CN119300901A - Co2吸附装置 - Google Patents
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Abstract
一种设置固体的吸附材料(1)的CO2吸附装置,具备:制冷循环装置,其使制冷剂在压缩机(2)、第一热交换器(3)、减压器(4)以及第二热交换器(5)中循环;以及控制装置(9),其控制所述制冷循环装置的运转,所述第二热交换器(5)设置在比设置所述吸附材料(1)的部位靠气流的上游侧的位置,在吸附CO2的吸附运转时,所述制冷循环装置使所述第二热交换器(5)作为蒸发器发挥功能而进行使所述气流所含的水分附着于所述第二热交换器(5)的表面的除湿运转。
Description
技术领域
本发明涉及使用固体的CO2吸附材料的CO2吸附装置。
背景技术
作为减少气体中的CO2浓度或从废气中回收CO2等的方法,已知有使用固体的CO2吸附材料的方法。作为CO2吸附材料,已知有例如使吸附CO2的胺化合物等物质附着于多孔材料的载体的表面而成的粒状的吸附材料等。这样的固体的CO2吸附材料在室温等下吸附了CO2之后,进行加热而使CO2解吸,从而反复利用于CO2吸附。
已知固体的CO2吸附材料大多对于CO2以外的气体也具有吸附能力。若气体中的水分(水蒸气)吸附于吸附材料,则存在吸附材料的CO2吸附能力会降低的问题。因此,例如,在专利文献1中,使气体在由水分吸附转子减湿之后流入CO2的吸附材料,从而避免吸附材料的吸附能力受损。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-61758号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1的水分吸附转子使用将水分吸附材料与CO2吸附材料同样地担载于基材的材料。水分吸附材料通过进行加热而使水分脱离,作为吸附材料反复利用。但是,用于脱离的加热所需要的能量大,在节能的方面存在问题。
因此,本公开的目的在于在使用固体的CO2吸附材料的CO2吸附装置中实现在防止CO2吸附能力的降低和节能的方面优异的CO2吸附装置。
用于解决课题的方案
本公开的CO2吸附装置是在供气体流动的流路中设置吸附CO2的固体的吸附材料的CO2吸附装置,其中,具备:制冷循环装置,其使制冷剂在压缩机、第一热交换器、减压器以及第二热交换器中循环;以及控制装置,其控制所述制冷循环装置的运转,所述第二热交换器在所述流路中设置在比设置所述吸附材料的部位靠气流的上游侧的位置,在吸附CO2的吸附运转时,所述制冷循环装置使所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能而进行使所述气流所含的水分附着于所述第二热交换器的表面的除湿运转,在所述第二热交换器的下部具备将从所述第二热交换器落下的水排出到所述流路外的排水流路。
发明的效果
本公开的CO2吸附装置利用制冷循环装置的作为蒸发器发挥功能的热交换器进行除湿,因此,不需要如水分吸附材料那样加热所需要的能量,在防止吸附能力的降低和节能的方面优异。
附图说明
图1是实施方式1的CO2吸附装置的结构图。
图2是表示实施方式1的CO2吸附装置的控制的一例的流程图。
图3是实施方式1的变形例的CO2吸附装置的结构图。
图4是实施方式2的CO2吸附装置的结构图。
图5是实施方式3的CO2吸附装置的结构图。
图6是实施方式4的CO2吸附装置的结构图。
图7是实施方式5的CO2吸附装置的结构图。
图8是实施方式6的CO2吸附装置的结构图。
图9是实施方式7的CO2吸附装置的结构图。
图10是实施方式8的CO2吸附装置的结构图。
图11是实施方式9的CO2吸附装置的结构图。
具体实施方式
以下,利用附图说明本公开的CO2吸附装置的实施方式。此外,附图是例示结构的图,不由以下的说明限定的配置、尺寸、方向、形状等能够适当变更。另外,只要不产生矛盾,也可以将在以下的实施方式中公开的结构的一部分与在其他实施方式中公开的结构组合或置换。
<实施方式1>
图1是实施方式1的CO2吸附装置的结构图。CO2吸附装置是在供气体流动的流路中设置吸附CO2的固体的吸附材料1的CO2吸附装置。吸附材料1设置在管道等吸附流路10中,吸附流路10通过送风机11产生气流。图中的白色箭头表示气流的流动。此外,吸附流路10若产生气流,则不一定必须具有送风机11,另外,在设置送风机11的情况下,可以设置在吸附材料1的上游侧、下游侧中的任一方。吸附材料1设置成覆盖吸附流路10的整个流路截面,以能够与在吸附流路10中流动的整个气流接触。
流入吸附流路10而成为CO2吸附的对象的气体是含有CO2和水蒸气的气体,也可以含有空气等其他气体。成为对象的气体例如是如锅炉的燃烧气体、从酒精发酵释放的气体那样CO2浓度比较高的气体、为了对室内进行换气而从建筑物导入的外部空气、从室内导入到管道内的空气等CO2浓度比较低的气体等。
吸附材料1例如是将使吸附CO2的胺化合物等物质附着于多孔材料的颗粒的表面而成的颗粒收纳于使空气在内外流通的容器中的吸附材料。由于吸附CO2的物质是固体,因此,在本公开中作为固体的吸附材料进行说明。吸附CO2的物质除了收纳于容器之外,也可以固定于金属、树脂、陶瓷等构件的表面而一体化。对于吸附材料1,能够吸附CO2的量存在上限,吸附了CO2的吸附材料1通过被加热而使吸附的CO2解吸,从而能够再次吸附CO2。这样的吸附材料1不仅吸附CO2,有时也吸附水蒸气,可以在CO2吸附前从成为对象的气体中减少水蒸气。
吸附流路10中的气流与吸附材料1的内部的物质接触地流动。此时,由于CO2被该物质吸附,从而在吸附材料1的下游侧,与上游侧相比CO2浓度降低。若吸附材料1吸附CO2直至接近能够吸附的上限值,则吸附能力降低。可以按照吸附量接近上限值的适当的时间来更换成吸附能力足够的吸附材料1。在图中示出了吸附材料1静置于吸附流路10中的例子,但例如也可以使用如现有文献那样通过旋转而交替地反复进行吸附和解吸的转子型的吸附材料1。
CO2吸附装置具备蒸气压缩式的制冷循环装置,该制冷循环装置通过配管8连接成使制冷剂在压缩机2、第一热交换器3、减压器4以及第二热交换器5中循环。制冷循环装置的压缩机2、减压器4等的运转状态由控制装置9控制。在制冷循环装置中,制冷剂以气体的状态被吸入压缩机2而压缩成高温高压的气体并排出,通过作为冷凝器发挥功能的第一热交换器3冷凝而成为液体的状态,由减压器4减压而成为低温低压的制冷剂。作为制冷剂,优选为以全球变暖潜能值(GWP)为10以下的氢氟烯烃、烃、CO2为主要成分的制冷剂。制冷剂通过作为蒸发器发挥功能的第二热交换器5蒸发而成为气体,再次被吸入压缩机2。图中的箭头表示制冷剂流动的方向。作为冷凝器发挥功能的热交换器向外部散热,作为冷凝器发挥功能的热交换器从外部吸热。控制装置9通过压缩机2的运转、减压器4的开度调整等,调整第一热交换器3、第二热交换器5的表面温度。
第二热交换器5在吸附流路10中设置在比设置吸附材料1的部位靠气流的上游侧的位置。以第二热交换器5作为蒸发器发挥功能的方式使制冷循环装置运转,使第二热交换器5与吸附流路10的气流进行热交换。制冷循环装置选定制冷剂的种类、压力,以使作为蒸发器发挥功能的第二热交换器5的表面温度与上游的气流的温度相比足够低。制冷循环装置将吸附流路10的气流所含的水分(水蒸气)冷却而使其冷凝成液体的水或作为固体的霜附着于第二热交换器5的表面来进行除湿。
若流入吸附流路10的气流的流速、温度、湿度等随时间的变动小,则可以不进行基于气流的温度、湿度的控制,使制冷循环装置在一定条件下工作。但是,在气流的温度、湿度发生变化的情况下,即使将吸附流路10的气流冷却,若第二热交换器5的温度不在气流中的水蒸气饱和的温度以下,则有时无法除湿。因此,优选为控制装置9基于比第二热交换器5靠上游的气流的温度、湿度,控制压缩机2、减压器4等的动作,以使制冷循环装置进行除湿运转而使第二热交换器5达到适当的温度。
图1表示在气流中第二热交换器5的上游侧设置温度传感器41、湿度传感器42来测定流入吸附流路10的气流的温度、湿度的例子。此外,温度传感器41、湿度传感器42也可以不设置在吸附流路10内。另外,在能够通过其他手段测定、推定流入吸附流路10的气流的温度、湿度的情况下,也可以基于这些信息来进行控制。此外,在图1中示出了温度传感器41、湿度传感器42,但在以下的实施方式中,有时为了简化而省略。
第二热交换器5例如使用在供制冷剂流动的传热管上安装有翅片以使制冷剂与空气的热交换面积变大的热交换器。翅片可以隔开间隔地设置以使吸附流路10的气流从上游侧向下游侧流动,另外,设为附着于翅片的表面的水容易在重力的作用下排水的形状、构造。例如,第二热交换器5也可以为圆管热交换器、无翅片热交换器等。另外,第二热交换器5优选为具有形成有排水孔的翅片的热交换器。特别是在使用波纹翅片的扁平管热交换器中,可以形成用于提高与气流的接触的百叶窗狭缝,进一步除了百叶窗狭缝之外可以使用形成有排水孔、排水狭缝的翅片。另外,无翅片热交换器由于没有水容易附着的翅片,因此排水性优异。第二热交换器5也可以设为使表面为氟化合物等防水性的材料的热交换器。第二热交换器5也可以设为与传热管接合的翅片从传热管向气流上游侧突出而不向气流下游侧突出或与气流上游侧相比突出小的构造。第二热交换器5设置成覆盖吸附流路10的整个流路截面,以能够与在吸附流路10中流动的整个气流接触。
在第二热交换器5的下部连接有排水盘12和排水管13,该排水盘12承接从第二热交换器5流下的水,该排水管13将排水盘12接住的水排出到吸附流路10外。排水盘12、排水管13是将从第二热交换器5落下的水排出到吸附流路10外的排水流路。
排水盘12优选具备使落下的水不向吸附材料1侧流动的构造。若水积存于比第二热交换器5靠下游侧的位置,则有可能由于吸附流路10的气流而使积存于排水盘12的水再蒸发并流向吸附材料1侧,从而除湿的效果降低。因此,例如可以如图所示以排水盘12的底部的下游侧(吸附材料1侧)高且上风侧低的方式对排水盘12的底部设置倾斜或高度差,以使从第二热交换器5落下的水向第二热交换器5的上游侧流动并积存。另外,也可以用未图示的罩等覆盖排水盘12的比第二热交换器5靠下游侧的上部。
另外,若水附着于吸附材料1,则其性能降低会变得明显,因此,吸附材料1与第二热交换器5隔开间隔地设置,以使附着于第二热交换器5的水不会附着于吸附材料1。吸附流路10延伸的方向没有特别限定,但优选为第二热交换器5不在吸附材料1的正上方且在水平方向上错开的位置关系,以避免水从第二热交换器5落下到吸附材料1。另外,为了防止被气流从第二热交换器5吹飞的水附着于吸附材料1,也可以在第二热交换器5与吸附材料1之间设置百叶窗等。
图2是表示CO2吸附装置的控制的一例的流程图。当开始控制时,首先,通过使送风机11工作等,在吸附流路10产生气流(S1)。此外,若吸附流路10是始终产生气流的流路,则也可以省略S1的步骤。另外,若吸附流路10是断续地产生气流的流路,则也可以确认气流的产生作为S1的步骤。接着,测定流入吸附流路10的气流的温度、湿度(S2)。然后,基于在S2的步骤中得到的比第二热交换器靠上游的气流的温度、湿度,控制装置9对制冷循环装置的运转进行控制。
控制装置9确认气流的温度、湿度对于使用制冷循环装置的除湿而言是否处于有效的范围(S3)。在湿度比规定的值低(例如相对湿度小于20%)或温度比规定的值低等的情况下,另外,在温度与湿度的关系不满足一定的关系等的情况下,不进行除湿的运转(S6)。另一方面,在温度、湿度处于有效的范围时,进行除湿的运转。此时,基于温度、湿度的值,将第二热交换器5的表面的温度设定成比气流的水蒸气成为饱和水蒸气的温度低(S4)。即使在湿度低的情况下,只要大幅降低第二热交换器5的温度就能够进行除湿,但相对于制冷循环装置需要的电力而能够除湿的水的量少,除湿的效率低。另外,在温度低的情况下,气流所含的水的量也少,除湿的效率低。在这些条件下,即使不进行利用制冷循环装置的除湿,由于是低湿度而也能够抑制吸附材料1的吸附能力的降低。另外,由于制冷循环装置在那样的条件下不进行除湿的运转,因此,节省能源。
在流入吸附流路10的气流的温度、湿度高的情况下,能够使气流中的水蒸气成为冷凝水而进行除湿。例如,在流入吸附流路10的气流的温度与0℃相比足够高(例如为15℃以上等)且湿度高的情况(例如相对湿度为50%以上等)下,能够将第二热交换器5的温度设定成例如0℃~5℃等而进行除湿。另一方面,在气流的温度、湿度低的情况下,能够使气流中的水蒸气成为冰(霜)而进行除湿。例如,在流入吸附流路10的气流的温度为5℃以下等或相对湿度小于30%等的情况下,能够使第二热交换器5的温度达到低于0℃的例如-10℃~-5℃等温度而使气流中的水蒸气作为霜附着于第二热交换器5来进行除湿。此外,在温度、湿度处于这些中间的范围的情况下等,可以基于规定的条件表等来决定是作为冷凝水进行除湿还是作为霜进行除湿。
制冷循环装置基于在S4的步骤中得到的运转条件而进行除湿运转(S5)。每单位时间(例如10秒)判断在S5的步骤的进行除湿运转的期间或在S6的步骤的停止除湿运转的期间是否从外部输入了结束吸附运转的指令的信号(S7)。在S7的步骤中判断为输入了结束指令的情况下,停止与除湿运转相关的运转(S8),结束吸附运转。在未输入结束指令的情况下,再次返回S2的步骤,测定温度、湿度,接着如S4~S6这样重新设定运转条件。
此外,在S5的步骤的除湿运转中,在作为霜附着于第二热交换器5而进行除湿的情况下,在附着于第二热交换器5的霜变多时,气流变得难以流动,因此,控制装置9使制冷循环装置定期地进行去除霜的除霜运转。除霜运转通常使第二热交换器5的温度上升,使附着于第二热交换器5的霜融化,使其作为水落下。除霜运转也可以使制冷循环装置停止而使第二热交换器5的温度上升。另外,可以在除湿运转的期间停止吸附流路10的气流,以避免从在第二热交换器5流动的水中蒸发的水流向吸附材料。另外,在除湿运转困难的情况下,也可以仅在作为冷凝水进行除湿的条件下进行除湿运转。
如以上这样,本实施方式1的CO2吸附装置利用制冷循环装置的作为蒸发器发挥功能的热交换器对水蒸气进行除湿。在如现有技术那样在除湿中使用水分吸附材料的结构中,水分与水分吸附材料的结合强,因此,用于脱离的能量大,在节能的方面存在问题。在如本实施方式1这样利用蒸发器进行冷却来进行除湿的结构中,由于除湿而产生的水的排出容易,在防止CO2吸附能力的降低和节能的方面优异。另外,若具备基于比第二热交换器5靠上游的气流的温度、湿度来控制制冷循环装置的运转的控制装置9,则能够进一步抑制除湿需要的能量。
另外,本实施方式1的除湿的结构也可以与使用水分吸附材料的除湿结构组合。若在水分吸附材料的上游侧进行利用制冷循环装置的除湿,则水分吸附材料要吸附的水分变少,能够减少在使水分吸附材料再生时需要的能量。
图3是实施方式1的变形例的CO2吸附装置的结构图。在该变形例的CO2吸附装置中,在比第二热交换器5靠吸附流路10的上游侧的位置设置有静止型的全热交换器50。全热交换器50与通气流路30连接,该通气流路30供与流入吸附流路10的气流不同的气流流动。全热交换器50使流入吸附流路10的气流与在通气流路30中流动的气流进行全热交换。典型的静止型的全热交换器50具有由片材分隔的相互独立的流路交替层叠而成的构造。片材具有传热性和透湿性,从而全热交换器50能够连续地进行2个气流的显热交换和潜热交换。这样的静止型的全热交换器50不需要动力,因此能够实现节能的热交换。通过使湿度比吸附流路10低的气流在通气流路30中流动,能够降低流入到吸附流路10的气流的湿度。因此,在变形例的CO2吸附装置中,由第二热交换器5进行除湿的负荷减少,节省能源。
<实施方式2>
图4是实施方式2的CO2吸附装置的结构图。实施方式2的CO2吸附装置将实施方式1的CO2吸附装置的作为冷凝器发挥功能的热交换器设为与水进行热交换的第一热交换器31。同与气体进行热交换的热交换器相比,与水进行热交换的热交换器的热交换性能良好,且容易小型化。虽然与水进行热交换的热交换器也需要水的流动,但与气体相比热交换的效率高,另外,利用水的对流等的热交换也有效,因此,能够减小用于使流体流动的能量。另外,若与利用水的设备组合,则能够将供水的压力利用于产生水的流动,能够节省用于产生水流的电力。此外,在本公开中,主要成分为水的液体无论溶解有无机物、有机物还是以能够流动的方式混合有非溶解物,都作为水进行说明。
图4所示的CO2吸附装置具备能够实现水的流入和流出并储存水的容器21,第一热交换器31设为对储存于容器21内的水进行加热的热源。第一热交换器31是在上述的实施方式中作为第一热交换器3说明的在除湿运转时作为冷凝器发挥功能的热交换器。
第一热交换器31例如使用在供制冷剂流动的传热管上安装有翅片以使制冷剂与水的热交换面积变大的热交换器。另外,也可以为制冷剂流动的流路和水流动的流路由进行热交换的板分隔而成的构造的热交换器。
虽然不是必需的,但容器21可以为向建筑物内供给热水的供给热水设备的一部分。容器21在下部设置有供冷水流入的流入口21a,在上部设置有供加热后的水(热水)流出的流出口21b,第一热交换器31设置在容器21的内部的下部。在容器21中填充水。从流入口21a流入的冷水由第一热交换器31加热,成为热水而从流出口21b流出。水的加热也可以在不从流入口21a流入水的时刻进行。在该情况下,通过由第一热交换器31加热而使水产生对流,从而容器21内的水被加热。另外,若容器21具有适度的隔热性,则加热后的水的热不会立即降低,能够作为热水进行蓄热。从容器21流出的加热后的水(热水)能够利用于在洗澡中使用的热水、供暖等。容器21的水也可以不直接作为水利用而作为其他加热源利用。
另外,只要是在第二热交换器5作为蒸发器发挥功能的除湿运转中第一热交换器31向水散热的结构即可,不一定必须在除湿运转中进行第一热交换器31的散热利用。例如,制冷循环装置也可以设为具备与第二热交换器5并联连接的其他热交换器(未图示)并切换成任一个作为蒸发器发挥功能的结构,从而在其他热交换器作为蒸发器发挥功能时进行第一热交换器31的散热利用。另外,同样,不一定必须在第二热交换器5的除湿运转中将第一热交换器31的散热利用于水的加热。例如,制冷循环装置也可以为与第一热交换器31并联地具备其他热交换器(未图示)并切换成在第二热交换器5的除湿运转中使其他热交换器作为冷凝器发挥功能的结构。
如以上这样,本实施方式2的CO2吸附装置将作为冷凝器发挥功能的第一热交换器31设为与水进行热交换的热交换器,因此,能够抑制用于使与制冷循环的制冷剂进行热交换的流体产生流动的能量,能够节能。另外,由能够实现水的流入和流出并储存水的容器21构成向建筑物内供给热水的供给热水设备,能够有效利用在除湿运转中从第一热交换器31散热的热,因此,对能量的削减有效。
<实施方式3>
图5是实施方式3的CO2吸附装置的结构图。实施方式3的CO2吸附装置与实施方式2同样将作为冷凝器发挥功能的热交换器设为与水进行热交换的第一热交换器31。实施方式3的CO2吸附装置的冷凝器与水利用设备27的排水进行热交换。
水利用设备27例如是利用冷却水将发热部件冷却的装置、利用水的清洗设备等。从供水管24进入到水利用设备27的水在利用后通过排水管25进行排水。第一热交换器31能够设为在排水管25上卷绕有制冷剂配管以便与排水管25的水进行热交换的热交换器、放入到与实施方式3的容器同样的排水箱内的热交换器等。由第一热交换器31加热后的排水引导到建筑物外的排水处理设备。
本实施方式4的CO2吸附装置将作为冷凝器发挥功能的第一热交换器31设为与水进行热交换的热交换器,因此,能够抑制用于使与制冷循环的制冷剂进行热交换的流体产生流动的能量,能够节能。另外,由于利用进入水利用设备27的水的压力而产生水的流动,因此,能够节省用于使水流动的能量。
<实施方式4>
图6是实施方式5的CO2吸附装置的结构图。实施方式5的CO2吸附装置在上述的实施方式的CO2吸附装置中,还在第二热交换器5与吸附材料1之间具有升温热交换器16,该升温热交换器16供比在第二热交换器5中流动的制冷剂的温度高的温度的流体流动。升温热交换器16在吸附流路10的气流中位于第二热交换器5的下游侧且吸附材料1的上游侧。升温热交换器16使在由第二热交换器5除湿时降温的气流与在升温热交换器16的内部流动的流体进行热交换,使通过升温热交换器16而流向吸附材料1的气流的温度上升。
在升温热交换器16的内部流动的流体例如可以为在实施方式2中说明的容器21中的水、在实施方式3中说明的排水,除此之外,也可以为发热装置、废气等,也可以设为后述的实施方式的结构。此外,升温热交换器16优选具有使流向吸附材料1的气流的温度上升到与流入吸附流路10的气流相同程度的散热量。但是,若流向吸附材料1的气流的温度过高,则吸附材料1的吸附性能有可能降低。流向吸附材料1的气流的温度也可以为流入吸附流路10的气流的温度与第二热交换器5的紧邻下游的气流的温度之间的温度。图6示出了与实施方式2同样通过作为冷凝器发挥功能的第一热交换器31对容器21内的水进行加热的结构,也可以通过使容器21内的水的一部分在升温热交换器16中流动而使流向吸附材料1的气流的温度适度升温。
吸附材料1的CO2的吸附能力通过使气流低温化而提高,但同时吸湿量有时也会增加。因此,若使气流的温度上升,则能够降低相对湿度,能够抑制吸湿。结果,能够防止吸附材料1的吸湿,能够提高相对于吸湿的CO2的吸附能力。
另外,若气流的温度变为低温,则吸附材料1也变为低温。若在停止了CO2吸附的运转时吸附材料1也保持低温,则吸附材料1有可能发生结露而使吸附材料1劣化。根据实施方式5的CO2吸附装置,通过升温热交换器16使在由第二热交换器5除湿时冷却的气流的温度上升,因此,能够提高CO2的吸附能力,另外,能够防止吸附材料1的劣化。
<实施方式5>
图7是实施方式5的CO2吸附装置的结构图。实施方式5的CO2吸附装置是将实施方式4的CO2吸附装置的升温热交换器16设为在要吸附CO2的气流与由第二热交换器5除湿后的气流之间进行热交换的热交换器26的结构。要吸附CO2的气流由流路34引导到热交换器26,通过热交换器26与第二热交换器5的下游的气流进行热交换。然后,从流路34流入而流过热交换器26的气流经过流路35引导到吸附流路10的第二热交换器5的上游。即,热交换器26进行比第二热交换器5靠上游的气流与比第二热交换器5靠下游的气流之间的热交换。作为热交换器26,例如能够使用第二热交换器5的下游的气流和在热交换器16的内部通过的气流由薄板分隔的热交换器。
实施方式5的热交换器26被第二热交换器5的下游的气流冷却,因此,有可能在热交换器16的内部发生结露。热交换器16也可以具有将在内部产生的冷凝水排出到外部的排水路径(未图示)。
根据实施方式5的CO2吸附装置,与实施方式4同样通过热交换器26使在由第二热交换器5除湿时冷却的气流的温度上升,因此,能够提高CO2的吸附能力,另外,能够防止吸附材料1的劣化。另外,引导到热交换器16的内部的气流由在吸附流路10中流动的气流产生,因此,不需要设置送风机等,节省能源。
<实施方式6>
图8是实施方式6的CO2吸附装置的结构图。实施方式6的CO2吸附装置是将实施方式4的升温热交换器16设为供制冷循环装置的制冷剂流动的第三热交换器6的结构。第三热交换器6与第一热交换器31和第二热交换器5之间的配管8连接。另外,在第三热交换器6与第二热交换器5之间设置有第二减压器7。此外,图中表示作为冷凝器发挥功能的热交换器为与容器21内的水进行热交换的第一热交换器31的结构,但冷凝器也可以为与气流进行热交换的第一热交换器3。
从压缩机2排出并经过第一热交换器31流过第三热交换器6的制冷剂由第二减压器7减压并流动到第二热交换器5。若通过第二减压器7将在第三热交换器6中流动的制冷剂的压力保持为比第二热交换器5高,则能够使第三热交换器6的温度比第二热交换器5高。结果,能够使流过第二热交换器5而成为低温的气流由第三热交换器6加热而流向吸附材料1。
通过设为这样的结构,第三热交换器6作为冷凝器发挥功能,能够利用制冷剂冷凝时的热将气流加热。另外,即使在制冷剂不冷凝的情况下也为比第二热交换器5高的温度,因此,能够对流过第二热交换器5而成为低温的气流进行加热。
另外,若将第二减压器7设为使制冷剂流动的阀的开度可变的结构或能够在缩小开度的流路和不缩小开度的流路之间切换的结构,则能够调整第三热交换器6的温度,因此优选。若这样构成,则也能够不通过第二减压器7进行减压而使第三热交换器6作为蒸发器与第二热交换器5同样地利用于除湿。制冷循环装置也可以根据气流的温度、湿度,调整第二减压器7的减压来进行控制,以便切换是以除湿为目的使第三热交换器6成为低温、还是将第三热交换器6使用于对由第二热交换器5除湿后的气流进行加热。
根据实施方式6的CO2吸附装置,与实施方式4同样通过第三热交换器6使在由第二热交换器5除湿时冷却的气流的温度上升,因此,能够提高CO2的吸附能力,另外,能够防止吸附材料1的劣化。另外,能够通过第二减压器7调节第三热交换器6的温度,因此,能够根据状况来变更第三热交换器6的功能。
<实施方式7>
图9是实施方式7的CO2吸附装置的结构图。实施方式7的CO2吸附装置具备对制冷循环装置的制冷剂的流动进行切换的切换阀14。切换阀14对制冷循环装置的制冷剂的流动方向进行切换,以使第一热交换器3的功能和第二热交换器5的功能在冷凝器和蒸发器之间切换。此外,在本实施方式7中,第一热交换器3由第一热交换器31a和第一热交换器31b构成。在图中将切换阀14记载为四通阀,但也可以置换成将多个阀组合的结构。
第一热交换器31a与第一热交换器31b并联连接,制冷剂流路构成为在作为冷凝器发挥功能的情况下流过第一热交换器31a,在作为蒸发器发挥功能的情况下流过第一热交换器31b。作为一例,图中表示制冷剂流路使用止回阀15a、15b的结构。切换阀14与减压器4之间的路径分成流过第一热交换器31a的路径和流过第一热交换器31b的路径。在流过第一热交换器31a的路径设置有容许从压缩机2排出的制冷剂从切换阀14向减压器4流动并防止反向流动的止回阀15a。在流过第一热交换器31b的路径设置有容许从减压器4向切换阀14流动并防止反向流动的止回阀15b。制冷剂流路也可以代替止回阀15a、15b而由开闭阀构成。
从作为冷凝器发挥功能的第一热交换器31a散热的热与实施方式2同样利用于供给热水等。向作为蒸发器发挥功能的第一热交换器31b供给的热与实施方式3同样由排水提供。通过分成在作为冷凝器发挥功能的情况下制冷剂流动的第一热交换器31a和在作为蒸发器发挥功能的情况下制冷剂流动的第一热交换器31b,能够高效地利用从第一热交换器31a散热的热。
下面,对实施方式7的动作进行简单说明。与实施方式1同样,在进行CO2吸附的吸附运转时,基本上将切换阀14设定成使第二热交换器5成为蒸发器。控制装置9使第二热交换器5作为蒸发器发挥功能而使第二热交换器5的表面温度达到冰点下,进行使气流所含的水蒸气作为霜附着于第二热交换器5的除湿运转。控制装置9在使制冷循环装置进行适当的时间的除湿运转之后使其进行去除附着于第二热交换器5的霜的除霜运转。控制装置9对切换阀14进行切换,使第二热交换器5作为冷凝器发挥功能而去除附着于第二热交换器5的霜。通过作为冷凝器发挥功能,第二热交换器5变为高温,霜被迅速地去除,从而能够再次良好地进行CO2吸附运转。此外,可以在进行除霜运转时停止送风机11。
另外,控制装置9也可以在使第二热交换器5作为蒸发器发挥功能的除湿运转结束之后使第二热交换器5作为冷凝器发挥功能,进行使由于除湿运转而降温的吸附材料1的温度上升的升温运转。此时,在第二热交换器5的表面附着有霜、水的期间,使气流不流动,在第二热交换器5的表面的温度达到能够在吸附流路10中使气流足够升温的温度后使气流朝向吸附材料1流动。此外,第二热交换器5的温度调整成使吸附材料1的升温温度成为与用于使CO2从吸附材料1解吸的温度相比足够低的温度。在除湿运转时冷却的吸附材料1通过升温后的气流而升温。此外,在气流所含的水蒸气的量多的条件下,即使在使用升温后的气流的情况下,也有可能在吸附材料1的表面结露,因此,也可以通过湿度传感器42确认气流的湿度,在确认气流的湿度为规定的湿度以下的情况下,进行该升温运转。
在不进行这样的升温运转的情况下,在除湿运转结束之后吸附材料1与周围的气体进行热交换而温度逐渐接近周围的气体的温度,但若周围的气体的湿度发生变动,则有可能在吸附材料1的表面发生结露而使吸附材料1劣化。由于使用升温后的气流使吸附材料1升温,因此,能够防止发生结露而劣化。
图9示出了除了吸附材料1的上游的温度传感器41之外在吸附材料1的下游设置温度传感器43的结构。控制装置9也可以基于吸附材料1的下游的温度,进行升温运转的风量的调整或结束升温运转。
另外,图9所示的CO2吸附装置在第二热交换器5与吸附材料1之间具备挡板19。挡板19是进行切换以容许或防止气流从第二热交换器5流向吸附材料1的可动的遮蔽物。挡板19可以在旋转轴上安装遮蔽板而通过旋转轴的旋转进行开闭动作,也可以通过遮蔽板进行滑动而进行开闭动作。挡板19在第二热交换器5作为蒸发器发挥功能时打开,使气流通过第二热交换器5而流向吸附材料1,在第二热交换器5不作为蒸发器发挥功能时关闭,防止气流通过所述第二热交换器而流向吸附材料1。第二热交换器5不作为蒸发器发挥功能时是指第二热交换器5作为冷凝器发挥功能时或制冷循环装置停止时等。在第二热交换器5的表面干燥的情况下可以作为冷凝器发挥功能,但若在附着有水的状态下作为冷凝器发挥功能,则会产生水蒸气,若该水蒸气向吸附材料1流动,则吸附材料1的性能有可能降低。另外,在停止制冷循环装置的情况下,若湿度高的气流在吸附流路10中流动,则吸附材料1的性能有可能降低。因此,通过关闭挡板19,防止湿度高的气流流动到吸附材料1。此外,即使在如实施方式1那样不具备对制冷循环装置的制冷剂的流动进行切换的切换阀14的情况下,也可以通过遮蔽物使得在制冷循环装置停止时气流不流动。
<实施方式8>
图10是实施方式8的CO2吸附装置的结构图。实施方式8的CO2吸附装置是将设置于吸附流路10的第二热交换器5分割成多个的结构。在实施方式8的CO2吸附装置中,吸附流路10的气流流动的区域分割成多个,第二热交换器5以在分割后的区域分别具有第二热交换器5a、5b的方式分割成多个。图中表示将吸附流路10、第二热交换器5在与气流垂直的方向上分割成2个的例子,但也可以分割成3个以上。
另外,制冷循环装置具有将制冷剂的流动切换成在分割后的第二热交换器5a、5b中的任一个作为蒸发器发挥功能时、其他的分割后的第二热交换器5a、5b不作为蒸发器发挥功能的制冷剂流路。也就是说,构成为能够在第二热交换器5a和5b中独立地变更制冷剂的流动。图中表示制冷剂流路由配管和配置于该配管的开闭阀17a、17b、17c、17d构成的例子,该配管在第二热交换器5a、5b串联连接的配管的中途设置有第二减压器7,并连接成能够选择使经过冷凝器的制冷剂从第二热交换器5a、5b中的任一方进入并从另一方出来。制冷循环装置通过缩小第二减压器7的开度,使第二热交换器5a、5b中的任一方作为冷凝器发挥功能而使另一方作为蒸发器发挥功能。通过该结构,第二热交换器5a、5b中的任一个作为蒸发器发挥功能而用于除湿,同时其他的第二热交换器5a、5b中的任一个能够进行除霜。此外,图中表示关闭开闭阀17a、17d并打开开闭阀17b、17c,以使流入到第二热交换器5b的制冷剂冷凝之后,由第二减压器7减压,进入第二热交换器5a而蒸发的情况。制冷循环装置在第二热交换器5a的结霜变多的时刻,对阀的开闭进行切换,以打开开闭阀17a、17d,关闭开闭阀17b、17c。这次是第二热交换器5b用于除湿,其他的第二热交换器5a被除霜。这样,根据该结构,能够始终使任一个第二热交换器5结霜而用于除湿,因此,能够在不停止的情况下持续进行优异的除湿。结果,CO2吸附性能提高。
此外,根据图中的结构,通过打开第二减压器7(不进行减压),也能够使第二热交换器5a、5b双方作为蒸发器发挥功能。在霜不附着于第二热交换器5a、5b的除湿运转中不需要除霜,使分割后的所有的第二热交换器5a、5b为蒸发器,因此,除湿性能优异。
另外,除了图中的结构之外,也可以将制冷剂流路构成为例如将第二热交换器5a、5b并联连接而使制冷剂在仅任一方或双方中流动来作为蒸发器发挥功能。虽然除霜运转中的性能比图中的结构差,但结构简单,能够减少成本,另外控制变得容易。
另外,CO2吸附装置在吸附流路10具备对分别通过分割后的多个第二热交换器5a、5b的气流进行调整的挡板19a、19b。该挡板19a、19b基本上与在实施方式7中说明的挡板19相同。挡板19a、19b分别在对应的第二热交换器5a、5b作为蒸发器用于除湿的情况下打开,在不作为蒸发器发挥功能的情况下关闭,以避免湿度高的气流流动到吸附材料1。由此,能够防止吸附材料1的性能降低。
<实施方式9>
图11是实施方式9的CO2吸附装置的结构图。实施方式9的CO2吸附装置将实施方式1的CO2吸附装置的作为冷凝器发挥功能的第一热交换器3作为用于使CO2从吸附材料解吸的热源使用。在第二热交换器5作为蒸发器发挥功能而进行除湿时,第一热交换器3作为冷凝器发挥功能而散热。
CO2吸附装置在气流中对吸附了CO2的固体的吸附材料1进行加热而使CO2从吸附材料1b解吸。吸附了CO2的吸附材料1b设置在管道等解吸流路20中,解吸流路20通过送风机11b产生气流。图中的白色箭头表示气流的流动。此外,解吸流路20若产生气流,则不一定必须具有送风机11b,另外,可以将送风机11b设置于吸附材料1b的上游侧、下游侧中的任一方。
第一热交换器3在解吸流路20中的气流中设置在要解吸CO2的吸附材料1b的上游侧,与解吸流路20的气流进行热交换。第一热交换器3例如是在传热管上安装有翅片以使供制冷剂流动的传热管与空气的热交换面积变大的热交换器。第一热交换器3在作为冷凝器发挥功能的情况下,对解吸流路20的气流进行加热。通过将气流加热,吸附材料1b被加热到高温而使吸附着的CO2解吸。此外,在仅通过第一热交换器3的加热达不到足以解吸CO2的温度的情况下,也可以与其他热源并用。
另外,只要是能够利用在第二热交换器5作为蒸发器发挥功能的除湿运转中第一热交换器3散出的热的结构即可,不一定必须在除湿运转中进行第一热交换器3的散热的利用。例如,制冷循环装置也可以为具备与第二热交换器5并联连接的其他热交换器(未图示)并切换成任一个作为蒸发器发挥功能的结构。另外,同样,不一定必须在第二热交换器5的除湿运转中将第一热交换器3的散热利用于CO2的解吸。例如,制冷循环装置也可以为与第一热交换器3并联地还具备其他热交换器(未图示)并切换成任一个作为冷凝器发挥功能的结构。
即使解吸CO2,若吸附材料1b吸附水分,则CO2的吸附性能也有可能降低。因此,流入解吸流路20的气流的湿度优选比流入吸附流路10的气流的湿度低。例如,CO2吸附装置也可以构成为使吸附流路10的下游侧的气流流入解吸流路20。
如以上这样,本实施方式2的CO2吸附装置将作为冷凝器发挥功能的第一热交换器3的热作为用于使CO2从吸附了CO2的吸附材料1b解吸的热源使用,因此,能够有效利用用于除湿的能量。
以上,对优选实施方式等进行了说明,但并不限定于上述的实施方式等,能够在不脱离权利要求书记载的范围的情况下对上述的实施方式等施加各种变形及置换。
以下,将本公开的各方式作为附记一并记载。
(附记1)
一种CO2吸附装置,在供气体流动的流路中设置吸附CO2的固体的吸附材料,其中,所述CO2吸附装置具备:
制冷循环装置,其使制冷剂在压缩机、第一热交换器、减压器以及第二热交换器中循环;以及控制装置,其控制所述制冷循环装置的运转,
所述第二热交换器在所述流路中设置在比设置所述吸附材料的部位靠气流的上游侧的位置,
在吸附CO2的吸附运转时,所述制冷循环装置使所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能而进行使所述气流所含的水分附着于所述第二热交换器的表面的除湿运转,
在所述第二热交换器的下部具备将从所述第二热交换器落下的水排出到所述流路外的排水流路。
(附记2)
在附记1所述的CO2吸附装置中,所述控制装置基于比所述第二热交换器靠上游的所述气流的温度、湿度,控制所述制冷循环装置的运转。
(附记3)
在附记1或2所述的CO2吸附装置中,在所述流路的所述第二热交换器的上游设置有使在所述流路中流动的气流与其他气流之间进行全热交换的全热交换器。
(附记4)
在附记1至3中任一项所述的CO2吸附装置中,所述第二热交换器是具有形成有排水孔或排水狭缝的翅片的热交换器、或无翅片热交换器。
(附记5)
在附记1至4中任一项所述的CO2吸附装置中,所述第一热交换器是与水进行热交换的热交换器。
(附记6)
在附记5所述的CO2吸附装置中,还具备向建筑物内供给热水的供给热水设备,所述第一热交换器在作为冷凝器发挥功能时对所述供给热水设备的水进行加热。
(附记7)
在附记5所述的CO2吸附装置中,还在建筑物内具备利用水的水利用设备,所述第一热交换器与在所述水利用设备中利用后排出的排水进行热交换。
(附记8)
在附记1至7中任一项所述的CO2吸附装置中,所述制冷循环装置还具有供温度比所述第二热交换器高的流体流动的升温热交换器,
在所述吸附材料与所述第二热交换器之间设置所述升温热交换器,
使通过所述第二热交换器而降温的所述气流通过所述升温热交换器而升温。
(附记9)
在附记8所述的CO2吸附装置中,所述升温热交换器是在比所述第二热交换器靠上游的所述气流与比所述第二热交换器靠下游的所述气流之间进行热交换的热交换器。
(附记10)
在附记8所述的CO2吸附装置中,所述升温热交换器是供所述制冷循环装置的所述制冷剂流动的第三热交换器,
所述制冷循环装置还具有第二减压器,连接成在所述除湿运转时流过所述第三热交换器的所述制冷剂由所述第二减压器减压之后流动到所述第二热交换器。
(附记11)
在附记1至10中任一项所述的CO2吸附装置中,具备切换阀,所述切换阀对所述制冷循环装置的所述制冷剂的流动方向进行切换,以使所述第一热交换器的功能和所述第二热交换器的功能在冷凝器和蒸发器之间切换。
(附记12)
在附记11所述的CO2吸附装置中,所述控制装置在使所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能的所述除湿运转结束之后使所述第二热交换器作为冷凝器发挥功能,进行使由于所述除湿运转而降温的所述吸附材料的温度上升的升温运转。
(附记13)
在附记11所述的CO2吸附装置中,所述控制装置在所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能时使所述第二热交换器的表面温度达到冰点下而进行使所述气流所含的水蒸气作为霜附着于所述第二热交换器的所述除湿运转之后,使所述第二热交换器作为冷凝器发挥功能而进行去除附着于所述第二热交换器的霜的除霜运转。
(附记14)
在附记1至13中任一项所述的CO2吸附装置中,还具备可动的遮蔽物,所述遮蔽物在所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能时使所述气流通过所述第二热交换器,在所述第二热交换器不作为所述蒸发器发挥功能时防止所述气流通过所述第二热交换器。
(附记15)
在附记1至13中任一项所述的CO2吸附装置中,所述流路的所述气流流动的区域分割成多个,所述第二热交换器以分别在分割后的所述区域具有所述第二热交换器的方式分割成多个,具备将所述制冷剂的流动切换成在分割后的所述第二热交换器中的任一个作为蒸发器发挥功能时、其他的分割后的所述第二热交换器不作为蒸发器发挥功能的制冷剂流路。
(附记16)
在附记1至15中任一项所述的CO2吸附装置中,
所述第一热交换器由并联连接的热交换器构成,
具备切换阀,所述切换阀对所述制冷循环装置的所述制冷剂的流动方向进行切换,以使所述第一热交换器的功能和所述第二热交换器的功能在冷凝器和蒸发器之间切换,
具备将所述制冷剂的流动切换成在所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能时在并联连接的所述热交换器中的任一个中流动、在所述第二热交换器作为冷凝器发挥功能时在并联连接的其他的热交换器中流动的制冷剂流路。
(附记17)
在附记1至16中任一项所述的CO2吸附装置中,将在所述第一热交换器作为冷凝器发挥功能时散热的热作为用于使CO2从吸附了CO2的所述吸附材料解吸的热源使用。
产业上的可利用性
本公开的CO2吸附装置在节能的方面优异。
附图标记说明
1、1b吸附材料,
2压缩机,
3、31、31a、31b第一热交换器,
4减压器,
5、5a、5b第二热交换器,
6 第三热交换器
7 第二减压器,
8 配管,
9 控制装置,
10吸附流路,
11、11b送风机,
12 排水盘,
13 排水管,
14 切换阀,
15a、15b止回阀,
16、26升温热交换器,
17a、17b、17c、17d开闭阀,
19、19a、19b挡板,
20 解吸流路,
21 容器,
21a 流入口,
21b 流出口,
24 供水管,
25 排水管,
27 水利用设备,
30 通气流路,
34、35流路,
41、43温度传感器,
42 湿度传感器,
50 全热交换器。
Claims (17)
1.一种CO2吸附装置,在供气体流动的流路中设置吸附CO2的固体的吸附材料,其中,所述CO2吸附装置具备:
制冷循环装置,其使制冷剂在压缩机、第一热交换器、减压器以及第二热交换器中循环;以及控制装置,其控制所述制冷循环装置的运转,
所述第二热交换器在所述流路中设置在比设置所述吸附材料的部位靠气流的上游侧的位置,
在吸附CO2的吸附运转时,所述制冷循环装置使所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能而进行使所述气流所含的水分附着于所述第二热交换器的表面的除湿运转,
在所述第二热交换器的下部具备将从所述第二热交换器落下的水排出到所述流路外的排水流路。
2.根据权利要求1所述的CO2吸附装置,其中,
所述控制装置基于比所述第二热交换器靠上游的所述气流的温度、湿度,控制所述制冷循环装置的运转。
3.根据权利要求1或2所述的CO2吸附装置,其中,
在所述流路的所述第二热交换器的上游设置有使在所述流路中流动的气流与其他气流之间进行全热交换的全热交换器。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
所述第二热交换器是具有形成有排水孔或排水狭缝的翅片的热交换器、或无翅片热交换器。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
所述第一热交换器是与水进行热交换的热交换器。
6.根据权利要求5所述的CO2吸附装置,其中,
还具备向建筑物内供给热水的供给热水设备,所述第一热交换器在作为冷凝器发挥功能时对所述供给热水设备的水进行加热。
7.根据权利要求5所述的CO2吸附装置,其中,
还在建筑物内具备利用水的水利用设备,所述第一热交换器与在所述水利用设备中利用后排出的排水进行热交换。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
所述制冷循环装置还具有供温度比所述第二热交换器高的流体流动的升温热交换器,
在所述吸附材料与所述第二热交换器之间设置所述升温热交换器,
使通过所述第二热交换器而降温后的所述气流通过所述升温热交换器而升温。
9.根据权利要求8所述的CO2吸附装置,其中,
所述升温热交换器是在比所述第二热交换器靠上游的所述气流与比所述第二热交换器靠下游的所述气流之间进行热交换的热交换器。
10.根据权利要求8所述的CO2吸附装置,其中,
所述升温热交换器是供所述制冷循环装置的所述制冷剂流动的第三热交换器,
所述制冷循环装置还具有第二减压器,连接成在所述除湿运转时流过所述第三热交换器的所述制冷剂由所述第二减压器减压之后流动到所述第二热交换器。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
具备切换阀,所述切换阀对所述制冷循环装置的所述制冷剂的流动方向进行切换,以使所述第一热交换器的功能和所述第二热交换器的功能在冷凝器和蒸发器之间切换。
12.根据权利要求11所述的CO2吸附装置,其中,
所述控制装置在使所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能的所述除湿运转结束之后使所述第二热交换器作为冷凝器发挥功能,进行使由于所述除湿运转而降温的所述吸附材料的温度上升的升温运转。
13.根据权利要求11所述的CO2吸附装置,其中,
所述控制装置在所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能时使所述第二热交换器的表面温度达到冰点下而进行使所述气流所含的水蒸气作为霜附着于所述第二热交换器的所述除湿运转之后,使所述第二热交换器作为冷凝器发挥功能而进行去除附着于所述第二热交换器的霜的除霜运转。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
还具备可动的遮蔽物,所述遮蔽物在所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能时使所述气流通过所述第二热交换器,在所述第二热交换器不作为所述蒸发器发挥功能时防止所述气流通过所述第二热交换器。
15.根据权利要求1~13中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
所述流路的所述气流流动的区域分割成多个,所述第二热交换器以分别在分割后的所述区域具有所述第二热交换器的方式分割成多个,具备将所述制冷剂的流动切换成在分割后的所述第二热交换器中的任一个作为蒸发器发挥功能时、其他的分割后的所述第二热交换器不作为蒸发器发挥功能的制冷剂流路。
16.根据权利要求1~15中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
所述第一热交换器由并联连接的热交换器构成,
具备切换阀,所述切换阀对所述制冷循环装置的所述制冷剂的流动方向进行切换,以使所述第一热交换器的功能和所述第二热交换器的功能在冷凝器和蒸发器之间切换,
具备将所述制冷剂的流动切换成在所述第二热交换器作为蒸发器发挥功能时在并联连接的所述热交换器中的任一个中流动、在所述第二热交换器作为冷凝器发挥功能时在并联连接的其他的热交换器中流动的制冷剂流路。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的CO2吸附装置,其中,
将所述第一热交换器作为冷凝器发挥功能时散热的热作为用于使CO2从吸附了CO2的所述吸附材料解吸的热源使用。
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