特許 7519149 気体濃縮装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-10

(45)【発行日】2024-07-19

(54)【発明の名称】気体濃縮装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/04 20060101AFI20240711BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20240711BHJP

   B01D 53/62 20060101ALI20240711BHJP

【ＦＩ】

B01D53/04 110

B01D53/047

B01D53/62

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024048024

(22)【出願日】2024-03-25

【審査請求日】2024-03-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524013001

【氏名又は名称】Ｐｌａｎｅｔ Ｓａｖｅｒｓ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100176072

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 功

(72)【発明者】

【氏名】池上 京

(72)【発明者】

【氏名】伊與木 健太

【審査官】池田 周士郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２４－０３４８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３１９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２４－０３０８８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／００－５３／９６

Ｂ０１Ｊ １９／００－１９／３２

Ｂ０１Ｊ ２０／００－２０／３４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体を取り入れる気体取入部と、
取り入れられた前記気体から二酸化炭素の濃度を高めた第１濃縮ガスを生成する第１濃縮部と、
前記第１濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第２濃縮ガスを生成する第２濃縮部と、
外部へ前記第２濃縮ガスを排気するガス排気部と、
前記第１濃縮部内の圧力及び前記第２濃縮部内の圧力を調整可能に構成されるポンプと、
前記ポンプを制御し、前記第１濃縮部内の圧力及び前記第２濃縮部内の圧力を調整する制御装置と、
前記第１濃縮部から前記第２濃縮部に給気される前記第１濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁と、
を備え、
前記第１濃縮部は、第１吸着タンク及び第２吸着タンクを有し前記気体から二酸化炭素を吸脱着し前記第１濃縮ガスを生成する第１吸着部と、前記気体の給気先を切り替え可能に構成される第１切替部とを有し、
前記第２濃縮部は、第３吸着タンク及び第４吸着タンクを有し前記第１濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し前記第２濃縮ガスを生成する第２吸着部と、前記第１濃縮ガスの給気先を切り替え可能に構成される第２切替部とを有し、
前記制御装置は、前記第１切替部を制御し、前記気体の給気先を切り替え、前記第２切替部を制御し、前記第１濃縮ガスの給気先を切り替える、
気体濃縮装置。

【請求項2】

前記第１濃縮部内の気体の容積と、前記第２濃縮部内の気体の容積と、が異なる、
請求項１に記載の気体濃縮装置。

【請求項3】

前記第３吸着タンクの容積又は前記第４吸着タンクの容積は、前記第１吸着タンクの容積又は前記第２吸着タンクの容積よりも小さい、
請求項２に記載の気体濃縮装置。

【請求項4】

前記第３吸着タンクの容積又は前記第４吸着タンクの容積は、前記第１吸着タンクの容積又は前記第２吸着タンクの容積の４分の３以下且つ２分の１以上である、
請求項３に記載の気体濃縮装置。

【請求項5】

前記第１濃縮部は、前記第１濃縮部内の圧力変動を緩和する第１バッファタンクを有し、
前記第２濃縮部は、前記第２濃縮部内の圧力変動を緩和する第２バッファタンクを有し、
前記第２バッファタンクの容積は、前記第１バッファタンクの容積よりも小さい、
請求項１に記載の気体濃縮装置。

【請求項6】

前記第１濃縮部は、前記第１濃縮ガスを排気する第１排気弁を有し、
前記第２濃縮部は、前記第２濃縮ガスを排気する第２排気弁を有し、
前記制御装置は、前記第１切替部と前記第１排気弁を連動して制御して、前記気体の排気及び前第１濃縮ガスの排気のタイミングを調整し、且つ、前記第２切替部と前記第２排気弁を連動して制御して、前記第１濃縮ガスの排気及び前記第２濃縮ガスの排気のタイミングを調整する、
請求項１に記載の気体濃縮装置。

【請求項7】

前記第１濃縮部は、前記第１濃縮ガスをフィルタリングする第１フィルタを有し、
前記第２濃縮部は、前記第２濃縮ガスをフィルタリングする第２フィルタを有する、
請求項１に記載の気体濃縮装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大気中からの気体濃縮装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、気体中の気体成分を濃縮する装置が知られていた。

【0003】

例えば、特許文献１には、二酸化炭素を含む原料ガス（気体）から、１段階の気体濃縮過程を経て、高濃度の二酸化炭素を回収する気体濃縮装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２２－１２７０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、気体の濃度に応じて濃縮可能な気体濃度に限度があり、ごく低濃度の大気中からより高濃度の二酸化炭素を直接回収することは出来なかった。

【0006】

上記課題に鑑み、本発明は、気体から１段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする気体濃縮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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の第１態様によれば、以下の気体濃縮装置が提供される。この気体濃縮装置は、気体を取り入れる気体取入部と、取り入れられた前記気体から二酸化炭素の濃度を高めた第１濃縮ガスを生成する第１濃縮部と、前記第１濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第２濃縮ガスを生成する第２濃縮部と、外部へ前記第２濃縮ガスを排気するガス排気部と、を備える。

【0008】

また、本発明の第２態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮部は、前記気体から二酸化炭素を吸脱着し前記第１濃縮ガスを生成する第１吸着部を有し、前記第２濃縮部は、前記第１濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し前記第２濃縮ガスを生成する第２吸着部を有し、前記第１濃縮部内の圧力及び前記第２濃縮部内の圧力を調整可能に構成されるポンプと、前記ポンプを制御し、前記第１濃縮部内の圧力及び前記第２濃縮部内の圧力を調整する制御装置と、を更に備える。

【0009】

また、本発明の第３態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮部は、前記気体の給気先を切り替え可能に構成される第１切替部を有し、前記第１吸着部は、第１吸着タンクと、第２吸着タンクと、を有し、前記第２濃縮部は、前記第１濃縮ガスの給気先を切り替え可能に構成される第２切替部を有し、前記第２吸着部は、第３吸着タンクと、第４吸着タンクと、を有し、前記制御装置は、前記第１切替部を制御し、前記気体の給気先を切り替え、前記第２切替部を制御し、前記第１濃縮ガスの給気先を切り替える。

【0010】

また、本発明の第４態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮部内の気体の容積と、前記第２濃縮部内の気体の容積と、が異なる。

【0011】

また、本発明の第５態様に係る気体濃縮装置では、前記第３吸着タンクの容積又は前記第４吸着タンクの容積は、前記第１吸着タンクの容積又は前記第２吸着タンクの容積よりも小さい。

【0012】

また、本発明の第６態様に係る気体濃縮装置では、前記第３吸着タンクの容積又は前記第４吸着タンクの容積は、前記第１吸着タンクの容積又は前記第２吸着タンクの容積の４分の３以下且つ２分の１以上である。

【0013】

また、本発明の第７態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮部は、前記第１濃縮部内の圧力変動を緩和する第１バッファタンクを有し、前記第２濃縮部は、前記第２濃縮部内の圧力変動を緩和する第２バッファタンクを有し、前記第２バッファタンクの容積は、前記第１バッファタンクの容積よりも小さい。

【0014】

また、本発明の第８態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁を更に備える。

【0015】

また、本発明の第９態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮部は、前記第１濃縮ガスを排気する第１排気弁を有し、前記第２濃縮部は、前記第２濃縮ガスを排気する第２排気弁を有し、前記制御装置は、前記第１切替部と前記第１排気弁を連動して制御して、前記気体の排気及び前記第１濃縮ガスの排気のタイミングを調整し、且つ、前記第２切替部と前記第２排気弁を連動して制御して、前記第１濃縮ガスの排気及び前記第２濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。

【0016】

また、本発明の第１０態様に係る気体濃縮装置では、前記第１濃縮部は、前記第１濃縮ガスをフィルタリングする第１フィルタを有し、前記第２濃縮部は、前記第２濃縮ガスをフィルタリングする第２フィルタを有する。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る気体濃縮装置によれば、気体から１段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る気体濃縮装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】図１の気体濃縮装置の第１濃縮部における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。

【図3】時間Ｔ１１における第１濃縮部内の気体の流れを示す図である。

【図4】時間Ｔ１４における第１濃縮部内の気体の流れを示す図である。

【図5】図１の気体濃縮装置の第２濃縮部における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0020】

＜実施形態＞
まず、本発明の実施形態に係る気体濃縮装置１について説明する。

【0021】

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る気体濃縮装置１の全体構成の一例を概略的に示す図である。

【0022】

図１に示すように、気体濃縮装置１は、気体取入部１０と、ポンプ９と、除水タンク１２と、第１濃縮部２と、第２濃縮部５と、制御装置８とを備える。なお、気体濃縮装置１としての具体的構成は図１に限定されない。

【0023】

気体濃縮装置１は、気体濃縮装置１外から気体を取り入れ、二酸化炭素の濃度を高めた第２濃縮ガスを生成する。なお、気体濃縮装置１で濃度を高めることが出来る気体成分は二酸化炭素に限られず、窒素、酸素、水素、又は一酸化炭素等を含んでもよい。

【0024】

まず、気体取入部１０について説明する。気体取入部１０は、気体濃縮装置１外から気体濃縮装置１内へ気体を取り入れる。具体的には、気体取入部１０は、気体濃縮装置１外から、エアーポンプ１１へ気体を給気する。取り入れる気体は、大気であってもよく、別に用意した原料ガスであってもよい。

【0025】

次にポンプ９について説明する。ポンプ９は、第１濃縮部２内の圧力及び第２濃縮部５内の圧力を調整可能に構成される。具体的には、ポンプ９として気体濃縮装置１は、エアーポンプ１１と、第１減圧ポンプ２５と、第１昇圧ポンプ２７と、第２減圧ポンプ５５と、第２昇圧ポンプ５７と、を有する。エアーポンプ１１は、気体取入部１０から吸気した気体を、除水タンク１２へ給気する。

【0026】

次に、除水タンク１２について説明する。除水タンク１２は、エアーポンプ１１から吸気した気体から水分を除去し、気体中の水分量を抑制する。水分量を抑制された気体は、第１入口部２０へ給気される。

【0027】

次に、第１濃縮部２について説明する。第１濃縮部２は、第１入口部２０と、第１切替部２１と、第１吸着部２２と、第１圧力センサ２９と、第１排気部３０と、第１フィルタ３１と、第１逆止弁３３と、第１絞り弁３５と、第２絞り弁３７と、第１排気弁３９と、第１バッファタンク４１と、第１出口部４０と、を備える。第１濃縮部２は、気体濃縮装置１外から取り入れた気体から二酸化炭素の濃度を高めた第１濃縮ガスを生成する。

【0028】

第１入口部２０は、第１濃縮部２外から気体を第１濃縮部２内へ取り入れる取入口である。具体的には、除水タンク１２から、第１切替部２１へ気体を給気する。

【0029】

第１切替部２１は、第１入口部２０から給気された、気体の給気先を切り替え可能に構成される。第１切替部２１は、第１電磁弁２１Ａ、第１電磁弁２１Ｂ、第１電磁弁２１Ｃ、及び第１電磁弁２１Ｄを備える。各電磁弁の開状態（ＯＰＥＮ）と閉状態（ＣＬＯＳＥ）とを切り替えることで、気体の流路を制御し、気体の給気先を切り替える。また、各電磁弁は給気側から吸気側への逆流を防止し、ＩＮと表示されている側が吸気側である。具体的には、第１電磁弁２１Ａは、除水タンク１２から、第１吸着タンク２３への気体の給気を制御する電磁弁である。第１電磁弁２１Ｂは、除水タンク１２から、第２吸着タンク２４への気体の給気を制御する電磁弁である。第１電磁弁２１Ｃは、第１吸着タンク２３から、第１フィルタ３１への気体の給気を制御する電磁弁である。第１電磁弁２１Ｄは、第２吸着タンク２４から、第１フィルタ３１への気体の給気を制御する電磁弁である。

【0030】

第１吸着部２２は、気体濃縮装置１外から取り入れられた気体から二酸化炭素を吸脱着し第１濃縮ガスを生成する。第１吸着部２２は、第１吸着タンク２３と、第２吸着タンク２４と、から構成される。第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４は、第１切替部２１から気体が給気され、気体から二酸化炭素を吸着するタンクである。第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４には、交互に気体が給気される。第１吸着タンク２３又は第２吸着タンク２４に吸着した二酸化炭素を脱離させることで二酸化炭素濃度を高めた第１濃縮ガスが生成される。生成された第１濃縮ガスは、第１フィルタ３１へ給気される。また、二酸化炭素が吸着され、二酸化炭素濃度が低くなった第１排気ガスは、第１逆止弁３３Ａ又は第１逆止弁３３Ｂと第１絞り弁３５とを通して、気体濃縮装置１外へ排気される。第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４は、ゼオライトを用いた二酸化炭素の吸着材を有する。なお、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４は、二酸化炭素の吸着材と代えて、例えば酸素、水素、一酸化炭素又は窒素等の吸着材を有してもよい。

【0031】

第１フィルタ３１は、第１濃縮ガスをフィルタリングする。例えば、第１フィルタ３１は、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４から脱離した吸着材をフィルタリングする。第１フィルタ３１でフィルタリングされた気体は、第１減圧ポンプ２５へ給気される。

【0032】

第１減圧ポンプ２５は、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４の気体を減圧するポンプである。第１減圧ポンプ２５から第１昇圧ポンプ２７へ気体は給気される。

【0033】

第１昇圧ポンプ２７は、バッファタンク４１、第２濃縮部５の第３吸着タンク５３及び第４吸着タンク５４へ向かう気体を加圧するポンプである。

【0034】

第１逆止弁３３は、給気又は排気側から吸気側への逆流を防止する弁である。第１逆止弁３３として、第１逆止弁３３Ａ、第１逆止弁３３Ｂ、第１逆止弁３３Ｃが第１濃縮部２内に設けられている。第１逆止弁３３Ａは、第１絞り弁３５側から、第１吸着タンク２３側への気体の逆流を防止する。第１逆止弁３３Ｂは、第１絞り弁３５側から、第２吸着タンク２４側への気体の逆流を防止する。第１逆止弁３３Ｃは、第１バッファタンク４１側から、第１昇圧ポンプ２７側への気体の逆流を防止する。

【0035】

第１バッファタンク４１は、気体を一時的に貯留するタンクであり、第１濃縮部２内の圧力変動や流量変動を緩和する。具体的には、第１バッファタンク４１は、第１吸着タンク２３又は第２吸着タンク２４で生成された第１濃縮ガスを一時的に貯留し、第２絞り弁３７へ給気する。

【0036】

第１圧力センサ２９は、圧力を測定するセンサである。第１圧力センサ２９として第１圧力センサ２９Ａ、第１圧力センサ２９Ｂ、第１圧力センサ２９Ｃが第１濃縮部２内に設けられている。第１圧力センサ２９Ａは、第１吸着タンク２３内の圧力を測定し、第１圧力センサ２９Ｂは、第２吸着タンク２４内の圧力を測定し、第１圧力センサ２９Ｃは、第１バッファタンク４１内の圧力を測定する。

【0037】

第１絞り弁３５及び第２絞り弁３７は、第１排気ガス及び第１濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁である。また、第１絞り弁３５及び第２絞り弁３７は、第１排気ガス及び第１濃縮ガスの流量を調節することで圧力を調整する弁である。具体的には、第１絞り弁３５は、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４から排気される第１排気ガスの流量を調節し気体濃縮装置１外へ排気する。第２絞り弁３７は、第１バッファタンク４１から給気される第１濃縮ガスの流量を調節し第２濃縮部５へ給気する。前述の第１逆止弁３３において、給気又は排気側と吸気側との差圧が小さいほど、給気又は排気側から吸気側への逆流が起こり易い。第１絞り弁３５又は第２絞り弁３７において流量を制限し、給気又は排気側の圧力を高く維持することで、逆流の発生を抑制することが出来る。具体的には、第１絞り弁３５により、第１逆止弁３３Ａ又は第１逆止弁３３Ｂにおける排気側の圧力を高く維持することで、第１排気ガスの第１吸着タンク２３側及び第２吸着タンク２４側への逆流を防止する。

【0038】

また、第２絞り弁３７は、第１濃縮部２から第２濃縮部５へ給気される第１濃縮ガスの流量を一定に保つ。第２濃縮部５の気体濃縮過程において濃縮される第１濃縮ガスの流量が一定に保たれることで、気体濃縮プロセスが安定し、第２濃縮部５外へ排気される第２濃縮ガスの流量も安定する。また、流量が一定に保たれることで、第２濃縮部５において、吸着材の表面に二酸化炭素が均等に接触し、吸着効率が向上する。

【0039】

第１排気部３０は、第１絞り弁３５で流量を調節された第１排気ガスを気体濃縮装置１外へ排気する排気口である。

【0040】

第１排気弁３９は、第１濃縮ガスを排気する弁である。第１排気弁３９は、第１昇圧ポンプ２７の下流、第１逆止弁３３Ｃの上流に設けられる。

【0041】

第１出口部４０は、第２絞り弁３７で流量を調整された第１濃縮ガスを第１濃縮部２から給気する出口部である。

【0042】

次に、第２濃縮部５について説明する。第２濃縮部５は、第２入口部５０と、第２切替部５１と、第２吸着部５２と、第２圧力センサ５９と、第２排気部６０と、第２フィルタ６１と、第３フィルタ６２と、第２逆止弁６３と、第３絞り弁６５と、第２排気弁６９と、第２バッファタンク７１と、減圧弁７３と、流量計７５と、定流量弁７７と、ガス排気部７０と、を備える。第２濃縮部５は、第１濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第２濃縮ガスを生成する。

【0043】

第２濃縮部５の各構成要素の内、第１濃縮部２と同様の構成要素については、重複する説明を適宜省略する。すなわち、第２切替部５１は、第１切替部２１と、第３吸着タンク５３及び第４吸着タンク５４は、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４と、第２圧力センサ５９は、第１圧力センサ２９と、第２排気部６０は、第１排気部３０と、第２フィルタ６１は、第１フィルタ３１と、第２逆止弁６３は、第１逆止弁３３と、第３絞り弁６５は、第１絞り弁３５と、第２排気弁６９は、第１排気弁３９と、第２バッファタンク７１は、第１バッファタンク４１と、各々同様の構成が採用可能であるため、重複する説明は適宜省略する。

【0044】

第２入口部５０は、第１出口部４０から給気された第１濃縮ガスを第２濃縮部５内へ給気する取入口である。

【0045】

第２減圧ポンプ５５は、第３吸着タンク５３及び第４吸着タンク５４の気体を減圧するポンプである。第１減圧ポンプ２５から第１昇圧ポンプ２７へ気体は給気される。

【0046】

第２昇圧ポンプ５７は、第２濃縮ガスを加圧し、気体濃縮装置１外へ排気するためのポンプである。

【0047】

第１濃縮部２内の気体の容積と、第２濃縮部５内の気体の容積と、は異なる。具体的には、第２濃縮部５内の気体の容積は、第１濃縮部２内の気体の容積より小さい。第２濃縮部５内の気体の容積が第１濃縮部２内の気体の容積より小さいことにより、圧力制御を要する気体の容積が小さくなるため、第１濃縮部２内の圧力制御を行う各ポンプ９の出力を抑えることが出来る。

【0048】

第２吸着部５２は、第１濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し第２濃縮ガスを生成する。第２吸着部５２は、第３吸着タンク５３と、第４吸着タンク５４と、を有する。第３吸着タンク５３の容積又は第４吸着タンク５４の容積は、第１吸着タンク２３の容積又は第２吸着タンク２４の容積よりも小さい。例えば、第３吸着タンクの容積又は第４吸着タンクの容積は、第１吸着タンクの容積又は第２吸着タンクの容積の２分の１、３分の２、３分の１、４分の３、５分の４、又は３分の４でもよく，好ましくは、５分の４以下且つ５分の１以上でもよい。更に好ましくは、第３吸着タンクの容積又は第４吸着タンクの容積は、第１吸着タンクの容積又は第２吸着タンクの容積の４分の３以下且つ２分の１以上である。第１濃縮ガスは、第１濃縮部２で気体濃縮装置１外から吸気された気体と比べ、より二酸化炭素の濃度が高く、つまり特定の体積当たりの二酸化炭素の分子数が多い。そのため、第１濃縮ガスを第３吸着タンク５３又は第４吸着タンク５４において気体濃縮する際に必要とされる容積は、気体濃縮装置１外から吸気された気体を第１吸着タンク２３又は第２吸着タンク２４において気体濃縮する際に必要とされる容積よりも小さい。タンク容積が小さいほど、タンク容積が大きい場合よりもタンクそのもののコストダウンが可能であり、また圧力制御を要する気体の容積が小さくなるため、各ポンプの出力を抑えることが出来る。つまり、第２減圧ポンプ５５の出力は、第１減圧ポンプ２５の出力と比して小さくてもよい。

【0049】

第３フィルタ６２は、第２濃縮ガスをフィルタリングする。例えば、第３フィルタ６２は、バッファ内の粉塵等をフィルタリングする。第３フィルタ６２でフィルタリングされた気体は、減圧弁７３へ給気される。

【0050】

第２バッファタンク７１の容積は、第１バッファタンク４１の容積よりも小さい。例えば、第２バッファタンク７１の容積は、第１バッファタンク４１の容積の２分の１、３分の２、３分の１、４分の３、５分の４、又は３分の４でもよく、好ましくは、５分の４以下且つ５分の１以上でもよい。更に好ましくは、第２バッファタンク７１の容積は、第１バッファタンク４１の容積の４分の３以下且つ２分の１以上である。タンク容積が小さいほど、タンク容積が大きい場合よりもタンクそのもののコストダウンが可能であり、また圧力制御を要する気体の容積が小さくなるため、各ポンプの出力を抑えることが出来る。

【0051】

減圧弁７３は、第２濃縮ガスを減圧する。減圧弁７３は、その開度が調節可能な電子膨張弁であっても、電磁弁であってもよい。減圧弁７３が電磁弁である場合、減圧弁７３は、全開状態と、第２濃縮ガスを減圧するように開度を小さくする状態と、に切り換えることが可能である。減圧弁７３で減圧された第２濃縮ガスは、流量計７５へ給気される。

【0052】

流量計７５は、第２濃縮ガスの流量を検出する。流量計７５で流量を検出された第２濃縮ガスは、定流量弁７７へ給気される。

【0053】

定流量弁７７は、通過する第２濃縮ガスの最大流量を制限する。定流量弁７７から第２濃縮ガスは、ガス排気部７０へ給気される。

【0054】

ガス排気部７０は、気体濃縮装置１内から気体濃縮装置１外へ第２濃縮ガスを排気する。排気された第２濃縮ガスはタンク等に保管されてもよく、適宜使用されてもよい。

【0055】

次に、制御装置８について説明する。制御装置８は、気体濃縮装置１の各部を制御する。制御装置８は、その一部又は全部がアナログ回路で構成されるか、デジタルプロセッサ又はメモリで構成される。この制御装置８は、機能ブロックとして、通信部８１と、制御部８３と、記憶部８５と、を備える。

【0056】

制御装置８の通信部８１は、信号の送受信を行う。通信部８１は、例えば、気体濃縮装置１の外部と信号を送受信し、又は各圧力センサ２９及び５９、流量計７５等の気体濃縮装置１内の構成要素と信号を送受信する。制御装置８の制御部８３は、気体濃縮装置１が外部若しくは内部から受信した信号や、記憶部８５に記憶された流量や圧力等の測定値若しくは制御目標値、又は種々の制御パラメータに基づいて種々の制御を行う。制御パラメータは、例えば、第１切替部２１若しくは第２切替部５１の各電磁弁の開閉状態、第１排気弁３９及び第２排気弁６９の開閉状態等を含む。制御装置８の記憶部８５は、測定値若しくは制御目標値、又は種々の制御パラメータを記憶する。

【0057】

制御装置８の制御部８３は、ポンプ９を制御し、第１濃縮部２内の圧力及び第２濃縮部５内の圧力を調整する。具体的には、制御部８３は、第１減圧ポンプ２５とエアーポンプ１１とを制御し、第１濃縮部２内の圧力を調整する。また、制御部８３は、第２減圧ポンプ５５と第１昇圧ポンプ２７と第２昇圧ポンプ５７とを制御し、第２濃縮部５内の圧力を調整する。また、制御部８３は、第１切替部を制御し気体の給気先を切り替え、第２切替部を制御し第１濃縮ガスの給気先を切り替える。具体的には、制御部８３は、第１切替部２１の第１電磁弁２１Ａ、第１電磁弁２１Ｂ、第１電磁弁２１Ｃ、第１電磁弁２１Ｄの開閉状態を制御する。制御部８３は、各電磁弁の開閉状態を制御することで、第１吸着タンク２３若しくは第２吸着タンク２４への気体の給気又は第１吸着タンク２３若しくは第２吸着タンク２４からの気体の給気を制御する。また、制御部８３は、同様に第２切替部５１の第２電磁弁５１Ａ、第２電磁弁５１Ｂ、第２電磁弁５１Ｃ、第２電磁弁５１Ｄの弁の開閉状態を制御することで、第３吸着タンク５３又は第４吸着タンク５４の気体の給気先を制御する。更に、制御部８３は、第１切替部２１及び第１排気弁３９を連動して制御して、気体の排気及び第１濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。具体的には、制御部８３は、第１切替部２１の各電磁弁と第１排気弁３９の弁の開閉状態を制御することで、気体の排気及び第１濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。また、制御部８３は、同様に第２切替部５１と第２排気弁６９を連動して制御して、第１濃縮ガスの排気及び第２濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。

【0058】

＜動作例＞
気体の濃縮は、例えば下記のように行われる。エアーポンプ１１によって気体濃縮装置１外から吸気された気体は、第１吸着タンク２３へ給気される。第１吸着タンク２３中の二酸化炭素の吸着材は、第１吸着タンク２３へ給気された気体から、二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され二酸化炭素濃度が低くなった第１排気ガスは、第１排気部３０を通じて気体濃縮装置１外へ排気される。次に、第１吸着タンク２３内の気体の圧力を第１減圧ポンプ２５により減圧することで、第１吸着タンク２３中の二酸化炭素の吸着材から二酸化炭素を脱離させる。吸着材から二酸化炭素が脱離するため、当該吸着材は、再び二酸化炭素を吸着することが出来る。すなわち、二酸化炭素の吸着材は、二酸化炭素の脱離により再生される。第１吸着タンク２３から脱離した二酸化炭素を含む気体は気体濃縮装置１外から給気された気体よりも二酸化炭素濃度が高い第１濃縮ガスである。第１濃縮ガスは、第１昇圧ポンプ２７で加圧され、第２濃縮部５へ給気される。第２濃縮部５内へ導入された第１濃縮ガスは第３吸着タンク５３へ給気される。第３吸着タンク５３中の二酸化炭素の吸着材は、第３吸着タンク５３へ給気された気体から、二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され二酸化炭素濃度が低くなった第２排気ガスは、第２排気部６０を通じて気体濃縮装置１外へ排気される。次に第３吸着タンク５３内の気体の圧力を、第２減圧ポンプ５５により減圧することで、第３吸着タンク５３内の二酸化炭素を脱離させる。第３吸着タンク５３から脱離した二酸化炭素を含む気体は、第１濃縮部２から給気された第１濃縮ガスよりも二酸化炭素濃度が高い第２濃縮ガスである。この第２濃縮ガスは、第２昇圧ポンプ５７で加圧され、気体濃縮装置１外へ排気される。上記二酸化炭素の吸着と脱離は、第１吸着タンク２３と第２吸着タンク２４との間で交互に、また第３吸着タンク５３と第４吸着タンク５４との間で交互に行われる。

【0059】

＜処理の流れ＞
図２は、図１の気体濃縮装置１の第１濃縮部２における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。図２は、第１切替部２１の第１電磁弁２１Ａ、第１電磁弁２１Ｂ、第１電磁弁２１Ｃ、第１電磁弁２１Ｄの弁の開閉状態（ＯＰＥＮ又はＣＬＯＳＥ）、第１排気弁３９の弁の開閉状態（ＯＰＥＮ又はＣＬＯＳＥ）を時系列ごとに示している。図２は、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４が吸着、均圧、又は脱離のいずれの段階であるか、も時系列ごとに示している。また、図３は、時間Ｔ１１における第１濃縮部２内の気体の流れを示す図である。また、図４は、時間Ｔ１４における第１濃縮部２内の気体の流れを示す図である。図１、図２、図３及び図４を参照しながら、第１吸着タンク２３と第２吸着タンク２４との間で交互に行われる二酸化炭素の吸着と脱離のフローについて説明する。

【0060】

時間Ｔ１１において、第１電磁弁２１Ａは開状態、第１電磁弁２１Ｂは閉状態、第１電磁弁２１Ｃは閉状態、第１電磁弁２１Ｄは開状態であって、第１吸着タンク２３は吸着状態、第２吸着タンク２４は脱離状態である。図３に示すように、エアーポンプ１１によって気体濃縮装置１外から吸気された気体は。第１吸着タンク２３へ給気される。第１吸着タンク２３は、給気された気体から二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され、二酸化炭素濃度が低くなった第１排気ガスは、第１排気部３０を通じて気体濃縮装置１外へ排出される。一方、第２吸着タンク２４内の気体の圧力を第１減圧ポンプ２５により減圧することで、第２吸着タンク２４中の二酸化炭素の吸着材から二酸化炭素を脱離させて第１濃縮ガスを生成する。第１濃縮ガスは、第１出口部４０を通じて第２濃縮部５へ給気される。二酸化炭素の脱離により、第２吸着タンク２４内の二酸化炭素の吸着材は、再生される。

【0061】

図２に戻って、時間ｔ１１１において、第１電磁弁２１Ｂは、開状態に切り替わり、第１電磁弁２１Ｄは、閉状態に切り替わる。時刻Ｔ１２において、第１吸着タンク２３と第２吸着タンク２４とは、均圧状態である。エアーポンプ１１によって気体濃縮装置１外から吸気された気体が、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４に給気される。また、第１吸着タンク２３内の気体が、時間Ｔ１１において減圧状態にあった第２吸着タンク２４へと流入し、第１吸着タンク２３内の圧力と第２吸着タンク２４内の圧力とが等しくなる。ここで、第１電磁弁２１Ｃと第１電磁弁２１Ｄとが閉状態であるため、第２濃縮部５側へ気体は給気されず、第１排気部３０から気体が排気される。

【0062】

時刻ｔ１１２において、第１電磁弁２１Ａは、閉状態に切り替わり、第１電磁弁２１Ｃは、開状態に切り替わる。時間Ｔ１３において、第１吸着タンク２３は脱離状態、第２吸着タンク２４は吸着状態である。時間Ｔ１１における各タンクの吸着と脱離の状態が入れ替わり、第１吸着タンク２３から第１フィルタ３１側へ、第１濃縮ガスが給気される。また、時刻ｔ１１２において、第１排気弁３９も開状態に切り替わる。第１排気弁３９が開くことにより、第１逆止弁３３Ｃの吸気側の気体が排気され、その圧力が下がる。第１逆止弁３３の吸気側の圧力が下がることにより、第１逆止弁３３Ｃの吸気側と給気側との差圧が、給気側がより高い状態に維持されるため、第１逆止弁３３Ｃにおいて給気側から吸気側への気体の逆流を防止することが出来る。上記排気により、各タンクの吸着と脱離の状態が入れ替わる際の圧力の変動により上記逆流が起こることを防止することができる。

【0063】

時刻ｔ１１３において、第１排気弁３９が閉状態に切り替わり、排気が止まる。時刻Ｔ１４においても、引き続き第１吸着タンク２３は脱離状態、第２吸着タンク２４は吸着状態である。図４に示すように、エアーポンプ１１によって気体濃縮装置１外から吸気された気体は、第２吸着タンク２４へ給気される。第２吸着タンク２４は、給気された気体から二酸化炭素を吸着する。二酸化炭素が吸着され、二酸化炭素濃度が低くなった第１排気ガスは、第１排気部３０を通じて気体濃縮装置１外へ排出される。一方、第１吸着タンク２３内の気体の圧力を第１減圧ポンプ２５により減圧することで、第１吸着タンク２３中の二酸化炭素の吸着材から二酸化炭素を脱離させて第１濃縮ガスを生成する。第１濃縮ガスは、第１出口部４０を通じて第２濃縮部５へ給気される。二酸化炭素の脱離により、第１吸着タンク２３内の二酸化炭素の吸着材は、再生される。

【0064】

図２に戻って、時刻ｔ１１４において、第１電磁弁２１Ａは、開状態に切り替わり、第１電磁弁２１Ｃは、閉状態に切り替わる。時刻Ｔ１５において、第１吸着タンク２３と第２吸着タンク２４とは、均圧状態である。エアーポンプ１１によって気体濃縮装置１外から吸気された気体が、第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４に給気される。また、第２吸着タンク２４内の気体が、時間Ｔ１１において減圧状態にあった第１吸着タンク２３へと流入し、第１吸着タンク２３内の圧力と第２吸着タンク２４内の圧力とが等しくなる。ここで、第１電磁弁２１Ｃと第１電磁弁２１Ｄとが閉状態であるため、第２濃縮部５側へ気体は、給気されず、第１絞り弁３５側から気体が排気される。

【0065】

時刻ｔ１１５において、第１電磁弁２１Ｂは、閉状態に切り替わり、第１電磁弁２１Ｄは、開状態に切り替わる。時間Ｔ１６において、第１吸着タンク２３は吸着状態、第２吸着タンク２４は脱離状態である。時間Ｔ１４における各タンクの吸着と脱離の状態が入れ替わり、第２吸着タンク２４から第１濃縮ガスが第１フィルタ３１側へ給気される。また、時刻ｔ１１５において、第１排気弁３９も開状態に切り替わる。

【0066】

時刻ｔ１１６において、第１排気弁３９が閉状態に切り替わり、排気が止まる。ここで、Ｔ１１の場合と同様、第１電磁弁２１Ａは開状態、第１電磁弁２１Ｂは閉状態、第１電磁弁２１Ｃは、閉状態、第１電磁弁２１Ｄは開状態であって、第１吸着タンク２３は吸着状態、第２吸着タンク２４は脱離状態となる。

【0067】

上記の工程を繰り返し、第１濃縮部２の第１吸着タンク２３及び第２吸着タンク２４において、二酸化炭素の吸着と脱離が互いに交互に実行され、第１濃縮ガスが生成される。ここで、上記二酸化炭素の吸着と脱離は、第１切替部２１の切り替え及びエアーポンプ１１と第１減圧ポンプ２５とによる気体濃縮装置１内の圧力調整により制御される。

【0068】

図５は、図１の気体濃縮装置１の第２濃縮部５における処理の流れの一例を示すタイミングチャートである。図５は、第２切替部５１の第２電磁弁５１Ａ、第２電磁弁５１Ｂ、第２電磁弁５１Ｃ、第２電磁弁５１Ｄの弁の開閉状態（ＯＰＥＮ又はＣＬＯＳＥ）、第２排気弁６９の弁の開閉状態（ＯＰＥＮ又はＣＬＯＳＥ）を時系列ごとに示している。図５は、第３吸着タンク５３及び第４吸着タンク５４が吸着、均圧、又は脱離のいずれの段階であるか、も時系列ごとに示している。

【0069】

図５に示す第２濃縮部５における二酸化炭素の吸着と脱離のフローの内、第１濃縮部２における二酸化炭素の吸着と脱離のフローと重複する内容については説明を適宜省略する。第２濃縮部５の各構成要素を、第１濃縮部２と対応する各構成要素に読み替えることが出来る。すなわち、エアーポンプ１１は第１昇圧ポンプ２７、第１吸着タンク２３は第３吸着タンク５３、第２吸着タンク２４は第４吸着タンク５４、第１電磁弁２１Ａは第２電磁弁５１Ａ、第１電磁弁２１Ｂは第２電磁弁５１Ｂ、第１電磁弁２１Ｃは第２電磁弁５１Ｃ、第１電磁弁２１Ｄは第２電磁弁５１Ｄ、第１逆止弁３３Ｃは第２逆止弁６３Ｃ、第１排気弁３９は第２排気弁６９、時間Ｔ１１～Ｔ１６は各々時間Ｔ２１～Ｔ２６、時刻ｔ１００～ｔ１２６は各々時刻ｔ２００～２２６、と同様の構成が採用可能であるため、重複する説明は適宜省略する。

【0070】

第１濃縮部２と同様に、第２濃縮部５の第３吸着タンク５３及び第４吸着タンク５４において、二酸化炭素の吸着と脱離が互いに交互に実行され、第２濃縮ガスが生成される。ここで、第２濃縮部５の第２吸着部５２における二酸化炭素の吸着と脱離は、第２切替部５１の切り替え及び第１昇圧ポンプ２７と第２減圧ポンプ５５とによる第２濃縮部５内の圧力調整により制御される。

【0071】

＜作用効果＞
以上、本実施形態に係る気体濃縮装置１は、気体を取り入れる気体取入部１０と、取り入れられた気体から二酸化炭素の濃度を高めた第１濃縮ガスを生成する第１濃縮部２と、第１濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第２濃縮ガスを生成する第２濃縮部５と、外部へ第２濃縮ガスを排気するガス排気部７０と、を備える。

【0072】

この構成によれば、２段階で気体濃縮が行われるため、気体から１段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする。

【0073】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮部２は、気体から二酸化炭素を吸脱着し第１濃縮ガスを生成する第１吸着部２２を有し、第２濃縮部５は、第１濃縮ガスから二酸化炭素を吸脱着し第２濃縮ガスを生成する第２吸着部５２を有し、第１濃縮部２内の圧力及び第２濃縮部５内の圧力を調整可能に構成されるポンプ９と、ポンプ９を制御し、第１濃縮部２内の圧力及び第２濃縮部５内の圧力を調整する制御装置８と、を更に備える。

【0074】

この構成によれば、熱制御により気体濃縮が行われる場合と比較して、より高速で二酸化炭素を含む気体を得ることが出来る。

【0075】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮部２は、気体の給気先を切り替え可能に構成される第１切替部２１を有し、第１吸着部２２は、第１吸着タンク２３と、第２吸着タンク２４と、を有し、第２濃縮部５は、第１濃縮ガスの給気先を切り替え可能に構成される第２切替部５１を有し、第２吸着部５２は、第３吸着タンク５３と、第４吸着タンク５４と、を有し、制御装置８は、第１切替部２１を制御し、気体の給気先を切り替え、第２切替部５１を制御し、第１濃縮ガスの給気先を切り替える。

【0076】

この構成によれば、各濃縮部が１つの吸着タンクしか有しない場合と比較して、各濃縮部の２つの吸着タンクにおいて交互に気体濃縮が可能であるため、より高効率に気体濃縮が可能である。

【0077】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮部２内の気体の容積と、第２濃縮部５内の気体の容積と、が異なる。

【0078】

この構成によれば、第２濃縮部内の気体の容積が第１濃縮部内の気体の容積と同じ場合と比較して、第２濃縮部内の気体の容積が第１濃縮部内の気体の容積より大きい場合、より多くの第２濃縮ガスを得ることが出来、第２濃縮部内の気体の容積が第１濃縮部内の気体の容積より小さい場合、装置のサイズを小さくしコストを抑えることができる。

【0079】

また、気体濃縮装置１では、第３吸着タンク５３の容積又は第４吸着タンク５４の容積は、第１吸着タンク２３の容積又は第２吸着タンク２４の容積よりも小さい。

【0080】

この構成によれば、吸着タンクの容積が大きい場合と比較して、タンクそのもののコストダウンが可能であり、圧力の制御が必要な気体の体積も少ないため、圧力制御に用いるポンプの出力を低くすることも可能である。

【0081】

また、気体濃縮装置１では、第３吸着タンク５３の容積又は第４吸着タンク５４の容積は、第１吸着タンク２３の容積又は第２吸着タンク２４の容積の４分の３以下且つ２分の１以上である。

【0082】

この構成によれば、吸着タンクの容積が大きい場合と比較して、タンクそのもののコストダウンが可能であり、圧力の制御が必要な気体の体積も少ないため、圧力制御に用いるポンプの出力を低くすることも可能である。

【0083】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮部２は、第１濃縮部２内の圧力変動を緩和する第１バッファタンク４１を有し、第２濃縮部５は、第２濃縮部５内の圧力変動を緩和する第２バッファタンク７１を有し、第２バッファタンク７１の容積は、第１バッファタンク４１の容積よりも小さい。

【0084】

この構成によれば、バッファタンクの容積が大きい場合と比較して、バッファタンクの自体のコストダウンが可能であり、圧力の制御が必要な気体の体積も少ないため、圧力制御に用いるポンプの出力を低くすることも可能である。

【0085】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮ガスの流量を調整可能に構成される絞り弁を更に備える。

【0086】

この構成によれば、第１濃縮ガスの流量が不安定に変動する場合と比較して、第２濃縮部における気体濃縮過程が安定し、第２濃縮部外へ排気される第２濃縮ガスの流量も安定する。

【0087】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮部２は、第１濃縮ガスを排気する第１排気弁３９を有し、第２濃縮部５は、第２濃縮ガスを排気する第２排気弁６９を有し、制御装置８は、第１切替部２１と第１排気弁３９を連動して制御して、気体の排気及び第１濃縮ガスの排気のタイミングを調整し、且つ、第２切替部５１と第２排気弁６９を連動して制御して、第１濃縮ガスの排気及び第２濃縮ガスの排気のタイミングを調整する。

【0088】

この構成によれば、排気が行われない場合と比較して、気体濃縮装置内の圧力変動を緩和することが出来る。

【0089】

また、気体濃縮装置１では、第１濃縮部２は、第１濃縮ガスをフィルタリングする第１フィルタ３１を有し、第２濃縮部５は、第２濃縮ガスをフィルタリングする第２フィルタ６１を有する。

【0090】

この構成によれば、フィルタがない場合と比較して、脱離した吸着材等が回収ガスに混入することを抑制出来る。

【0091】

＜変形例＞
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、上述した具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び下記変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることが出来、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【0092】

例えば、実施形態では２段階で気体濃縮を行う気体濃縮装置１を一例としたが、気体濃縮装置１は、３段階で気体濃縮を行う構成としてもよい。例えば、気体濃縮装置１は、第２濃縮ガスから二酸化炭素濃度を高めた第３濃縮ガスを生成する第３濃縮部を更に備えてもよい。このとき、２段階で気体濃縮する場合と比較して、より濃い濃度の二酸化炭素を含む気体を得ることが出来る。

【0093】

また、実施形態では気体濃縮を並列した吸着タンクの圧力制御により行う方式を採用したが、気体濃縮の方法は、他の化学吸着法、化学吸収法、膜分離法、深冷分離法等を用いてもよい。例えば熱制御による気体濃縮を２段階で行ってもよい。

【0094】

また、実施形態では第３吸着タンク５３の容積又は第４吸着タンク５４の容積は、第１吸着タンク２３の容積又は第２吸着タンク２４の容積よりも小さい構成を一例としたが、第３吸着タンク５３の容積又は第４吸着タンク５４の容積は、第１吸着タンク２３の容積又は第２吸着タンク２４の容積と同じであってもよいし、より大きくてもよい。第３吸着タンク５３の容積又は第４吸着タンク５４の容積が大きい場合、二酸化炭素の吸着と脱離の１サイクルでより多くの第２濃縮ガスを得ることが出来る。

【0095】

また、第２濃縮部５における吸着及び脱離の時間Ｔ２１、Ｔ２３、Ｔ２４又はＴ２６は、第１濃縮部２における吸着及び脱離の時間Ｔ１１、Ｔ１３、Ｔ２４、Ｔ２６と比して、より長い時間でもよく、同じ時間でもよく、より短い時間でもよい。例えば、第３吸着タンク５３が脱離状態となる時刻Ｔ２４は、第１吸着タンク２３が脱離状態となる時間Ｔ１４に比べて、長くてもよいし、短くてもよく、同じであってもよい。例えば、各時間Ｔ１１～Ｔ１６をより短く設定することにより、より高速での気体濃縮が可能となる。例えば、大気中の二酸化炭素濃度から所望の二酸化炭素濃度を得るための、１段階で吸着破過に至るまでの時間と、２段階に分けて第１濃縮ガスと、第２濃縮ガスとが、各々二酸化炭素の吸着破過に至るまでの合計時間と、を比較したときにより後者が高速となり得る。また、第１濃縮部２において制御される圧力と、第２濃縮部５において制御される圧力と、は同じ圧力であってもよいし、異なる圧力であってもよい。例えば、第３吸着タンク５３が脱離状態となる時刻Ｔ２４における第３吸着タンク５３内の圧力は、第１吸着タンク２３が脱離状態となる時間Ｔ１４における第１吸着タンク２３内の圧力と比べて、高圧であっても、低圧であってもよく、同圧であってもよい。更に、例えば、第１濃縮部２のＴ１１～Ｔ１６までの総時間である第１周期は、第２濃縮部５のＴ２１～Ｔ２６までの総時間である第２周期に比べて、長くてもよいし、短くてもよく、同じであってもよい。上記の時間、圧力、周期等は所望の二酸化炭素濃度、収量、収率の安定性等に合わせて調整されてよい。また、第１排気弁３９又は第２排気弁６９の開閉による排気のタイミングも上記の時間、圧力の変化に合わせて調整されてよい。排気のタイミングが調整されることで、気体濃縮装置１内の圧力バランスを安定させることが出来る。

【0096】

また、第１濃縮ガスの流量を調整する第２絞り弁３７が第１濃縮部２内に設けられる構成を一例としたが、第２絞り弁３７は、第２濃縮部５に設けられてもよく、第１濃縮部２及び第２濃縮部５と独立して設けられてもよい。また、上記第１切替部２１、第２切替部５１の開閉の切り替え、ポンプ９による圧力の変化に応じて、流量を変化させてもよい。

【0097】

また、制御部８３が第１濃縮部２内の圧力と第２濃縮部５内の圧力とを独立したタイミングで制御する例を一例としたが、２段階の気体濃縮のタイミングを連動して制御してもよい。

【0098】

また、第１吸着タンク２３の容積と、第２吸着タンク２４の容積と、は同一であってもよく、いずれかがより大きくてもよい。また、第３吸着タンク５３の容積と、第４吸着タンク５４の容積と、は同一であってもよく、いずれかがより大きくてもよい。

【0099】

また、本実施形態では、第１濃縮部２及び第２濃縮部５に各々２つの吸着タンクを備える構成を一例としたが、各濃縮部における吸着タンクの数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。例えば、第１濃縮部２が吸着タンクを３つ備え、第２濃縮部５が吸着タンクを４つ備える構成であってもよい。

【0100】

また、第２濃縮部５内の気体の容積が第１濃縮部２内の気体の容積より小さい構成を一例としたが、第２濃縮部５内の気体の容積は、第１濃縮部２内の気体の容積と比較して、大きくてもよく、同じであってもよい。第２濃縮部５内の気体の容積が第１濃縮部２内の気体の容積より大きい場合、二酸化炭素の吸着と脱離の１サイクルでより多くの第２濃縮ガスを得ることが出来る。また、各吸着タンク２３、２４、５３、及び５４並びに各バッファタンク４１及び７１の容積が異なる構成を一例としたが、例えば、気体濃縮装置１内の流路を構成する部材の容積が異なってもよい。例えば、気体濃縮装置１内の流路を構成するチューブ、ホース、コネクタの口径等によって気体容積が異なってもよい。

【0101】

また、流量計７５は、例えば第１絞り弁３５、第２絞り弁３７、第３絞り弁６５の前後に設けられてもよい。制御装置８は、測定された流量に基づき、各電磁弁又は各ポンプの制御を行い、気体濃縮装置１内の圧力や気体又は各濃縮ガスの給気先を調整してもよい。

【符号の説明】

【0102】

１ ：気体濃縮装置
２ ：第１濃縮部
５ ：第２濃縮部
１０ ：気体取入部
７０ ：ガス排気部

【要約】

【課題】気体から１段階の気体濃縮過程により二酸化炭素を回収する場合と比較して、より高濃度の二酸化炭素を回収することを可能とする。
【解決手段】気体濃縮装置１は、気体を取り入れる気体取入部１０と、取り入れられた前記気体から二酸化炭素の濃度を高めた第１濃縮ガスを生成する第１濃縮部２と、前記第１濃縮ガスから更に二酸化炭素の濃度を高めた第２濃縮ガスを生成する第２濃縮部５と、外部へ前記第２濃縮ガスを排気するガス排気部７０と、を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】