特許 7270124 二酸化炭素分離回収装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-27

(45)【発行日】2023-05-10

(54)【発明の名称】二酸化炭素分離回収装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20230428BHJP

   C01B 32/50 20170101ALI20230428BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20230428BHJP

【ＦＩ】

B01D53/22

C01B32/50

H01M8/04 N

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020061744

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021159813

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】田口 清

(72)【発明者】

【氏名】楠山 貴広

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 基啓

【審査官】片山 真紀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１３０４７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１７５６５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０２３８７３８０（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ５３／２２、６１／００－７１／８２

Ｃ０１Ｂ３２／００－９９１

Ｈ０１Ｍ８／０４－０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜によって選択的に第二空間に透過させるように構成された二酸化炭素分離器と、前記第二空間に連通した略密閉構造の空間に設けられた水を貯める貯水部と、前記第二空間を減圧するポンプと、前記ポンプの出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器と、前記ポンプの出力を制御する制御器と、を備え、
前記貯水部における水面よりも上の空間と前記第二空間とを連通させる水蒸気供給流路の下流側端が、前記第二空間の一端に接続され、
前記ポンプと前記水分離器とが設置された回収ガス流路の上流側端が、前記第二空間の他端に接続されており、
前記制御器は、前記ポンプの出力を、前記第二空間の圧力が、前記貯水部の水の飽和水蒸気圧よりも低い値になるように制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収装置。

【請求項2】

前記貯水部は、前記貯水部の水が少なくとも前記第一空間の前記二酸化炭素含有ガスと熱交換するように構成され、前記熱交換によって前記第一空間の前記二酸化炭素含有ガスが冷却されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収装置。

【請求項3】

前記貯水部は、前記貯水部の水が少なくとも前記第一空間における上流側部分の前記二酸化炭素含有ガスと熱交換するように構成され、前記熱交換によって前記第一空間における上流側部分の前記二酸化炭素含有ガスが冷却されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素分離回収装置。

【請求項4】

第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜によって選択的に第二空間に透過させるように構成された二酸化炭素分離器と、前記第二空間に連通した略密閉構造の空間に設けられた水を貯める貯水部と、前記第二空間を減圧するポンプと、前記ポンプの出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器と、前記ポンプの出力を制御する制御器と、を備え、
前記第一空間が前記第二空間の上方に位置し、前記貯水部における水面よりも上の空間が前記第二空間になるように、前記貯水部が前記二酸化炭素分離器と一体に構成され、
前記ポンプと前記水分離器とが設置された回収ガス流路の上流側端が、前記第二空間の
一端に接続されており、
前記制御器は、前記ポンプの出力を、前記第二空間の圧力が、前記貯水部の水の飽和水蒸気圧よりも低い値になるように制御することを特徴とする二酸化炭素分離回収装置。

【請求項5】

前記第一空間の温度は、前記第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収装置。

【請求項6】

前記第二空間の温度は、前記第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収装置。

【請求項7】

前記貯水部に水を供給する水供給流路を備え、前記水供給流路から前記貯水部に供給される水の温度は、前記貯水部の水よりも高いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の二酸化炭素分離回収装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二酸化炭素分離回収装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスから二酸化炭素を効率よく分離することを目的として、アノードオフガス（以下、二酸化炭素含有ガスと記載）が流入される流入部（以下、第一空間と記載）と、二酸化炭素含有ガス中の二酸化炭素を透過させて分離する分離膜で区画された透過部（以下、第二空間と記載）と、を有する分離部（以下、二酸化炭素分離器と記載）を備え、スイープガスとして第二空間へ水蒸気を供給するスイープ用気化器を備えた燃料電池システムを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１０７０９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、分離膜における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示における二酸化炭素分離回収装置は、第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜によって選択的に第二空間に透過させるように構成された二酸化炭素分離器と、第二空間に連通した略密閉構造の空間に設けられた水を貯める貯水部と、第二空間を減圧するポンプと、ポンプの出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器と、ポンプの出力を制御する制御器と、を備える。そして、貯水部における水面よりも上の空間と第二空間とを連通させる水蒸気供給流路の下流側端が、第二空間の一端に接続され、ポンプと水分離器とが設置された回収ガス流路の上流側端が、第二空間の他端に接続されており、制御器は、ポンプの出力を、第二空間の圧力が、貯水部の水の飽和水蒸気圧よりも低い値になるように制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本開示における二酸化炭素分離回収装置は、１００℃未満の温度で水蒸気を二酸化炭素分離器の第二空間に供給することができる。このため、第二空間における二酸化炭素の分圧が低下し、水蒸気の分圧が向上する。

【0007】

また、水蒸気が供給される第二空間のガスの温度が、第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低くなる場合は、分離膜により区画された第一空間の分離膜近傍における二酸化炭素含有ガスの温度も低くなることから、分離膜近傍の二酸化炭素含有ガスの相対湿度も上がって分離膜の含水率が向上する。

【0008】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１における二酸化炭素分離回収装置の構成を示すブロック図

【図2】実施の形態２における二酸化炭素分離回収装置の構成を示すブロック図

【図3】実施の形態３における二酸化炭素分離回収装置の構成を示すブロック図

【図4】実施の形態４における二酸化炭素分離回収装置の構成を示すブロック図

【発明を実施するための形態】

【0010】

（本開示の基礎になった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスから、分離膜を透過させて二酸化炭素を分離させる際に、スイープガスとして分離膜の第二空間側へ水蒸気を供給する、二酸化炭素分離方法があった。

【0011】

これにより、スイープガスの供給がない場合と比較し、第二空間における二酸化炭素の分圧が低減されることから、分離膜において二酸化炭素の透過速度を向上する二酸化炭素分離方法を提供できる。

【0012】

しかしながら、スイープガスとして第二空間へ供給する水蒸気が、水を１００℃以上に加熱して発生させた水蒸気であったため、第二空間に供給されるスイープガスの温度が高いことから、分離膜により区画された第一空間の分離膜近傍における二酸化炭素含有ガスの温度も高い。

【0013】

そのため、分離膜の近傍における二酸化炭素含有ガスの相対湿度が低いことから分離膜の含水率も低く、一般的に、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が上がる材料で構成される分離膜において、二酸化炭素の透過速度が低いという課題があった。

【0014】

これらの課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

【0015】

そこで、本開示は、分離膜における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置を提供する。

【0016】

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0017】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0018】

（実施の形態１）
以下、図１を用いて、実施の形態１を説明する。

【0019】

［１－１．構成］
図１に示すように、実施の形態１にかかる二酸化炭素分離回収装置３１は、二酸化炭素分離器１と、二酸化炭素含有ガス供給流路５と、排気流路６と、水蒸気供給流路７と、回収ガス流路８と、水タンク９と、ポンプ１０と、水分離器１１と、水供給流路１２と、開閉弁１３と、第一空間温度検知器１４と、第二空間温度検知器１５と、水タンク温度検知器１６と、水位センサ１７と、圧力計１８と、温度調節器１９と、制御器４１と、を備える。

【0020】

二酸化炭素分離器１は、その内部空間が、分離膜２により第一空間３と第二空間４とに区画されており、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜２によって選択的に第二空間４に透過させるように構成されている。二酸化炭素分離器１の周囲は、断熱材（図示せず）で覆われている。

【0021】

分離膜２は、アミン化合物のモノエタノールアミンを含んだ高分子膜であり、二酸化炭素と水蒸気を選択的に透過する。また、分離膜２は、湿度が高いほど二酸化炭素の透過速度が大きくなる性質をもつ。

【0022】

第一空間３の一端には、二酸化炭素含有ガス供給流路５の下流側端が接続され、第一空間３の他端には、排気流路６の上流側端が接続される。第一空間３には、二酸化炭素含有ガス供給流路５から二酸化炭素含有ガスが供給される。二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に供給された二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜２を透過して第二空間４に移動しなかったガスは、排気流路６に排出される。

【0023】

本実施の形態における二酸化炭素含有ガスは、炭化水素を含む都市ガスの燃焼時に発生する排ガスである。

【0024】

第二空間４の一端には、水蒸気供給流路７の下流側端が接続され、第二空間４の他端には、回収ガス流路８の上流側端が接続される。

【0025】

回収ガス流路８の途中には、第二空間４のガスを吸い込んで第二空間４を減圧するポンプ１０と、ポンプ１０よりも下方にポンプ１０から排出されたガスから水分を分離する水分離器１１が設置されている。回収ガス流路８の下流側端から排出される回収ガスは回収ガスタンク（図示せず）に貯蔵される。

【0026】

水分離器１１の温度は、第二空間４の温度よりも低い。水分離器１１は、ポンプ１０から排出されたガスから分離した水を貯める部分を有する。ポンプ１０からのガスは、水分離器１１における水面よりも上の空間に流入する。回収ガスは、水分離器１１における水面よりも上の空間から流出する。

【0027】

ポンプ１０により減圧された第二空間４には、第一空間３から分離膜２を透過した二酸化炭素と水蒸気供給流路７から水蒸気とが供給される。

【0028】

なお、二酸化炭素含有ガス供給流路５との接続部分から排気流路６との接続部分に向かって第一空間３を流通するガスと、水蒸気供給流路７との接続部分から回収ガス流路８との接続部分に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流となるように、第一空間３に二酸化炭素含有ガス供給流路５と排気流路６が接続され、第二空間４に水蒸気供給流路７と回収ガス流路８が接続される。

【0029】

水蒸気供給流路７の上流側端には、第二空間４よりも高さ方向の低い位置に配置された略密閉構造の貯水部である水タンク９が接続される。水タンク９内部の水面よりも上の空間は、水蒸気供給流路７によって第二空間４と連通している。そして、ポンプ１０により第二空間４が減圧されると、水タンク９内部の水の蒸発が促進され、水の蒸発によって発生した水蒸気が水蒸気供給流路７を通って第二空間４に供給される。

【0030】

水供給流路１２の下流側端は、水タンク９の下部に接続されている。水供給流路１２の途中には、水タンク９に設置された水位センサ１７によって検知された水タンク９内部の水位の変化に応じて開閉する開閉弁１３が設置されている。開閉弁１３よりも上流側の水供給流路１２の水には圧力が加えられている。

【0031】

第一空間温度検知器１４、第二空間温度検知器１５、水タンク温度検知器１６は、それぞれ第一空間３、第二空間４、水タンク９の温度を検知するための温度センサである。

【0032】

圧力計１８は、ポンプ１０よりも上流側の回収ガス流路８の途中に設置され、第二空間
４の圧力を検知する圧力計である。

【0033】

温度調節器１９は、水タンク９に設置され、水タンク９に対する加熱量を変えることにより水タンク９に入っている水の温度を調節するヒーターである。

【0034】

制御器４１は、二酸化炭素分離回収装置３１の運転を制御する。制御器４１は、信号入出力部（図示せず）と、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。

【0035】

［１－２．動作］
以上のように構成された本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１について、その動作を以下説明する。

【0036】

以下の動作は、制御器４１が二酸化炭素分離回収装置３１を制御することによって行われる。

【0037】

二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に、二酸化炭素含有ガスが供給される。本実施の形態では、二酸化炭素含有ガスの流量は２０ＮＬ／ｍｉｎであり、二酸化炭素含有ガスの温度は６０℃であり、二酸化炭素含有ガスの露点は５０℃であり、二酸化炭素含有ガスの二酸化炭素濃度は２０％である。ここで、流量と濃度の値は、水分を除いた状態での値で示している（以下同じ）。

【0038】

排気流路６の下流側端が大気解放されているために、第一空間３の圧力は、大気圧となっている。

【0039】

制御器４１は、水タンク温度検知器１６で検知される水タンク９の内部の水の温度が４０℃となるように、温度調節器１９の加熱量を制御している。

【0040】

制御器４１は、圧力計１８で検知される第二空間４の圧力が、５ｋＰａとなるように、ポンプ１０の出力を制御している。ここで、５ｋＰａという圧力値は、水タンク９の内部の４０℃の水の飽和水蒸気圧である７．４ｋＰａよりも低い値である。

【0041】

制御器４１は、開閉弁１３が閉じているときに、水の蒸発によって水タンク９の内部の水位が下限水位まで低下したことを水位センサ１７で検知すると、開閉弁１３を開けて水タンク９の内部に、水供給流路１２を通流する水を供給する。

【0042】

また、制御器４１は、開閉弁１３が開いているときに、水供給流路１２から供給される水によって水タンク９の内部の水位が上限水位まで上昇したことを水位センサ１７で検知すると、開閉弁１３を閉じる。その結果、水タンク９の内部の水位は、下限水位と上限水位の間になるように制御される。

【0043】

ポンプ１０によって第二空間４の圧力が減圧されて５ｋＰａになると、水タンク９内部の水の蒸発が促進され、水の蒸発によって発生した水蒸気が水蒸気供給流路７を通って第二空間４に供給される。

【0044】

二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に供給された二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素は、第一空間３と第二空間４との二酸化炭素の分圧差により、分離膜２を透過して第二空間４に移動する。

【0045】

このとき、二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素は、二酸化炭素含有ガスに含まれ
る水蒸気とともに分離膜２を透過するので、第一空間３では、二酸化炭素含有ガス供給流路５からの流入口から排気流路６への流出口に向かうにしたがって、相対湿度が低くなっている。

【0046】

本実施の形態では、二酸化炭素含有ガス供給流路５からの流入口から排気流路６への流出口に向かって第一空間３を流通するガスと、水蒸気供給流路７からの流入口から回収ガス流路８への流出口に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流となっており、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度が６０℃であるのに対して、水蒸気を発生する水タンク９の内部の水の温度は４０℃である。

【0047】

この状態において、第一空間３の内部のガスと第二空間４の内部のガスとは、分離膜２を介して熱交換するので、二酸化炭素含有ガス供給流路５からの流入口から排気流路６への流出口に向かうにしたがって、第一空間３のガス温度は、低くなっている。

【0048】

このとき、第一空間温度検知器１４により検知した第一空間３の温度と、第二空間温度検知器１５により検知した第二空間４の温度の検知温度は、両方とも、５０℃となっている。

【0049】

第一空間３から第二空間４に透過した二酸化炭素と水蒸気は、水蒸気供給流路７から第二空間４に流入した水蒸気と一緒に、第二空間４と回収ガス流路８により連通しているポンプ１０によって吸引され、ポンプ１０の出口から排出される二酸化炭素と水蒸気の混合ガスは、水分離器１１を通過するときに、水分が除去される。

【0050】

そして、水分が除去された後の二酸化炭素を多く含む乾燥したガスが、回収ガス流路８の下流側端から回収ガスとして排出され、回収ガスタンク（図示せず）に貯蔵される。

【0051】

第一空間３に流入した二酸化炭素含有ガスのうちで、分離膜２を透過せず残った非透過ガスは、排気流路６から排出される。

【0052】

［１－３．効果等］
以上のように本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜２によって選択的に第二空間４に透過させるように構成された二酸化炭素分離器１と、水を貯める略密閉構造の貯水部としての水タンク９と、水タンク９における水面よりも上の空間と第二空間４とを連通させる水蒸気供給流路７と、第二空間４を減圧するポンプ１０と、ポンプ１０の出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器１１と、を備える。

【0053】

これにより、１００℃未満の温度で水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができる。

【0054】

このため、１００℃以上の温度に水を加熱して水蒸気を発生させる場合よりも、第二空間４における二酸化炭素の分圧が低下し、水蒸気の分圧が向上する。

【0055】

さらに、水蒸気が供給される第二空間のガスの温度（５０℃）が、第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスの温度（６０℃）よりも低いために、分離膜２により区画された第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度も低くなることから、分離膜２近傍の二酸化炭素含有ガスの相対湿度も上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0056】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における
二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３１を提供することができる。

【0057】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１において、ポンプ１０が動作しているときの第二空間４の圧力（５ｋＰａ）が、水タンク９の内部に貯水された４０℃の水の飽和水蒸気圧（７．４ｋＰａ）よりも低いので、水タンク９の内部の４０℃の水から水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができ、水蒸気が分離膜２を介して第一空間３から第二空間４へ透過することを抑制できる。

【0058】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１において、二酸化炭素含有ガス供給流路５から排気流路６に向かって第一空間３を流通するガスと、水蒸気供給流路７から回収ガス流路８に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流になっているので、並行流である場合と比較して、分離膜２の全領域にわたって、第一空間３と第二空間４との二酸化炭素の分圧差が生じ易く、分離膜２における二酸化炭素透過性をより向上させることができる。

【0059】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１において、第一空間温度検知器１４により検知される第一空間３の温度（５０℃）は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度（６０℃）よりも低いので、そうでない場合と比較して、最も高温となる第一空間３の上流側の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くできることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0060】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。

【0061】

また、最も高温となる上流側の分離膜２の温度をさらに低くできることから分離膜２の劣化を抑制することができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３１を提供することができる。

【0062】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１において、第二空間温度検知器１５により検知される第二空間４の温度（５０℃）は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度（６０℃）よりも低いので、そうでない場合と比較して、第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くすることができることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0063】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３１を提供することができる。

【0064】

本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３１では、ヒーターからなる温度調節器１９によって水タンク９に入っている水の温度を４０℃に調節しているが、水供給流路１２から水タンク９に供給される水の温度を、水タンク９の水の温度（４０℃）よりも高くなるようにしてもよい。

【0065】

これにより、温度調節器１９で水タンク９の水を加熱することなく、水タンク９の飽和水蒸気圧を高くすることで、水の蒸発速度、及び水蒸気の供給速度を向上することができることから、第二空間４における二酸化炭素の分圧がさらに低下する。したがって、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。

【0066】

そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上する二酸化炭素分離回収装置３１を提供することができる。

【0067】

（実施の形態２）
以下、図２を用いて、実施の形態２を説明する。

【0068】

［２－１．構成］
図２に示すように、実施の形態２にかかる二酸化炭素分離回収装置３２は、水タンク９が第一空間３と熱交換するように構成されている点で、実施の形態１にかかる二酸化炭素分離回収装置３１とは異なる。

【0069】

本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２において、実施の形態１にかかる二酸化炭素分離回収装置３１と同一構成については、同一符号を付して、重複する説明は、省略する。

【0070】

本実施の形態における二酸化炭素分離器１は、その内部空間が、略水平に配置される分離膜２により第一空間３と第二空間４とに区画されており、第一空間３が第二空間４の上方に位置する。また、第一空間３の天井を構成する面は、金属などの熱伝導性材料で構成されている。

【0071】

水タンク９は第一空間３の上方に配置される。水タンク９の底面は、金属などの熱伝導性材料で構成され、第一空間３の天井を構成する面と一体化している。水蒸気供給流路７は、水タンク９における水面よりも上の空間と第二空間４とを連通させる。

【0072】

二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に供給される二酸化炭素含有ガスの条件は、実施の形態１の二酸化炭素分離回収装置３１と同じである。また、水タンク９の内部の水の温度は４０℃である。

【0073】

［２－２．動作］
以上のように構成された二酸化炭素分離回収装置３２の動作は、第一空間３と第二空間４の内部のガスが分離膜２を介して熱交換することに加えて、第一空間３のガスと水タンク９の水とが熱交換して、この熱交換によって、第一空間３のガスの温度が、５０℃よりもさらに低くなって、第一空間３の二酸化炭素含有ガスの相対湿度が実施の形態１の二酸化炭素分離回収装置３１よりも高くなる点で、実施の形態１と異なる。

【0074】

［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜２によって選択的に第二空間４に透過させるように構成された二酸化炭素分離器１と、水を貯める略密閉構造の貯水部としての水タンク９と、水タンク９における水面よりも上の空間と第二空間４とを連通させる水蒸気供給流路７と、第二空間４を減圧するポンプ１０と、ポンプ１０の出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器１１と、を備える。

【0075】

これにより、１００℃未満の温度で水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができる。

【0076】

このため、１００℃以上の温度に水を加熱して水蒸気を発生させる場合よりも、第二空間４における二酸化炭素の分圧が低下し、水蒸気の分圧が向上する。

【0077】

さらに、水蒸気が供給される第二空間のガスの温度が、第一空間に流入する二酸化炭素
含有ガスの温度（６０℃）よりも低いために、分離膜２により区画された第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度も低くなることから、分離膜２近傍の二酸化炭素含有ガスの相対湿度も上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0078】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３２を提供することができる。

【0079】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２において、水タンク９は、水タンク９の水が第一空間３の二酸化炭素含有ガスと熱交換する（この熱交換によって第一空間３の二酸化炭素含有ガスが冷却される）ように構成される。

【0080】

これにより、第一空間３に流入した二酸化炭素含有ガスに含まれる水蒸気の一部が分離膜２を介して第二空間４に透過し、相対湿度が低下した後の第一空間３の下流側の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くすることができることから、実施の形態１よりも、第一空間３の二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって、分離膜２の含水率が向上する。

【0081】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３２を提供することができる。

【0082】

また、ヒーターからなる温度調節器１９によって水タンク９に入っている水の温度を４０℃に調節している場合は、水タンク９の水が、第一空間３の二酸化炭素含有ガスとの熱交換によって加熱されるため、水タンク９の水が第一空間３の二酸化炭素含有ガスと熱交換しない構成（実施の形態１の場合）よりも、温度調節器１９による加熱量を低減することができる。

【0083】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２において、ポンプ１０が動作しているときの第二空間４の圧力が、水タンク９の内部に貯水された４０℃の水の飽和水蒸気圧よりも低いので、水タンク９の内部の４０℃の水から水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができ、水蒸気が分離膜２を介して第一空間３から第二空間４へ透過することを抑制できる。

【0084】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２において、二酸化炭素含有ガス供給流路５から排気流路６に向かって第一空間３を流通するガスと、水蒸気供給流路７から回収ガス流路８に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流になっているので、並行流である場合と比較して、分離膜２の全領域にわたって、第一空間３と第二空間４との二酸化炭素の分圧差が生じ易く、分離膜２における二酸化炭素透過性をより向上させることができる。

【0085】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２において、第一空間温度検知器１４により検知される第一空間３の温度は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いので、そうでない場合と比較して、最も高温となる第一空間３の上流側の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くできることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0086】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２
における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。

【0087】

また、最も高温となる上流側の分離膜２の温度をさらに低くできることから分離膜２の劣化を抑制することができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３２を提供することができる。

【0088】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３２において、第二空間温度検知器１５により検知される第二空間４の温度は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いので、そうでない場合と比較して、第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くすることができることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0089】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３２を提供することができる。

【0090】

（実施の形態３）
以下、図３を用いて、実施の形態３を説明する。

【0091】

［３－１．構成］
図３に示すように、実施の形態３にかかる二酸化炭素分離回収装置３３は、水タンク９が第一空間３における上流側部分のみと熱交換するように構成されている点で、実施の形態２にかかる二酸化炭素分離回収装置３２とは異なる。

【0092】

本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３において、実施の形態２にかかる二酸化炭素分離回収装置３２と同一構成については、同一符号を付して、重複する説明は、省略する。

【0093】

本実施の形態における二酸化炭素分離器１は、その内部空間が、略水平に配置される分離膜２により第一空間３と第二空間４とに区画されており、第一空間３が第二空間４の上方に位置する。また、第一空間３の天井を構成する面は、少なくとも水タンク９と重なる上流側部分が金属などの熱伝導性材料で構成されている。

【0094】

水タンク９は、第一空間３における上流側部分の上方に配置される。水タンク９の底面は、金属などの熱伝導性材料で構成される。

【0095】

水タンク９の底面における第一空間３のガスの流れ方向の寸法は、第一空間３の天井を構成する面における第一空間３のガスの流れ方向の寸法よりも小さく、水タンク９の底面における第一空間３のガスの流れ方向に対して垂直な方向の寸法は、第一空間３の天井を構成する面における第一空間３のガスの流れ方向に対して垂直な方向の寸法と略同じである。

【0096】

水タンク９の底面は、第一空間３の天井を構成する面における上流側部分と一体化している。水蒸気供給流路７は、水タンク９における水面よりも上の空間と第二空間４とを連通させる。

【0097】

二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に供給される二酸化炭素含有ガスの条件は、実施の形態１の二酸化炭素分離回収装置３１と同じである。また、水タンク９の内部の水の温度は４０℃である。

【0098】

［３－２．動作］
以上のように構成された二酸化炭素分離回収装置３３の動作は、第一空間３と第二空間４の内部のガスが分離膜２を介して熱交換することに加えて、特に第一空間３の上流のガスと水タンク９の水とが熱交換して、この熱交換によって、特に第一空間３の上流のガスの温度がさらに低くなる点で、実施の形態２と異なる。

【0099】

［３－３．効果等］
以上のように、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜２によって選択的に第二空間４に透過させるように構成された二酸化炭素分離器１と、水を貯める略密閉構造の貯水部としての水タンク９と、水タンク９における水面よりも上の空間と第二空間４とを連通させる水蒸気供給流路７と、第二空間４を減圧するポンプ１０と、ポンプ１０の出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器１１と、を備える。

【0100】

これにより、１００℃未満の温度で水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができる。

【0101】

このため、１００℃以上の温度に水を加熱して水蒸気を発生させる場合よりも、第二空間４における二酸化炭素の分圧が低下し、水蒸気の分圧が向上する。

【0102】

さらに、水蒸気が供給される第二空間のガスの温度が、第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスの温度（６０℃）よりも低いために、分離膜２により区画された第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度も低くなることから、分離膜２近傍の二酸化炭素含有ガスの相対湿度も上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0103】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３３を提供することができる。

【0104】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３において、水タンク９は、水タンク９の水が第一空間３における上流側部分の二酸化炭素含有ガスと熱交換する（この熱交換によって第一空間３における上流側部分の二酸化炭素含有ガスが冷却される）ように構成される。

【0105】

これにより、最も高温となる第一空間３の上流側の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くできることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0106】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。

【0107】

また、最も高温となる上流側の分離膜２の温度をさらに低くできることから分離膜２の劣化を抑制することができる。そのため、分離膜２の耐久性を確保しつつ、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上する二酸化炭素分離回収装置３３を提供することができる。

【0108】

また、ヒーターからなる温度調節器１９によって水タンク９に入っている水の温度を４０℃に調節している場合は、水タンク９の水が、第一空間３の二酸化炭素含有ガスとの熱
交換によって加熱されるため、水タンク９の水が第一空間３の二酸化炭素含有ガスと熱交換しない構成（実施の形態１の場合）よりも、温度調節器１９による加熱量を低減することができる。

【0109】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３において、ポンプ１０が動作しているときの第二空間４の圧力が、水タンク９の内部に貯水された４０℃の水の飽和水蒸気圧よりも低いので、水タンク９の内部の４０℃の水から水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができ、水蒸気が分離膜２を介して第一空間３から第二空間４へ透過することを抑制できる。

【0110】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３において、二酸化炭素含有ガス供給流路５から排気流路６に向かって第一空間３を流通するガスと、水蒸気供給流路７から回収ガス流路８に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流になっているので、並行流である場合と比較して、分離膜２の全領域にわたって、第一空間３と第二空間４との二酸化炭素の分圧差が生じ易く、分離膜２における二酸化炭素透過性をより向上させることができる。

【0111】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３において、第一空間温度検知器１４により検知される第一空間３の温度は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いので、そうでない場合と比較して、最も高温となる第一空間３の上流側の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くできることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0112】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。

【0113】

また、最も高温となる上流側の分離膜２の温度をさらに低くできることから分離膜２の劣化を抑制することができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３３を提供することができる。

【0114】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３３において、第二空間温度検知器１５により検知される第二空間４の温度は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いので、そうでない場合と比較して、第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くすることができることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0115】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３３を提供することができる。

【0116】

（実施の形態４）
以下、図４を用いて、実施の形態４を説明する。

【0117】

［４－１．構成］
図４に示すように、実施の形態４にかかる二酸化炭素分離回収装置３４は、二酸化炭素分離器１と、二酸化炭素含有ガス供給流路５と、排気流路６と、回収ガス流路８と、ポンプ１０と、水分離器１１と、水供給流路１２と、開閉弁１３と、第一空間温度検知器１４と、第二空間温度検知器１５と、貯水部２０と、貯水部温度検知器２１と、貯水部水位センサ２２と、圧力計１８と、温度調節器１９と、制御器４２と、を備える。

【0118】

二酸化炭素分離器１は、その内部空間が、略水平に配置される分離膜２により第一空間３と第二空間４とに区画されており、第一空間３が第二空間４の上方に位置する。第二空間４の下面は貯水部２０の水面であり、貯水部２０における水面よりも上の空間が第二空間４になるように、貯水部２０が二酸化炭素分離器１と一体に構成されている。

【0119】

二酸化炭素分離器１は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜２によって選択的に第二空間４に透過させるように構成されている。二酸化炭素分離器１の周囲と貯水部２０の周囲は、断熱材（図示せず）で覆われている。

【0120】

本実施の形態の分離膜２は、実施の形態１～３に用いた分離膜２と同じである。本実施の形態における二酸化炭素含有ガスは、実施の形態１～３での二酸化炭素含有ガスと同じである。

【0121】

第一空間３の一端には、二酸化炭素含有ガス供給流路５の下流側端が接続され、第一空間３の他端には、排気流路６の上流側端が接続される。第一空間３には、二酸化炭素含有ガス供給流路５から二酸化炭素含有ガスが供給される。二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に供給された二酸化炭素含有ガスのうちで分離膜２を透過して第二空間４に移動しなかったガスは、排気流路６に排出される。

【0122】

第二空間４の一端には、回収ガス流路８の上流側端が接続される。

【0123】

回収ガス流路８の途中には、第二空間４のガスを吸い込んで第二空間４を減圧するポンプ１０と、ポンプ１０よりも下方にポンプ１０から排出されたガスから水分を分離する水分離器１１が設置されている。回収ガス流路８の下流側端から排出される回収ガスは回収ガスタンク（図示せず）に貯蔵される。

【0124】

水分離器１１の温度は、第二空間４の温度よりも低い。水分離器１１は、ポンプ１０から排出されたガスから分離した水を貯める部分を有する。ポンプ１０からのガスは、水分離器１１における水面よりも上の空間に流入する。回収ガスは、水分離器１１における水面よりも上の空間から流出する。

【0125】

ポンプ１０により第二空間４が減圧されると、貯水部２０の水の蒸発が促進され、水の蒸発によって発生した水蒸気が第二空間４に供給される。また、ポンプ１０により減圧された第二空間４には、第一空間３から分離膜２を透過した二酸化炭素が供給される。

【0126】

なお、二酸化炭素含有ガス供給流路５との接続部分から排気流路６との接続部分に向かって第一空間３を流通するガスと、第二空間４における回収ガス流路８との接続部分から最も離れた箇所から回収ガス流路８との接続部分に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流となるように、第一空間３に二酸化炭素含有ガス供給流路５と排気流路６が接続され、第二空間４に回収ガス流路８が接続される。

【0127】

水供給流路１２の下流側端は、貯水部２０の下部に接続されている。水供給流路１２の途中には、貯水部２０に設置された貯水部水位センサ２２によって検知された貯水部２０の水位の変化に応じて開閉する開閉弁１３が設置されている。開閉弁１３よりも上流側の水供給流路１２の水には圧力が加えられている。

【0128】

第一空間温度検知器１４、第二空間温度検知器１５、貯水部温度検知器２１は、それぞれ第一空間３、第二空間４、貯水部２０の水の温度を検知するための温度センサである。

【0129】

圧力計１８は、ポンプ１０よりも上流側の回収ガス流路８の途中に設置され、第二空間４の圧力を検知する圧力計である。

【0130】

温度調節器１９は、貯水部２０に設置され、貯水部２０に対する加熱量を変えることにより貯水部２０の水の温度を調節するヒーターである。

【0131】

制御器４２は、二酸化炭素分離回収装置３４の運転を制御する。制御器４２は、信号入出力部（図示せず）と、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。

【0132】

［４－２．動作］
以上のように構成された本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４について、その動作を以下説明する。また、実施の形態１の動作と異なる点のみ説明する。

【0133】

以下の動作は、制御器４２が二酸化炭素分離回収装置３４を制御することによって行われる。

【0134】

二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に、実施の形態１と同じ条件の二酸化炭素含有ガスが供給される。排気流路６の下流側端が大気解放されているために、第一空間３の圧力は、大気圧となっている。

【0135】

制御器４２は、貯水部温度検知器２１で検知される貯水部２０の水の温度が４０℃となるように、温度調節器１９の加熱量を制御している。

【0136】

制御器４２は、圧力計１８で検知される第二空間４の圧力が、５ｋＰａとなるように、ポンプ１０の出力を制御している。ここで、５ｋＰａという圧力値は、貯水部２０の４０℃の水の飽和水蒸気圧である７．４ｋＰａよりも低い値である。

【0137】

制御器４２は、開閉弁１３が閉じているときに、水の蒸発によって貯水部２０の水位が下限水位まで低下したことを貯水部水位センサ２２で検知すると、開閉弁１３を開けて貯水部２０に、水供給流路１２を通流する水を供給する。

【0138】

また、制御器４２は、開閉弁１３が開いているときに、水供給流路１２から供給される水によって貯水部２０の水位が上限水位まで上昇したことを貯水部水位センサ２２で検知すると、開閉弁１３を閉じる。その結果、貯水部２０の水位は、下限水位と上限水位の間になるように制御される。

【0139】

ポンプ１０によって第二空間４の圧力が減圧されて５ｋＰａになると、貯水部２０の水の蒸発が促進され、水の蒸発によって発生した水蒸気が第二空間４に供給される。

【0140】

二酸化炭素含有ガス供給流路５から第一空間３に供給された二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素は、第一空間３と第二空間４との二酸化炭素の分圧差により、分離膜２を透過して第二空間４に移動する。

【0141】

このとき、二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素は、二酸化炭素含有ガスに含まれる水蒸気とともに分離膜２を透過するので、第一空間３では、二酸化炭素含有ガス供給流路５からの流入口から排気流路６への流出口に向かうにしたがって、相対湿度が低くなっている。

【0142】

本実施の形態では、二酸化炭素含有ガス供給流路５からの流入口から排気流路６への流
出口に向かって第一空間３を流通するガスと、第二空間４における回収ガス流路８との接続部分から最も離れた箇所から回収ガス流路８への流出口に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流となっており、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度が６０℃であるのに対して、水蒸気を発生する貯水部２０の水の温度は４０℃である。

【0143】

この状態において、第一空間３の内部のガスと第二空間４の内部のガスとは、分離膜２を介して熱交換するので、二酸化炭素含有ガス供給流路５からの流入口から排気流路６への流出口に向かうにしたがって、第一空間３のガス温度は、低くなっている。

【0144】

このとき、第一空間温度検知器１４により検知した第一空間３の温度と、第二空間温度検知器１５により検知した第二空間４の温度の検知温度は、両方とも、５０℃となっている。

【0145】

第一空間３から第二空間４に透過した二酸化炭素と水蒸気は、水蒸気供給流路７から第二空間４に流入した水蒸気と一緒に、第二空間４と回収ガス流路８により連通しているポンプ１０によって吸引され、ポンプ１０の出口から排出される二酸化炭素と水蒸気の混合ガスは、水分離器１１を通過するときに、水分が除去される。

【0146】

そして、水分が除去された後の二酸化炭素を多く含む乾燥したガスが、回収ガス流路８の下流側端から回収ガスとして排出され、回収ガスタンク（図示せず）に貯蔵される。

【0147】

第一空間３に流入した二酸化炭素含有ガスのうちで、分離膜２を透過せず残った非透過ガスは、排気流路６から排出される。

【0148】

［４－３．効果等］
以上のように、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスに含まれる二酸化炭素を分離膜２によって選択的に第二空間４に透過させるように構成された二酸化炭素分離器１と、第二空間４に連通した略密閉構造の空間に設けられた水を貯める貯水部２０と、第二空間４を減圧するポンプ１０と、ポンプ１０の出口から排出されたガスから水分を分離する水分離器１１と、を備える。

【0149】

これにより、１００℃未満の温度で水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができる。

【0150】

このため、１００℃以上の温度に水を加熱して水蒸気を発生させる場合よりも、第二空間４における二酸化炭素の分圧が低下し、水蒸気の分圧が向上する。

【0151】

さらに、水蒸気が供給される第二空間のガスの温度が、第一空間に流入する二酸化炭素含有ガスの温度（６０℃）よりも低いために、分離膜２により区画された第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度も低くなることから、分離膜２近傍の二酸化炭素含有ガスの相対湿度も上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0152】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３４を提供することができる。

【0153】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４において、第一空間３が第二空間４の上方に位置し、貯水部２０における水面よりも上の空間が第二空間４になるように、貯水部２０が二酸化炭素分離器１と一体に構成されている。

【0154】

これにより、貯水部２０から第二空間４までの間の水蒸気の輸送に伴う圧力損失を低減し、水蒸気の供給速度を向上することができることから、上記の一体構成になっていない場合と比較して、第二空間４の相対湿度が高くなって分離膜２の含水率が向上して、第二空間４における二酸化炭素の分圧がさらに低下する。したがって、分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。

【0155】

また、貯水部２０と第二空間４とを結ぶ配管が不要となることから、二酸化炭素分離回収装置３４の構成を簡素化することができる。

【0156】

そのため、構成を簡素化しつつ、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３４を提供することができる。

【0157】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４において、ポンプ１０が動作しているときの第二空間４の圧力が、貯水部２０に貯水された４０℃の水の飽和水蒸気圧よりも低いので、貯水部２０の４０℃の水から水蒸気を二酸化炭素分離器１の第二空間４に供給することができ、水蒸気が分離膜２を介して第一空間３から第二空間４へ透過することを抑制できる。

【0158】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４において、二酸化炭素含有ガス供給流路５から排気流路６に向かって第一空間３を流通するガスと、第二空間４における回収ガス流路８との接続部分から最も離れた箇所から回収ガス流路８に向かって第二空間４を流通するガスとが、対向流になっているので、並行流である場合と比較して、分離膜２の全領域にわたって、第一空間３と第二空間４との二酸化炭素の分圧差が生じ易く、分離膜２における二酸化炭素透過性をより向上させることができる。

【0159】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４において、第一空間温度検知器１４により検知される第一空間３の温度は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いので、そうでない場合と比較して、最も高温となる第一空間３の上流側の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くできることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0160】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる。

【0161】

また、最も高温となる上流側の分離膜２の温度をさらに低くできることから分離膜２の劣化を抑制することができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３４を提供することができる。

【0162】

また、本実施の形態の二酸化炭素分離回収装置３４において、第二空間温度検知器１５により検知される第二空間４の温度は、第一空間３に流入する二酸化炭素含有ガスの温度よりも低いので、そうでない場合と比較して、第一空間３の分離膜２近傍における二酸化炭素含有ガスの温度をさらに低くすることができることから、二酸化炭素含有ガスの相対湿度がさらに上がって分離膜２の含水率が向上する。

【0163】

したがって、含水率が高いほど二酸化炭素の透過速度が高い材料で構成された分離膜２における二酸化炭素の透過速度を向上させることができる。そのため、分離膜２における二酸化炭素の透過速度をさらに向上させることができる二酸化炭素分離回収装置３４を提供することができる。

【0164】

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１～４を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１～４で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

【0165】

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

【0166】

本実施の形態１～４では、分離膜２として、アミン化合物のモノエタノールアミンを含んだ高分子膜を用いた。しかし、分離膜２は、二酸化炭素を選択的に透過しやすいものであれば良く、アミン化合物のモノエタノールアミンに限定されない。

【0167】

分離膜２として、他のアミン化合物からなる分離膜、イオン液体を含んだ分離膜、アルカリ炭酸塩を含んだ分離膜を用いた場合は、高い二酸化炭素の透過速度が得られる。

【0168】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0169】

本開示は、分離膜における二酸化炭素の透過速度を向上させることができるので、分離膜を用いて二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収するための二酸化炭素分離回収装置に適用可能である。具体的には、炭化水素を燃料とする水素製造装置、燃料電池発電システムの排ガスから二酸化炭素を回収する用途に、本開示は適用可能である。

【符号の説明】

【0170】

１ 二酸化炭素分離器
２ 分離膜
３ 第一空間
４ 第二空間
５ 二酸化炭素含有ガス供給流路
６ 排気流路
７ 水蒸気供給流路
８ 回収ガス流路
９ 水タンク
１０ ポンプ
１１ 水分離器
１２ 水供給流路
１３ 開閉弁
１４ 第一空間温度検知器
１５ 第二空間温度検知器
１６ 水タンク温度検知器
１７ 水位センサ
１８ 圧力計
１９ 温度調節器
２０ 貯水部
２１ 貯水部温度検知器
２２ 貯水部水位センサ
３１，３２，３３，３４ 二酸化炭素分離回収装置
４１，４２ 制御器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】