ_２吸着材に吸着されたままの状態である。

【0098】

（２）上述した実施形態では、可変抵抗器２５としてデジタルポテンショメータを採用した例について説明したが、可変抵抗器２５はこの態様に限定されない。例えば、可変抵抗器２５として、並列に配置された複数の抵抗素子と、各抵抗素子への通電をＯＮまたはＯＦＦする複数のスイッチとを設けてもよい。

【0099】

（３）上述した実施形態では、脱離工程時に作用極１０４と対極１０６の間に印加する第２電圧Ｖ２を０Ｖに設定した例について説明したが、この態様に限定されない。例えば、第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１より低い電圧であれば任意の電圧に設定することができる。

【符号の説明】

【0100】

２０ 制御装置（制御部）
２１ パワーユニット（電源部）
２２ バッテリ（電子利用部）
１０１ 電気化学セル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】