(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】P2024062420
(43)【公開日】2024-05-09
(54)【発明の名称】ガス吸着システムの運転方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/32 20060101AFI20240430BHJP
【ＦＩ】
B01D53/32
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024017196
(22)【出願日】2024-02-07
(62)【分割の表示】P 2024504676の分割
【原出願日】2023-02-27
(31)【優先権主張番号】P 2022033831
(32)【優先日】2022-03-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100122471
【弁理士】
【氏名又は名称】籾井 孝文
(72)【発明者】
【氏名】菅 博史
(72)【発明者】
【氏名】鳥井 淳史
(72)【発明者】
【氏名】中川 剛佑
(72)【発明者】
【氏名】飯田 和希
(57)【要約】
【課題】効率的に所定のガスを分離・回収することができるガス吸着システムおよびガス吸着システムの運転方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態によるガス吸着システムは、所定のガスを吸着および放出するように構成される電気化学素子を含むガス吸着部を、複数備える。複数のガス吸着部は、所定のガスが供給される第１吸着部と、第１吸着部を通過したガスが供給される第２吸着部とを含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の実施形態によるガス吸着システムは、所定のガスを吸着および放出するように構成される電気化学素子を含むガス吸着部を、複数備える。複数のガス吸着部は、所定のガスが供給される第１吸着部と、第１吸着部を通過したガスが供給される第２吸着部とを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス吸着システムの運転方法であって、
前記ガス吸着システムは、所定のガスを吸着および放出するように構成される電気化学素子を含むガス吸着部を、複数備え、
複数の前記ガス吸着部は、
前記所定のガスが供給される第１吸着部と、
前記第１吸着部を通過したガスが供給される第２吸着部と、
前記第２吸着部を通過したガスが供給される第３吸着部と、を含み、
前記ガス吸着システムの運転方法は、
前記第１吸着部に前記所定のガスを供給するとともに、前記第１吸着部を通過したガスを前記第２吸着部に供給して、前記第１吸着部および前記第２吸着部に前記所定のガスを吸着させる第１吸着工程と、
前記第１吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第２吸着部に前記所定のガスを供給し、前記第２吸着部を通過したガスを前記第３吸着部に供給して、前記第２吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第２吸着工程と、を含む、ガス吸着システムの運転方法。
前記ガス吸着システムは、所定のガスを吸着および放出するように構成される電気化学素子を含むガス吸着部を、複数備え、
複数の前記ガス吸着部は、
前記所定のガスが供給される第１吸着部と、
前記第１吸着部を通過したガスが供給される第２吸着部と、
前記第２吸着部を通過したガスが供給される第３吸着部と、を含み、
前記ガス吸着システムの運転方法は、
前記第１吸着部に前記所定のガスを供給するとともに、前記第１吸着部を通過したガスを前記第２吸着部に供給して、前記第１吸着部および前記第２吸着部に前記所定のガスを吸着させる第１吸着工程と、
前記第１吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第２吸着部に前記所定のガスを供給し、前記第２吸着部を通過したガスを前記第３吸着部に供給して、前記第２吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第２吸着工程と、を含む、ガス吸着システムの運転方法。
【請求項2】
前記第１吸着工程の終了後かつ前記第２吸着工程の終了前に、前記第１吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第１吸着部から放出させる第１放出工程と、
前記第２吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第３吸着部に前記所定のガスを供給して、前記第３吸着部を通過したガスを前記第１吸着部に供給し、前記第１吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第３吸着工程と、
をさらに含む、請求項１に記載のガス吸着システムの運転方法。
前記第２吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第３吸着部に前記所定のガスを供給して、前記第３吸着部を通過したガスを前記第１吸着部に供給し、前記第１吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第３吸着工程と、
をさらに含む、請求項１に記載のガス吸着システムの運転方法。
【請求項3】
前記第１吸着工程、前記第２吸着工程および前記第３吸着工程を順に繰り返し、
前記第２吸着工程の終了後かつ前記第３吸着工程の終了前に、前記第２吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第２吸着部から放出させる第２放出工程と、
前記第３吸着工程の終了後、かつ、繰り返された第１吸着工程の終了前に、前記第３吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第３吸着部から放出させる第３放出工程と、
をさらに含む、請求項２に記載のガス吸着システムの運転方法。
前記第２吸着工程の終了後かつ前記第３吸着工程の終了前に、前記第２吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第２吸着部から放出させる第２放出工程と、
前記第３吸着工程の終了後、かつ、繰り返された第１吸着工程の終了前に、前記第３吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第３吸着部から放出させる第３放出工程と、
をさらに含む、請求項２に記載のガス吸着システムの運転方法。
【請求項4】
前記電気化学素子は、
第１の活物質を含む機能電極と、
第２の活物質を含むカウンター電極と、を備える、
請求項１から３のいずれかに記載のガス吸着システム。
第１の活物質を含む機能電極と、
第２の活物質を含むカウンター電極と、を備える、
請求項１から３のいずれかに記載のガス吸着システム。
【請求項5】
前記所定のガスは、二酸化炭素であり、
前記第１の活物質は、アントラキノンを含み、
前記第２の活物質は、ポリビニルフェロセンを含む、
請求項４に記載のガス吸着システム。
前記第１の活物質は、アントラキノンを含み、
前記第２の活物質は、ポリビニルフェロセンを含む、
請求項４に記載のガス吸着システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス吸着システムおよびガス吸着システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガス混合物から所定のガスを分離・回収する技術の開発が継続的に進められている。特に近年、地球温暖化を軽減するために二酸化炭素（ＣＯ２）排出量を抑制する必要があり、ガス混合物から二酸化炭素を分離・回収する取り組みがなされている。そのような取り組みの代表例として、二酸化炭素回収・利用・貯留（Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ， Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ：ＣＣＵＳ）サイクルが知られている。ここで、二酸化炭素の回収に関しては、例えば、化学吸着法、物理吸着法、深冷分離法、膜分離法、電気化学的回収方法が知られている。しかし、現在、これらの技術はいずれも、二酸化炭素の回収能力が不十分であり、二酸化炭素の効率的な回収には限度があり、実用化に向けて種々の検討課題が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１８－５３３４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の主たる目的は、効率的に所定のガスを分離・回収することができるガス吸着システムおよびガス吸着システムの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
［１］本発明の実施形態によるガス吸着システムは、所定のガスを吸着および放出するように構成される電気化学素子を含むガス吸着部を、複数備える。複数の前記ガス吸着部は、前記所定のガスが供給される第１吸着部と、前記第１吸着部を通過したガスが供給される第２吸着部と、を含む。
［２］上記［１］に記載のガス吸着システムにおいて、前記電気化学素子は、第１の活物質を含む機能電極と、第２の活物質を含むカウンター電極と、を備えている。
［３］上記［２］に記載のガス吸着システムにおいて、前記所定のガスは、二酸化炭素であってもよく、前記第１の活物質は、アントラキノンを含んでいてもよく、前記第２の活物質は、ポリビニルフェロセンを含んでいてもよい。
［４］上記［１］から［３］のいずれかに記載のガス吸着システムにおいて、複数の前記ガス吸着部は、前記第２吸着部を通過したガスが供給される第３吸着部をさらに含んでいてもよい。
［５］本発明の実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、上記したガス吸着システムの運転方法であって、前記第１吸着部に前記所定のガスを供給するとともに、前記第１吸着部を通過したガスを前記第２吸着部に供給して、前記第１吸着部および前記第２吸着部に前記所定のガスを吸着させる第１吸着工程と、前記第１吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第２吸着部に前記所定のガスを供給し、前記第２吸着部を通過したガスを前記第３吸着部に供給して、前記第２吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第２吸着工程と、を含む。
［６］上記［５］に記載のガス吸着システムの運転方法は、前記第１吸着工程の終了後かつ前記第２吸着工程の終了前に、前記第１吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第１吸着部から放出させる第１放出工程と、前記第２吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第３吸着部に前記所定のガスを供給して、前記第３吸着部を通過したガスを前記第１吸着部に供給し、前記第１吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第３吸着工程と、をさらに含んでいてもよい。
［７］上記［６］に記載のガス吸着システムの運転方法は、前記第１吸着工程、前記第２吸着工程および前記第３吸着工程を順に繰り返し、前記第２吸着工程の終了後かつ前記第３吸着工程の終了前に、前記第２吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第２吸着部から放出させる第２放出工程と、前記第３吸着工程の終了後、かつ、繰り返された第１吸着工程の終了前に、前記第３吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第３吸着部から放出させる第３放出工程とをさらに含んでいてもよい。
［２］上記［１］に記載のガス吸着システムにおいて、前記電気化学素子は、第１の活物質を含む機能電極と、第２の活物質を含むカウンター電極と、を備えている。
［３］上記［２］に記載のガス吸着システムにおいて、前記所定のガスは、二酸化炭素であってもよく、前記第１の活物質は、アントラキノンを含んでいてもよく、前記第２の活物質は、ポリビニルフェロセンを含んでいてもよい。
［４］上記［１］から［３］のいずれかに記載のガス吸着システムにおいて、複数の前記ガス吸着部は、前記第２吸着部を通過したガスが供給される第３吸着部をさらに含んでいてもよい。
［５］本発明の実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、上記したガス吸着システムの運転方法であって、前記第１吸着部に前記所定のガスを供給するとともに、前記第１吸着部を通過したガスを前記第２吸着部に供給して、前記第１吸着部および前記第２吸着部に前記所定のガスを吸着させる第１吸着工程と、前記第１吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第２吸着部に前記所定のガスを供給し、前記第２吸着部を通過したガスを前記第３吸着部に供給して、前記第２吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第２吸着工程と、を含む。
［６］上記［５］に記載のガス吸着システムの運転方法は、前記第１吸着工程の終了後かつ前記第２吸着工程の終了前に、前記第１吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第１吸着部から放出させる第１放出工程と、前記第２吸着部に対する前記所定のガスの供給を停止するとともに、前記第３吸着部に前記所定のガスを供給して、前記第３吸着部を通過したガスを前記第１吸着部に供給し、前記第１吸着部および前記第３吸着部に前記所定のガスを吸着させる第３吸着工程と、をさらに含んでいてもよい。
［７］上記［６］に記載のガス吸着システムの運転方法は、前記第１吸着工程、前記第２吸着工程および前記第３吸着工程を順に繰り返し、前記第２吸着工程の終了後かつ前記第３吸着工程の終了前に、前記第２吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第２吸着部から放出させる第２放出工程と、前記第３吸着工程の終了後、かつ、繰り返された第１吸着工程の終了前に、前記第３吸着部に吸着した前記所定のガスを、前記第３吸着部から放出させる第３放出工程とをさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【0006】
本発明の実施形態によれば、効率的に所定のガスを分離・回収することができるガス吸着システムおよびガス吸着システムの運転方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの概略構成図である。
【図5】本発明の別の実施形態に係る電気化学素子のセルが延びる方向に直交する方向の要部拡大概略断面図である。
【図6】本発明のさらに別の実施形態に係る電気化学素子のセルが延びる方向に直交する方向の要部拡大概略断面図である。
【図7】本発明のさらに別の実施形態に係る電気化学素子のセルが延びる方向に直交する方向の要部拡大概略断面図である。
【図8】本発明のさらに別の実施形態に係る電気化学素子のセルが延びる方向に直交する方向の要部拡大概略断面図である。
【図9】本発明の１つの実施形態のガス吸着システムの運転方法を説明する工程フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【0009】
Ａ．ガス吸着システムの全体構成
本発明の実施形態によるガス吸着システムは、電気化学的プロセスにより所定のガス（例えば、二酸化炭素）を吸着および放出するように構成される電気化学素子を用いて、ガス混合物から所定のガス（例えば、二酸化炭素）を分離・回収するものである。
本発明の実施形態によるガス吸着システムは、電気化学的プロセスにより所定のガス（例えば、二酸化炭素）を吸着および放出するように構成される電気化学素子を用いて、ガス混合物から所定のガス（例えば、二酸化炭素）を分離・回収するものである。
【0010】
図１は、本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの概略構成図である。図示例のガス吸着システム１１０は、ガス吸着部の一例としての吸着塔１１を複数備える。
吸着塔１１は、所定のガス（例えば、二酸化炭素）を吸着および放出するように構成される電気化学素子を含む。複数の吸着塔１１は、第１吸着部の一例としての第１吸着塔１１ａと、第２吸着部の一例としての第２吸着塔１１ｂとを含む。第１吸着塔１１ａには、所定のガス（例えば、二酸化炭素）が供給される。第２吸着塔１１ｂは、第１吸着塔１１ａを通過したガスが供給される。このような構成によれば、所定のガスを第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂに順に吸着させることができ、所定のガスが第１吸着塔１１ａからスリップしても、第１吸着塔１１ａからスリップした所定のガスを第２吸着塔１１ｂに吸着させることができる。例えば、１つの吸着塔１１によってガス混合物から所定のガスを分離・回収する場合、吸着塔１１のガス吸着領域におけるガス混合物の通過方向の下流端部に所定のガスの吸着に必要な距離（助走区間）を設けて、吸着塔１１から所定のガスがスリップすることを抑制する必要がある。助走区間は、通常の吸着工程では、所定のガスの吸着に利用されないマージン領域である。これに対して、上記のような構成であれば、所定のガスが第１吸着塔１１ａからスリップしても、第２吸着塔１１ｂが所定のガスを吸着できるので、第１吸着塔１１ａのガス吸着領域における助走区間を短くでき、第１吸着塔１１ａのガス吸着容量を効率的に利用できる。また、第１吸着塔１１ａのガス吸着領域に助走区間を設けることなく、第１吸着塔１１ａのガス吸着容量を全て使い切ることもできる。その結果、ガス混合物から所定のガスを効率的に分離・回収することができ、かつ、所定のガスがガス吸着システム１１０からスリップすることを抑制でき得る。例えば、工場や火力発電所の排ガスは１０％程度の二酸化炭素を含むところ、そのような排ガスと同様の構成のガス混合物を、本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムにより、吸着塔１１を通過したガス混合物における二酸化炭素濃度を０．１％以下まで低減することができる。
吸着塔１１は、所定のガス（例えば、二酸化炭素）を吸着および放出するように構成される電気化学素子を含む。複数の吸着塔１１は、第１吸着部の一例としての第１吸着塔１１ａと、第２吸着部の一例としての第２吸着塔１１ｂとを含む。第１吸着塔１１ａには、所定のガス（例えば、二酸化炭素）が供給される。第２吸着塔１１ｂは、第１吸着塔１１ａを通過したガスが供給される。このような構成によれば、所定のガスを第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂに順に吸着させることができ、所定のガスが第１吸着塔１１ａからスリップしても、第１吸着塔１１ａからスリップした所定のガスを第２吸着塔１１ｂに吸着させることができる。例えば、１つの吸着塔１１によってガス混合物から所定のガスを分離・回収する場合、吸着塔１１のガス吸着領域におけるガス混合物の通過方向の下流端部に所定のガスの吸着に必要な距離（助走区間）を設けて、吸着塔１１から所定のガスがスリップすることを抑制する必要がある。助走区間は、通常の吸着工程では、所定のガスの吸着に利用されないマージン領域である。これに対して、上記のような構成であれば、所定のガスが第１吸着塔１１ａからスリップしても、第２吸着塔１１ｂが所定のガスを吸着できるので、第１吸着塔１１ａのガス吸着領域における助走区間を短くでき、第１吸着塔１１ａのガス吸着容量を効率的に利用できる。また、第１吸着塔１１ａのガス吸着領域に助走区間を設けることなく、第１吸着塔１１ａのガス吸着容量を全て使い切ることもできる。その結果、ガス混合物から所定のガスを効率的に分離・回収することができ、かつ、所定のガスがガス吸着システム１１０からスリップすることを抑制でき得る。例えば、工場や火力発電所の排ガスは１０％程度の二酸化炭素を含むところ、そのような排ガスと同様の構成のガス混合物を、本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムにより、吸着塔１１を通過したガス混合物における二酸化炭素濃度を０．１％以下まで低減することができる。
【0011】
本発明の１つの実施形態においては、複数の吸着塔１１は、第３吸着部の一例としての第３吸着塔１１ｃをさらに含む。すなわち、複数の吸着塔１１は、第１吸着塔１１ａと、第２吸着塔１１ｂと、第３吸着塔１１ｃとからなってもよい。第３吸着塔１１ｃには、第２吸着塔１１ｂを通過したガスが供給される。このような構成によれば、第１吸着塔１１ａによる所定のガスの吸着が終了した後、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃを用いて所定のガスを吸着させることができる。また、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃにおける所定のガスの吸着時において、第１吸着塔１１ａから所定のガスを放出させ得る。
【0012】
本発明の１つの実施形態においては、ガス吸着システム１１０は、複数の吸着塔１１に加えて、ガス供給部２１と、排気部３１と、ガス回収部４１と、第１接続部６１と、第２接続部７１と、第３接続部８１と、制御部５１とを備える。このような構成によれば、所定のガス（例えば、二酸化炭素）をガス混合物から円滑に分離・回収でき、かつ、吸着塔１１に吸着された所定のガスを、吸着塔１１から円滑に放出させることができる。
【0013】
以下、ガス吸着システムの構成要素について具体的に説明する。
【0014】
Ｂ．吸着塔
本発明の１つの実施形態においては、複数の吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）は、互いに同じ構成を有してもよく、互いに異なる構成を有してもよい。複数の吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）は、好ましくは、互いに同じ構成を有する。複数の吸着塔１１が互いに同じ構成を有すると、設備コストの低減を図り得る。吸着塔１１は、複数の電気化学素子と、複数の電気化学素子を収容する反応容器と、を含む。
本発明の１つの実施形態においては、複数の吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）は、互いに同じ構成を有してもよく、互いに異なる構成を有してもよい。複数の吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）は、好ましくは、互いに同じ構成を有する。複数の吸着塔１１が互いに同じ構成を有すると、設備コストの低減を図り得る。吸着塔１１は、複数の電気化学素子と、複数の電気化学素子を収容する反応容器と、を含む。
【0015】
Ｂ－１．電気化学素子
図２は、図１のガス吸着システムが備える電気化学素子の概略斜視図であり；図３は、図２の電気化学素子のセルが延びる方向に平行な方向の概略断面図であり；図４は、図２および図３の電気化学素子のセルが延びる方向に直交する方向の要部拡大概略断面図である。図示例の電気化学素子１００は、機能電極５０と、カウンター電極６０とを備える。
図２は、図１のガス吸着システムが備える電気化学素子の概略斜視図であり；図３は、図２の電気化学素子のセルが延びる方向に平行な方向の概略断面図であり；図４は、図２および図３の電気化学素子のセルが延びる方向に直交する方向の要部拡大概略断面図である。図示例の電気化学素子１００は、機能電極５０と、カウンター電極６０とを備える。
【0016】
Ｂ－１－１．機能電極
機能電極は、第１の活物質を含み、所定のガス（例えば、二酸化炭素）を回収および放出するよう構成されている。第１の活物質としては、代表的には、アントラキノンが挙げられる。アントラキノンは、後述する電気化学反応により、二酸化炭素を回収（捕捉、吸着）および放出することができる。アントラキノンは、ポリアントラキノン（すなわち、重合体）であってもよい。ポリアントラキノンとしては、例えば、下記式（Ｉ）で表されるポリ（１，４－アントラキノン）、ポリ（１，５－アントラキノン）、ポリ（１，８－アントラキノン）、ポリ（２，６－アントラキノン）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく組み合わせて用いてもよい。
機能電極は、第１の活物質を含み、所定のガス（例えば、二酸化炭素）を回収および放出するよう構成されている。第１の活物質としては、代表的には、アントラキノンが挙げられる。アントラキノンは、後述する電気化学反応により、二酸化炭素を回収（捕捉、吸着）および放出することができる。アントラキノンは、ポリアントラキノン（すなわち、重合体）であってもよい。ポリアントラキノンとしては、例えば、下記式（Ｉ）で表されるポリ（１，４－アントラキノン）、ポリ（１，５－アントラキノン）、ポリ（１，８－アントラキノン）、ポリ（２，６－アントラキノン）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく組み合わせて用いてもよい。
【化1】
【0017】
第１の活物質は、所定のガス（例えば、二酸化炭素）を回収および放出（特に、回収）することができる限りにおいて、アントラキノン以外の任意の適切な物質を用いることができる。このような物質としては、例えば、テトラクロロヒドロキノン（ＴＣＨＱ）、ヒドロキノン（ＨＱ）、ジメトキシベンゾキノン（ＤＭＢＱ）、ナフトキノン（ＮＱ）、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、ジヒドロキシベンゾキノン（ＤＨＢＱ）、およびこれらのポリマーが挙げられる。
【0018】
機能電極は、基質をさらに含んでいてもよい。ここで「基質」とは、電極（層）を賦形し、その形状を維持する成分をいう。さらに、基質は、第１の活物質を担持し得る。基質は、代表的には導電性である。基質としては、例えば、炭素質材料が挙げられる。炭素質材料としては、例えば、カーボンナノチューブ（例えば、単壁カーボンナノチューブ、多壁カーボンナノチューブ）、カーボンブラック、ＫｅｔｊｅｎＢｌａｃｋ、カーボンブラックＳｕｐｅｒ Ｐ、またはグラフェンが挙げられる。基質としてこのような炭素質材料を用いることにより、電子移動を容易に行うことができるので、第１の活物質の酸化還元反応を良好に行うことができる。例えば第１の活物質としてアントラキノンまたはポリアントラキノンを用いる場合、基質の平均細孔径は、好ましくは２ｎｍ～５０ｎｍであり、より好ましくは２ｎｍ～２０ｎｍであり、さらに好ましくは３ｎｍ～１０ｎｍである。平均細孔径が小さすぎると、第１の活物質を内部に担持することができない場合がある。平均細孔径が大きすぎると、機能電極作動中に第１の活物質が脱落する場合がある。基質の平均細孔径は、第１の活物質に応じて変化し得る。例えば第１の活物質としてナフトキノンを用いる場合には、平均細孔径は、上記の２／３程度のサイズが好ましい。なお、平均細孔径は、例えば窒素ガス吸着法におけるＢＪＨ解析を用いて算出することができる。
【0019】
機能電極における第１の活物質の含有量は、機能電極の全体質量に対して、例えば１０質量％～７０質量％であり得、また例えば２０質量％～５０質量％であり得る。第１の活物質の含有量がこのような範囲であれば、良好なガス回収・放出性能を実現することができる。
【0020】
Ｂ－１－２．カウンター電極
カウンター電極は、第１の活物質の還元の電子源として機能することができ、かつ、第１の活物質の酸化の際の電子の受け手として機能することができる。すなわち、カウンター電極は、機能電極が良好に機能するための補助的な役割を果たす。カウンター電極は、第２の活物質を含む。第２の活物質としては、機能電極との間で電子の授受が良好に機能し得る限りにおいて任意の適切な物質が用いられ得る。第２の活物質としては、例えば、ポリビニルフェロセン、ポリ（３－（４－フルオロフェニル））チオフェン等が挙げられる。カウンター電極は、最も高電位となるためガス混合物中の酸素による酸化耐性が求められる。酸化耐性が得られるならば炭素材を用いて第２の活物質としてもよい。
カウンター電極は、第１の活物質の還元の電子源として機能することができ、かつ、第１の活物質の酸化の際の電子の受け手として機能することができる。すなわち、カウンター電極は、機能電極が良好に機能するための補助的な役割を果たす。カウンター電極は、第２の活物質を含む。第２の活物質としては、機能電極との間で電子の授受が良好に機能し得る限りにおいて任意の適切な物質が用いられ得る。第２の活物質としては、例えば、ポリビニルフェロセン、ポリ（３－（４－フルオロフェニル））チオフェン等が挙げられる。カウンター電極は、最も高電位となるためガス混合物中の酸素による酸化耐性が求められる。酸化耐性が得られるならば炭素材を用いて第２の活物質としてもよい。
【0021】
カウンター電極は、基質をさらに含んでいてもよい。基質については、機能電極に関して上記Ｂ－１－１項で説明したとおりである。１つの実施形態においては、第２の活物質は、基質に分散されている。第２の活物質が基質に分散されていることにより、電極内での優れた電子伝導性を実現できる。
【0022】
カウンター電極は、イオン性液体をさらに含んでいてもよい。カウンター電極がイオン性液体を含むことにより、カウンター電極を立体的に機能させることができ、電子の授受の容量を増大させることができる。イオン性液体としては、目的、電気化学素子の構成等に応じて任意の適切なイオン性液体を用いることができる。イオン性液体は、代表的には、アニオン成分とカチオン成分とを含み得る。イオン性液体のアニオン成分としては、例えば、ハロゲン化物、硫酸、スルホン酸、炭酸、重炭酸、リン酸、硝酸、硝酸、酢酸、ＰＦ６
－、ＢＦ４
－、トリフレート、ノナフレート、ビス（トリフリル）アミド、トリフルオロ酢酸、ヘプタフルオロブタン酸、ハロアルミネート、トリアゾリド、アミノ酸誘導体（例えば窒素上のプロトンが除去されているプロリン）が挙げられる。イオン性液体のカチオン成分としては、例えば、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、アンモニウム、スルホニウム、チアゾリウム、ピラゾリウム、ピペリジニウム、トリアゾリウム、ピラゾリウム、オキサゾリウム、グアナジニウム、ジアルキルモルホリニウムが挙げられる。イオン性液体は、例えば、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩（［Ｂｍｉｍ］＋［ＢＦ４］－）であり得る。分離・回収するガス種が二酸化炭素である場合は、電位窓の関係から水が電気分解する場合があるので、非水系イオン性液体を用いることが好ましい。
【0023】
カウンター電極における第２の活物質の含有量は、カウンター電極の全体質量に対して、例えば１０質量％～９０質量％であり得、また例えば３０質量％～７０質量％であり得る。第２の活物質の含有量がこのような範囲であれば、電解液（イオン性液体）の使用量を低減できるとともに、カウンター電極内の第２の活物質を有効的に活用することができる。
【0024】
カウンター電極にイオン性液体が含有される場合、その含有量は、カウンター電極の全体質量に対して、例えば１０質量％～９０質量％であり得、また例えば３０質量％～７０質量％であり得る。イオン性液体の含有量がこのような範囲であれば、長期間にわたって電解液（イオン性液体）を機能電極に供給し続けることができる。
【0025】
Ｂ－１－３．支持体
本発明の１つの実施形態においては、機能電極５０およびカウンター電極６０は、支持体８０に支持される。支持体８０は、外周壁１０と；外周壁１０の内側に配設され、第１端面２０ａから第２端面２０ｂまで延びる複数のセル３０、３０、・・・を規定する隔壁４０と；を有する。
本発明の１つの実施形態においては、機能電極５０およびカウンター電極６０は、支持体８０に支持される。支持体８０は、外周壁１０と；外周壁１０の内側に配設され、第１端面２０ａから第２端面２０ｂまで延びる複数のセル３０、３０、・・・を規定する隔壁４０と；を有する。
【0026】
複数のセル３０、３０、・・・は、第１のセル３０ａと第２のセル３０ｂとを有する。第１のセル３０ａを規定する隔壁４０の表面には、第１の活物質を含む機能電極５０が形成されている。このような構成であれば、十分な強度を確保しながら所定流量のガス混合物（実質的には、分離・回収すべきガス）と機能電極との接触面積を非常に大きくすることができる。その結果、きわめて高効率で所定のガス（例えば、二酸化炭素）を分離・回収することができる。さらに、小規模設備で効率的に所定のガス（例えば、二酸化炭素）を分離・回収することが可能となり、かつ、当該ガスの分離・回収に必要とされるエネルギーを大幅に削減することができる。このように、本発明の１つの実施形態によれば、電気化学素子の基本構造として上記のようないわゆるハニカム構造を採用することにより、省エネルギーおよび小規模設備で効率的にガスを分離・回収することができる。
【0027】
第１のセル３０ａのセルが延びる方向に直交する方向の断面における中央部（すなわち、機能電極５０が形成されていない部分）には、ガス流路７０が形成されている。機能電極５０は、図示例のように隔壁４０の全面に（すなわち、ガス流路７０を包囲するようにして）形成されてもよく、隔壁の表面の一部に形成されてもよい。ガスの分離・回収効率を考慮すると、機能電極５０は隔壁４０の全面に形成されていることが好ましい。
【0028】
機能電極５０の厚みは、例えば２０μｍ～３００μｍであり得、また例えば１００μｍ～２００μｍであり得る。機能電極の厚みがこのような範囲であれば、良好なガス回収・放出性能を維持しつつ、所望のガス流路を確保することができる。
【0029】
機能電極５０は、例えば、第１の活物質と基質と結着用バインダーとを含む機能電極形成材料を隔壁表面に乾式減圧塗布および熱処理することにより形成され得る。
【0030】
第２のセル３０ｂの内部には、第２の活物質を含むカウンター電極６０が配置されている。第２のセル３０ｂは、代表的には、カウンター電極６０で充填されている。第２のセル３０ｂがカウンター電極で充填されることにより、長期間にわたって電解液（イオン性液体）を機能電極に供給し続けることができる。
【0031】
カウンター電極６０は、例えば、第２の活物質と基質と好ましくはイオン性液体と必要に応じて溶媒または分散媒とを含むカウンター電極形成材料をセル内に配置することにより（代表的には、セルを充填することにより）形成され得る。
【0032】
第１のセル３０ａおよび第２のセル３０ｂの配列パターンは、本発明の実施形態による効果が得られる限りにおいて、目的に応じて適切に設定され得る。図２～図４に示す例においては、第１のセル３０ａおよび第２のセル３０ｂは交互に（すなわち、市松パターンで）配列されている。このような構成であれば、カウンター電極を良好に機能させることができるので、機能電極における電気化学反応を良好に行うことができる。また、カウンター電極が機能し得る数（割合）を確保し得る限りにおいて、複数のセル３０、３０、・・・における第２のセル３０ｂの割合を減らしてもよい。すなわち、第１のセル３０ａ（実質的には、機能電極５０およびガス流路７０）の割合を増やしてもよい。例えば、図５～図８に示す例においては、第２のセル３０ｂは、互いに隣接しないように配列されている。この場合、第１のセル３０ａは、互いに隣接するように配列されていてもよい。ここで、「互いに隣接しない」とは、２つのセルが、それぞれのセルを規定する隔壁の各辺も頂点も共有しないことをいう。このような構成であれば、所定流量のガス混合物（実質的には、分離・回収すべきガス）と機能電極との接触面積をさらに大きくすることができ、その結果、ガスの分離・回収性能をさらに増大させることができる。この場合、第１のセル３０ａは、代表的には、少なくとも１つの第２のセル３０ｂと隔壁４０を共有し得る。例えば、第２のセル３０ｂは、図５～図８のそれぞれに示すように配列されてもよい。
【0033】
セル３０、３０、・・・は、セルの延びる方向に直交する方向において、任意の適切な断面形状を有する。図２～図６に示す例においては、セルを規定する隔壁４０が互いに直交し、外周壁１０と接する部分を除いて四角形（図示例では正方形）の断面形状を有するセルが規定される。１つの実施形態においては、セルの断面形状は、同一形状の四角形（例えば、正方形、長方形、平行四辺形、ひし形）である。セルの断面形状は、正方形以外に、円形、楕円形、三角形、五角形、六角形以上の多角形などの形状としてもよい。例えば、図７および図８に示す例において、セルの断面形状は、六角形である。このような構成であれば、機能電極およびカウンター電極の形成が容易であり、かつ、ガスを流したときの圧力損失が小さく、分離・回収性能が優れるという利点がある。
【0034】
セルの延びる方向に直交する方向におけるセル密度（すなわち、単位面積当たりのセル３０、３０、・・・の数）は、目的に応じて適切に設定され得る。セル密度は、例えば４セル／ｃｍ２～３２０セル／ｃｍ２であり得る。セル密度がこのような範囲であれば、所定流量のガス混合物（実質的には、分離・回収すべきガス）と機能電極との接触面積を非常に大きくすることができる。その結果、きわめて高効率で所定のガス（例えば、二酸化炭素）を分離・回収することができる。例えば、機能電極とカウンター電極とをセパレーターを介して対向させた平板状のガス分離素子の実装密度が０．２ｍ２／Ｌ程度であるのに対し、上記のような構成であれば２ｍ２／Ｌ程度（約１０倍）の実装密度を確保することができる。その結果、小規模設備で効率的に所定のガス（例えば、二酸化炭素）を分離・回収することが可能となり、かつ、当該ガスの分離・回収に必要とされるエネルギーを大幅に削減することができる。さらに、このような実装密度を確保することにより、大気中からの二酸化炭素の分離・回収（Ｄｉｒｅｃｔ Ａｉｒ Ｃａｐｔｕｒｅ：ＤＡＣ）が可能となり得る。
【0035】
支持体８０（外周壁１０および隔壁４０）は、代表的には、絶縁性セラミックスを含む多孔体で構成されている。絶縁性セラミックスは、代表的には、コージェライト、アルミナあるいは炭化珪素および珪素（以下、炭化珪素－珪素複合材と称する場合がある）を含有する。セラミックスは、コージェライト、アルミナ、炭化珪素および珪素を合計で例えば９０質量％以上、また例えば９５質量％以上含有する。このような構成であれば、外周壁および隔壁の４００℃における体積抵抗率を十分に高くすることができ、電子伝導性に起因するリーク電流を抑えることができる。したがって、機能電極５０およびカウンター電極６０の全体にわたって所望の電気化学反応のみを良好に行うことができる。セラミックスには、炭化珪素－珪素複合材以外の物質が含まれていてもよい。このような物質としては、例えばストロンチウムが挙げられる。
【0036】
炭化珪素－珪素複合材は、代表的には、骨材としての炭化珪素粒子と、炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素と、を含む。炭化珪素－珪素複合材は、例えば、複数の炭化珪素粒子が炭化珪素粒子間に細孔（空隙部）を形成するようにして珪素により結合されている。すなわち、炭化珪素－珪素複合材を含む隔壁４０および外周壁１０は、例えば多孔体であり得る。
【0037】
炭化珪素－珪素複合材における珪素の含有比率は、好ましくは１０質量％～４０質量％であり、より好ましくは１５質量％～３５質量％である。珪素の含有比率が小さすぎると、外周壁および隔壁の強度が不十分となる場合がある。珪素の含有比率が大きすぎると、外周壁および隔壁の焼成時に形状を保持できない場合がある。
【0038】
炭化珪素粒子の平均粒子径は、好ましくは３μｍ～５０μｍであり、より好ましくは３μｍ～４０μｍであり、さらに好ましくは１０μｍ～３５μｍである。炭化珪素粒子の平均粒子径がこのような範囲であれば、外周壁および隔壁の体積抵抗率を上記のような適切な範囲とすることができる。炭化珪素粒子の平均粒子径が大きすぎると、外周壁および隔壁を成形する際に、成形用の口金に原料が詰まってしまう場合がある。炭化珪素粒子の平均粒子径は、例えばレーザー回折法により測定され得る。
【0039】
支持体８０（外周壁１０および隔壁４０）の平均細孔径は、好ましくは２μｍ～２０μｍであり、より好ましくは１０μｍ～２０μｍである。外周壁および隔壁の平均細孔径がこのような範囲であれば、イオン性液体を良好に含浸させることができる。平均細孔径が大きすぎると、カウンター電極または機能電極中の炭素質材料が隔壁内部に流出する場合があり、その結果、内部短絡が発生する場合がある。平均細孔径は、例えば水銀ポロシメータにより測定され得る。
【0040】
支持体８０（外周壁１０および隔壁４０）の気孔率は、好ましくは１５％～６０％であり、より好ましくは３０％～４５％である。気孔率が小さすぎると、外周壁および隔壁の焼成時の変形が大きくなってしまう場合がある。気孔率が大きすぎると、外周壁および隔壁の強度が不十分となる場合がある。気孔率は、例えば水銀ポロシメータにより測定され得る。
【0041】
隔壁４０の厚みは、目的に応じて適切に設定され得る。隔壁４０の厚みは、例えば５０μｍ～１．０ｍｍであり、また例えば７０μｍ～６００μｍであり得る。隔壁の厚みがこのような範囲であれば、電気化学素子の機械的強度を十分なものとすることができ、かつ、開口面積（断面におけるセルの総面積）を十分なものとすることができ、ガスの分離・回収効率を顕著に向上させることができる。
【0042】
隔壁４０の密度は、目的に応じて適切に設定され得る。隔壁４０の密度は、例えば０．５ｇ／ｃｍ３～５．０ｇ／ｃｍ３であり得る。隔壁の密度がこのような範囲であれば、電気化学素子を軽量化することができ、かつ、機械的強度を十分なものとすることができる。密度は、例えばアルキメデス法により測定され得る。
【0043】
外周壁１０の厚みは、本発明の１つの実施形態においては、隔壁４０の厚みより大きい。このような構成であれば、外力による外周壁の破壊、割れ、クラック等を抑制することができる。外周壁１０の厚みは、例えば０．１ｍｍ～５ｍｍであり、また例えば０．３ｍｍ～２ｍｍであり得る。
【0044】
本発明の１つの実施形態において、隔壁４０および外周壁１０の空隙部には、イオン性液体が含浸されている。このような構成であれば、隔壁および外周壁（特に、隔壁）が、機能電極とカウンター電極との間のセパレーターとして良好に機能し得る。さらに、イオン性液体が含浸されることにより、電子伝導性を抑え、所望の電気化学反応のみを効率的に行うことができる。１つの実施形態においては、機能電極に含まれるイオン性液体は、外周壁および隔壁（特に、隔壁）に含まれるイオン性液体と同一である。このような構成であれば、電気化学素子の製造が簡便・容易であり、機能電極の電気化学反応に対する悪影響が防止され得る。
【0045】
電気化学素子の形状は目的に応じて適切に設計され得る。図示例の電気化学素子１００は円柱状（セルの延びる方向に直交する方向の断面形状が円形）であるが、電気化学素子は、断面形状が例えば楕円形または多角形（例えば、四角形、五角形、六角形、八角形）の柱状であってもよい。電気化学素子の長さは、目的に応じて適切に設定され得る。電気化学素子の長さは、例えば５ｍｍ～５００ｍｍであり得る。電気化学素子の直径は、目的に応じて適切に設定され得る。電気化学素子の直径は、例えば２０ｍｍ～５００ｍｍであり得る。なお、電気化学素子の断面形状が円形でない場合には、電気化学素子の断面形状（例えば、多角形）に内接する最大内接円の直径を電気化学素子の直径とすることができる。電気化学素子のアスペクト比（直径：長さ）は、例えば１：１２以下であり、また例えば１：５以下であり、また例えば１：１以下である。アスペクト比がこのような範囲であれば、集電抵抗を適切な範囲とすることができる。
【0046】
上記では、便宜上、１つの電気化学素子１００を図示して、電気化学素子１００の構成を説明したが、本発明の１つの実施形態において、吸着塔１１の反応容器には、複数の電気化学素子１００が収容されている。吸着塔１１において複数の電気化学素子１００が配置されている領域が、ガス吸着領域である。反応容器に収容される複数の電気化学素子１００は、ガス流路７０が互いに通じるように、セルの延びる方向に並んでいてもよい。また、セルの延びる方向に並ぶ複数の電気化学素子１００の列は、セルの延びる方向と直交する方向に複数配置されていてもよい。また、反応容器に収容される電気化学素子１００は、セルの延びる方向が鉛直方向と平行となるように配置されてもよい。
【0047】
図示しないが、本発明の１つの実施形態において、電気化学素子１００が備える機能電極５０およびカウンター電極６０は、電源装置に電気的に接続されている。電源装置は、機能電極５０に対して電圧を印加し得る。電源装置は、定電圧電源と、機能電極５０に印加する電圧の極性を反転させ得る極性反転回路とを備える。
【0048】
なお、上記した本発明の１つの実施形態では、電気化学素子１００は、複数のセル３０を有する支持体８０を備え、支持体８０が機能電極５０およびカウンター電極６０を支持するが、電気化学素子は、これに限定されない。例えば、電気化学素子は、機能電極とカウンター電極とをセパレーターを介して対向させた平板状のガス分離素子を、ガス分離素子の厚み方向と平行な方向に互いに間隔を空けて複数備えてもよい。ガス分離素子は、厚み方向からみて、所定方向に長手の四角形状を有してもよい。そのような電気化学素子として、例えば、特表２０１８－５３３４７０号公報に記載される電気化学セルが挙げられる。ガス分離素子を有する複数の電気化学素子が吸着塔１１の反応容器に収容される場合、複数の電気化学素子は、互いに隣り合うガス分離素子の間の空間が通じるように、ガス分離素子の長手方向に並んでいてもよい。また、ガス分離素子の長手方向に並ぶ複数の電気化学素子の列は、ガス分離素子の長手方向と交差する方向に複数配置されていてもよい。
【0049】
Ｂ－１－４．電気化学反応
電気化学素子１００の動作の概要について説明する。例えば、分離・回収すべきガスが二酸化炭素であり、機能電極５０の第１の活物質がアントラキノンを含み、カウンター電極６０の第２の活物質がポリビニルフェロセンを含む場合について説明する。機能電極５０のアントラキノンは、充電モード（機能電極が負極）において、吸着電圧として正電圧が印加されると還元され得る。
電気化学素子１００の動作の概要について説明する。例えば、分離・回収すべきガスが二酸化炭素であり、機能電極５０の第１の活物質がアントラキノンを含み、カウンター電極６０の第２の活物質がポリビニルフェロセンを含む場合について説明する。機能電極５０のアントラキノンは、充電モード（機能電極が負極）において、吸着電圧として正電圧が印加されると還元され得る。
【0050】
ここで、電気化学素子のガス流路７０に二酸化炭素を含むガス混合物を流すと、機能電極５０の還元状態のアントラキノンと二酸化炭素との間で以下の反応（１）が起こり、二酸化炭素がアントラキノンに捕捉される。このようにして、二酸化炭素を回収することができる。
【化2】
【0051】
このとき、カウンター電極６０のポリビニルフェロセンは酸化され得る。すなわち、ポリビニルフェロセンは、充電モードにおいて、アントラキノンの還元の電子源として機能することができる。
【0052】
また、機能電極５０のアントラキノンは、放電モード（機能電極が正極）において、放出電圧として、吸着電圧と逆極性の負電圧が印加されると酸化され得る。
【0053】
ここで、機能電極５０において二酸化炭素を捕捉したアントラキノンが酸化されると、以下の反応（２）が起こり、アントラキノンに捕捉されていた二酸化炭素は、アントラキノンとの結合が解かれる。このようにして、二酸化炭素を機能電極５０からガス流路７０に放出することができる。
【化3】
【0054】
このとき、カウンター電極６０のポリビニルフェロセンは還元され得る。すなわち、ポリビニルフェロセンは、放電モードにおいて、アントラキノンの酸化の際の電子の受け手として機能することができる。
【0055】
以上のように、機能電極（および必然的にカウンター電極）の極性を入れ替えることにより、電気化学素子（実質的には、機能電極）は、二酸化炭素を回収（捕捉、吸着）および放出することができる。特に、充電モードにおける還元状態のアントラキノンを利用することにより、ガス混合物から二酸化炭素を分離・回収（捕捉）することができる。このようにして、電気化学素子１００は、二酸化炭素を回収することができる。
【0056】
Ｃ．ガス供給部
図１に示すように、ガス供給部２１は、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）に所定のガス（例えば、二酸化炭素）を含むガス混合物（例えば、排ガス）を供給し得る。本発明の１つの実施形態において、ガス供給部２１は、ガス供給ライン２１ａと、第１供給バルブ２１ｂと、第２供給バルブ２１ｃと、第３供給バルブ２１ｄと、ブロワ２１ｅとを備える。
図１に示すように、ガス供給部２１は、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）に所定のガス（例えば、二酸化炭素）を含むガス混合物（例えば、排ガス）を供給し得る。本発明の１つの実施形態において、ガス供給部２１は、ガス供給ライン２１ａと、第１供給バルブ２１ｂと、第２供給バルブ２１ｃと、第３供給バルブ２１ｄと、ブロワ２１ｅとを備える。
【0057】
ガス供給ライン２１ａは、所定のガスを含むガス混合物が通過可能な配管である。ガス供給ライン２１ａにおけるガス混合物の通過方向の下流端部は、複数の吸着塔１１に対応して分岐し、各吸着塔１１に接続されている。本発明の1つの実施形態において、分岐したガス供給ライン２１ａの下流端部は、吸着塔１１の下端部に接続されている。図示しないが、ガス供給ライン２１ａの上流端部は、所定のガスを含むガス混合物が発生する施設（例えば、工場、火力発電所）に接続されている。
【0058】
第１供給バルブ２１ｂ、第２供給バルブ２１ｃおよび第３供給バルブ２１ｄのそれぞれは、ガス供給ライン２１ａを開閉可能であり、例えば、電磁弁である。第１供給バルブ２１ｂは、第１吸着塔１１ａに接続されるガス供給ライン２１ａの分岐部分に設けられている。第２供給バルブ２１ｃは、第２吸着塔１１ｂに接続されるガス供給ライン２１ａの分岐部分に設けられている。第３供給バルブ２１ｄは、第３吸着塔１１ｃに接続されるガス供給ライン２１ａの分岐部分に設けられている。
【0059】
ブロワ２１ｅは、ガス供給ライン２１ａを通るガス混合物を吸着塔１１に向けて送出可能である。ブロワ２１ｅは、ガス供給ライン２１ａに設けられている。ブロワ２１ｅは、ガス供給ライン２１ａにおけるガス混合物の通過方向において、ガス供給ライン２１ａの分岐部分よりも上流側に位置する。
【0060】
Ｄ．排気部
排気部３１は、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）を通過して所定のガス（例えば、二酸化炭素）が除去されたガス混合物を、吸着塔１１から排出し得る。本発明の１つの実施形態において、排気部３１は、排気ライン３１ａと、第１排気バルブ３１ｂと、第２排気バルブ３１ｃと、第３排気バルブ３１ｄとを備える。
排気部３１は、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）を通過して所定のガス（例えば、二酸化炭素）が除去されたガス混合物を、吸着塔１１から排出し得る。本発明の１つの実施形態において、排気部３１は、排気ライン３１ａと、第１排気バルブ３１ｂと、第２排気バルブ３１ｃと、第３排気バルブ３１ｄとを備える。
【0061】
排気ライン３１ａは、所定のガスが除去されたガス混合物が通過可能な配管である。排気ライン３１ａにおけるガス混合物の通過方向の上流端部は、複数の吸着塔１１に対応して分岐し、各吸着塔１１に接続されている。本発明の1つの実施形態において、分岐した排気ライン３１ａの上流端部は、吸着塔１１の上端部に接続されている。図示しないが、排気ライン３１ａの下流端部は、大気に開放されている。
【0062】
第１排気バルブ３１ｂ、第２排気バルブ３１ｃおよび第３排気バルブ３１ｄのそれぞれは、排気ライン３１ａを開閉可能であり、例えば、電磁弁である。第１排気バルブ３１ｂは、第１吸着塔１１ａに接続される排気ライン３１ａの分岐部分に設けられている。第２排気バルブ３１ｃは、第２吸着塔１１ｂに接続される排気ライン３１ａの分岐部分に設けられている。第３排気バルブ３１ｄは、第３吸着塔１１ｃに接続される排気ライン３１ａの分岐部分に設けられている。
【0063】
Ｅ．ガス回収部
ガス回収部４１は、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）に一旦吸着されたのち、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）から放出される所定のガス（例えば、二酸化炭素）を回収し得る。本発明の１つの実施形態において、ガス回収部４１は、ガス回収ライン４１ａと、第１回収バルブ４１ｂと、第２回収バルブ４１ｃと、第３回収バルブ４１ｄと、ポンプ４１ｅとを備える。
ガス回収部４１は、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）に一旦吸着されたのち、吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃ）から放出される所定のガス（例えば、二酸化炭素）を回収し得る。本発明の１つの実施形態において、ガス回収部４１は、ガス回収ライン４１ａと、第１回収バルブ４１ｂと、第２回収バルブ４１ｃと、第３回収バルブ４１ｄと、ポンプ４１ｅとを備える。
【0064】
ガス回収ライン４１ａは、所定のガスが通過可能な配管である。ガス回収ライン４１ａにおける所定のガスの通過方向の上流端部は、複数の吸着塔１１に対応して分岐し、各吸着塔１１に接続されている。本発明の1つの実施形態において、分岐したガス回収ライン４１ａの上流端部は、吸着塔１１の下端部に接続されている。図示しないが、ガス回収ライン４１ａの下流端部は、所定のガスの貯蔵設備に接続されている。
【0065】
第１回収バルブ４１ｂ、第２回収バルブ４１ｃおよび第３回収バルブ４１ｄのそれぞれは、ガス回収ライン４１ａを開閉可能であり、例えば、電磁弁である。第１回収バルブ４１ｂは、第１吸着塔１１ａに接続されるガス回収ライン４１ａの分岐部分に設けられている。第２回収バルブ４１ｃは、第２吸着塔１１ｂに接続されるガス回収ライン４１ａの分岐部分に設けられている。第３回収バルブ４１ｄは、第３吸着塔１１ｃに接続されるガス回収ライン４１ａの分岐部分に設けられている。
【0066】
ポンプ４１ｅは、ガス回収ライン４１ａを通る所定のガスを貯蔵設備に向けて送ることができる。ポンプ４１ｅは、例えば、真空ポンプである。ポンプ４１ｅは、ガス回収ライン４１ａに設けられている。ポンプ４１ｅは、ガス回収ライン４１ａにおける所定のガスの通過方向において、ガス回収ライン４１ａの分岐部分よりも下流側に位置する。
【0067】
Ｆ．第１接続部
第１接続部６１は、第１吸着塔１１ａを通過したガス混合物（第１吸着塔通過ガス）を第２吸着塔１１ｂに供給可能である。本発明の１つの実施形態において、第１接続部６１は、第１接続ライン６１ａと、第１接続バルブ６１ｂとを備える。
第１接続部６１は、第１吸着塔１１ａを通過したガス混合物（第１吸着塔通過ガス）を第２吸着塔１１ｂに供給可能である。本発明の１つの実施形態において、第１接続部６１は、第１接続ライン６１ａと、第１接続バルブ６１ｂとを備える。
【0068】
第１接続ライン６１ａは、第１吸着塔１１ａを通過したガス混合物が通過可能な配管である。第１接続ライン６１ａは、第１吸着塔１１ａと第２吸着塔１１ｂとを接続している。本発明の1つの実施形態において、第１接続ライン６１ａにおける第１吸着塔通過ガスの通過方向の上流端部は、第１吸着塔１１ａの上端部に接続されている。第１接続ライン６１ａにおける第１吸着塔通過ガスの通過方向の下流端部は、第２吸着塔１１ｂの下端部に接続されている。
【0069】
第１接続バルブ６１ｂは、第１接続ライン６１ａを開閉可能であり、例えば、電磁弁である。第１接続バルブ６１ｂは、第１接続ライン６１ａに設けられている。
【0070】
Ｇ．第２接続部
第２接続部７１は、第２吸着塔１１ｂを通過したガス混合物（第２吸着塔通過ガス）を第３吸着塔１１ｃに供給可能である。本発明の１つの実施形態において、第２接続部７１は、第２接続ライン７１ａと、第２接続バルブ７１ｂとを備える。
第２接続部７１は、第２吸着塔１１ｂを通過したガス混合物（第２吸着塔通過ガス）を第３吸着塔１１ｃに供給可能である。本発明の１つの実施形態において、第２接続部７１は、第２接続ライン７１ａと、第２接続バルブ７１ｂとを備える。
【0071】
第２接続ライン７１ａは、第２吸着塔１１ｂを通過したガス混合物が通過可能な配管である。第２接続ライン７１ａは、第２吸着塔１１ｂと第３吸着塔１１ｃとを接続している。本発明の1つの実施形態において、第２接続ライン７１ａにおける第２吸着塔通過ガスの通過方向の上流端部は、第２吸着塔１１ｂの上端部に接続されている。第２接続ライン７１ａにおける第２吸着塔通過ガスの通過方向の下流端部は、第３吸着塔１１ｃの下端部に接続されている。
【0072】
第２接続バルブ７１ｂは、第２接続ライン７１ａを開閉可能であり、例えば、電磁弁である。第２接続バルブ７１ｂは、第２接続ライン７１ａに設けられている。
【0073】
Ｈ．第３接続部
第３接続部８１は、第３吸着塔１１ｃを通過したガス混合物（第３吸着塔通過ガス）を第１吸着塔１１ａに供給可能である。本発明の１つの実施形態において、第３接続部８１は、第３接続ライン８１ａと、第３接続バルブ８１ｂとを備える。
第３接続部８１は、第３吸着塔１１ｃを通過したガス混合物（第３吸着塔通過ガス）を第１吸着塔１１ａに供給可能である。本発明の１つの実施形態において、第３接続部８１は、第３接続ライン８１ａと、第３接続バルブ８１ｂとを備える。
【0074】
第３接続ライン８１ａは、第３吸着塔１１ｃを通過したガス混合物が通過可能な配管である。第３接続ライン８１ａは、第３吸着塔１１ｃと第１吸着塔１１ａとを接続している。本発明の1つの実施形態において、第３接続ライン８１ａにおける第３吸着塔通過ガスの通過方向の上流端部は、第３吸着塔１１ｃの上端部に接続されている。第３接続ライン８１ａにおける第３吸着塔通過ガスの通過方向の下流端部は、第１吸着塔１１ａの下端部に接続されている。
【0075】
第３接続バルブ８１ｂは、第３接続ライン８１ａを開閉可能であり、例えば、電磁弁である。第３接続バルブ８１ｂは、第３接続ライン８１ａに設けられている。
【0076】
Ｉ．制御部
制御部５１は、ガス吸着システム１１０の動作を制御可能である。制御部５１は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備える。本発明の1つの実施形態において、制御部５１は、第１供給バルブ２１ｂと、第２供給バルブ２１ｃと、第３供給バルブ２１ｄと、第１排気バルブ３１ｂと、第２排気バルブ３１ｃと、第３排気バルブ３１ｄと、第１回収バルブ４１ｂと、第２回収バルブ４１ｃと、第３回収バルブ４１ｄと、第１接続バルブ６１ｂと、第２接続バルブ７１ｂと、第３接続バルブ８１ｂと、ブロワ２１ｅと、ポンプ４１ｅとに電気的に接続されている。また、図示しないが、制御部５１は、機能電極５０およびカウンター電極６０に接続される電源装置に電気的に接続されている。
制御部５１は、ガス吸着システム１１０の動作を制御可能である。制御部５１は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備える。本発明の1つの実施形態において、制御部５１は、第１供給バルブ２１ｂと、第２供給バルブ２１ｃと、第３供給バルブ２１ｄと、第１排気バルブ３１ｂと、第２排気バルブ３１ｃと、第３排気バルブ３１ｄと、第１回収バルブ４１ｂと、第２回収バルブ４１ｃと、第３回収バルブ４１ｄと、第１接続バルブ６１ｂと、第２接続バルブ７１ｂと、第３接続バルブ８１ｂと、ブロワ２１ｅと、ポンプ４１ｅとに電気的に接続されている。また、図示しないが、制御部５１は、機能電極５０およびカウンター電極６０に接続される電源装置に電気的に接続されている。
【0077】
以下、ガス吸着システムの運転方法について説明する。
【0078】
Ｊ．ガス吸着システムの運転方法
本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、上記したガス吸着システム１１０の運転方法である。図９は、本発明の１つの実施形態のガス吸着システムの運転方法を説明する工程フロー図である。
本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、上記したガス吸着システム１１０の運転方法である。図９は、本発明の１つの実施形態のガス吸着システムの運転方法を説明する工程フロー図である。
【0079】
本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、第１吸着塔１１ａに所定のガス（例えば、二酸化炭素）を供給するとともに、第１吸着塔１１ａを通過したガスを第２吸着塔１１ｂに供給して、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂに所定のガスを吸着させる第１吸着工程（Ｓ１）と；第１吸着塔１１ａに対する所定のガスの供給を停止するとともに、第２吸着塔１１ｂに所定のガスを供給し、第２吸着塔１１ｂを通過したガスを第３吸着塔１１ｃに供給して、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃに所定のガスを吸着させる第２吸着工程（Ｓ２）と；を含む。このような方法によれば、第１吸着工程において、所定のガスを第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂに順に吸着させることができ、所定のガスが第１吸着塔１１ａからスリップしても、第１吸着塔１１ａからスリップした所定のガスを第２吸着塔１１ｂに吸着させることができる。また、第２吸着工程では、第１吸着塔１１ａに代えて第３吸着塔１１ｃを用い、所定のガスを第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃに順に吸着させることができる。そのため、所定のガスが第２吸着塔１１ｂからスリップしても、第２吸着塔１１ｂからスリップした所定のガスを第３吸着塔１１ｃに吸着させることができる。その結果、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂのそれぞれのガス吸着領域における助走区間を短くすることができ、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂのそれぞれのガス吸着容量を効率的に利用できる。また、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂのそれぞれのガス吸着領域に助走区間を設けることなく、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂのガス吸着容量を全て使い切ることもできる。その結果、ガス混合物から所定のガスを効率的に分離・回収することができる。なお、ガス吸着システム１１０が３つ以上の吸着塔１１を備える場合、所定のガスを含むガス混合物を、３つ以上の吸着塔１１に順に通過させて、３つ以上の吸着塔１１で吸着工程を実施することもできるが、上記した方法のように、２つの吸着塔１１で吸着工程を実施することが、圧力損失の観点から好ましい。
【0080】
また、本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、第１吸着工程の終了後かつ第２吸着工程の終了前に、第１吸着塔１１ａに吸着した所定のガスを、第１吸着塔１１ａから放出させる第１放出工程と；第２吸着塔１１ｂに対する所定のガスの供給を停止するとともに、第３吸着塔１１ｃに所定のガスを供給して、第３吸着塔１１ｃを通過したガスを第１吸着塔１１ａに供給し、第１吸着塔１１ａおよび第３吸着塔１１ｃに所定のガスを吸着させる第３吸着工程（Ｓ３）と；をさらに含む。このような方法によれば、第１吸着工程の終了後かつ第２吸着工程の終了前に、第１吸着塔１１ａに吸着した所定のガスを、第１吸着塔１１ａから放出させる。そのため、第３吸着工程において、第１吸着塔１１ａを利用でき、所定のガスを第３吸着塔１１ｃおよび第１吸着塔１１ａに順に吸着させることができる。その結果、所定のガスが第３吸着塔１１ｃからスリップしても、第３吸着塔１１ｃからスリップした所定のガスを第１吸着塔１１ａに吸着させることができる。そのため、第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃのそれぞれのガス吸着領域における助走区間を短くすることができ、第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃのそれぞれのガス吸着容量を効率的に利用できる。また、第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃのそれぞれのガス吸着領域に助走区間を設けることなく、第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃのガス吸着容量を全て使い切ることもできる。その結果、ガス混合物から所定のガスを効率的に分離・回収することができる。
【0081】
また、本発明の１つの実施形態によるガス吸着システムの運転方法は、第１吸着工程（Ｓ１）、第２吸着工程（Ｓ２）および第３吸着工程（Ｓ３）を順に繰り返し、第２吸着工程の終了後かつ第３吸着工程の終了前に、第２吸着塔１１ｂに吸着した所定のガスを、第２吸着塔１１ｂから放出させる第２放出工程と：第３吸着工程の終了後、かつ、繰り返された第１吸着工程の終了前に、第３吸着塔１１ｃに吸着した所定のガスを、第３吸着塔１１ｃから放出させる第３放出工程と；をさらに含む。このような方法によれば、第１吸着塔１１ａ、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃによって、第１吸着工程（Ｓ１）、第２吸着工程（Ｓ２）および第３吸着工程（Ｓ３）を円滑に繰り返すことができ、ガス混合物から所定のガスを効率よく分離・回収できる。
【0082】
【0083】
第１吸着工程では、第１吸着塔１１ａに所定のガスを含むガス混合物（例えば、排ガス）が供給される。より詳しくは、第１吸着塔１１ａが備える機能電極５０、および、第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加が開始された後、第１吸着塔１１ａに対する所定のガスを含むガス混合物（例えば、排ガス）の供給が開始される（Ｓ１－１）。
【0084】
制御部５１は、図示しない電源装置を制御して、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を開始する。本発明の１つの実施形態において、第１吸着塔１１ａの機能電極５０に対する吸着電圧と、第２吸着塔１１ｂの機能電極５０に対する吸着電圧とは同じであり、その吸着電圧は、例えば、１．６Ｖ～２．０Ｖである。第１吸着塔１１ａの機能電極５０に対する吸着電圧と、第２吸着塔１１ｂの機能電極５０に対する吸着電圧とは異なっていてもよい。
【0085】
次いで、制御部５１は、第１供給バルブ２１ｂと、第１接続バルブ６１ｂと、第２排気バルブ３１ｃとを開状態とし、それ以外のバルブを閉状態として、ブロワ２１ｅを駆動させる。ブロワ２１ｅが駆動すると、所定のガスを含むガス混合物（例えば、排ガス）がガス供給ライン２１ａを通って第１吸着塔１１ａに供給される。第１吸着塔１１ａに供給されたガス混合物は、第１吸着塔１１ａを通過して、第１接続ライン６１ａに排出される。ガス混合物が第１吸着塔１１ａを通過するときに、ガス混合物に含まれる所定のガスの少なくとも一部は、第１吸着塔１１ａが備える機能電極５０に吸着される。第１吸着塔１１ａを通過したガス混合物（第１吸着塔通過ガス）は、第１接続ライン６１ａを通って第２吸着塔１１ｂに供給される。第２吸着塔１１ｂに供給されたガス混合物は、第２吸着塔１１ｂを通過して、排気ライン３１ａに排出される。ガス混合物が第２吸着塔１１ｂを通過するときに、ガス混合物に含まれる所定のガスは、第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に吸着される。
【0086】
次いで、第１吸着塔では吸着ガスが取り切れずに第２吸着塔の電気化学素子に流れる電流値I＊２が、予め設定されたしきい電流ＩＴ以上となるまで、第１吸着塔１１ａに対するガス混合物の供給が維持されるとともに、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加が継続される（Ｓ１―２のｎｏ）。
【0087】
第２吸着塔の電気化学素子に流れる電流値I＊２がしきい電流ＩＴ以上となると（Ｓ１―２のＹｅｓ）、第１吸着塔１１ａに対するガス混合物の供給が停止される（Ｓ１―３）。
第１吸着塔１１ａにおいてガス混合物に含まれる吸着ガス（例えば二酸化炭素）のすべてが、第１吸着塔１１ａの機能電極５０に吸着されている場合、第２吸着塔１１ｂでは、吸着ガスが供給されないために、第１の活物質と吸着ガスとの反応（例えば上記式（１））が生じない。この場合、第２吸着塔の電気化学素子には電流が流れていない。一方、第１吸着塔１１ａで吸着ガス（例えば二酸化炭素）が取り切れずにスリップすると、第２吸着塔１１ｂに吸着ガスが供給され、上記反応が生じて電気化学素子に電流が流れる。そのため、第２吸着塔１１ｂの電気化学素子に流れる電流値I＊２に基づいて、第１吸着塔１１ａに対するガス混合物の供給停止のタイミングが判断され得る。
これによって、第１吸着工程が終了する。
第１吸着塔１１ａにおいてガス混合物に含まれる吸着ガス（例えば二酸化炭素）のすべてが、第１吸着塔１１ａの機能電極５０に吸着されている場合、第２吸着塔１１ｂでは、吸着ガスが供給されないために、第１の活物質と吸着ガスとの反応（例えば上記式（１））が生じない。この場合、第２吸着塔の電気化学素子には電流が流れていない。一方、第１吸着塔１１ａで吸着ガス（例えば二酸化炭素）が取り切れずにスリップすると、第２吸着塔１１ｂに吸着ガスが供給され、上記反応が生じて電気化学素子に電流が流れる。そのため、第２吸着塔１１ｂの電気化学素子に流れる電流値I＊２に基づいて、第１吸着塔１１ａに対するガス混合物の供給停止のタイミングが判断され得る。
これによって、第１吸着工程が終了する。
【0088】
本発明の１つの実施形態においては、第１吸着工程（Ｓ１）に続いて第２吸着工程（Ｓ２）が連続して実施される。図１１は、図９の第２吸着工程を説明する工程フロー図である。第２吸着工程では、第１吸着塔１１ａに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が停止されるとともに、第２吸着塔１１ｂにガス混合物（例えば、排ガス）が供給される。より詳しくは、第３吸着塔１１ｃが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加が開始された後、第１吸着塔１１ａに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が停止されるとともに（Ｓ１－３）、第２吸着塔１１ｂに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が開始される（Ｓ２－１）。
【0089】
制御部５１は、図示しない電源装置を制御して、第３吸着塔１１ｃが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を開始し、第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を維持する。また、制御部５１は、図示しない電源装置を制御して、第１吸着塔１１ａが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を停止する。本発明の１つの実施形態において、第３吸着塔１１ｃの機能電極５０に対する吸着電圧は、第２吸着塔１１ｂの機能電極５０に対する吸着電圧と同じである。第２吸着塔１１ｂの機能電極５０に対する吸着電圧と、第３吸着塔１１ｃの機能電極５０に対する吸着電圧とは異なっていてもよい。
【0090】
次いで、制御部５１は、第１供給バルブ２１ｂと、第１接続バルブ６１ｂと、第２排気バルブ３１ｃとを閉状態とし、第２供給バルブ２１ｃと、第２接続バルブ７１ｂと、第３排気バルブ３１ｄとを開状態とする。ブロワ２１ｅは、第２吸着工程においても継続して駆動される。すると、所定のガスを含むガス混合物（例えば、排ガス）は、第１吸着塔１１ａに供給されることなく、ガス供給ライン２１ａを通って第２吸着塔１１ｂに供給される。第２吸着塔１１ｂに供給されたガス混合物は、第２吸着塔１１ｂを通過して、第２接続ライン７１ａに排出される。第２吸着塔１１ｂを通過したガス混合物（第２吸着塔通過ガス）は、第２接続ライン７１ａを通って第３吸着塔１１ｃに供給される。第３吸着塔１１ｃに供給されたガス混合物は、第３吸着塔１１ｃを通過して、排気ライン３１ａに排出される。ガス混合物に含まれる所定のガスは、第２吸着塔１１ｂを通過するとき、および、第３吸着塔１１ｃを通過するときに、機能電極５０に吸着される。
【0091】
次いで、第２吸着塔では吸着ガスが取り切れずに第３吸着塔の電気化学素子に流れる電流値I＊３が、予め設定されたしきい電流ＩＴ以上となるまで、第２吸着塔１１ｂに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が維持されるとともに、第２吸着塔１１ｂおよび第３吸着塔１１ｃが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加が継続される（Ｓ２―２のｎｏ）。
【0092】
第３吸着塔の電気化学素子に流れる電流値I＊３がしきい電流ＩＴ以上となると（Ｓ２―２のＹｅｓ）、第２吸着塔１１ｂに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が停止される（Ｓ２―３）。これによって、第２吸着工程が終了する。
【0093】
また、本発明の１つの実施形態においては、第１吸着工程の終了後かつ第２吸着工程の終了前に、第１放出工程が実施される。第１放出工程では、第１吸着塔１１ａに吸着した所定のガス（例えば、二酸化炭素）を、第１吸着塔１１ａから放出させる。より詳しくは、制御部５１は、第１回収バルブ４１ｂを開状態にするとともに、図示しない電源装置を制御して、第１吸着塔１１ａが備える機能電極５０に、吸着電圧と逆極性の放出電圧を印加する。これによって、機能電極５０に捕捉されている所定のガス（例えば、二酸化炭素）が、機能電極５０から放出され得る。また、制御部５１は、ポンプ４１ｅを駆動させる。すると、機能電極５０から放出された所定のガス（例えば、二酸化炭素）は、ガス回収ライン４１ａを通って、図示しない貯蔵設備に送られる。その後、制御部５１は、ポンプ４１ｅの駆動を停止する。
【0094】
また、本発明の１つの実施形態においては、第２吸着工程（Ｓ２）に続いて第３吸着工程（Ｓ３）が連続して実施される。図１２は、図９の第３吸着工程を説明する工程フロー図である。第３吸着工程では、第２吸着塔１１ｂに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が停止されるとともに、第３吸着塔１１ｃにガス混合物（例えば、排ガス）が供給される。より詳しくは、第１吸着塔１１ａが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加が開始された後、第２吸着塔１１ｂに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が停止されるとともに（Ｓ２－３）、第３吸着塔１１ｃに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が開始される（Ｓ３－１）。
【0095】
制御部５１は、図示しない電源装置を制御して、第１吸着塔１１ａが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を開始するとともに、第３吸着塔１１ｃが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を維持する。また、制御部５１は、図示しない電源装置を制御して、第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加を停止する。本発明の１つの実施形態において、第１吸着塔１１ａの機能電極５０に対する吸着電圧は、第３吸着塔１１ｃの機能電極５０に対する吸着電圧と同じである。第１吸着塔１１ａの機能電極５０に対する吸着電圧と、第３吸着塔１１ｃの機能電極５０に対する吸着電圧とは異なっていてもよい。
【0096】
次いで、制御部５１は、第２供給バルブ２１ｃと、第２接続バルブ７１ｂと、第３排気バルブ３１ｄとを閉状態とし、第３供給バルブ２１ｄと、第３接続バルブ８１ｂと、第１排気バルブ３１ｂとを開状態とする。ブロワ２１ｅは、第３吸着工程においても継続して駆動される。すると、所定のガスを含むガス混合物（例えば、排ガス）は、第１吸着塔１１ａおよび第２吸着塔１１ｂに供給されることなく、ガス供給ライン２１ａを通って第３吸着塔１１ｃに供給される。第３吸着塔１１ｃに供給されたガス混合物は、第３吸着塔１１ｃを通過して、第３接続ライン８１ａに排出される。第３吸着塔１１ｃを通過したガス混合物（第３吸着塔通過ガス）は、第３接続ライン８１ａを通って第１吸着塔１１ａに供給される。第１吸着塔１１ａに供給されたガス混合物は、第１吸着塔１１ａを通過して、排気ライン３１ａに排出される。ガス混合物に含まれる所定のガスは、第３吸着塔１１ｃを通過するとき、および、第１吸着塔１１ａを通過するときに、機能電極５０に吸着される。
【0097】
次いで、第３吸着塔では吸着ガスが取り切れずに第１吸着塔の電気化学素子に流れる電流値I＊１が、予め設定されたしきい電流ＩＴ以上となるまで、第３吸着塔１１ｃに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が維持されるとともに、第１吸着塔１１ａおよび第３吸着塔１１ｃが備える機能電極５０に対する吸着電圧の印加が継続される（Ｓ３―２のｎｏ）。
【0098】
第１吸着塔の電気化学素子に流れる電流値I＊１がしきい電流ＩＴ以上となると（Ｓ３―２のＹｅｓ）、第３吸着塔１１ｃに対するガス混合物（例えば、排ガス）の供給が停止される（Ｓ３―３）。これによって、第３吸着工程が終了する。なお、第１吸着工程、第２吸着工程および第３吸着工程におけるしきい電流ＩＴは、互いに同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。
【0099】
また、本発明の１つの実施形態においては、第２吸着工程の終了後かつ第３吸着工程の終了前に、第２放出工程が実施される。第２放出工程においては、第２吸着塔１１ｂに吸着した所定のガス（例えば、二酸化炭素）を、第２吸着塔１１ｂから放出させる。より詳しくは、制御部５１は、第１回収バルブ４１ｂを閉状態にするとともに、第２回収バルブ４１ｃを開状態にし、図示しない電源装置を制御して第２吸着塔１１ｂが備える機能電極５０に放出電圧を印加する。これによって、第２吸着塔１１ｂの機能電極５０に捕捉されている所定のガス（例えば、二酸化炭素）が、機能電極５０から放出され得る。機能電極５０から放出された所定のガス（例えば、二酸化炭素）は、上記した第１放出工程と同様にして、図示しない貯蔵設備に送られる。
【0100】
本発明の１つの実施形態においては、第１吸着工程（Ｓ１）、第２吸着工程（Ｓ２）および第３吸着工程（Ｓ３）は、制御部５１に停止信号が入力されるまで、順に繰り返される（Ｓ４のｎｏ）。この場合、第３吸着工程の終了後、かつ、繰り返された第１吸着工程の終了前に、第３放出工程が実施される。第３放出工程においては、第３吸着塔１１ｃに吸着した所定のガス（例えば、二酸化炭素）を、第３吸着塔１１ｃから放出させる。より詳しくは、制御部５１は、第２回収バルブ４１ｃを閉状態にするとともに、第３回収バルブ４１ｄを開状態にし、図示しない電源装置を制御して第３吸着塔１１ｃが備える機能電極５０に放出電圧を印加する。これによって、第３吸着塔１１ｃの機能電極５０に捕捉されている所定のガス（例えば、二酸化炭素）が、機能電極５０から放出され得る。機能電極５０から放出された所定のガス（例えば、二酸化炭素）は、上記した第１放出工程と同様にして、図示しない貯蔵設備に送られる。
【0101】
その後、制御部５１に停止信号が入力されると（Ｓ４のｙｅｓ）、制御部５１は、機能電極５０に対する電圧の印加を停止するとともに、ブロワ２１ｅの駆動を停止する。これによって、ガス吸着システム１１０の運転が停止される。なお、上記した本発明の1つの実施形態では、制御部５１に対する停止信号の入力有無の判断（Ｓ４）が、第３吸着工程（Ｓ３）の後に実施されているが、制御部５１に対する停止信号の入力有無（Ｓ４）は、第１吸着工程（Ｓ１）と第２吸着工程（Ｓ２）との間で判断してもよく、第２吸着工程（Ｓ２）および第３吸着工程（Ｓ３）の間で判断してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0102】
本発明の実施形態によるガス吸着システムおよびガス吸着システムの運転方法は、ガス混合物からの所定ガスの分離・回収に好適に用いられ得、特に、二酸化炭素回収・利用・貯留（ＣＣＵＳ）サイクルに好適に用いられ得る。
【符号の説明】
【0103】
１１ 吸着塔
１１ａ 第１吸着塔
１１ｂ 第２吸着塔
１１ｃ 第３吸着塔
５０ 機能電極
６０ カウンター電極
１００ 電気化学素子
１１０ ガス吸着システム
１１ａ 第１吸着塔
１１ｂ 第２吸着塔
１１ｃ 第３吸着塔
５０ 機能電極
６０ カウンター電極
１００ 電気化学素子
１１０ ガス吸着システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】