二酸化炭素発生装置および栽培システム
【課題】吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段とを備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置。
【解決手段】二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段とを備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素発生装置および栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素を主成分とする燃料を利用するエネルギープラントや化学プラントの高温排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）ガスの分離方法として、リチウムシリケート等のリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が知られている（特許文献１）。この特許文献１には、吸収材に吸収された二酸化炭素を放出する際、二酸化炭素の吸収時の温度より高い温度で吸収材を加熱することが記載されている。しかしながら、二酸化炭素を吸収した吸収材から温度調節により二酸化炭素を放出する方法では温度上昇、加熱停止に即応して二酸化炭素の放出速度を増加させたり、減少させたりすることが困難で、追従性に劣り、時間遅れを生じる。また、二酸化炭素の放出速度を迅速に増加できないため、大量な二酸化炭素の放出を図ることも実質的に困難になる。
【０００３】
一方、二酸化炭素が必要な施設、例えば栽培施設では温室内に光合成の原料の一つとなる二酸化炭素を供給して農産物の生産性を高めることが行われている。例えば、特許文献２には温室の暖房機から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素および廃熱を利用する廃熱回収兼用二酸化炭素供給システムが開示されている。
【０００４】
特許文献２の発明では、温室内への二酸化炭素の供給は暖房機の作動時のみであるため、暖房機を作動させない、例えば温室内が太陽光で暖房される昼間において、二酸化炭素を温室内に供給することができない。
【０００５】
このようなことから、二酸化炭素の供給のみを目的として二酸化炭素発生専用のボイラーのような燃焼装置を栽培施設内に置き、常時、二酸化炭素を温室内に供給することが行われている。しかしながら、このような二酸化炭素発生のための専用ボイラーの設置は無駄な燃料を消費し、経済的ではない。
【特許文献１】特開２０００−２６２８９０
【特許文献２】特開２００４−３４４１５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を備え、温室内を暖房することが必要な時、例えば夜間において燃焼装置を作動し、その燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記二酸化炭素発生装置で吸収させ、温室内の農産物の光合成に必要な昼間にこの発生装置から二酸化炭素を温室内に目的とする量および速度で供給することが可能な栽培システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によると、二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によると、二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によると、農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
（ｄ）前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システムが提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によると、農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
（ｄ）前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システムが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を提供することができる。
【００１３】
本発明によれば、燃料を無駄に消費することなく、温室内の農産物の光合成を適切に行ってその生育を増大させることが可能な栽培システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る二酸化炭素発生装置および栽培システムを図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図である。
【００１６】
二酸化炭素発生装置１は、リチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材２が内部に充填された反応器３を備えている。ヒーター４は、反応器３の外周に配置され、反応器３を目的とする温度に加熱する。二酸化炭素を含むガス、例えば燃焼排ガスの導入ラインＬ１およびキャリアガスの導入ラインＬ２は三方電磁バルブＳＶを通して主導入ラインＬ３に接続され、主導入ラインＬ３は反応器３の上部に接続されている。すなわち、導入ラインＬ１、Ｌ２に導入された燃焼排ガスおよびキャリアガスは三方電磁バルブＳＶにより切り替え可能に主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入される。キャリアガスとしては、例えば空気、窒素ガス等を用いることができる。第１開閉バルブＶ１は、導入ラインＬ１に介装されている。第２開閉バルブＶ１および第１マスフローコントローラＭＦ１は、導入ラインＬ２にキャリアガスの導入源（図示せず）側からこの順序で介装されている。
【００１７】
水蒸気発生器５は、水蒸気供給ラインＬ４を通して主導入ラインＬ３に接続されている。第３開閉バルブＶ３および第２マスフローコントローラＭＦ２は、水蒸気供給ラインＬ４に水蒸気発生器５側からこの順序で介装されている。第３開閉バルブＶ３は、水蒸気発生器５から反応器３への水蒸気の間欠的な供給（供給、停止）、第２マスフローコントローラＭＦ２は水蒸気発生器５から反応器３への水蒸気の供給量調節をなす制御手段として用いられる。排出ラインＬ５は、反応器３の下部に接続されている。
【００１８】
前記リチウム複合酸化物としては、例えばリチウムシリケート、リチウムジルコネート等を挙げることができる。これらのリチウム複合酸化物は、単独または混合物の形態で用いることができる。例えばリチウムシリケート（Ｌｉ4ＳｉＯ4）では、下記の式（１）に示すように二酸化炭素と反応して二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。
【００１９】
Ｌｉ4ＳｉＯ4＋ＣＯ2→Ｌｉ2ＳｉＯ3＋Ｌｉ2ＣＯ3 …（１）
前記二酸化炭素吸収材は、リチウム複合酸化物の他に炭酸カリウム、炭酸ナトリウムのようなアルカリ炭酸塩を含有することを許容する。
【００２０】
前記二酸化炭素吸収材は、粉末状、顆粒状またはペレット状等の種々の形態で前記反応器内に充填される。
【００２１】
以下、第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置の作用を図１を参照して説明する。
【００２２】
ヒーター４により反応器３を、必要に応じ、例えば２００〜３００℃前後の温度に加熱した状態で第１開閉バルブＶ１を開いて二酸化炭素を含む燃焼排ガスを燃焼排ガスの導入ラインＬ１および主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入する。このとき、燃焼排ガス中の二酸化炭素が反応器３内に充填された例えばリチウムシリケートからなる二酸化炭素吸収材２と前記式（１）に従って反応し、二酸化炭素が吸収されると共に、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。燃焼排ガスは、反応器３を流通する過程で、その中の二酸化炭素濃度が十分に低減され、その後排出ラインＬ５を通して系外に排出される。
【００２３】
このような式（１）の二酸化炭素の吸収反応が十分に進行した時点で三方電磁バルブＳＶにより導入ラインＬ１からキャリアガスの導入ラインＬ２に切り替える。この導入ラインＬ２に介装した第２開閉バルブＶ２を開き、キャリアガス（例えば空気）を導入ラインＬ２および主導入ラインＬ３を通して反応器３に導入すると共に、その空気流量を第１マスフローコントローラＭＦ１で調節する。このとき、ヒーター４により反応器３を二酸化炭素の吸収反応温度より高い温度、例えば６００〜７００℃に加熱することにより、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物の一部が前記式（１）の右側から左側に向かう反応がなされて二酸化炭素を発生すると共に、リチウムシリケート（吸収材）を生成して再生する。二酸化炭素を含む空気は、排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。
【００２４】
前記反応器３の加熱およびキャリアガスの導入において、水蒸気供給ラインＬ４に介装された第３開閉バルブＶ３を開き、水蒸気発生器５の水蒸気をこの供給ラインＬ４を通して空気が流通する主導入ラインＬ３に供給すると共に、その水蒸気流量を第２マスフローコントローラＭＦ２で調節することによって、主導入ラインＬ３から水蒸気を所望量含む空気を反応器３内に導入する。このような水蒸気の反応器３内への導入によって、反応器３内の二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が前記式（１）の右側から左側に向かう反応が迅速になされて、多量の二酸化炭素を発生し、極めて高濃度の二酸化炭素を含む空気が排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。第２マスフローコントローラＭＦ２の調節で空気が流通する主導入ラインＬ３への水蒸気の供給量を増大させることによって、二酸化炭素放出性物質からのＣＯ2放出量がさらに増大する。また、第３開閉弁Ｖ３を閉じて水蒸気の主導入ラインＬ３への供給を停止、つまり反応器３への水蒸気の供給を停止、することによって、前記式（１）の右側から左側に向かう反応が抑えられるため、二酸化炭素の放出量が迅速に減少される。
【００２５】
事実、次のような実験例および比較実験例によって第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置が従来の温度制御による二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物から二酸化炭素を発生させる場合に比べて迅速かつ多量の二酸化炭素の発生と迅速な二酸化炭素の減少を図ることができることを確認した。
【００２６】
（実験例１）
平均粒径１μｍの酸化ケイ素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末とを１：２のモル比で混合し、押出成型により厚さ２ｍｍ、直径５ｍｍの成型体を得た。この成型体を大気中、８００℃で焼成してリチウムシリケートからなる厚さ約２ｍｍ、直径約５ｍｍのペレット状二酸化炭素吸収材を製造した。
【００２７】
得られたペレット状二酸化炭素吸収材３０ｍｇを白金皿に載せ、この白金皿を熱重量測定装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製商品名：ＴＧ−ＤＴＡ２０００Ｓ）の天秤部材に支持して加熱炉内に挿入した。加熱炉内を１００％二酸化炭素雰囲気にし、６００℃に加熱し、その温度を１時間保持した。吸収材（リチウムシリケート）が二酸化炭素を吸収することにより生成した二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）を天秤部材で計測した。
【００２８】
次いで、加熱炉内の温度を６００℃に維持した状態で二酸化炭素を１００％窒素ガスに切り替えて、前記二酸化炭素放出性物質から二酸化炭素を放出させた。途中で加熱炉内への水蒸気の供給、停止を合計３回行った。１回目と３回目の水蒸気の供給は、加熱炉内の水蒸気濃度が２５体積％、２回目の水蒸気の供給は加熱炉内の水蒸気濃度が５０体積％、になるように行った。また、水蒸気の供給は約２分間行った。二酸化炭素を放出する過程での二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ２）を天秤部材で計測した。
【００２９】
このような二酸化炭素吸収直後の二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）および二酸化炭素放出性物質から二酸化炭素を放出する過程での重量（Ｗ２）に基づいて二酸化炭素の放出量を算出した。その結果を図２に示す。
【００３０】
（比較実験例１）
実験例１と同様なペレット状二酸化炭素吸収材３０ｍｇを白金皿に載せ、この白金皿を実験例１と同様な熱重量測定装置の天秤部材に支持して加熱炉内に挿入した。加熱炉内を１００％二酸化炭素雰囲気にし、６００℃に加熱し、その温度を１時間保持した。吸収材（リチウムシリケート）が二酸化炭素を吸収することにより生成した二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）を天秤部材で計測した。
【００３１】
次いで、加熱炉内の温度を６００℃に維持した状態で二酸化炭素を１００％窒素ガスに切り替えて、前記二酸化炭素放出性物質から二酸化炭素を放出した。途中で加熱炉内の温度を上げて約３分間で６２０℃まで上昇させ、その後６００℃まで温度を下げ、再び加熱炉内の温度を上げて約３分間で約６５０℃まで上昇させる温度制御を行った。二酸化炭素を放出する過程での二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ２）を天秤部材で計測した。
【００３２】
このような二酸化炭素吸収直後の二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）および二酸化炭素を放出する過程での二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ２）に基づいて二酸化炭素の放出量を算出した。その結果を図３に示す。
【００３３】
図２から明らかなように実験例１では、水蒸気の供給に対応して二酸化炭素放出量が迅速に増大し、水蒸気の供給停止により二酸化炭素放出量が迅速に減少することがわかる。また、水蒸気の供給を増大（例えば２５体積％から５０体積％）することによって、二酸化炭素放出量がさらに増大することがわかる。したがって、水蒸気の供給量を調節することにより、多量の二酸化炭素放出および迅速な二酸化炭素放出が可能になることがわかる。
【００３４】
これに対し、温度制御を行う比較実験例１では図３から明らかなように温度を高くすると、二酸化炭素放出量が増大するものの、水蒸気の供給を行う実験例１に比べてその二酸化炭素放出量の増大化が低く、かつその二酸化炭素放出量の増大が緩慢であることがわかる。その上、温度を下げたときの二酸化炭素放出量の低下もだらだらして緩慢であることがわかる。したがって、温度制御では多量の二酸化炭素放出および迅速な二酸化炭素放出が望めないことがわかる。
【００３５】
以上、第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置１によれば二酸化炭素を含む空気を排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給する際、反応器３内の二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能になるため、二酸化炭素需要設備にその要求に応じた濃度の二酸化炭素を含む空気を円滑に供給することが可能になる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図である。なお、図４において前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図４に示す第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置１は、水供給源６が水供給ラインＬ６を通して反応器３上部の噴射ノズル７に接続されている。第４開閉バルブＶ４、第３マスフローコントローラＭＦ３およびポンプＰは、前記水供給ラインＬ６に水供給源６側からこの順序で介装されている。
【００３８】
以下、第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置の作用を図４を参照して説明する。
【００３９】
ヒーター４により反応器３を例えば２００〜３００℃前後の温度に加熱した状態で第１開閉バルブＶ１を開いて二酸化炭素を含む燃焼排ガスを燃焼排ガスの導入ラインＬ１および主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入する。このとき、燃焼排ガス中の二酸化炭素が反応器３内に充填された例えばリチウムシリケートからなる二酸化炭素吸収材２と前記式（１）に従って反応し、二酸化炭素が吸収されると共に、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。燃焼排ガスは、反応器３を流通する過程で、その中の二酸化炭素濃度が十分に低減され、その後排出ラインＬ５を通して系外に排出される。
【００４０】
このような式（１）の二酸化炭素の吸収反応が十分に進行した時点で、三方電磁バルブＳＶにより導入ラインＬ１からキャリアガス導入ラインＬ２に切り替える。この導入ラインＬ２に介装した第２開閉バルブＶ２を開き、キャリアガス（例えば空気）を導入ラインＬ２および主導入ラインＬ３を通して反応器３に導入すると共に、その空気流量を第１マスフローコントローラＭＦ１で調節する。このとき、ヒーター４により反応器３を二酸化炭素の吸収反応温度より高い温度、例えば６００〜７００℃に加熱することにより、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物の一部が前記式（１）の右側から左側に向かう反応がなされて二酸化炭素を発生すると共に、リチウムシリケート（吸収材）を生成して再生する。二酸化炭素を含む空気は、排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。
【００４１】
前記反応器３の加熱およびキャリアガスの導入において、水供給ラインＬ６に介装された第４開閉バルブＶ４を開き、ポンプＰを作動することにより水供給源６の水を水供給ラインＬ６を通して噴射ノズル７に供給し、このノズル７から所望量の水を反応器３内の二酸化炭素放出性物質に噴射する。水供給ラインＬ６を流通する水は、その流量が第３マスフローコントローラＭＦ３で調節される。このような反応器３内の二酸化炭素放出性物質への水の噴射によって、前述した第１実施形態の水蒸気供給と実質的に同じ作用、すなわち二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が前記式（１）の右側から左側に向かう反応が迅速になされて、多量の二酸化炭素を発生し、キャリアガスである空気と共に排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。第３マスフローコントローラＭＦ３の調節で反応器３内の二酸化炭素放出性物質への水の噴射量を増大させることによって、二酸化炭素放出量がさらに増大する。また、ポンプＰの作動停止、第４開閉弁Ｖ４の閉鎖によって反応器３内への水噴射を停止することによって、前記式（１）の右側から左側に向かう反応が抑えられるため、二酸化炭素の放出量が迅速に減少される。
【００４２】
したがって、第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置１によれば二酸化炭素を含む空気を排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給する際、反応器３内の二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能になるため、二酸化炭素需要設備にその要求に応じた濃度の二酸化炭素を含む空気を円滑に供給することが可能になる。
【００４３】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る栽培システムを示す概略図である。
【００４４】
野菜、果物、花のような農産物を栽培する温室１１には、この温室１１を暖房するための燃焼装置２１および前記第１実施形態と同様な構造の二酸化炭素発生装置１が隣接して配置されている。
【００４５】
燃焼装置２１は、図示しない燃焼バーナが内蔵された筐体２２を備えている。燃料導入ラインＬ１１は、筐体２２内の燃焼バーナに接続されている。熱交換用ガスラインＬ１２は、筐体２２内の燃焼バーナの上方に蛇行して配置されている。この熱交換用ガスラインＬ１２は、一端が筐体２２の空気取り入れ口２３に連通され、他端が筐体２２から外部に延出されて温室１１に接続されている。ブロアー２４は、熱交換用ガスラインＬ１２に介装されている。筐体２２内で発生した燃焼排ガスは、燃焼排ガス導入ラインＬ１を通して前記二酸化炭素発生装置１の三方電磁バルブＳＶに接続されている。
【００４６】
二酸化炭素発生装置１の排出ライン（第１排出ライン）Ｌ５は、反応器３内のガスを外部に放出するもので、開閉バルブＶ５が介装されている。第２排出ラインＬ６は、第１排出ラインＬ５の反応器３と開閉バルブＶ５の間の位置で分岐され、他端が温室１１に接続されている。この第２排出ラインＬ６には、開閉バルブＶ６が介装されている。なお、二酸化炭素発生装置１は後述する燃焼装置２１による温室１１の暖房の際に燃焼で発生する二酸化炭素を吸収、除去するのに十分な量の二酸化炭素吸収材２が充填された反応器３を備える。
【００４７】
以下、第３実施形態に係る栽培システムの作用を図５を参照して説明する。
【００４８】
温室１１内の温度を上げる必要がある例えば夜間から朝方にかけて、燃料を燃料導入ラインＬ１１を通して燃焼装置２１の燃焼バーナ（図示せず）に供給して燃焼させる。このとき、ブロアー２４を作動して筐体２２の空気取り入れ口２３から空気を筐体２２内の燃焼バーナの上方に蛇行して配置された熱交換用ガスラインＬ１２に取りこむことによって、熱交換用ガスラインＬ１２に取り込まれ、流通する空気が燃焼バーナの燃焼炎で加熱される。加熱された空気は、熱交換用ガスラインＬ１２を通して温室１１内に供給されて温室内を暖房する。
【００４９】
このような温室１１内を暖房するための燃焼装置２１の燃焼において、二酸化炭素発生装置１のヒーター４により反応器３を例えば２００〜３００℃前後の温度に加熱し、燃焼排ガスの導入ラインＬ１および第１排出ラインＬ５のバルブＶ１、Ｖ５を開き、燃焼装置２１の筐体２２内で発生した燃焼排ガスを導入ラインＬ１から三方電磁バルブＳＶ、主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入する。筐体２２内で燃焼排ガスが発生する間、燃焼排ガス中の二酸化炭素が反応器３内に充填された例えばリチウムシリケートからなる二酸化炭素吸収材２と前記式（１）に従って反応し、二酸化炭素が吸収されると共に、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。燃焼排ガスは、反応器３を流通する過程で、その中の二酸化炭素濃度が十分に低減され、その後、第１排出ラインＬ５を通して外部に排出される。
【００５０】
温室１１の暖房が不要になった時点で、燃焼装置２１での燃焼を停止し、燃焼排ガスの導入ラインＬ１および第１排出ラインＬ５のバルブＶ１、Ｖ５を閉じ、ヒーター４による反応器３の加熱も停止する。
【００５１】
一方、温室１１の農産物の光合成が盛んになる、例えば晴れた昼間において、三方電磁バルブＳＶにより導入ラインＬ１からキャリアガスの導入ラインＬ２に切り替える。この導入ラインＬ２に介装した第２開閉バルブＶ２および第２排出ラインＬ６の開閉バルブＶ６を開き、第１排出ラインＬ５の開閉バルブＶ５を閉じる。キャリアガス（例えば空気）を導入ラインＬ２および主導入ラインＬ３を通して反応器３に導入すると共に、その空気流量を第１マスフローコントローラＭＦ１で調節する。このとき、ヒーター４により反応器３を二酸化炭素の吸収反応温度より高い温度、例えば６００〜７００℃に加熱することにより、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物の一部は前記式（１）の右側から左側に向かう反応がなされて二酸化炭素を発生すると共に、リチウムシリケート（吸収材）を生成して再生する。二酸化炭素を含む空気は、第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給され、二酸化炭素が農産物の光合成のために消費される。
【００５２】
温室１１内での二酸化炭素の要求消費量が増大する例えば農産物の光合成の増大において、水蒸気供給ラインＬ４に介装された第３開閉バルブＶ３を開き、水蒸気発生器５の水蒸気をこの供給ラインＬ４を通して空気が流通する主導入ラインＬ３に供給すると共に、その水蒸気流量を第２マスフローコントローラＭＦ２で調節することによって、主導入ラインＬ３から水蒸気を所望量含む空気を反応器３内に導入する。このような水蒸気の反応器３内への導入によって、前述した実験例１の水蒸気供給と同じ作用、すなわち反応器３内の二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が前記式（１）の右側から左側に向かう反応が迅速になされて、多量の二酸化炭素を発生し、極めて高濃度の二酸化炭素を含む空気を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給することが可能になる。その結果、前記要求消費量に見合った二酸化炭素を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６から温室１１内に迅速に供給できる。また、二酸化炭素の要求消費量がより増大した場合には第２マスフローコントローラＭＦ２の調節で空気が流通する主導入ラインＬ３への水蒸気の供給量を増大させることによって、二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素放出量をさらに増大させて、より高濃度の二酸化炭素を含む空気を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給することが可能になる。このため、温室１１内の農産物の光合成が適切になされ、その生育が増大される。
【００５３】
所望の時間経過後に水蒸気供給ラインＬ４の第３開閉弁Ｖ３を閉じて水蒸気の主導入ラインＬ３への供給を停止、つまり反応器３への水蒸気の供給を停止、することによって、前述した実験例１の水蒸気停止と同じ作用、すなわち前記式（１）の右側から左側に向かう反応が抑えられ、二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素放出量が迅速に減し、不必要かつ無駄な二酸化炭素が第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給されるのを防ぐ。
【００５４】
したがって、第３実施形態では燃焼装置２１により温室１１内を暖房する例えば夜間から朝方にかけて、燃焼装置２１で発生する燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素発生装置１の反応器３に充填された二酸化炭素吸収材２で吸収して貯蔵できる。一方、温室１１内の二酸化炭素の要求消費量が増大する例えば農産物の光合成が増大するときに、二酸化炭素発生装置１は反応器３内の二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量を迅速に増加、減少し、かつその放出量の一層の増加も可能であるため、温室１１内の二酸化炭素の要求消費量に見合った濃度の二酸化炭素を含む空気を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に迅速に供給できる。その結果、温室１１内の農産物の光合成を適正化してその生育を増大でき、さらに従来のように二酸化炭素発生専用のボイラーのような燃焼装置を栽培施設内に置き、常時、二酸化炭素を温室内に供給する、無駄な燃料の消費を回避でき、経済性の高い栽培システムを実現できる。
【００５５】
なお、第３実施形態で説明した二酸化炭素を含むキャリアガス（空気）の温室内への供給において、水蒸気の供給、停止を担う開閉バルブの開閉と、水蒸気量の調節を担うマスフローコントローラの制御を予め決められたタイマー機能によって行ってもよく、または温室内に設置した二酸化炭素の検出器、この検出信号が入力されるマイクロコンピュータのような制御器を用いて水蒸気の間欠的な供給（供給、停止）を担う開閉バルブと水蒸気量の調節を担うマスフローコントローラをフィードバック制御する構成にしてもよい。
【００５６】
第３実施形態において二酸化炭素発生装置の反応器は１基に限らず、例えば温室の規模、燃焼装置からの燃焼排ガス量等に応じて２基以上並設させてもよい。
【００５７】
また、第３実施形態において二酸化炭素発生装置は第１実施形態と同様な構造のものを用いたが、第２実施形態と同様な構造、すなわち水噴射型の二酸化炭素発生装置を用いても、第３実施形態と同様な効果を有する栽培システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図。
【図２】本発明の実験例１における二酸化炭素放出性物質への水蒸気の供給、停止時の二酸化炭素放出量を示す特性図。
【図３】比較実験例１における二酸化炭素放出性物質への温度制御時の二酸化炭素放出量を示す特性図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る栽培システムを示す概略図。
【符号の説明】
【００５９】
１…二酸化炭素発生装置、２…二酸化炭素吸収材、３…反応器、４…ヒーター、５…水蒸気発生器、６…水供給源、７…噴射ノズル、１１…温室、２１…燃焼装置、２２…筐体、２４…ブロアー、Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ１１…導入ライン、Ｌ５、Ｌ６…排出ライン、Ｌ１２…熱交換用ガスライン、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６…開閉バルブ、ＳＶ…三方電磁バルブ、ＭＦ１，ＭＦ２，ＭＦ３…マスフローコントローラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素発生装置および栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素を主成分とする燃料を利用するエネルギープラントや化学プラントの高温排気ガス中の二酸化炭素（ＣＯ2）ガスの分離方法として、リチウムシリケート等のリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が知られている（特許文献１）。この特許文献１には、吸収材に吸収された二酸化炭素を放出する際、二酸化炭素の吸収時の温度より高い温度で吸収材を加熱することが記載されている。しかしながら、二酸化炭素を吸収した吸収材から温度調節により二酸化炭素を放出する方法では温度上昇、加熱停止に即応して二酸化炭素の放出速度を増加させたり、減少させたりすることが困難で、追従性に劣り、時間遅れを生じる。また、二酸化炭素の放出速度を迅速に増加できないため、大量な二酸化炭素の放出を図ることも実質的に困難になる。
【０００３】
一方、二酸化炭素が必要な施設、例えば栽培施設では温室内に光合成の原料の一つとなる二酸化炭素を供給して農産物の生産性を高めることが行われている。例えば、特許文献２には温室の暖房機から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素および廃熱を利用する廃熱回収兼用二酸化炭素供給システムが開示されている。
【０００４】
特許文献２の発明では、温室内への二酸化炭素の供給は暖房機の作動時のみであるため、暖房機を作動させない、例えば温室内が太陽光で暖房される昼間において、二酸化炭素を温室内に供給することができない。
【０００５】
このようなことから、二酸化炭素の供給のみを目的として二酸化炭素発生専用のボイラーのような燃焼装置を栽培施設内に置き、常時、二酸化炭素を温室内に供給することが行われている。しかしながら、このような二酸化炭素発生のための専用ボイラーの設置は無駄な燃料を消費し、経済的ではない。
【特許文献１】特開２０００−２６２８９０
【特許文献２】特開２００４−３４４１５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を備え、温室内を暖房することが必要な時、例えば夜間において燃焼装置を作動し、その燃焼排ガス中の二酸化炭素を前記二酸化炭素発生装置で吸収させ、温室内の農産物の光合成に必要な昼間にこの発生装置から二酸化炭素を温室内に目的とする量および速度で供給することが可能な栽培システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によると、二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によると、二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によると、農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
（ｄ）前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システムが提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によると、農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
（ｄ）前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システムが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸収材に二酸化炭素を吸収して生成された二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能な二酸化炭素発生装置を提供することができる。
【００１３】
本発明によれば、燃料を無駄に消費することなく、温室内の農産物の光合成を適切に行ってその生育を増大させることが可能な栽培システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る二酸化炭素発生装置および栽培システムを図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図である。
【００１６】
二酸化炭素発生装置１は、リチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材２が内部に充填された反応器３を備えている。ヒーター４は、反応器３の外周に配置され、反応器３を目的とする温度に加熱する。二酸化炭素を含むガス、例えば燃焼排ガスの導入ラインＬ１およびキャリアガスの導入ラインＬ２は三方電磁バルブＳＶを通して主導入ラインＬ３に接続され、主導入ラインＬ３は反応器３の上部に接続されている。すなわち、導入ラインＬ１、Ｌ２に導入された燃焼排ガスおよびキャリアガスは三方電磁バルブＳＶにより切り替え可能に主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入される。キャリアガスとしては、例えば空気、窒素ガス等を用いることができる。第１開閉バルブＶ１は、導入ラインＬ１に介装されている。第２開閉バルブＶ１および第１マスフローコントローラＭＦ１は、導入ラインＬ２にキャリアガスの導入源（図示せず）側からこの順序で介装されている。
【００１７】
水蒸気発生器５は、水蒸気供給ラインＬ４を通して主導入ラインＬ３に接続されている。第３開閉バルブＶ３および第２マスフローコントローラＭＦ２は、水蒸気供給ラインＬ４に水蒸気発生器５側からこの順序で介装されている。第３開閉バルブＶ３は、水蒸気発生器５から反応器３への水蒸気の間欠的な供給（供給、停止）、第２マスフローコントローラＭＦ２は水蒸気発生器５から反応器３への水蒸気の供給量調節をなす制御手段として用いられる。排出ラインＬ５は、反応器３の下部に接続されている。
【００１８】
前記リチウム複合酸化物としては、例えばリチウムシリケート、リチウムジルコネート等を挙げることができる。これらのリチウム複合酸化物は、単独または混合物の形態で用いることができる。例えばリチウムシリケート（Ｌｉ4ＳｉＯ4）では、下記の式（１）に示すように二酸化炭素と反応して二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。
【００１９】
Ｌｉ4ＳｉＯ4＋ＣＯ2→Ｌｉ2ＳｉＯ3＋Ｌｉ2ＣＯ3 …（１）
前記二酸化炭素吸収材は、リチウム複合酸化物の他に炭酸カリウム、炭酸ナトリウムのようなアルカリ炭酸塩を含有することを許容する。
【００２０】
前記二酸化炭素吸収材は、粉末状、顆粒状またはペレット状等の種々の形態で前記反応器内に充填される。
【００２１】
以下、第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置の作用を図１を参照して説明する。
【００２２】
ヒーター４により反応器３を、必要に応じ、例えば２００〜３００℃前後の温度に加熱した状態で第１開閉バルブＶ１を開いて二酸化炭素を含む燃焼排ガスを燃焼排ガスの導入ラインＬ１および主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入する。このとき、燃焼排ガス中の二酸化炭素が反応器３内に充填された例えばリチウムシリケートからなる二酸化炭素吸収材２と前記式（１）に従って反応し、二酸化炭素が吸収されると共に、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。燃焼排ガスは、反応器３を流通する過程で、その中の二酸化炭素濃度が十分に低減され、その後排出ラインＬ５を通して系外に排出される。
【００２３】
このような式（１）の二酸化炭素の吸収反応が十分に進行した時点で三方電磁バルブＳＶにより導入ラインＬ１からキャリアガスの導入ラインＬ２に切り替える。この導入ラインＬ２に介装した第２開閉バルブＶ２を開き、キャリアガス（例えば空気）を導入ラインＬ２および主導入ラインＬ３を通して反応器３に導入すると共に、その空気流量を第１マスフローコントローラＭＦ１で調節する。このとき、ヒーター４により反応器３を二酸化炭素の吸収反応温度より高い温度、例えば６００〜７００℃に加熱することにより、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物の一部が前記式（１）の右側から左側に向かう反応がなされて二酸化炭素を発生すると共に、リチウムシリケート（吸収材）を生成して再生する。二酸化炭素を含む空気は、排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。
【００２４】
前記反応器３の加熱およびキャリアガスの導入において、水蒸気供給ラインＬ４に介装された第３開閉バルブＶ３を開き、水蒸気発生器５の水蒸気をこの供給ラインＬ４を通して空気が流通する主導入ラインＬ３に供給すると共に、その水蒸気流量を第２マスフローコントローラＭＦ２で調節することによって、主導入ラインＬ３から水蒸気を所望量含む空気を反応器３内に導入する。このような水蒸気の反応器３内への導入によって、反応器３内の二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が前記式（１）の右側から左側に向かう反応が迅速になされて、多量の二酸化炭素を発生し、極めて高濃度の二酸化炭素を含む空気が排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。第２マスフローコントローラＭＦ２の調節で空気が流通する主導入ラインＬ３への水蒸気の供給量を増大させることによって、二酸化炭素放出性物質からのＣＯ2放出量がさらに増大する。また、第３開閉弁Ｖ３を閉じて水蒸気の主導入ラインＬ３への供給を停止、つまり反応器３への水蒸気の供給を停止、することによって、前記式（１）の右側から左側に向かう反応が抑えられるため、二酸化炭素の放出量が迅速に減少される。
【００２５】
事実、次のような実験例および比較実験例によって第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置が従来の温度制御による二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物から二酸化炭素を発生させる場合に比べて迅速かつ多量の二酸化炭素の発生と迅速な二酸化炭素の減少を図ることができることを確認した。
【００２６】
（実験例１）
平均粒径１μｍの酸化ケイ素粉末と平均粒径１μｍの炭酸リチウム粉末とを１：２のモル比で混合し、押出成型により厚さ２ｍｍ、直径５ｍｍの成型体を得た。この成型体を大気中、８００℃で焼成してリチウムシリケートからなる厚さ約２ｍｍ、直径約５ｍｍのペレット状二酸化炭素吸収材を製造した。
【００２７】
得られたペレット状二酸化炭素吸収材３０ｍｇを白金皿に載せ、この白金皿を熱重量測定装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製商品名：ＴＧ−ＤＴＡ２０００Ｓ）の天秤部材に支持して加熱炉内に挿入した。加熱炉内を１００％二酸化炭素雰囲気にし、６００℃に加熱し、その温度を１時間保持した。吸収材（リチウムシリケート）が二酸化炭素を吸収することにより生成した二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）を天秤部材で計測した。
【００２８】
次いで、加熱炉内の温度を６００℃に維持した状態で二酸化炭素を１００％窒素ガスに切り替えて、前記二酸化炭素放出性物質から二酸化炭素を放出させた。途中で加熱炉内への水蒸気の供給、停止を合計３回行った。１回目と３回目の水蒸気の供給は、加熱炉内の水蒸気濃度が２５体積％、２回目の水蒸気の供給は加熱炉内の水蒸気濃度が５０体積％、になるように行った。また、水蒸気の供給は約２分間行った。二酸化炭素を放出する過程での二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ２）を天秤部材で計測した。
【００２９】
このような二酸化炭素吸収直後の二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）および二酸化炭素放出性物質から二酸化炭素を放出する過程での重量（Ｗ２）に基づいて二酸化炭素の放出量を算出した。その結果を図２に示す。
【００３０】
（比較実験例１）
実験例１と同様なペレット状二酸化炭素吸収材３０ｍｇを白金皿に載せ、この白金皿を実験例１と同様な熱重量測定装置の天秤部材に支持して加熱炉内に挿入した。加熱炉内を１００％二酸化炭素雰囲気にし、６００℃に加熱し、その温度を１時間保持した。吸収材（リチウムシリケート）が二酸化炭素を吸収することにより生成した二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）を天秤部材で計測した。
【００３１】
次いで、加熱炉内の温度を６００℃に維持した状態で二酸化炭素を１００％窒素ガスに切り替えて、前記二酸化炭素放出性物質から二酸化炭素を放出した。途中で加熱炉内の温度を上げて約３分間で６２０℃まで上昇させ、その後６００℃まで温度を下げ、再び加熱炉内の温度を上げて約３分間で約６５０℃まで上昇させる温度制御を行った。二酸化炭素を放出する過程での二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ２）を天秤部材で計測した。
【００３２】
このような二酸化炭素吸収直後の二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ１）および二酸化炭素を放出する過程での二酸化炭素放出性物質の重量（Ｗ２）に基づいて二酸化炭素の放出量を算出した。その結果を図３に示す。
【００３３】
図２から明らかなように実験例１では、水蒸気の供給に対応して二酸化炭素放出量が迅速に増大し、水蒸気の供給停止により二酸化炭素放出量が迅速に減少することがわかる。また、水蒸気の供給を増大（例えば２５体積％から５０体積％）することによって、二酸化炭素放出量がさらに増大することがわかる。したがって、水蒸気の供給量を調節することにより、多量の二酸化炭素放出および迅速な二酸化炭素放出が可能になることがわかる。
【００３４】
これに対し、温度制御を行う比較実験例１では図３から明らかなように温度を高くすると、二酸化炭素放出量が増大するものの、水蒸気の供給を行う実験例１に比べてその二酸化炭素放出量の増大化が低く、かつその二酸化炭素放出量の増大が緩慢であることがわかる。その上、温度を下げたときの二酸化炭素放出量の低下もだらだらして緩慢であることがわかる。したがって、温度制御では多量の二酸化炭素放出および迅速な二酸化炭素放出が望めないことがわかる。
【００３５】
以上、第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置１によれば二酸化炭素を含む空気を排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給する際、反応器３内の二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能になるため、二酸化炭素需要設備にその要求に応じた濃度の二酸化炭素を含む空気を円滑に供給することが可能になる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図である。なお、図４において前述した図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図４に示す第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置１は、水供給源６が水供給ラインＬ６を通して反応器３上部の噴射ノズル７に接続されている。第４開閉バルブＶ４、第３マスフローコントローラＭＦ３およびポンプＰは、前記水供給ラインＬ６に水供給源６側からこの順序で介装されている。
【００３８】
以下、第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置の作用を図４を参照して説明する。
【００３９】
ヒーター４により反応器３を例えば２００〜３００℃前後の温度に加熱した状態で第１開閉バルブＶ１を開いて二酸化炭素を含む燃焼排ガスを燃焼排ガスの導入ラインＬ１および主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入する。このとき、燃焼排ガス中の二酸化炭素が反応器３内に充填された例えばリチウムシリケートからなる二酸化炭素吸収材２と前記式（１）に従って反応し、二酸化炭素が吸収されると共に、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。燃焼排ガスは、反応器３を流通する過程で、その中の二酸化炭素濃度が十分に低減され、その後排出ラインＬ５を通して系外に排出される。
【００４０】
このような式（１）の二酸化炭素の吸収反応が十分に進行した時点で、三方電磁バルブＳＶにより導入ラインＬ１からキャリアガス導入ラインＬ２に切り替える。この導入ラインＬ２に介装した第２開閉バルブＶ２を開き、キャリアガス（例えば空気）を導入ラインＬ２および主導入ラインＬ３を通して反応器３に導入すると共に、その空気流量を第１マスフローコントローラＭＦ１で調節する。このとき、ヒーター４により反応器３を二酸化炭素の吸収反応温度より高い温度、例えば６００〜７００℃に加熱することにより、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物の一部が前記式（１）の右側から左側に向かう反応がなされて二酸化炭素を発生すると共に、リチウムシリケート（吸収材）を生成して再生する。二酸化炭素を含む空気は、排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。
【００４１】
前記反応器３の加熱およびキャリアガスの導入において、水供給ラインＬ６に介装された第４開閉バルブＶ４を開き、ポンプＰを作動することにより水供給源６の水を水供給ラインＬ６を通して噴射ノズル７に供給し、このノズル７から所望量の水を反応器３内の二酸化炭素放出性物質に噴射する。水供給ラインＬ６を流通する水は、その流量が第３マスフローコントローラＭＦ３で調節される。このような反応器３内の二酸化炭素放出性物質への水の噴射によって、前述した第１実施形態の水蒸気供給と実質的に同じ作用、すなわち二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が前記式（１）の右側から左側に向かう反応が迅速になされて、多量の二酸化炭素を発生し、キャリアガスである空気と共に排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給される。第３マスフローコントローラＭＦ３の調節で反応器３内の二酸化炭素放出性物質への水の噴射量を増大させることによって、二酸化炭素放出量がさらに増大する。また、ポンプＰの作動停止、第４開閉弁Ｖ４の閉鎖によって反応器３内への水噴射を停止することによって、前記式（１）の右側から左側に向かう反応が抑えられるため、二酸化炭素の放出量が迅速に減少される。
【００４２】
したがって、第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置１によれば二酸化炭素を含む空気を排出ラインＬ５を通して二酸化炭素需要設備に供給する際、反応器３内の二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量の制御が容易で、かつ二酸化炭素放出量の迅速な増加および減少が可能になるため、二酸化炭素需要設備にその要求に応じた濃度の二酸化炭素を含む空気を円滑に供給することが可能になる。
【００４３】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る栽培システムを示す概略図である。
【００４４】
野菜、果物、花のような農産物を栽培する温室１１には、この温室１１を暖房するための燃焼装置２１および前記第１実施形態と同様な構造の二酸化炭素発生装置１が隣接して配置されている。
【００４５】
燃焼装置２１は、図示しない燃焼バーナが内蔵された筐体２２を備えている。燃料導入ラインＬ１１は、筐体２２内の燃焼バーナに接続されている。熱交換用ガスラインＬ１２は、筐体２２内の燃焼バーナの上方に蛇行して配置されている。この熱交換用ガスラインＬ１２は、一端が筐体２２の空気取り入れ口２３に連通され、他端が筐体２２から外部に延出されて温室１１に接続されている。ブロアー２４は、熱交換用ガスラインＬ１２に介装されている。筐体２２内で発生した燃焼排ガスは、燃焼排ガス導入ラインＬ１を通して前記二酸化炭素発生装置１の三方電磁バルブＳＶに接続されている。
【００４６】
二酸化炭素発生装置１の排出ライン（第１排出ライン）Ｌ５は、反応器３内のガスを外部に放出するもので、開閉バルブＶ５が介装されている。第２排出ラインＬ６は、第１排出ラインＬ５の反応器３と開閉バルブＶ５の間の位置で分岐され、他端が温室１１に接続されている。この第２排出ラインＬ６には、開閉バルブＶ６が介装されている。なお、二酸化炭素発生装置１は後述する燃焼装置２１による温室１１の暖房の際に燃焼で発生する二酸化炭素を吸収、除去するのに十分な量の二酸化炭素吸収材２が充填された反応器３を備える。
【００４７】
以下、第３実施形態に係る栽培システムの作用を図５を参照して説明する。
【００４８】
温室１１内の温度を上げる必要がある例えば夜間から朝方にかけて、燃料を燃料導入ラインＬ１１を通して燃焼装置２１の燃焼バーナ（図示せず）に供給して燃焼させる。このとき、ブロアー２４を作動して筐体２２の空気取り入れ口２３から空気を筐体２２内の燃焼バーナの上方に蛇行して配置された熱交換用ガスラインＬ１２に取りこむことによって、熱交換用ガスラインＬ１２に取り込まれ、流通する空気が燃焼バーナの燃焼炎で加熱される。加熱された空気は、熱交換用ガスラインＬ１２を通して温室１１内に供給されて温室内を暖房する。
【００４９】
このような温室１１内を暖房するための燃焼装置２１の燃焼において、二酸化炭素発生装置１のヒーター４により反応器３を例えば２００〜３００℃前後の温度に加熱し、燃焼排ガスの導入ラインＬ１および第１排出ラインＬ５のバルブＶ１、Ｖ５を開き、燃焼装置２１の筐体２２内で発生した燃焼排ガスを導入ラインＬ１から三方電磁バルブＳＶ、主導入ラインＬ３を通して反応器３内に導入する。筐体２２内で燃焼排ガスが発生する間、燃焼排ガス中の二酸化炭素が反応器３内に充填された例えばリチウムシリケートからなる二酸化炭素吸収材２と前記式（１）に従って反応し、二酸化炭素が吸収されると共に、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が生成される。燃焼排ガスは、反応器３を流通する過程で、その中の二酸化炭素濃度が十分に低減され、その後、第１排出ラインＬ５を通して外部に排出される。
【００５０】
温室１１の暖房が不要になった時点で、燃焼装置２１での燃焼を停止し、燃焼排ガスの導入ラインＬ１および第１排出ラインＬ５のバルブＶ１、Ｖ５を閉じ、ヒーター４による反応器３の加熱も停止する。
【００５１】
一方、温室１１の農産物の光合成が盛んになる、例えば晴れた昼間において、三方電磁バルブＳＶにより導入ラインＬ１からキャリアガスの導入ラインＬ２に切り替える。この導入ラインＬ２に介装した第２開閉バルブＶ２および第２排出ラインＬ６の開閉バルブＶ６を開き、第１排出ラインＬ５の開閉バルブＶ５を閉じる。キャリアガス（例えば空気）を導入ラインＬ２および主導入ラインＬ３を通して反応器３に導入すると共に、その空気流量を第１マスフローコントローラＭＦ１で調節する。このとき、ヒーター４により反応器３を二酸化炭素の吸収反応温度より高い温度、例えば６００〜７００℃に加熱することにより、二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物の一部は前記式（１）の右側から左側に向かう反応がなされて二酸化炭素を発生すると共に、リチウムシリケート（吸収材）を生成して再生する。二酸化炭素を含む空気は、第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給され、二酸化炭素が農産物の光合成のために消費される。
【００５２】
温室１１内での二酸化炭素の要求消費量が増大する例えば農産物の光合成の増大において、水蒸気供給ラインＬ４に介装された第３開閉バルブＶ３を開き、水蒸気発生器５の水蒸気をこの供給ラインＬ４を通して空気が流通する主導入ラインＬ３に供給すると共に、その水蒸気流量を第２マスフローコントローラＭＦ２で調節することによって、主導入ラインＬ３から水蒸気を所望量含む空気を反応器３内に導入する。このような水蒸気の反応器３内への導入によって、前述した実験例１の水蒸気供給と同じ作用、すなわち反応器３内の二酸化炭素放出性物質であるＬｉ2ＳｉＯ3およびＬｉ2ＣＯ3の混合物が前記式（１）の右側から左側に向かう反応が迅速になされて、多量の二酸化炭素を発生し、極めて高濃度の二酸化炭素を含む空気を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給することが可能になる。その結果、前記要求消費量に見合った二酸化炭素を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６から温室１１内に迅速に供給できる。また、二酸化炭素の要求消費量がより増大した場合には第２マスフローコントローラＭＦ２の調節で空気が流通する主導入ラインＬ３への水蒸気の供給量を増大させることによって、二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素放出量をさらに増大させて、より高濃度の二酸化炭素を含む空気を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給することが可能になる。このため、温室１１内の農産物の光合成が適切になされ、その生育が増大される。
【００５３】
所望の時間経過後に水蒸気供給ラインＬ４の第３開閉弁Ｖ３を閉じて水蒸気の主導入ラインＬ３への供給を停止、つまり反応器３への水蒸気の供給を停止、することによって、前述した実験例１の水蒸気停止と同じ作用、すなわち前記式（１）の右側から左側に向かう反応が抑えられ、二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素放出量が迅速に減し、不必要かつ無駄な二酸化炭素が第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に供給されるのを防ぐ。
【００５４】
したがって、第３実施形態では燃焼装置２１により温室１１内を暖房する例えば夜間から朝方にかけて、燃焼装置２１で発生する燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素発生装置１の反応器３に充填された二酸化炭素吸収材２で吸収して貯蔵できる。一方、温室１１内の二酸化炭素の要求消費量が増大する例えば農産物の光合成が増大するときに、二酸化炭素発生装置１は反応器３内の二酸化炭素放出性物質からの二酸化炭素の放出量を迅速に増加、減少し、かつその放出量の一層の増加も可能であるため、温室１１内の二酸化炭素の要求消費量に見合った濃度の二酸化炭素を含む空気を第１排出ラインＬ５およびこれから分岐した第２排出ラインＬ６を通して温室１１内に迅速に供給できる。その結果、温室１１内の農産物の光合成を適正化してその生育を増大でき、さらに従来のように二酸化炭素発生専用のボイラーのような燃焼装置を栽培施設内に置き、常時、二酸化炭素を温室内に供給する、無駄な燃料の消費を回避でき、経済性の高い栽培システムを実現できる。
【００５５】
なお、第３実施形態で説明した二酸化炭素を含むキャリアガス（空気）の温室内への供給において、水蒸気の供給、停止を担う開閉バルブの開閉と、水蒸気量の調節を担うマスフローコントローラの制御を予め決められたタイマー機能によって行ってもよく、または温室内に設置した二酸化炭素の検出器、この検出信号が入力されるマイクロコンピュータのような制御器を用いて水蒸気の間欠的な供給（供給、停止）を担う開閉バルブと水蒸気量の調節を担うマスフローコントローラをフィードバック制御する構成にしてもよい。
【００５６】
第３実施形態において二酸化炭素発生装置の反応器は１基に限らず、例えば温室の規模、燃焼装置からの燃焼排ガス量等に応じて２基以上並設させてもよい。
【００５７】
また、第３実施形態において二酸化炭素発生装置は第１実施形態と同様な構造のものを用いたが、第２実施形態と同様な構造、すなわち水噴射型の二酸化炭素発生装置を用いても、第３実施形態と同様な効果を有する栽培システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図。
【図２】本発明の実験例１における二酸化炭素放出性物質への水蒸気の供給、停止時の二酸化炭素放出量を示す特性図。
【図３】比較実験例１における二酸化炭素放出性物質への温度制御時の二酸化炭素放出量を示す特性図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る二酸化炭素発生装置を示す概略図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る栽培システムを示す概略図。
【符号の説明】
【００５９】
１…二酸化炭素発生装置、２…二酸化炭素吸収材、３…反応器、４…ヒーター、５…水蒸気発生器、６…水供給源、７…噴射ノズル、１１…温室、２１…燃焼装置、２２…筐体、２４…ブロアー、Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ１１…導入ライン、Ｌ５、Ｌ６…排出ライン、Ｌ１２…熱交換用ガスライン、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６…開閉バルブ、ＳＶ…三方電磁バルブ、ＭＦ１，ＭＦ２，ＭＦ３…マスフローコントローラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置。
【請求項２】
二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置。
【請求項３】
農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
（ｄ）前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システム。
【請求項４】
農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
（ｄ）前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システム。
【請求項１】
二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置。
【請求項２】
二酸化炭素を含むガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管とガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を備えることを特徴とする二酸化炭素発生装置。
【請求項３】
農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
（ｄ）前記水蒸気供給手段から前記反応器内への水蒸気の供給量調節および間欠的な供給を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システム。
【請求項４】
農産物を栽培する温室；
前記温室を暖房するための燃焼装置；および
（ａ）前記燃焼装置の排ガスおよびキャリアガスが切り替え可能に導入されるガス導入管と前記ハウスに接続されるガス排出管とを有し、内部にリチウム複合酸化物を含む二酸化炭素吸収材が充填された反応器と、
（ｂ）前記反応器内の二酸化炭素吸収材に二酸化炭素を反応させて生成された二酸化炭素放出性物質を加熱するためのヒーターと、
（ｃ）前記反応器内の前記二酸化炭素放出性物質に水を噴射するための水噴射手段と、
（ｄ）前記水噴射手段から前記反応器内への水の噴射量調節および間欠的な噴射を行うための制御手段と
を有する二酸化炭素発生装置；
を備えることを特徴とする栽培システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２３７１１５（Ｐ２００８−２３７１１５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８２６４４（Ｐ２００７−８２６４４）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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