CO2浓度降低装置的制作方法

本发明涉及co2浓度降低装置。
背景技术：
：在建筑、车辆等人的密度高的空间内，室内的co2浓度(二氧化碳浓度)由于人的呼气而容易上升。已知当co2浓度超过1000ppm时，诱发睡意。因此，在建筑等中，为了不使co2浓度超过1000ppm，通过与室外空气的换气来调整co2浓度。为了快速地与室外空气换气，需要使鼓风机等鼓风装置工作，为此，需要换气电力。进而，从外部摄取的空气没有调节温度和湿度，夏季需要冷气设备，冬季需要暖气设备。因此，室内的co2浓度上升成为换气电力以及冷暖气设备等空调导致的耗电量的增加的主要原因。换气(通风)产生的室内的co2减少量通过如下计算式计算。{(室内co2浓度)-(室外空气中的co2浓度)}×(换气量)＝(换气产生的co2减少量)该式的右边的co2减少量只要与因人呼气而产生的co2增加量相等，就可以使co2浓度保持一定。若着眼于使用吸附材料来从室内空气中除去co2，例如，专利文献1中记载了利用涂布有h2o和co2吸附材料的转子的co2除去装置。该装置具有在室温下吸附co2，然后通过在流通加热气体的同时加热co2吸附材料而使co2脱离的构成。专利文献2中所述的二氧化碳捕捉材料是由本发明人开发的，其含有多孔体，所述多孔体含有细孔体积分布的峰值细孔径为1.5～10nm的铈氧化物，从含有二氧化碳的气体中捕捉并分离二氧化碳。在此，该多孔体期望含有sm、la等。专利文献3中公开了以下技术：由吸附空气中的水分和臭气等有机气体的吸附剂构成的过滤器的一部分由可电磁感应加热的材料构成，在过滤器的附近设置电磁线圈等磁场发生装置，通过磁场使过滤器本身发热，从吸附剂解吸水分和有机气体。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2010/100739号专利文献2：特开2012-24648号公报专利文献3：特开2005-279390号公报技术实现要素：发明要解决的课题近年来，由于室外空气中的co2浓度(2013年的时间点，约400ppm)增加，导致与室内的co2浓度差减少。因此，调整co2浓度所需的换气量也在增加。认为今后，在室外空气中的co2浓度进一步增加的情况下，对通过换气来调整co2浓度来说，耗电量增加。只要能够使用换气以外的方法选择性地除去co2，即可降低换气量，结果，可以降低换气电力(电量)和空调电力。对于专利文献1所述的装置来说，作为为了使co2脱离而加热吸附材料的介质，使用室内空气。此时，需要将作为加热介质的室内空气排出到室外。由于需要摄入与排出的气体等量的室外空气，结果，为了进行吸附材料的加热和co2脱离，需要换气。专利文献2中所述的二氧化碳捕捉材料具有优异的吸附特性，但要求用于进行有效的再生的加热手段。专利文献3中所述的技术在使用电磁感应加热的方面是有利的，但其解吸的对象为水分和臭气等有机气体，不适用于二氧化碳的解吸。本发明的目的在于，减少除去室内蓄积的co2时的换气量，并降低换气所需要的电力和冷暖气设备的电力。解决课题的手段本发明的co2浓度降低装置是使用co2吸附材料从含有co2的气体中分离除去co2的装置，包括：填充有co2吸附材料的吸附材料容器、以及通过感应加热或介质加热来加热co2吸附材料的加热单元。发明效果根据本发明，可以减少除去室内蓄积的co2时的换气量，并降低换气所需要的电力(电量)和冷暖气设备的电力(电量)。附图说明[图1]是示出本发明的co2浓度降低装置的模式构成图。[图2]是比较示出实施例1的co2浓度降低装置与以往的换气法(比较例1)的co2耗电量(消耗电力)的图。[图3]是示出通过加热co2吸附材料的空气加热的co2浓度降低装置的例子(比较例2)的模式构成图。[图4]是比较示出实施例1以及比较例1和2中的必要空气量的图。[图5]是示出具有可移动式的感应加热用磁场发生部的co2浓度降低装置(实施例2)的模式构成图。[图6a]是模式性示出实施例2的加热工序的初期阶段的配置和吸附材料容器内的温度分布的图。[图6b]是模式性地示出从图6a的初期阶段起进行的状况的图。[图6c]是模式性地示出从图6b的阶段进一步进行的状况的图。[图7]是示出使线状磁性体附着在co2吸附材料上的构成的例子的模式透视图。[图8]是示出使螺旋状磁性体附着在co2吸附材料上的构成的例子的模式透视图。[图9]是示出使环状磁性体附着在co2吸附材料上的构成的例子的模式透视图。具体实施方式本发明涉及用于通过降低建筑、车辆等的换气量来降低换气电力和空调电力的装置，特别是以节省电力的方式降低室内co2浓度的装置。以下，说明本发明的实施方式。予以说明，本发明的范围并不限定于下述举出的例子。本发明人深入地研究了上述课题，结果发现，通过利用一种co2浓度降低装置，可降低co2浓度降低所需的耗电量，所述co2浓度降低装置是用于从含有co2的气体中使用固体co2吸附材料分离除去co2的装置，其特征在于，该co2吸附材料含有氧化铈或铈的复合氧化物，加热co2吸附材料的装置具有使用感应加热或介质加热的装置。在此，铈的复合氧化物是指在氧化铈中添加有作为第二成分的na、mg、y、la、sm等而成的材料，如专利文献2中记载的那样，具有优异的吸附特性。本装置中，由于加热介质是交流磁场(交变磁场)或交流电场(交变电场)，因而无需加热脱离co2时的加热气体流通，或者可以使加热脱离co2时的加热气体以低流量流通。其结果，可以降低由气体在co2吸附材料中流通而导致的压力损失、降低作为加热介质的气体本身的热容量、以及降低与气体的排气相伴的换气电力。另外，通过使用氧化铈或铈的复合氧化物作为co2吸附材料，即使在水分存在下，也能吸附co2。本特性适用于从人的呼气和大气等包含水分的气体中除去co2的用途。作为本装置的运转例，例如可举出以下方法：使含有co2的气体在上述co2吸附材料中流通以吸附除去co2，将除去了co2的气体返回到室内，在吸附co2后，通过感应加热等加热co2吸附材料，使co2脱离，再生co2吸附材料的方法。使用感应加热或介质加热的优点之一是不限速于传热速度。在从外部通过加热器等加热装置加热吸附材料的情况下，必须通过传热来加热整个吸附材料。传热速度与温度梯度呈比例。特别是在吸附材料的容量大的情况下，温度梯度变缓，传热速度变慢，而且必要的热量增加，因而，加热速度变慢。而由于感应加热和介质加热不依赖于温度梯度，因此，容易应对加大吸附材料容量的情况。co2吸附材料的加热可以使用感应加热和介质加热中的任一种。作为通过感应加热来加热co2吸附材料的构成，可举出作为加热装置的产生交流磁场的装置，例如使卷绕成线圈状的导线中流通交流电流的方法。为了通过感应加热来发热，只要在磁场中产生涡电流即可，作为所使用的发热体材料(以下称为“感应发热体”)，可举出金属等导体。另外，在使用磁性体的情况下，由于通过交流磁场产生磁滞加热，可进一步提高加热效率。作为磁性体，例如可举出铁、铬、钴及其合金和化合物等。作为感应发热体的形状，为怎样的形状均可，可举出柱状、板状、粉状、蜂窝状、网状等各种各样的形状。在柱状的情况下，例如可考虑在吸附材料容器中设置柱状的感应发热体，然后填充粒状co2吸附材料而设置的构成。在本构成中，感应发热体无需与容器接触，无需如例如一般的传热管附设在容器内部的情况那样，为了向传热管内导入流体而而使之贯通至容器外。在使用粉状的感应发热体的情况下，可考虑预先混合粉状的co2吸附材料和粉状的感应发热体，然后成型为粒状来利用的方法。在本方法中，由于成形的颗粒本身为发热体，容易进行空间均匀的加热。除此以外，可考虑以下方法：将co2吸附材料和感应发热体的混合粉末负载在蜂窝等上的方法，在成型为蜂窝状的co2吸附材料上负载粉状的感应发热体的方法，将粉状co2吸附材料负载在蜂窝状的感应发热体上的方法。为了促进感应发热体与co2吸附材料的混合和接触，可以利用粘合剂。粘合剂可以使用有机和无机的任一种，但从为了使co2脱离而加热co2吸附材料的角度考虑，优选使用无机粘合剂，作为例子，可举出勃姆石、氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶等硅化合物或铝化合物。在使用介质加热用于co2吸附材料的加热的情况下，可使用co2吸附材料本身作为电介质。在吸附气体含有水分的情况下，co2吸附材料所吸附的水分或冷凝的水分作为电介质起作用，能量容易利用于水分的加热。因此，在水分含量多的情况下，加热速度上升，产生co2吸附材料温度的空间分布的不均衡。由于水脱离或气化后的co2吸附材料的加热速度降低，若要利用它，可作为用于加热co2吸附材料至该条件下的水的脱离温度或气化温度的方法来利用。用于感应加热或介质加热的加热装置既可以设置在吸附材料容器内部，也可以设置在容器外。作为将用于感应加热的加热装置设置在容器外部的构成，例如可考虑由非磁性体或非金属形成吸附材料容器，向容器内部填充co2吸附材料和感应发热体的方法。作为产生交流磁场的装置，使线圈状的导线流过交流电流即可，可考虑导线设置在吸附材料容器的外部的方法。本构成的特征在于，吸附材料容器内部的构成简洁，co2吸附材料和感应发热体的填充简便。作为其他构成，例如，可以以容器本身为磁性体等感应发热体，加热吸附材料容器本身，向co2吸附材料传热。用于感应加热或介质加热的加热装置的一部分或全部可以为可移动的。作为用于感应加热的加热装置为可移动的构成，例如可考虑其构成为：由非磁性体或非金属形成吸附材料容器，向容器内部填充co2吸附材料和感应发热体，在吸附材料容器的外部设置可移动的线圈状的导线，在该导线内流通交流电流。在使用本构成的情况下，通过改变线圈的位置，可加热吸附材料容器内的任意部位。予以说明，通过本构成，例如，在预测感应发热体被局部加热而成为高温，导致材料烧结、劣化的情况下，通过在达到高温前改变线圈的位置，可变更吸附材料的加热位置，由此可抑制劣化。在加热co2吸附材料的工序中，可以使该co2吸附材料中流通气体。流通的气体是怎样的气体都可以，但从操作的容易性的角度考虑，特别是可举出室内空气、室外空气、水蒸气和这些气体的混合气体。作为本构成，例如可举出如下构成：由非磁性体或非金属形成吸附材料容器，向容器内部填充co2吸附材料和感应发热体，在吸附材料容器的外部设置可移动的线圈状的导线，进而设置使co2吸附材料中流通室内空气的鼓风机。作为使用本构成的co2除去装置的使用方法，认为如下所述。通过室内空气的流通来吸附co2后，通过感应加热将co2吸附材料的一部分(设为吸附材料a部)加热至规定的温度(设为温度t)，使co2脱离。然后，通过使室内空气流通，吸附材料a部具有的显热输送至未被加热的co2吸附材料的一部分(设为吸附材料b部)。通过该热输送，吸附材料b部被加热。然后，使可移动的线圈状的导线移动至吸附材料b部附近，然后通过感应加热，加热吸附材料b部。吸附材料b部通过从吸附材料a部的热输送，降低了用于加热至温度t的必要热量。进而，由于吸附材料a部由于该热输送被冷却，从而可再次吸附co2，由此可降低用于冷却co2吸附材料的时间和必要的空气量。作为2吸附分离co的方法，可举出固定吸附材料来使用的固定床方式、循环使用吸附材料的流化床等方式，可使用任意一种方法。在使用流化床式的co2浓度降低装置的情况下，对于co2吸附材料的输送，既可以使用空气等气体，也可以使用该co2吸附材料和磁性体的混合材料，通过磁力来输送该混合材料。另外，一般来说，在使固体材料流动时，由于材料之间的碰撞，有可能导致材料的粉化、以及伴随粉化的材料的飞散。在这样的装置中，为了不使材料向大气中飞散而通过过滤器等进行集尘。对于本课题，认为通过使用该co2吸附材料和磁性体的混合材料，而且向过滤器施加磁力，可提高对吸附材料粉末的捕集能力，抑制材料向大气中飞散。以下，详细说明本发明的实施例。实施例1图1示出了通过使用co2吸附材料的固定床方式来降低室内空气的co2浓度的构成例。本图所示的co2浓度降低装置由吸附材料容器101、流量控制阀201～203、具有线圈状导线的感应加热用磁场发生部301、含有铈氧化物的co2吸附材料与磁性体的混合粒子401、以及鼓风机501构成。吸附材料容器101优选使用陶瓷或有机物等非磁性体或非金属的材料。本装置的运转方法设定为将吸附、加热和冷却的工序重复进行。吸附时的co2吸附材料的温度设为30℃，脱离时的co2吸附材料的温度设为200℃。首先，打开流量控制阀201和202，关闭流量控制阀203。使用鼓风机501向吸附材料容器101内导入室内空气，吸附除去co2，将除去了co2的气体返回到室内。充分吸附co2后，在使co2脱离而释放到大气中时，关闭流量控制阀201和202，打开流量控制阀203，通过感应加热用磁场发生部301，加热混合粒子401，使co2脱离，释放到大气中。然后，冷却时，打开流量控制阀201和202，关闭流量控制阀203，使用鼓风机501，向吸附材料容器101内导入室内空气，冷却混合粒子401。(耗电量的试算)使用co2吸附材料选择性地除去co2时的耗电量通过如下方法试算。耗电量通过以下计算式计算。(耗电量)＝(必要热量)/(由电力向热的转换效率)必要热量作为co2吸附材料的加热热量和使co2脱离的热量的和来计算。用于试算的物性值示于表1。由本表的物性值导出的用于降低co2浓度的能量为8.1kj/g-co2。[表1]使用吸附材料法时的物性值项目值co2吸附量(mol/kg)0.3co2吸附材料比热(kj/kgk)0.4co2吸附热(kj/mol)60吸附温度(℃)30脱离温度(℃)200由电力向热的转换效率(％)80(比较例1)通过换气调整co2浓度时所需的电力、特别是冷气设备所需的耗电量通过以下方法试算。首先，计算室外空气与室内空气的焓差，将该差除以性能系数而得到的值视作耗电量。予以说明，空气的焓是通过以空气温度25℃为基准，对于水和水蒸气而言则以25℃的冷凝水为基准而计算的。由co2浓度产生的空气比热和密度的变化微小而可以忽视。室外空气视为30℃、相对密度70％、co2浓度400ppm，室内空气视为28℃、相对湿度50％、co2浓度1000ppm。对于各状态的气体，将相对于干燥的空气1kg的co2量和焓示于表2。室外空气与室内空气的焓差为19.1kj、co2含量差为0.91g。本冷气设备的成绩系数假定为2.0，用于通过换气来降低co2浓度的电力通过下式计算。(耗电量)＝(焓差)/{(co2含量差)×(成绩系数)}由该式试算出，用于降低co2浓度的电力(电量)为10.5kj/g-co2。[表2]室外空气和室内空气的物性项目室外空气室内空气温度(℃)3028相对湿度(％)7050co2浓度(ppm)4001000co2含量(g/nm3)0.791.96空气密度(kg/nm3)1.2931.293co2含量(g/kg-air)0.611.52水蒸气量(g/kg-air)19.012.0冷凝的水量(g/kg-air)07.0总能量(kj/kg-air)51.832.7图2中示出了通过吸附材料法与以往的换气法的用于降低co2浓度的电力。由本图可知，与比较例1相比，实施例1中的吸附材料法的用于co2降低的电力少，省电。(比较例2)图3示出了通过使用co2吸附材料的固定床方式来降低室内空气的co2浓度的构成例。本图中，co2浓度降低装置由吸附材料容器101、流量控制阀201～203、含有铈氧化物的co2吸附材料411、鼓风机501、以及用于加热气体的加热器601构成。本装置的运转方法中，代替图1的感应加热用磁场发生部301，使用用于加热气体的加热器601。除此以外，与实施例1相同。(必要换气量的试算)在比较例2中，加热所需的空气量按如下方法试算。加热吸附材料所需的热量设定为与实施例1相同，热由向吸附材料中流通的加热空气的入口-出口的焓差获得。通过本法，计算出必要空气量为60.9g-air/g-co2。表3示出了比较例2中的用于试算的条件。[表3]比较例2中的用于试算的条件项目值空气的定压比热(kj/kg·k)1.07加热空气的吸附材料入口温度(℃)300加热空气的吸附材料出口温度(℃)200图4是比较示出比较例1、2以及实施例1中的必要换气量的图。与仅通过换气来进行co2浓度降低的比较例1相比，在使用吸附材料的比较例2中，必要空气量大幅降低。进而可知，在采用感应加热的实施例1中，理论上不需要加热时的鼓风，可进一步降低换气量。实施例2在通过使用co2吸附材料的固定床方式来降低室内空气的co2浓度的co2浓度降低装置中，将感应加热用磁场发生部为可移动的构成示于图5。本图所示的co2浓度降低装置由吸附材料容器101、流量控制阀201～203、具有线圈状导线的可移动的感应加热用磁场发生部311、含有铈氧化物的co2吸附材料和磁性体的混合粒子401、以及鼓风机501构成。吸附材料容器101优选使用陶瓷或有机物等非磁性体或非金属的材料。感应加热用磁场发生部311为可移动的，可将吸附材料容器101内部的磁性体进行局部加热。本装置的运转方法设定为将吸附、加热和冷却的工序重复进行。图6a～6c是将加热工序的状态分为3个阶段示出。吸附时的co2吸附材料的温度设为30℃，脱离时的co2吸附材料的温度设为200℃。图6a是模式性地示出实施例2的加热工序的初期阶段的配置和吸附材料容器内的温度分布的图。图6b是模式性地示出从图6a的初期阶段起进行的状况的图。图6c是模式性地示出从图6b的阶段进一步进行的状况的图。在这些图中，一并示出吸附材料容器、模式性地表示感应加热用磁场发生部的线圈、和吸附材料容器内的温度的图。在作为前阶段的吸附工序中，打开图5所示的流量控制阀201和202，关闭流量控制阀203。使用鼓风机501，向吸附材料容器101内导入室内空气，吸附除去co2，将除去了co2的气体返回到室内。充分吸附co2后，在使co2脱离而释放到大气中时，关闭流量控制阀202，打开流量控制阀201和203，通过感应加热用磁场发生部311，从接近鼓风机501一侧(入口侧)加热混合粒子401。将该部位的温度上升至200℃，使co2脱离。将本工序设为加热工序-1(图6a)。然后，通过鼓风机501，使室内空气在co2吸附材料容器中流通。通过该空气的流通，鼓风机侧的被加热的吸附材料的热被输送到出口侧，入口侧的co2吸附材料被冷却，出口侧的co2吸附材料被加热。将本工序设为加热工序-2(图6b)。由于仅通过该热输送不能将co2吸附材料加热至200℃，因此，通过将可移动的感应加热装置移动至出口侧，施加交流磁场，由此产生达到200℃所需的热量。由于co2吸附材料被预先加热以用于通过空气流通的热输送，可将co2吸附材料的加热所需的耗电量降低得比实施例1更低。通过连续进行加热中的室内空气的鼓风、以及与加热相应的感应加热用磁场发生部的移动，co2吸附材料的被加热的部分缓缓移动至出口侧，结果，co2脱离。将本工序设为加热工序-3(图6c)。本方法中，在co2脱离时，由于从入口侧冷却co2吸附材料，可缩短或省略co2脱离后的冷却工序。在进行冷却工序的情况下，打开流量控制阀201和202，关闭流量控制阀203，使用鼓风机501，向吸附材料容器101内导入室内空气，冷却混合粒子401即可。以下，作为co2吸附材料和磁性体的混合粒子(复合材料)的形状的具体例，说明在磁性体上附设co2吸附材料的粒子的例子。图7是示出在线状磁性体上附着co2吸附材料的构成的例子的模式透视图。本图中，在笔直的线状(棒状)的磁性体701的表面上附着co2吸附材料粒子702。图8是示出在螺旋状的磁性体上附着co2吸附材料的构成的例子的模式透视图。本图中，在螺旋状(弹簧形状)的磁性体801的表面上附着co2吸附材料粒子702。通过设定为这样的形状，并以磁场平行地产生在螺旋形的中心轴上的方式设置混合粒子，在磁性体801由金属等形成而具有导电性的情况下，在由磁性体801形成的螺旋曲线上产生电流，变得容易发热。图9是示出在环状的磁性体上附着co2吸附材料的构成的例子的模式透视图。本图中，在环状的磁性体901的表面上附着co2吸附材料粒子702。通过设定为这样的形状，并以磁场平行地产生在环的中心轴上的方式设置混合粒子，在磁性体901由金属等形成而具有导电性的情况下，在由磁性体901形成的环上产生电流，变得容易发热。予以说明，复合材料的尺寸没有特殊限定，只要是作为通过感应加热或介质加热而发热的发热体是有效的复合材料即可。如上所述，通过在成为发热体的磁性体上附设co2吸附材料的粒子，热容易传递到co2吸附材料的粒子上，可提高co2吸附材料所吸附的co2相对于输入的能量的解吸效率。予以说明，在图1、5和6a～6c中，示出了感应加热用磁场发生部301、311的线圈配置在吸附材料容器101的侧面部的例子，但感应加热用磁场发生部的位置并不限定于此，期望为在吸附材料容器101内部的磁性体等的位置上有效产生交变磁场的构成。因此，可以以如下方式配置：使线圈的中心轴与吸附材料容器101重合，或者，使线圈的中心轴与吸附材料容器101的中心轴一致。另外，在通过交变电场进行介质加热的情况下，虽然未图示，但期望以夹入吸附材料容器101的方式配置电极对，使电场贯通吸附材料容器101的内部的电介质。符号说明101：吸附材料容器，201、202、203：流量控制阀，301、311：感应加热用磁场发生部，401：co2吸附材料和磁性体的混合粒子，411：co2吸附材料，501：鼓风机，601：加热器。当前第1页12