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JP2023161226A - Carbon dioxide recovery system - Google Patents

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JP2023161226A
JP2023161226A JP2022071450A JP2022071450A JP2023161226A JP 2023161226 A JP2023161226 A JP 2023161226A JP 2022071450 A JP2022071450 A JP 2022071450A JP 2022071450 A JP2022071450 A JP 2022071450A JP 2023161226 A JP2023161226 A JP 2023161226A
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Japan
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carbon dioxide
adsorption
concentration
working electrode
electrochemical cell
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JP2022071450A
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Japanese (ja)
Inventor
喜幸 後藤
Yoshiyuki Goto
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

To provide a carbon dioxide recovery system capable of reducing energy required for carbon dioxide recovery and also shortening a time required for the carbon dioxide recovery.SOLUTION: A carbon dioxide recovery system that separates and recovers carbon dioxide from a supply gas containing the carbon dioxide comprises: an adsorption part 100 which adsorbs and desorbs the carbon dioxide; a process changeover part 202 which changes over a plurality of processes including an adsorption process in which the adsorption part 100 adsorbs the carbon dioxide included in the supply gas; and an adsorption state detection part 201 which detects a carbon dioxide adsorption state of the adsorption part 100, wherein the process changeover part 202 determines the timing of transition from the adsorption process to a next process based upon the carbon dioxide adsorption state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、二酸化炭素を含有する二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収システムに関する。 The present invention relates to a carbon dioxide recovery system that recovers carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas.

従来、特許文献1では、電気化学反応によって二酸化炭素含有ガス(例えば空気)から二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着器を有するガス分離システムが開示されている。このようなガス分離システムは、二酸化炭素吸着器が二酸化炭素を吸着する吸着工程と、二酸化炭素吸着器が二酸化炭素を脱離する脱離工程等、複数の工程を切り替え可能に構成されている。そして、二酸化炭素吸着器において、二酸化炭素を吸着する吸着工程から次の工程(例えば脱離工程)に移行するタイミングは時間により決定されている。 Conventionally, Patent Document 1 discloses a gas separation system having a carbon dioxide adsorber that adsorbs carbon dioxide from a carbon dioxide-containing gas (for example, air) by an electrochemical reaction. Such a gas separation system is configured to be able to switch between a plurality of processes, such as an adsorption process in which a carbon dioxide adsorber adsorbs carbon dioxide, and a desorption process in which a carbon dioxide adsorption device desorbs carbon dioxide. In the carbon dioxide adsorber, the timing of transition from the adsorption step of adsorbing carbon dioxide to the next step (for example, desorption step) is determined by time.

特開2019-203193号公報JP 2019-203193 Publication

しかしながら、上記従来の技術では、二酸化炭素吸着器に供給される二酸化炭素含有ガスの流速、湿度等によって、供給ガスの二酸化炭素濃度(すなわち、二酸化炭素吸着器への二酸化炭素供給量)が変化する。また、電気化学セルの劣化や制御電位のバラツキによって二酸化炭素吸着量が変化する。 However, in the above conventional technology, the carbon dioxide concentration of the supplied gas (i.e., the amount of carbon dioxide supplied to the carbon dioxide adsorption device) changes depending on the flow rate, humidity, etc. of the carbon dioxide-containing gas supplied to the carbon dioxide adsorption device. . Furthermore, the amount of carbon dioxide adsorbed changes due to deterioration of the electrochemical cell and variations in control potential.

このため、時間に基づいて適切な移行タイミングを決定することは難しく、二酸化炭素吸着率が低い状態で二酸化炭素の吸着を終了することがある。あるいは、二酸化炭素吸着率が高くなって飽和状態になっても二酸化炭素の吸着を継続することがある。この結果、二酸化炭素の吸着に必要なエネルギが大きくなり、二酸化炭素の吸着に要する時間も長くなる。 For this reason, it is difficult to determine an appropriate transition timing based on time, and carbon dioxide adsorption may end in a state where the carbon dioxide adsorption rate is low. Alternatively, carbon dioxide adsorption may continue even if the carbon dioxide adsorption rate becomes high and reaches a saturated state. As a result, the energy required to adsorb carbon dioxide increases, and the time required to adsorb carbon dioxide also increases.

本発明は、上記点に鑑みて、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮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。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery system that can reduce the energy required for carbon dioxide recovery and shorten the time required for carbon dioxide recovery.

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、二酸化炭素を含有する供給ガスから二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素回収システムにおいて、
二酸化炭素を吸着および脱離する吸着部(100)と、
吸着部が供給ガスに含まれる二酸化炭素を吸着する吸着工程を含む複数の工程を切り替える工程切替部(202)と、
吸着部の二酸化炭素吸着状態を検出する吸着状態検出部(201)と、を備え、
工程切替部は、二酸化炭素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。
In order to achieve the above object, the carbon dioxide recovery system according to claim 1 is a carbon dioxide recovery system that separates and recovers carbon dioxide from a supply gas containing carbon dioxide.
an adsorption unit (100) that adsorbs and desorbs carbon dioxide;
a process switching unit (202) that switches between a plurality of processes including an adsorption process in which the adsorption unit adsorbs carbon dioxide contained in the supplied gas;
an adsorption state detection unit (201) that detects the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit;
The process switching unit determines the timing for transitioning from the adsorption process to the next process based on the carbon dioxide adsorption state.

これによれば、吸着部(100)への二酸化炭素の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ので、吸着部(100)への二酸化炭素の吸着状態が所望の状態となるタイミングで吸着工程から次の工程に移行することができる。このため、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 According to this, the timing of moving from the adsorption step to the next step is determined based on the adsorption state of carbon dioxide in the adsorption part (100), so that the adsorption state of carbon dioxide in the adsorption part (100) is adjusted to a desired level. It is possible to move from the adsorption step to the next step at the timing when the state is reached. Therefore, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and the time required for carbon dioxide recovery.

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。 Note that the reference numerals in parentheses of each means described in this column and the claims indicate correspondence with specific means described in the embodiment described later.

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。1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a carbon dioxide recovery system according to a first embodiment. 第1実施形態における二酸化炭素回収装置を示す斜視図である。It is a perspective view showing a carbon dioxide recovery device in a 1st embodiment. 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。It is a perspective view showing a state where a plurality of electrochemical cells in a 1st embodiment were laminated. 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。It is a perspective view showing an electrochemical cell in a 1st embodiment. 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。FIG. 2 is a block diagram showing an electrical control unit of the carbon dioxide recovery system according to the first embodiment. 第1実施形態の工程切替制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of process switching control of 1st Embodiment. 第1実施形態の二酸化炭素回収システムにおける二酸化炭素の濃度等の変化を示すタイムチャートである。5 is a time chart showing changes in carbon dioxide concentration, etc. in the carbon dioxide recovery system of the first embodiment. 第1実施形態の二酸化炭素回収システムにおける電気化学セルが劣化した場合の二酸化炭素の濃度等の変化を示すタイムチャートである。5 is a time chart showing changes in the concentration of carbon dioxide, etc. when the electrochemical cell in the carbon dioxide recovery system of the first embodiment deteriorates. 第2実施形態の工程切替制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of process switching control of 2nd Embodiment. 第3実施形態の工程切替制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of process switching control of 3rd Embodiment. 第4実施形態の工程切替制御の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of process switching control of 4th Embodiment. 投入電荷量および吸着CO量の関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of charged charge and the amount of adsorbed CO 2 . 第4実施形態の二酸化炭素回収システムにおける二酸化炭素の濃度等の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart showing changes in the concentration of carbon dioxide, etc. in the carbon dioxide recovery system of the fourth embodiment. 静電容量とCO上限吸着量との関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between capacitance and CO 2 upper limit adsorption amount.

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。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. Note that in each of the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings.

(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、二酸化炭素回収装置10、ポンプ11、流路切替弁12および二酸化炭素利用装置13を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described using the drawings. As shown in FIG. 1, the carbon dioxide recovery system 1 of this embodiment includes a carbon dioxide recovery device 10, a pump 11, a flow path switching valve 12, and a carbon dioxide utilization device 13.

二酸化炭素回収装置10は、供給ガスから二酸化炭素を分離して回収する装置である。二酸化炭素回収装置10は、二酸化炭素を吸着および脱離する吸着部100を有している。 The carbon dioxide recovery device 10 is a device that separates and recovers carbon dioxide from a supplied gas. The carbon dioxide recovery device 10 has an adsorption unit 100 that adsorbs and desorbs carbon dioxide.

供給ガスは、二酸化炭素を含有する二酸化炭素含有ガスである。供給ガスは、二酸化炭素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。 The feed gas is a carbon dioxide-containing gas containing carbon dioxide. The feed gas also contains gases other than carbon dioxide. As the supply gas, for example, the atmosphere or exhaust gas from an internal combustion engine can be used. In this embodiment, the atmosphere is used as the supply gas.

二酸化炭素回収装置10は、供給ガスが供給され、供給ガスから二酸化炭素が回収された後の排出ガス(以下、二酸化炭素除去ガスともいう)、あるいは供給ガスから回収した二酸化炭素を排出する。二酸化炭素回収装置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。 The carbon dioxide recovery device 10 is supplied with a supply gas and discharges exhaust gas after carbon dioxide has been recovered from the supply gas (hereinafter also referred to as carbon dioxide removed gas) or carbon dioxide recovered from the supply gas. The configurations of the carbon dioxide recovery device 10 and the adsorption unit 100 will be described in detail later.

ポンプ11は、供給ガスを二酸化炭素回収装置10に供給し、二酸化炭素または排出ガスを二酸化炭素回収装置10から排出する。図1に示す例では、二酸化炭素回収装置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、二酸化炭素回収装置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。 Pump 11 supplies feed gas to carbon dioxide recovery device 10 and discharges carbon dioxide or exhaust gas from carbon dioxide recovery device 10 . In the example shown in FIG. 1, the pump 11 is provided on the downstream side of the carbon dioxide recovery device 10 in the gas flow direction, but the pump 11 may be provided on the upstream side of the carbon dioxide recovery device 10 in the gas flow direction.

流路切替弁12は、二酸化炭素回収装置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、二酸化炭素回収装置10から排出ガス(すなわち、二酸化炭素除去ガス)が排出される場合は、出ガスの流路を大気側に切り替え、二酸化炭素回収装置10から二酸化炭素が排出される場合は、出ガスの流路を二酸化炭素利用装置13側に切り替える。 The flow path switching valve 12 is a three-way valve that switches the flow path of the gas discharged from the carbon dioxide recovery device 10. When the exhaust gas (i.e., carbon dioxide removed gas) is discharged from the carbon dioxide recovery device 10, the flow path switching valve 12 switches the flow path of the exit gas to the atmosphere side, so that the carbon dioxide is removed from the carbon dioxide recovery device 10. If the gas is to be discharged, the flow path for the discharged gas is switched to the carbon dioxide utilization device 13 side.

二酸化炭素利用装置13は、二酸化炭素を利用する装置である。二酸化炭素利用装置13としては、例えば二酸化炭素を貯蔵する貯蔵タンクや二酸化炭素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、二酸化炭素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。 The carbon dioxide utilization device 13 is a device that utilizes carbon dioxide. As the carbon dioxide utilization device 13, for example, a storage tank that stores carbon dioxide or a conversion device that converts carbon dioxide into fuel can be used. As the conversion device, a device that converts carbon dioxide into hydrocarbon fuel such as methane can be used. The hydrocarbon fuel may be a gaseous fuel at normal temperature and normal pressure, or may be a liquid fuel at normal temperature and normal pressure.

次に、本実施形態の二酸化炭素回収装置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。 Next, the carbon dioxide recovery device 10 of this embodiment will be explained using FIGS. 2 to 4. In FIGS. 2 to 4, the gas flow direction is from the front to the back of the paper, and the cell stacking direction is the vertical direction of the paper.

図2に示すように、二酸化炭素回収装置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。 As shown in FIG. 2, the carbon dioxide recovery device 10 includes an adsorption section 100 and a storage section 110. The accommodating portion 110 is formed in a box shape and can be made of, for example, a metal material.

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。二酸化炭素回収装置10は、電気化学セル101の電気化学反応によって二酸化炭素の吸着および脱離を行い、供給ガスから二酸化炭素を分離して回収する。 The adsorption section 100 has an electrochemical cell 101. Electrochemical cell 101 is housed in housing section 110 . The carbon dioxide recovery device 10 adsorbs and desorbs carbon dioxide through the electrochemical reaction of the electrochemical cell 101, and separates and recovers carbon dioxide from the supplied gas.

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、排出ガスや二酸化炭素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。 The housing section 110 has two openings. These two openings are an introduction part 110a that introduces supply gas into the interior, and an exhaust part (not shown) that discharges exhaust gas and carbon dioxide from the inside. The gas flow direction is the flow direction when the supplied gas passes through the storage section 110, and is the direction from the introduction section 110a of the storage section 110 toward the discharge section.

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。 In FIG. 2, the supplied gas flows from the front side of the page toward the back side of the page. Therefore, the accommodating part 110 has an introduction part 110a on the near side in the figure, and an ejection part on the back side in the figure. Note that the introduction section 110a and the discharge section of the storage section 110 are provided with opening/closing members (not shown) for opening and closing each.

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。 Inside the housing section 110, a plurality of electrochemical cells 101 are arranged in a stacked manner. The cell stacking direction in which the plurality of electrochemical cells 101 are stacked is a direction perpendicular to the gas flow direction. Each electrochemical cell 101 is configured in a plate shape, and arranged so that the plate surface intersects with the cell stacking direction.

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。 FIG. 3 shows a state in which a plurality of electrochemical cells 101 are stacked. FIG. 4 shows one electrochemical cell 101. In FIG. 4, the components of the electrochemical cell 101, such as the working electrode current collecting layer 103, are shown spaced apart from each other, but in reality, these components are stacked and arranged so as to be in contact with each other.

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。 As shown in FIG. 3, a predetermined gap is provided between adjacent electrochemical cells 101. A gap provided between adjacent electrochemical cells 101 constitutes a gas flow path 102 through which supply gas flows.

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。 As shown in FIGS. 3 and 4, the electrochemical cell 101 includes a working electrode current collecting layer 103, a working electrode 104, a counter electrode current collecting layer 105, a counter electrode 106, and a separator 107. In adjacent electrochemical cells 101, one working electrode current collecting layer 103 and the other counter electrode current collecting layer 105 face each other with the gas flow path 102 in between.

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。 As shown in FIG. 4, an electrolytic solution 108, which is an electrolytic substance, is provided between the working electrode 104 and the counter electrode 106. In this embodiment, working electrode 104, counter electrode 106, and separator 107 are saturated with electrolyte 108.

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。 The working electrode current collecting layer 103, the working electrode 104, the counter electrode current collecting layer 105, the counter electrode 106, and the separator 107 are each formed into a plate shape. The electrochemical cell 101 is configured as a laminate in which a working electrode current collecting layer 103, a working electrode 104, a counter electrode current collecting layer 105, a counter electrode 106, and a separator 107 are stacked. The direction in which the working electrode current collecting layer 103 and the like of each electrochemical cell 101 are stacked is the same direction as the cell stacking direction in which a plurality of electrochemical cells 101 are stacked.

作用極集電層103は、二酸化炭素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。 The working electrode current collecting layer 103 is a porous conductive material having pores through which a supply gas containing carbon dioxide can pass. The working electrode current collecting layer 103 only needs to have gas permeability and conductivity, and for example, a metal material or a carbonaceous material can be used. In this embodiment, a metal porous body is used as the working electrode current collecting layer 103.

作用極104は、二酸化炭素吸着材、導電性物質、バインダを含んでいる。二酸化炭素吸着材、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。 The working electrode 104 contains a carbon dioxide adsorbent, a conductive material, and a binder. The carbon dioxide adsorbent, the conductive material and the binder are used in a mixture.

二酸化炭素吸着材は、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二酸化炭素を脱離する。二酸化炭素吸着材としては、例えばポリアントラキノンを用いることができる。 A carbon dioxide adsorbent adsorbs carbon dioxide by receiving electrons, and desorbs the adsorbed carbon dioxide by releasing electrons. As the carbon dioxide adsorbent, for example, polyanthraquinone can be used.

導電性物質は、二酸化炭素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。 The electrically conductive material forms a conductive path to the carbon dioxide adsorbent. As the conductive substance, for example, carbon materials such as carbon nanotubes, carbon black, and graphene can be used.

バインダは、二酸化炭素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。 The binder is provided to hold the carbon dioxide adsorbent and the conductive substance. As the binder, for example, a conductive resin can be used. As the conductive resin, an epoxy resin containing Ag or the like as a conductive filler, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc. can be used.

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。 Counter electrode current collecting layer 105 is a conductive material. As the counter electrode current collecting layer 105, for example, a metal material or a carbonaceous material can be used. In this embodiment, a metal plate is used as the counter electrode current collecting layer 105.

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。 Counter electrode 106 includes an electroactive supplement, a conductive material, and a binder. The conductive material and binder of the counter electrode 106 have the same structure as the working electrode 104, so a description thereof will be omitted. In this embodiment, the counter electrode 106 is made of a material containing an active material that serves as an electron donor.

対極106の電気活性補助材は、作用極104の二酸化炭素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。 The electroactive auxiliary material of the counter electrode 106 is an auxiliary electroactive species that exchanges electrons with the carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104 . As the electroactive auxiliary material, for example, a metal complex that enables transfer of electrons by changing the valence of metal ions can be used. Examples of such metal complexes include cyclopentadienyl metal complexes such as ferrocene, nickelocene, and cobaltocene, and porphyrin metal complexes. These metal complexes may be polymers or monomers.

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。 The separator 107 is disposed between the working electrode 104 and the counter electrode 106, and separates the working electrode 104 and the counter electrode 106. The separator 107 is an insulating ion-permeable membrane that prevents physical contact between the working electrode 104 and the counter electrode 106 to suppress electrical short circuits, and also allows ions to pass therethrough. As the separator 107, a cellulose membrane, a polymer, a composite material of polymer and ceramic, or the like can be used.

電気化学セル101には、作用極集電層103と対極集電層105に接続された電源109が設けられている。電源109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。 The electrochemical cell 101 is provided with a power source 109 connected to a working electrode current collecting layer 103 and a counter electrode current collecting layer 105. The power supply 109 can apply a predetermined voltage to the working electrode 104 and the counter electrode 106 to change the potential difference between the working electrode 104 and the counter electrode 106. Working electrode 104 is a negative electrode, and counter electrode 106 is a positive electrode.

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に二酸化炭素を吸着させる吸着工程と、作用極104から二酸化炭素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。 The electrochemical cell 101 operates by changing the potential difference between the working electrode 104 and the counter electrode 106 to switch between an adsorption process in which carbon dioxide is adsorbed onto the working electrode 104 and a desorption process in which carbon dioxide is desorbed from the working electrode 104. can do. The adsorption process is a charging process that charges the electrochemical cell 101, and the desorption process is a discharging process that discharges the electrochemical cell 101.

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。 In the adsorption step, a first voltage V1 is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106, and electrons are supplied from the counter electrode 106 to the working electrode 104. At the first voltage V1, working electrode potential<counter electrode potential. The first voltage V1 can be within a range of 0.5 to 2.0V, for example.

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。 In the desorption step, a second voltage V2 is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106, and electrons are supplied from the working electrode 104 to the counter electrode 106. The second voltage V2 is a voltage different from the first voltage V1. The second voltage V2 only needs to be a voltage lower than the first voltage V1, and the magnitude relationship between the working electrode potential and the counter electrode potential is not limited. That is, in the desorption step, the working electrode potential may be less than the counter electrode potential, the working electrode potential may be equal to the counter electrode potential, or the working electrode potential may be greater than the counter electrode potential.

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。 Next, the electrolytic solution 108 of this embodiment will be explained. In the carbon dioxide recovery system 1 of this embodiment, the electrolytic solution 108 employs a substance that has at least one of addition reaction resistance and displacement reaction resistance with respect to at least one of the supply gas, the working electrode 104, and the counter electrode 106. There is. For example, the electrolytic solution 108 can be made of a substance that does not cause at least one of an addition reaction and a substitution reaction with respect to at least one of the supplied gas, the working electrode 104, and the counter electrode 106.

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。 Specifically, the electrolyte 108 exhibits redox reactivity with respect to at least one of the supply gas, the working electrode 104, and the counter electrode 106 when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. It is possible to use a substance that has For example, the electrolyte 108 may be made of a substance that does not exhibit a redox reaction with at least one of the supplied gas, the working electrode, and the counter electrode when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. can.

より詳細には、電解液108は、作用極104と対極106との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の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との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の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つに対して酸化還元反応を示さない物質を用いることができる。 More specifically, the electrolytic solution 108 absorbs the supplied gas, the working electrode 104 and A substance having redox reactivity resistance can be used for at least one of the counter electrodes 106. For example, the electrolytic solution 108 is activated when a voltage within a range of a first voltage V1 or more and a second voltage V2 or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. It is possible to use a substance that does not exhibit a redox reaction with one.

また、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、常温常圧下で耐分解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、常温常圧下で分解反応を示さない物質を用いることができる。 Further, the electrolytic solution 108 can be made of a substance that is resistant to decomposition and reactivity at room temperature and pressure when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. For example, the electrolyte 108 can be made of a substance that does not exhibit a decomposition reaction at room temperature and pressure when a voltage is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106.

より詳細には、電解液108は、作用極104と対極106との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の電圧が印加された際に、耐分解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との間に第1電圧V1以上、第2電圧V2以下の範囲内の電圧が印加された際に、分解反応を示さない物質を用いることができる。 More specifically, the electrolytic solution 108 is a substance that has decomposition-resistant reactivity when a voltage within a range of a first voltage V1 or more and a second voltage V2 or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. can be used. For example, the electrolyte 108 may be made of a substance that does not exhibit a decomposition reaction when a voltage within a range of the first voltage V1 or more and the second voltage V2 or less is applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106. can.

また、電解液108は、電気化学セル101の構成材料に対して安定性を有する物質を用いることができる。すなわち、電解液108は、電気化学セル101の構成材料に対して耐反応性を有する物質を用いることができる。 Further, as the electrolyte 108, a substance that is stable with respect to the constituent materials of the electrochemical cell 101 can be used. That is, the electrolytic solution 108 can be made of a substance that is resistant to reactions with the constituent materials of the electrochemical cell 101.

また、電解液108は、電気化学反応により揮発性の生成物が生じ難い物質を用いることができる。例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド[Emin][N(CN)]を電解液として用いた場合と比較して、電気化学反応により揮発性の生成物が生じ難い物質を、電解液108として用いることができる。また、電解液108として、電気化学反応により揮発性の生成物が生じない物質を用いることができる。 Further, as the electrolytic solution 108, a substance that does not easily generate volatile products due to electrochemical reactions can be used. For example, compared to the case where 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide [Emin][N(CN) 2 ] is used as an electrolyte, a substance that is less likely to generate volatile products through electrochemical reaction, It can be used as the electrolyte 108. Further, as the electrolyte 108, a substance that does not generate volatile products through electrochemical reactions can be used.

また、電解液108は、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。 Moreover, an ionic liquid can be used as the electrolytic solution 108. Ionic liquids are liquid salts that are nonvolatile at room temperature and pressure.

次に、本実施形態の二酸化炭素回収システム1の作動について説明する。二酸化炭素回収システム1は、吸着工程、掃気工程、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、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する。二酸化炭素回収システム1の作動は、後述する制御装置20によって制御される。 Next, the operation of the carbon dioxide recovery system 1 of this embodiment will be explained. The carbon dioxide recovery system 1 is configured to be able to perform an adsorption process, a scavenging process, and a desorption process. The carbon dioxide recovery system 1 operates by switching in the order of adsorption process, scavenging process, desorption process, adsorption process, scavenging process, desorption process, and so on. The operation of the carbon dioxide recovery system 1 is controlled by a control device 20, which will be described later.

吸着工程は、吸着部100が供給ガスに含まれる二酸化炭素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の二酸化炭素吸着材の電子求引を同時に実現できる。 The adsorption process is an adsorption process in which the adsorption unit 100 adsorbs carbon dioxide contained in the supplied gas. In the adsorption step, the pump 11 is operated to supply supply gas to the adsorption section 100. In the adsorption step, the voltage applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106 is set as the first voltage V1. Thereby, electron donation by the electroactive auxiliary material of the counter electrode 106 and electron withdrawal by the carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104 can be simultaneously realized.

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の二酸化炭素吸着材は、電子を受け取って還元状態となる。 The electroactive auxiliary material of the counter electrode 106 emits electrons and becomes oxidized, and electrons are supplied from the counter electrode 106 to the working electrode 104 . The carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104 receives electrons and enters a reduced state.

還元状態となった二酸化炭素吸着材は二酸化炭素の結合力が高くなり、供給ガスに含まれる二酸化炭素を結合して吸着する。これにより、二酸化炭素回収装置10は、供給ガスから二酸化炭素を回収することができる。 The carbon dioxide adsorbent in the reduced state has a high binding force for carbon dioxide, and binds and adsorbs carbon dioxide contained in the supplied gas. Thereby, the carbon dioxide recovery device 10 can recover carbon dioxide from the supplied gas.

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内の二酸化炭素は、作用極104の二酸化炭素吸着材に吸着されたままの状態である。 In the scavenging step, the pump 11 is operated with the opening/closing member of the introduction section 110a in the housing section 110 closed. In the scavenging step, the flow path switching valve 12 is switched so that the flow path for the exit gas is on the atmosphere side. As a result, the gas present in the housing section 110 is discharged to the atmosphere. At this time, the carbon dioxide in the adsorption unit 100 remains adsorbed by the carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104.

脱離工程では、出ガスの流路が二酸化炭素利用装置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の二酸化炭素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。 In the desorption step, the flow path switching valve 12 is switched so that the flow path of the exit gas is on the carbon dioxide utilization device 13 side. In the desorption step, the voltage applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106 is set as the second voltage V2. Thereby, electron donation by the carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104 and electron withdrawal by the electroactive auxiliary material of the counter electrode 106 can be simultaneously realized.

作用極104の二酸化炭素吸着材は、電子を放出して酸化状態となる。二酸化炭素吸着材は、二酸化炭素の結合力が低下し、二酸化炭素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。 The carbon dioxide adsorbent of the working electrode 104 emits electrons and becomes oxidized. The carbon dioxide adsorbent has a reduced bonding force with carbon dioxide and desorbs and releases carbon dioxide. The electroactive auxiliary material of the counter electrode 106 receives electrons and becomes reduced.

二酸化炭素吸着材から放出された二酸化炭素は、吸着部100から排出され、二酸化炭素利用装置13に供給される。 Carbon dioxide released from the carbon dioxide adsorbent is discharged from the adsorption unit 100 and supplied to the carbon dioxide utilization device 13.

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5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、二酸化炭素回収装置10、ポンプ11および流路切替弁12等である。 Next, an overview of the electric control section in the carbon dioxide recovery system 1 of this embodiment will be explained. As shown in FIG. 5, the control device 20 is composed of a well-known microcomputer including a CPU, ROM, RAM, etc., and its peripheral circuits. The control device 20 performs various calculations and processes based on a control program stored in its ROM, and controls the operations of various controlled devices connected to its output side. The devices to be controlled are the carbon dioxide recovery device 10, the pump 11, the flow path switching valve 12, and the like.

制御装置20の入力側には、CO濃度センサ30が接続されている。制御装置20には、CO濃度センサ30の検出信号が入力される。CO濃度センサ30は、吸着部100で二酸化炭素を吸着された後の排出ガスに含まれる二酸化炭素の濃度(以下、排出ガスCO濃度という)を検出する二酸化炭素濃度検出部である。 A CO 2 concentration sensor 30 is connected to the input side of the control device 20 . A detection signal from the CO 2 concentration sensor 30 is input to the control device 20 . The CO 2 concentration sensor 30 is a carbon dioxide concentration detection unit that detects the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas after carbon dioxide has been adsorbed by the adsorption unit 100 (hereinafter referred to as exhaust gas CO 2 concentration).

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。 The control device 20 includes an adsorption state detection section 201 and a process switching section 202.

吸着状態検出部201は、吸着部100の二酸化炭素吸着状態を検出する。本実施形態では、二酸化炭素吸着状態として、吸着部100に吸着された二酸化炭素量(以下、吸着CO量という)を用いている。吸着状態検出部201は、CO濃度センサ30により検出された排出ガスCO濃度に基づいて、吸着CO量を検出する。 The adsorption state detection unit 201 detects the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100. In this embodiment, the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorption unit 100 (hereinafter referred to as adsorbed CO 2 amount) is used as the carbon dioxide adsorption state. The adsorption state detection unit 201 detects the adsorbed CO 2 amount based on the exhaust gas CO 2 concentration detected by the CO 2 concentration sensor 30.

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の二酸化炭素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量に基づいて、吸着工程から掃気工程に移行するタイミングを決定する。 The process switching unit 202 is a switching control unit that switches between a plurality of operating processes of the carbon dioxide recovery system 1. That is, the process switching unit 202 switches between a plurality of processes including the adsorption process. The process switching unit 202 determines the timing for transitioning from the adsorption process to the next process based on the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100. In this embodiment, the process switching unit 202 determines the timing to shift from the adsorption process to the scavenging process based on the adsorbed CO 2 amount calculated by the adsorption state detection unit 201.

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による吸着工程から掃気工程への切替制御について、図6に示すフローチャートを参照して説明する。 Next, switching control from the adsorption process to the scavenging process by the carbon dioxide recovery system 1 according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 6.

図6に示すように、まず、ステップS100において、CO濃度センサ30による排出ガスCO濃度の定期的な検出を開始する。すなわち、ステップS100では、所定のサンプリングタイムで排出ガスCO濃度を検出し、当該排出ガスCO濃度のモニターを開始する。 As shown in FIG. 6, first, in step S100, the CO 2 concentration sensor 30 starts periodically detecting the exhaust gas CO 2 concentration. That is, in step S100, the exhaust gas CO 2 concentration is detected at a predetermined sampling time, and monitoring of the exhaust gas CO 2 concentration is started.

次に、ステップS110では、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の作動を制御するともに、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。 Next, in step S110, an adsorption process is started. Specifically, the control device 20 controls the operation of the pump 11 so as to exhibit a predetermined pumping capacity, and sets the voltage applied between the working electrode 104 and the counter electrode 106 to the first voltage V1.

次に、ステップS120では、吸着CO量を算出する。具体的には、まず、大気に含まれるCO濃度とCO濃度センサ30により検出された排出ガスCO濃度との差から、吸着部100に吸着された二酸化炭素の濃度(以下、吸着CO濃度という)を算出する。そして、吸着CO濃度と吸着部100を流れる二酸化炭素の流速との積から、吸着CO量を算出する。 Next, in step S120, the amount of adsorbed CO 2 is calculated. Specifically, first, the concentration of carbon dioxide adsorbed in the adsorption unit 100 (hereinafter referred to as adsorbed CO 2 concentration) is calculated. Then, the adsorbed CO 2 amount is calculated from the product of the adsorbed CO 2 concentration and the flow rate of carbon dioxide flowing through the adsorption unit 100.

図7に示すように、吸着工程が開始されると、吸着部100に供給された供給ガスに含まれる二酸化炭素が吸着部100に吸着されるため、排出ガスCO濃度が徐々に低下する。これに伴い、吸着CO濃度が上昇する。その後、吸着部100への二酸化炭素吸着量の増加に伴い、排出ガスCO濃度が上昇傾向に転じるとともに、吸着CO濃度は減少傾向に転じる。最終的には、排出ガスCO濃度は大気に含まれる二酸化炭素の濃度と一致するとともに、吸着CO濃度は0となる。 As shown in FIG. 7, when the adsorption process is started, carbon dioxide contained in the supply gas supplied to the adsorption unit 100 is adsorbed by the adsorption unit 100, so that the exhaust gas CO 2 concentration gradually decreases. Along with this, the adsorbed CO 2 concentration increases. Thereafter, as the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorption unit 100 increases, the exhaust gas CO 2 concentration turns to an increasing trend, and the adsorbed CO 2 concentration turns to a decreasing trend. Ultimately, the exhaust gas CO 2 concentration matches the concentration of carbon dioxide contained in the atmosphere, and the adsorbed CO 2 concentration becomes 0.

図6に戻り、ステップS120において吸着CO量を算出した後、ステップS130へ進む。ステップS130では、吸着CO濃度が減少傾向にある、かつ、吸着CO濃度が予め定めた基準吸着CO濃度以下になっているか否かを判定する。基準吸着CO濃度は、予め定めた吸着CO量の上限値(以下、基準吸着量上限値という)に基づいて決定される。 Returning to FIG. 6, after calculating the adsorbed CO 2 amount in step S120, the process proceeds to step S130. In step S130, it is determined whether the adsorbed CO 2 concentration is on a decreasing trend and whether the adsorbed CO 2 concentration is equal to or lower than a predetermined reference adsorbed CO 2 concentration. The reference adsorbed CO 2 concentration is determined based on a predetermined upper limit of the amount of adsorbed CO 2 (hereinafter referred to as the reference adsorption amount upper limit).

図7に示すように、吸着部100への二酸化炭素吸着量は、時間経過に伴い増加していく。しかしながら、吸着部100への二酸化炭素吸着率が所定割合(本例では80%)を超えると、二酸化炭素の吸着効率が悪化する。このため、本実施形態の二酸化炭素回収システム1では、吸着部100への二酸化炭素吸着率が当該所定割合となったときの吸着CO量を基準吸着量上限値として設定し、当該基準吸着量上限値に基づいて基準吸着CO濃度を決定する。そして、吸着CO濃度が基準吸着CO濃度以下になっているか否かを判定することで、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっているか否かを判断する。 As shown in FIG. 7, the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorption unit 100 increases as time passes. However, when the carbon dioxide adsorption rate to the adsorption unit 100 exceeds a predetermined ratio (80% in this example), the carbon dioxide adsorption efficiency deteriorates. Therefore, in the carbon dioxide recovery system 1 of the present embodiment, the amount of adsorbed CO 2 when the carbon dioxide adsorption rate to the adsorption unit 100 reaches the predetermined ratio is set as the reference adsorption amount upper limit value, and the reference adsorption amount is set as the reference adsorption amount upper limit value. A reference adsorbed CO 2 concentration is determined based on the upper limit value. Then, by determining whether or not the adsorbed CO 2 concentration is equal to or lower than the reference adsorbed CO 2 concentration, it is determined whether or not the amount of adsorbed CO 2 is equal to or greater than the reference adsorption amount upper limit value.

図6に戻り、ステップS130にて、吸着CO濃度が減少傾向にない、及び/又は、吸着CO濃度が予め定めた基準吸着CO濃度以下になっていないと判定された場合は、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていないと判断し、ステップS130を繰り返す。 Returning to FIG. 6, if it is determined in step S130 that the adsorbed CO 2 concentration is not on a decreasing trend and/or that the adsorbed CO 2 concentration has not become below the predetermined standard adsorbed CO 2 concentration, the adsorbed It is determined that the amount of CO 2 is not greater than the reference adsorption amount upper limit value, and step S130 is repeated.

一方、ステップS130にて、吸着CO濃度が減少傾向にある、かつ、吸着CO濃度が予め定めた基準吸着CO濃度以下になっていると判定された場合は、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていると判断し、ステップS140へ進む。 On the other hand, if it is determined in step S130 that the adsorbed CO 2 concentration is on a decreasing trend and that the adsorbed CO 2 concentration is below the predetermined standard adsorbed CO 2 concentration, the adsorbed CO 2 amount is the standard. It is determined that the adsorption amount is greater than or equal to the upper limit value, and the process proceeds to step S140.

ステップS140では、吸着工程を終了する。具体的には、制御装置20は、ポンプ11の作動を停止するように制御する。次のステップS150では、吸着工程の次の工程である掃気工程に遷移する。 In step S140, the adsorption process ends. Specifically, the control device 20 controls the pump 11 to stop operating. In the next step S150, the process moves to a scavenging process which is the next process after the adsorption process.

本実施形態では、ステップS130~S150で説明したように、制御装置20は、吸着CO濃度が減少傾向にあるとともに、吸着CO濃度が基準吸着CO濃度以下になっている場合に、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていると判断し、吸着工程を終了して掃気工程に移行する。これによれば、吸着部100の二酸化炭素吸着状態が飽和状態となった場合に、吸着工程から次の工程へ移行させることができる。その結果、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 In this embodiment, as described in steps S130 to S150, the control device 20 controls the adsorption when the adsorbed CO 2 concentration is on a decreasing trend and the adsorbed CO 2 concentration is below the reference adsorbed CO 2 concentration. It is determined that the amount of CO 2 is equal to or higher than the reference adsorption amount upper limit value, and the adsorption step is ended and the process proceeds to the scavenging step. According to this, when the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100 becomes saturated, it is possible to move from the adsorption step to the next step. As a result, it becomes possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and to shorten the time required for carbon dioxide recovery.

ところで、吸着部100の電気化学セル101は、運転時間の経過等により劣化する可能性がある。電気化学セル101が劣化すると、図8の一点鎖線で示すように、吸着部100に吸着可能な二酸化炭素量が減少する。このため、電気化学セル101が劣化すると、劣化前と比較して、排出ガスCO濃度が増加するとともに、吸着CO濃度が低下する。 By the way, the electrochemical cell 101 of the adsorption unit 100 may deteriorate over time or the like. When the electrochemical cell 101 deteriorates, the amount of carbon dioxide that can be adsorbed by the adsorption section 100 decreases, as shown by the dashed line in FIG. Therefore, when the electrochemical cell 101 deteriorates, the exhaust gas CO 2 concentration increases and the adsorbed CO 2 concentration decreases compared to before deterioration.

このとき、本実施形態の二酸化炭素回収システム1では、CO濃度センサ30により、現時点における排出ガスCO濃度を検出するとともに、排出ガスCO濃度から算出された吸着CO量に基づいて、吸着工程から掃気工程に移行するタイミングを決定する。このため、電気化学セル101が劣化した場合でも、電気化学セル101の劣化状態に対応して吸着工程から掃気工程に移行するタイミングを決定することができる。 At this time, in the carbon dioxide recovery system 1 of the present embodiment, the CO 2 concentration sensor 30 detects the current exhaust gas CO 2 concentration, and based on the adsorbed CO 2 amount calculated from the exhaust gas CO 2 concentration, Determine the timing to shift from the adsorption process to the scavenging process. Therefore, even if the electrochemical cell 101 has deteriorated, the timing for transitioning from the adsorption process to the scavenging process can be determined in accordance with the deterioration state of the electrochemical cell 101.

(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。以下、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on the drawings. Hereinafter, only the parts that are different from the first embodiment will be described.

本第2実施形態の二酸化炭素回収システム1による吸着工程から掃気工程への切替制御を図9のフローチャートを用いて説明する。なお、図9に示すステップS200~S230、S240、S250は、それぞれ、上記第1実施形態の図6に示すステップS100~S130、S140、S150と同一内容の処理であるので、説明を省略する。 Switching control from the adsorption process to the scavenging process by the carbon dioxide recovery system 1 of the second embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 9. Note that steps S200 to S230, S240, and S250 shown in FIG. 9 are the same processes as steps S100 to S130, S140, and S150 shown in FIG. 6 of the first embodiment, so the explanation will be omitted.

図9に示すように、本第2実施形態の二酸化炭素回収システム1では、ステップS230で、排出ガスCO濃度が増加傾向にある、かつ、排出ガスCO濃度が予め定めた基準排出ガスCO濃度以上になっているか否かを判定する。基準排出ガスCO濃度は、予め定めた基準吸着量上限値に基づいて決定される。本実施形態では、排出ガスCO濃度が基準排出ガスCO濃度以上になっているか否かを判定することで、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっているか否かを判断する。 As shown in FIG. 9, in the carbon dioxide recovery system 1 of the second embodiment, in step S230, the exhaust gas CO 2 concentration is on an increasing trend, and the exhaust gas CO 2 concentration is set to a predetermined standard exhaust gas CO. It is determined whether the concentration is 2 or more. The reference exhaust gas CO 2 concentration is determined based on a predetermined reference adsorption amount upper limit value. In this embodiment, by determining whether the exhaust gas CO 2 concentration is equal to or higher than the reference exhaust gas CO 2 concentration, it is determined whether the adsorbed CO 2 amount is equal to or higher than the reference adsorption amount upper limit value. .

ステップS230にて、排出ガスCO濃度が増加傾向にない、及び/又は、排出ガスCO濃度が基準排出ガスCO濃度以上になっていないと判定された場合は、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっていないと判断し、ステップS230を繰り返す。 If it is determined in step S230 that the exhaust gas CO 2 concentration is not increasing and/or that the exhaust gas CO 2 concentration is not higher than the standard exhaust gas CO 2 concentration, the adsorbed CO 2 amount is the standard. It is determined that the adsorption amount has not exceeded the upper limit value, and step S230 is repeated.

一方、ステップS230にて、排出ガスCO濃度が増加傾向にある、かつ、排出ガスCO濃度が基準排出ガスCO濃度以上になっていると判定された場合は吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていると判断し、ステップS240へ進み、吸着工程を終了する。 On the other hand, if it is determined in step S230 that the exhaust gas CO 2 concentration is on an increasing trend and that the exhaust gas CO 2 concentration is equal to or higher than the standard exhaust gas CO 2 concentration, the amount of adsorbed CO 2 is lower than the standard adsorption amount. It is determined that the amount is equal to or greater than the upper limit value, and the process proceeds to step S240, where the adsorption process is ended.

以上説明した本第2実施形態では、制御装置20は、排出ガスCO濃度が増加傾向にあるとともに、排出ガスCO濃度が基準排出ガスCO濃度以上になっている場合に、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていると判断し、吸着工程を終了して掃気工程に移行する。これによれば、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本第2実施形態の二酸化炭素回収システム1によれば、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 In the second embodiment described above, the control device 20 controls the adsorption of CO 2 when the exhaust gas CO 2 concentration tends to increase and the exhaust gas CO 2 concentration is equal to or higher than the reference exhaust gas CO 2 concentration . It is determined that the amount is equal to or greater than the reference adsorption amount upper limit value, the adsorption step is ended, and the process proceeds to the scavenging step. According to this, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. That is, according to the carbon dioxide recovery system 1 of the second embodiment, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and to shorten the time required for carbon dioxide recovery.

(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。以下、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described based on the drawings. Hereinafter, only the parts that are different from the first embodiment will be described.

本第3実施形態の二酸化炭素回収システム1による吸着工程から掃気工程への切替制御を図10のフローチャートを用いて説明する。なお、図10に示すステップS300~S330、S340、S350は、それぞれ、上記第1実施形態の図6に示すステップS100~S130、S140、S150と同一内容の処理であるので、説明を省略する。 Switching control from the adsorption process to the scavenging process by the carbon dioxide recovery system 1 of the third embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 10. Note that steps S300 to S330, S340, and S350 shown in FIG. 10 are the same processes as steps S100 to S130, S140, and S150 shown in FIG. 6 of the first embodiment, so the explanation will be omitted.

図10に示すように、本第3実施形態の二酸化炭素回収システム1では、ステップS30で、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっているか否かを判定する。ステップS230にて、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっていないと判定された場合は、ステップS330を繰り返す。 As shown in FIG. 10, in the carbon dioxide recovery system 1 of the third embodiment, it is determined in step S30 whether the amount of adsorbed CO 2 is equal to or greater than the reference adsorption amount upper limit value. If it is determined in step S230 that the amount of adsorbed CO 2 is not equal to or greater than the reference adsorption amount upper limit value, step S330 is repeated.

一方、ステップS330にて、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっていると判定された場合は、ステップS340へ進み、吸着工程を終了する。 On the other hand, if it is determined in step S330 that the amount of adsorbed CO 2 is equal to or greater than the reference adsorption amount upper limit value, the process proceeds to step S340 and the adsorption process is ended.

以上説明した本第3実施形態では、制御装置20は、吸着CO量が基準吸着量上限値以上になっている場合に、吸着工程を終了して掃気工程に移行する。これによれば、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本第3実施形態の二酸化炭素回収システム1によれば、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 In the third embodiment described above, the control device 20 ends the adsorption process and shifts to the scavenging process when the amount of adsorbed CO 2 is equal to or greater than the reference adsorption amount upper limit value. According to this, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. That is, according to the carbon dioxide recovery system 1 of the third embodiment, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and to shorten the time required for carbon dioxide recovery.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図面に基づいて説明する。以下、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described based on the drawings. Hereinafter, only the parts that are different from the first embodiment will be described.

本第4実施形態の二酸化炭素回収システム1による吸着工程から掃気工程への切替制御を図11のフローチャートを用いて説明する。なお、図11に示すステップS410、S440、S450は、それぞれ、上記第1実施形態の図6に示すステップS110、S140、S150と同一内容の処理であるので、説明を省略する。 Switching control from the adsorption process to the scavenging process by the carbon dioxide recovery system 1 of the fourth embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 11. Note that steps S410, S440, and S450 shown in FIG. 11 are the same processes as steps S110, S140, and S150 shown in FIG. 6 of the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

図11に示すように、本第4実施形態の二酸化炭素回収システム1では、ステップS400で、電気化学セル101を流れる電流値の定期的な検出を開始する。すなわち、ステップS400では、所定のサンプリングタイムで電気化学セル101を流れる電流を検出し、当該電流のモニターを開始する。 As shown in FIG. 11, in the carbon dioxide recovery system 1 of the fourth embodiment, regular detection of the value of the current flowing through the electrochemical cell 101 is started in step S400. That is, in step S400, the current flowing through the electrochemical cell 101 is detected at a predetermined sampling time, and monitoring of the current is started.

また、ステップS420では、電気化学セル101への投入電荷量を算出する。具体的には、電気化学セル101への投入電荷量は、電気化学セル101を流れる電流の時間積分より算出する。 Furthermore, in step S420, the amount of charge input to the electrochemical cell 101 is calculated. Specifically, the amount of charge applied to the electrochemical cell 101 is calculated from the time integral of the current flowing through the electrochemical cell 101.

次のステップS430では、電気化学セル101への投入電荷量が予め定めた基準上限電荷量以上になっているか否かを判定する。 In the next step S430, it is determined whether the amount of charge input to the electrochemical cell 101 is equal to or greater than a predetermined reference upper limit amount of charge.

制御装置20には、図12に示すような、吸着CO量と電気化学セル101への投入電荷量との関係が予め定義されたマップが記憶されている。制御装置20は、基準吸着量上限値に基づいて、当該マップを参照して、基準上限電荷量を算出する。 The control device 20 stores a map in which the relationship between the amount of adsorbed CO 2 and the amount of charge applied to the electrochemical cell 101 is defined in advance, as shown in FIG. 12 . The control device 20 refers to the map and calculates the reference upper limit charge amount based on the reference adsorption amount upper limit value.

図11に戻り、ステップS430にて、電気化学セル101への投入電荷量が基準上限電荷量以上になっていないと判定された場合は、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていないと判断し、ステップS430を繰り返す。 Returning to FIG. 11, if it is determined in step S430 that the amount of charge input to the electrochemical cell 101 is not greater than the reference upper limit charge amount, the amount of adsorbed CO 2 is greater than or equal to the reference upper limit value of adsorption amount. It is determined that there is not, and step S430 is repeated.

一方、ステップS430にて、電気化学セル101への投入電荷量が基準上限電荷量以上になっていると判定された場合は、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていると判断し、ステップS440へ進み、吸着工程を終了する。 On the other hand, if it is determined in step S430 that the amount of charge input to the electrochemical cell 101 is greater than or equal to the reference upper limit charge amount, it is determined that the amount of adsorbed CO 2 is greater than or equal to the reference upper limit value of adsorption amount. Then, the process advances to step S440, and the adsorption process ends.

本実施形態では、ステップS430~S450で説明したように、制御装置20は、電気化学セル101への投入電荷量が基準上限電荷量以上になっている場合に、吸着CO量が基準吸着量上限値以上となっていると判断し、吸着工程を終了して掃気工程に移行する。したがって、本実施形態では、制御装置20の吸着状態検出部201は、電気化学セル101への投入電荷量に基づいて、二酸化炭素吸着状態である吸着CO量を検出している。 In this embodiment, as described in steps S430 to S450, when the amount of charge input to the electrochemical cell 101 is equal to or greater than the reference upper limit charge amount, the control device 20 determines that the adsorbed CO 2 amount is the reference adsorption amount. It is determined that the upper limit value is exceeded, the adsorption process is ended, and the process moves to the scavenging process. Therefore, in this embodiment, the adsorption state detection unit 201 of the control device 20 detects the amount of adsorbed CO2 , which is the carbon dioxide adsorption state, based on the amount of charge input to the electrochemical cell 101.

そして、本第4実施形態に二酸化炭素回収システム1によれば、吸着部100の二酸化炭素吸着状態が飽和状態となった場合に、吸着工程から次の工程へ移行させることができる。その結果、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本第4実施形態の二酸化炭素回収システム1によれば、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 According to the carbon dioxide recovery system 1 of the fourth embodiment, when the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100 becomes saturated, it is possible to move from the adsorption step to the next step. As a result, effects similar to those of the first embodiment can be obtained. That is, according to the carbon dioxide recovery system 1 of the fourth embodiment, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and to shorten the time required for carbon dioxide recovery.

ところで、電気化学セル101が時間経過等により劣化すると、図13の一点鎖線で示すように、劣化前と比較して、電気化学セル101を流れる電流が大きくなり、投入電荷量も増大する。このため、図12の一点鎖線で示すように、劣化前と比較して、投入電荷量に対するCO吸着量が小さくなる。 By the way, when the electrochemical cell 101 deteriorates over time or the like, as shown by the dashed line in FIG. 13, the current flowing through the electrochemical cell 101 becomes larger than before deterioration, and the amount of charged charge also increases. Therefore, as shown by the dashed line in FIG. 12, the amount of CO 2 adsorption relative to the amount of charged charge becomes smaller compared to before deterioration.

したがって、制御装置20は、ステップS440において、運転時間で推定した電気化学セル101の劣化度合いに応じて基準吸着量上限値を調整してもよい。これにより、電気化学セルが劣化した場合でも、吸着部100の二酸化炭素吸着状態が飽和状態となった場合に、吸着工程から次の工程へ移行させることができる。その結果、電気化学セルが劣化した場合でも、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 Therefore, in step S440, the control device 20 may adjust the reference adsorption amount upper limit value according to the degree of deterioration of the electrochemical cell 101 estimated based on the operating time. Thereby, even if the electrochemical cell has deteriorated, it is possible to move from the adsorption step to the next step when the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100 reaches a saturated state. As a result, even if the electrochemical cell deteriorates, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and the time required for carbon dioxide recovery.

ところで、吸着部100の基準吸着量上限値は、電気化学セル101の静電容量より算出してもよい。この場合、制御装置20の吸着状態検出部201は、電気化学セル101の静電容量に基づいて、二酸化炭素吸着状態である吸着部100の基準吸着量上限値を検出している。 Incidentally, the reference adsorption amount upper limit value of the adsorption unit 100 may be calculated from the capacitance of the electrochemical cell 101. In this case, the adsorption state detection unit 201 of the control device 20 detects the reference adsorption amount upper limit value of the adsorption unit 100 in the carbon dioxide adsorption state based on the capacitance of the electrochemical cell 101.

電気化学セル101の静電容量は、ステップS400で検出した電気化学セル101の電流プロファイルから算出する。具体的には、電流プロファイルにおけるピーク電流値と所定の時定数(本実施形態では63.2%応答時)の電流値から、電気化学セル101の抵抗値と静電容量を算出する。 The capacitance of the electrochemical cell 101 is calculated from the current profile of the electrochemical cell 101 detected in step S400. Specifically, the resistance value and capacitance of the electrochemical cell 101 are calculated from the peak current value in the current profile and the current value at a predetermined time constant (63.2% response in this embodiment).

制御装置20には、図14に示すような、電気化学セル101の静電容量と吸着部100に吸着される二酸化炭素量の上限値(以下、CO上限吸着量という)との関係が予め定義されたマップが記憶されている。制御装置20は、電気化学セル101の静電容量に基づいて、当該マップを参照して、CO上限吸着量を算出する。そして、算出されたCO上限吸着量に基づいて、吸着部100の基準吸着量上限値を算出する。 The control device 20 has a predetermined relationship between the capacitance of the electrochemical cell 101 and the upper limit of the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorption unit 100 (hereinafter referred to as the upper limit adsorption amount of CO 2 ), as shown in FIG. Defined maps are stored. The control device 20 calculates the upper limit adsorption amount of CO 2 based on the capacitance of the electrochemical cell 101 and with reference to the map. Then, the reference adsorption amount upper limit value of the adsorption unit 100 is calculated based on the calculated CO 2 upper limit adsorption amount.

ここで、電気化学セル101が時間経過等により劣化すると、図14に示すように、電気化学セル101の静電容量が低下するとともに、CO上限吸着量が低下する。このため、電気化学セル101の静電容量から算出されたCO上限吸着量に基づいて、吸着部100の基準吸着量上限値を決定することで、電気化学セルが劣化した場合でも、吸着部100の二酸化炭素吸着状態が飽和状態となった場合に、吸着工程から次の工程へ移行させることができる。その結果、電気化学セルが劣化した場合でも、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 Here, when the electrochemical cell 101 deteriorates over time or the like, as shown in FIG. 14, the capacitance of the electrochemical cell 101 decreases and the upper limit adsorption amount of CO 2 decreases. Therefore, by determining the reference adsorption amount upper limit value of the adsorption unit 100 based on the CO 2 upper limit adsorption amount calculated from the capacitance of the electrochemical cell 101, even if the electrochemical cell deteriorates, the adsorption unit When the carbon dioxide adsorption state of 100 reaches the saturated state, the adsorption step can be shifted to the next step. As a result, even if the electrochemical cell deteriorates, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and the time required for carbon dioxide recovery.

(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。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways as described below without departing from the spirit of the present invention. Further, the means disclosed in each of the embodiments described above may be combined as appropriate within a practicable range.

(1)例えば、上述した実施形態では、二酸化炭素吸着状態として、吸着部100に吸着された二酸化炭素量である吸着CO量を用い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、二酸化炭素吸着状態として、吸着部100の二酸化炭素の吸着率を用いてもよい。 (1) For example, in the embodiment described above, an example was described in which the amount of adsorbed CO2 , which is the amount of carbon dioxide adsorbed by the adsorption unit 100, was used as the carbon dioxide adsorption state, but the present invention is not limited to this aspect. For example, the carbon dioxide adsorption rate of the adsorption unit 100 may be used as the carbon dioxide adsorption state.

(2)上述した実施形態では、制御装置20の吸着状態検出部201を、排出ガスCO濃度、電気化学セル101への投入電荷量または電気化学セル101の静電容量に基づいて、吸着部100の二酸化炭素吸着状態を検出するように構成した例について説明した。しかしながら、二酸化炭素吸着状態の検出手法はこの態様に限定されない。 (2) In the embodiment described above, the adsorption state detection unit 201 of the control device 20 detects the adsorption state based on the exhaust gas CO 2 concentration, the amount of charge input to the electrochemical cell 101, or the capacitance of the electrochemical cell 101. An example configured to detect 100 carbon dioxide adsorption states has been described. However, the method for detecting the carbon dioxide adsorption state is not limited to this embodiment.

例えば、吸着状態検出部201は、排出ガスCO濃度、並びに、電気化学セル101への投入電荷量および電気化学セル101の静電容量の少なくとも一方に基づいて、吸着部100の二酸化炭素吸着状態を検出してもよい。 For example, the adsorption state detection unit 201 determines the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100 based on the exhaust gas CO 2 concentration and at least one of the amount of charge input to the electrochemical cell 101 and the capacitance of the electrochemical cell 101. may be detected.

より詳細には、吸着状態検出部201は、通常時、排出ガスCO濃度に基づいて二酸化炭素吸着状態を検出してもよい。一方、CO濃度センサ30に不具合が発生した場合には、吸着状態検出部201は、電気化学セル101への投入電荷量および電気化学セル101の静電容量の少なくとも一方に基づいて、吸着部100の二酸化炭素吸着状態を検出してもよい。 More specifically, the adsorption state detection unit 201 may detect the carbon dioxide adsorption state based on the exhaust gas CO 2 concentration during normal times. On the other hand, when a malfunction occurs in the CO 2 concentration sensor 30, the adsorption state detection unit 201 detects the adsorption state based on at least one of the amount of charge input to the electrochemical cell 101 and the capacitance of the electrochemical cell 101. 100 carbon dioxide adsorption states may be detected.

これによれば、CO濃度センサ30に不具合が発生した場合でも、吸着部100の二酸化炭素吸着状態が飽和状態となった場合に、吸着工程から次の工程へ移行させることができる。したがって、CO濃度センサ30に不具合が発生した場合でも、二酸化炭素回収に必要なエネルギを低減するとともに、二酸化炭素回収に必要な時間を短縮することが可能となる。 According to this, even if a malfunction occurs in the CO 2 concentration sensor 30, it is possible to move from the adsorption step to the next step when the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit 100 becomes saturated. Therefore, even if a malfunction occurs in the CO 2 concentration sensor 30, it is possible to reduce the energy required for carbon dioxide recovery and to shorten the time required for carbon dioxide recovery.

(3)上述した実施形態では、CO濃度センサ30により検出された排出ガスCO濃度を、二酸化炭素吸着状態の検出に利用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、排出ガスCO濃度に基づいて、電気化学セル101の劣化状態を診断してもよい。そして、電気化学セル101が劣化していると診断された場合に、ユーザに対し、電気化学セル101が劣化している旨を報知してもよい。 (3) In the embodiment described above, an example has been described in which the exhaust gas CO 2 concentration detected by the CO 2 concentration sensor 30 is used to detect the carbon dioxide adsorption state, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, the deterioration state of the electrochemical cell 101 may be diagnosed based on the exhaust gas CO 2 concentration. Then, when it is diagnosed that the electrochemical cell 101 has deteriorated, the user may be notified that the electrochemical cell 101 has deteriorated.

また、例えば、排出ガスCO濃度に基づいて算出された吸着CO量と電気化学セル101への投入電荷量との関係性と、制御装置20に予め定義されたマップに示される吸着CO量と投入電荷量との関係性とを比較して、両者の乖離量が閾値以上の場合に、二酸化炭素回収システム1の電気系統に異常があると診断してもよい。 Further, for example, the relationship between the amount of adsorbed CO 2 calculated based on the exhaust gas CO 2 concentration and the amount of charge input to the electrochemical cell 101 and the amount of adsorbed CO 2 shown in a map predefined in the control device 20 may be determined. The relationship between the amount of charge and the amount of input charge may be compared, and if the amount of deviation between the two is greater than or equal to a threshold value, it may be diagnosed that there is an abnormality in the electrical system of the carbon dioxide recovery system 1.

ところで、通常、吸着工程以外の工程において、二酸化炭素回収装置10から大気が排出される場合に、CO濃度センサ30のセンサ値は、大気に含まれる二酸化炭素の濃度範囲(500~700ppm)内となる。このため、吸着工程以外の工程において、CO濃度センサ30のセンサ値が、大気に含まれる二酸化炭素の濃度範囲外の場合に、CO濃度センサ30に異常があると診断してもよい。 By the way, normally, when the atmosphere is discharged from the carbon dioxide recovery device 10 in a process other than the adsorption process, the sensor value of the CO 2 concentration sensor 30 is within the concentration range of carbon dioxide contained in the atmosphere (500 to 700 ppm). becomes. Therefore, in a process other than the adsorption process, if the sensor value of the CO 2 concentration sensor 30 is outside the concentration range of carbon dioxide contained in the atmosphere, it may be diagnosed that the CO 2 concentration sensor 30 is abnormal.

(4)上述した実施形態では、吸着工程の次の工程として掃気工程を採用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が、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場合、吸着工程の次の工程として脱離工程を採用してもよい。 (4) In the embodiment described above, an example was described in which the scavenging process was adopted as the next process of the adsorption process, but the present invention is not limited to this aspect. For example, when the carbon dioxide recovery system 1 operates by switching in the order of adsorption step, desorption step, adsorption step, desorption step, etc., the desorption step may be adopted as the next step of the adsorption step.

(5)上述した実施形態では、電解物質として、液体状の電解液108を用い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、電解物質として、イオン液体をゲル化したイオン液体ゲルを用いてもよいし、固体状の固体電解質を用いてもよい。 (5) In the embodiment described above, an example was described in which the liquid electrolyte 108 was used as the electrolyte, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, as the electrolyte, an ionic liquid gel obtained by gelling an ionic liquid may be used, or a solid electrolyte may be used.

100 吸着部
201 吸着状態検出部
202 工程切替部
100 Adsorption unit 201 Adsorption state detection unit 202 Process switching unit

Claims (5)

二酸化炭素を含有する供給ガスから二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素回収システムであって、
二酸化炭素を吸着および脱離する吸着部(100)と、
前記吸着部が前記供給ガスに含まれる二酸化炭素を吸着する吸着工程を含む複数の工程を切り替える工程切替部(202)と、
前記吸着部の二酸化炭素吸着状態を検出する吸着状態検出部(201)と、を備え、
前記工程切替部は、前記二酸化炭素吸着状態に基づいて、前記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二酸化炭素回収システム。
A carbon dioxide recovery system that separates and recovers carbon dioxide from a feed gas containing carbon dioxide, the system comprising:
an adsorption unit (100) that adsorbs and desorbs carbon dioxide;
a process switching unit (202) that switches between a plurality of processes including an adsorption process in which the adsorption unit adsorbs carbon dioxide contained in the supplied gas;
an adsorption state detection unit (201) that detects the carbon dioxide adsorption state of the adsorption unit,
The process switching unit is a carbon dioxide recovery system that determines the timing of transitioning from the adsorption process to the next process based on the carbon dioxide adsorption state.
さらに、前記吸着部で二酸化炭素を吸着された後の排出ガスに含まれる二酸化炭素の濃度である排出ガス二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出部(30)を備え、
前記吸着状態検出部は、前記二酸化炭素濃度検出部で検出された前記排出ガス二酸化炭素濃度に基づいて前記二酸化炭素吸着状態を検出する請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
Furthermore, it includes a carbon dioxide concentration detection unit (30) that detects the exhaust gas carbon dioxide concentration, which is the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas after carbon dioxide has been adsorbed by the adsorption unit,
The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein the adsorption state detection section detects the carbon dioxide adsorption state based on the exhaust gas carbon dioxide concentration detected by the carbon dioxide concentration detection section.
前記吸着部は、作用極(102)と対極(103)とを有するとともに、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加されることで、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記作用極は電子が供給されることに伴って二酸化炭素と結合する電気化学セル(101)を有しており、
前記吸着状態検出部は、前記電気化学セルへの投入電荷量に基づいて前記二酸化炭素吸着状態を検出する請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
The adsorption part has a working electrode (102) and a counter electrode (103), and when a voltage is applied between the working electrode and the counter electrode, electrons are supplied from the counter electrode to the working electrode, The working electrode has an electrochemical cell (101) that combines with carbon dioxide as electrons are supplied,
The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein the adsorption state detection unit detects the carbon dioxide adsorption state based on the amount of charge input to the electrochemical cell.
前記吸着部は、作用極(102)と対極(103)とを有するとともに、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加されることで、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記作用極は電子が供給されることに伴って二酸化炭素と結合する電気化学セル(101)を有しており、
前記吸着状態検出部は、前記電気化学セルの静電容量に基づいて前記二酸化炭素吸着状態を検出する請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
The adsorption part has a working electrode (102) and a counter electrode (103), and when a voltage is applied between the working electrode and the counter electrode, electrons are supplied from the counter electrode to the working electrode, The working electrode has an electrochemical cell (101) that combines with carbon dioxide as electrons are supplied,
The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein the adsorption state detection section detects the carbon dioxide adsorption state based on the capacitance of the electrochemical cell.
さらに、前記吸着部で二酸化炭素を吸着された後の排出ガスに含まれる二酸化炭素の濃度である排出ガス二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素濃度検出部(30)を備え、
前記吸着部は、作用極(102)と対極(103)とを有するとともに、前記作用極と前記対極との間に電圧が印加されることで、前記対極から前記作用極に電子が供給され、前記作用極は電子が供給されることに伴って二酸化炭素と結合する電気化学セル(101)を有しており、
前記吸着状態検出部は、前記排出ガスに含まれる二酸化炭素の濃度、並びに、前記電気化学セルへの投入電荷量および前記電気化学セルの静電容量の少なくとも一方に基づいて前記二酸化炭素吸着状態を検出する請求項1に記載の二酸化炭素回収システム。
Furthermore, it includes a carbon dioxide concentration detection unit (30) that detects the exhaust gas carbon dioxide concentration, which is the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas after carbon dioxide has been adsorbed by the adsorption unit,
The adsorption part has a working electrode (102) and a counter electrode (103), and when a voltage is applied between the working electrode and the counter electrode, electrons are supplied from the counter electrode to the working electrode, The working electrode has an electrochemical cell (101) that combines with carbon dioxide as electrons are supplied,
The adsorption state detection unit detects the carbon dioxide adsorption state based on the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas and at least one of the amount of charge input to the electrochemical cell and the capacitance of the electrochemical cell. The carbon dioxide recovery system according to claim 1, wherein the carbon dioxide recovery system detects.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024101125A1 (en) * 2022-11-11 2024-05-16 本田技研工業株式会社 Carbon dioxide recovery device

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