本發明涉及控制二氧化碳濃度的二氧化碳濃度控制系統等。
背景技術:
近年來,由于環境污染問題以及由節電喜好的高漲引起的空調的效率利用等,對室內的換氣進行限制的必要性逐漸升高。在這樣的可進行換氣限制的空間內限制換氣的情況下,會由于人的呼吸而導致空氣中的氧濃度降低和二氧化碳濃度上升。
此處,在有人的空間將二氧化碳濃度保持在恰當值尤為重要。這是因為,在換氣限制下的空間內,空氣中的二氧化碳濃度上升至對人體有害的值與氧濃度降低至對人體有害的值相比更快。
例如,在限制了換氣的汽車中乘有1人的情況下,氧濃度從大氣中的值(約21%)下降至被稱為安全界限的值(18%)為止的時間為約5小時,與此相對,二氧化碳濃度從大氣中的值(約400ppm)上升至被稱為有損害健康的危險的值(3000ppm)為止的時間為約30分鐘,是極短的。
因此,在有人的空間,首先抑制二氧化碳濃度的上升是重要的。而且,為了防止二氧化碳濃度的上升,正在開發將空氣中的二氧化碳除去的技術。例如,在專利文獻1中,公開有使用附著有胺類有機物質的吸附劑將空氣中的二氧化碳吸附除去的技術。此外,在專利文獻2中公開有使用活性炭將空氣中的二氧化碳氣體吸附除去的技術。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本國公告專利公報《特公平3-39729號公報(公告日:1991年6月14日)》
專利文獻2:日本國公開專利公報《特開2001-317780號公報(公開日:2001年11月16日)》
技術實現要素:
發明所要解決的技術問題
但是,在上述現有技術中,由于二氧化碳吸收量的調節是不可能的或困難的,所以難以將空氣中的二氧化碳濃度控制為恰當的值。
具體而言,在將專利文獻1中記載的吸附材料或專利文獻2中記載的活性炭用作二氧化碳吸收材料的情況下,不能調節該吸收材料自身每單位時間的二氧化碳的吸收量(吸收速度)。因此,存在即使在空間內的二氧化碳濃度為恰當的值的情況下,也不必要地吸收二氧化碳的問題。
為了解決該問題,考慮使用能夠控制二氧化碳的吸收速度的吸收材料。但是,在使用能夠控制二氧化碳的吸收速度的吸收材料的情況下,另外需要用于吸收速度的控制的能量。
例如,在通過控制吸收材料的溫度而控制二氧化碳的吸收速度的情況下,因為為了對吸收材料進行加熱而需要能量,所以在二氧化碳濃度的控制時存在能量消耗增加的問題。此外,由于還需要用于產生上述能量的裝置或零件等,所以存在零件數增加的問題。
本發明是鑒于上述問題而完成的,其目的在于,實現與二氧化碳濃度的控制相關的能量消耗的削減和與該二氧化碳濃度的控制相關的整個系統的成本的抑制。
解決技術問題的技術方案
為了解決上述問題,本發明的一個方式中的二氧化碳濃度控制系統的特征在于,包括:檢測部,其檢測規定空間內的空氣中的二氧化碳濃度;吸收部,其具有吸收上述空氣中所含的二氧化碳的吸收材料,并且能夠根據該吸收材料的溫度控制二氧化碳的吸收速度;和吸收速度控制部,其通過根據由上述檢測部檢測到的二氧化碳濃度控制上述吸收材料的溫度來控制上述吸收材料的二氧化碳的吸收速度,上述吸收速度控制部在上述吸收材料的溫度控制中利用在動力裝置中產生的廢熱,該動力裝置為上述規定空間和/或上述規定空間的關聯物中利用的能量源和動力源中的至少一者。
為了解決上述問題,本發明的一個方式中的二氧化碳濃度控制裝置的特征在于,包括:檢測部,其檢測規定空間內的空氣中的二氧化碳濃度;吸收部,其具有吸收上述空氣中所含的二氧化碳的吸收材料,并且能夠根據該吸收材料的溫度控制二氧化碳的吸收速度;和吸收速度控制部,其通過根據由上述檢測部檢測到的二氧化碳濃度控制上述吸收材料的溫度來控制上述吸收材料的二氧化碳的吸收速度,上述吸收速度控制部在上述吸收材料的溫度控制中利用在動力裝置中產生的廢熱。
發明的效果
根據本發明的一個方式,能夠獲得如下效果:能夠實現與二氧化碳濃度的控制相關的能量消耗的削減和與該控制相關的整個系統的成本的抑制。
附圖說明
圖1是表示本發明的實施方式1中的二氧化碳(CO2)濃度控制系統的結構的圖。
圖2是表示上述CO2濃度控制系統中所含的熱交換器的結構的一個例子的圖。
圖3是表示鋰復合氧化物的溫度與CO2吸收速度的關系的一個例子的圖表。
圖4是表示二氧化碳濃度控制系統中CO2濃度控制裝置控制CO2濃度的處理的一個例子的流程圖。
圖5是表示上述CO2濃度控制裝置中的CO2濃度、設定值與CO2吸收材料的設定溫度的關系的表格。
圖6是表示上述CO2濃度控制裝置的溫度控制處理的另一個例子。
圖7是表示上述CO2濃度控制裝置的溫度控制處理的又一個例子的流程圖。
圖8是表示本發明的實施方式2中的CO2濃度控制系統的結構的圖。
圖9是表示本發明的實施方式3中的CO2濃度控制系統的結構的圖。
圖10是表示上述CO2濃度控制系統中所含的熱交換器的結構的一個例子的圖。
圖11是表示本發明的實施方式4中的CO2濃度控制系統的結構的圖。
圖12是表示本發明的實施方式5中的CO2濃度控制系統的結構的圖。
圖13是表示本發明的實施方式6中的CO2濃度控制系統的結構的圖。
具體實施方式
(實施方式1)
對本發明的第1實施方式說明如下。首先,根據圖1說明本實施方式中的CO2濃度控制系統100的結構。
《CO2濃度控制系統》的結構
圖1是表示本實施方式的CO2濃度控制系統100的結構的圖。CO2濃度控制系統100包括CO2濃度控制裝置1(二氧化碳濃度控制裝置)、動力裝置40、熱交換器50和流量調節閥60。另外,圖中的粗箭頭表示后述的熱介質的流向。以下,熱介質的流向用粗箭頭表示。此外,圖中的以雙線包圍的部分表示規定空間A。
如圖所示,熱交換器50與動力裝置40接觸或接近地設置,以熱介質(例如高溫油)在熱交換器50與CO2濃度控制裝置1的CO2吸收部30之間循環的方式構成熱介質的流路。流量調節閥60設置在該流路上。
(規定空間A)
規定空間A是由CO2濃度控制裝置1控制CO2濃度的對象的空間。規定空間A只要是存在空氣的空間即可,可以為任何空間。作為上述空間的一個例子,能夠列舉住宅的居住空間、工廠或辦公室等職場空間以及車輛、鐵路、飛機、船舶等運輸裝置內的空間等。
此外,規定空間A特別優選為能夠進行換氣限制的空間。此處,“能夠進行換氣限制的空間”表示密閉空間、能夠進行換氣的限制的屋內空間(室內空間)或者運輸裝置內的空間。此外,“能夠進行換氣限制的空間”也可以說是能夠限制或禁止自發地進行換氣(開窗、令換氣扇工作、令進行換氣的裝置工作、令真空裝置等使房間為負壓的裝置工作等)的空間。
(動力裝置40)
動力裝置40是產生廢熱的裝置。在本實施方式中,為了便于說明而將該裝置稱為“動力裝置”,動力裝置40只要是產生CO2濃度控制裝置1能夠利用的廢熱的裝置即可,可以為任何裝置。另外,在從動力裝置40發出的廢熱中還包含來自作為動力裝置40的散熱器或附屬于動力裝置40的散熱器的廢熱。
進一步,動力裝置40優選為如下裝置,即為規定空間A和/或上述規定空間A的關聯物中利用的能量源和動力源中的至少一者。此處,上述規定空間A的關聯物,是指與上述規定空間關聯的空間和物體,例如在令規定空間為住宅中的一個房間時,為該住宅的另一個房間或向該住宅供給的水。此外,上述規定空間的關聯物,例如在令規定空間為大樓內的特定空間時,為該大樓內的該特定空間以外的空間或向該大樓供給的水。此外,“規定空間A和/或上述規定空間A的關聯物中利用的裝置”例如是指對規定空間A和/或上述規定空間A的關聯物或者形成規定空間A和/或上述規定空間A的關聯物的特定的對象起作用的裝置。
此外,優選動力裝置40為在規定空間A和/或上述規定空間A的關聯物或者包括規定空間A和/或上述規定空間A的關聯物在內的對象中,產生以使CO2濃度控制系統100工作以外的目的被利用的動力和能量中的至少一者的裝置,為在CO2濃度控制系統100預先具備的裝置。
此處,“產生動力的動力裝置40”是指用于驅動規定空間A和/或規定空間A的關聯物的運動能量的裝置,并且是在產生運動能量時產生廢熱的裝置。另外,在以下的說明中,以規定空間A為代表進行說明。具體而言,動力裝置40例如為用于驅動包括規定空間A在內的運輸裝置的發動機(例如,汽油發動機)或馬達(例如,電動機)等。
另外,在汽車的汽油發動機中,燃燒燃料而獲得的能量中用于驅動汽車的運動能量為約1/3,其余約2/3被稱為熱損失(其中,廢氣引起的熱損失和對冷卻液的冷卻損失各約一半)。
此外,“產生能量的動力裝置40”是指作為產生能量的源頭的裝置或者將所取得的能量轉換為所期望的能量的形式的裝置,并且是在產生能量時(或轉換時)產生不用于上述目的的熱(廢熱)的裝置。具體而言,動力裝置40例如為向規定空間A供給電的發電機、為了進行規定空間A的空氣的溫度調節而設置的空氣調節機(空調)的壓縮機等。
此外,動力裝置40也可以為使在對形成規定空間A和/或規定空間A的關聯物的特定的對象起作用的裝置(未圖示)中產生的廢熱(或含有廢熱的油、廢氣等熱介質)通過或蓄積的裝置。具體而言,動力裝置40也可以為用于將在上述裝置中產生的廢氣和由于上述裝置的廢熱而成為高溫的油、水等排出的管件,還可以為蓄積這些排出物的廢液槽等。
(熱交換器50)
熱交換器50是用于使熱介質取得動力裝置40產生的(或動力裝置40所含有的)廢熱的熱能(使熱移動)的裝置。以下,使用圖2對熱交換器50進行進一步說明。
圖2是表示熱交換器50的結構的一個例子的圖。如圖所示,在熱交換器50的內部使管件等通過,在該熱交換器50的內部流動熱介質。流入熱交換器50的熱介質被傳導由動力裝置40產生的廢熱(或從動力裝置40通過和蓄積在動力裝置40中的物質的廢熱)的熱能,沿流路流向熱交換器50的外部。像這樣,通過熱介質在熱交換器50內通過而吸收動力裝置40的熱。另外,在熱交換器50中熱介質吸收的熱能還包括從動力裝置40的散熱器產生的熱。
(流量調節閥60)
流量調節閥60根據來自CO2濃度控制裝置1的控制命令,對向熱交換器50供給的熱介質的流量和不向熱交換器50供給的熱介質的流量進行調節。向熱交換器50供給的熱介質在從熱交換器50通過而被加熱之后向CO2濃度控制裝置1的CO2吸收部30流入。另一方面,如圖所示,不向熱交換器50供給的熱介質不經由熱交換器50而直接向CO2吸收部30流入。因此,通過利用流量調節閥60調節熱介質的流量,結果能夠調節向CO2吸收部30流入的熱介質的溫度。
(CO2濃度控制裝置1)
CO2濃度控制裝置1是利用動力裝置40的廢熱來控制CO2吸收材料31(后述)的CO2吸收速度,從而控制規定空間A內的CO2濃度的裝置。CO2濃度控制裝置1包括控制部(吸收速度控制部)10、測定部(檢測部)20和CO2吸收部(吸收部)30。
CO2濃度控制裝置1是對規定空間內的空氣(以下,簡稱為空氣)的二氧化碳濃度(CO2濃度)進行控制使得該CO2濃度成為恰當的值的裝置。CO2濃度控制裝置1取入空氣,將與該空氣的CO2濃度相應的量的二氧化碳除去(吸收),之后將除去CO2后的空氣向裝置外排出。
另外,CO2濃度控制裝置1優選具備例如風扇那樣的取入空氣的機構(未圖示)。CO2濃度控制裝置1通過具備風扇等,能夠更快且有效率地將空氣送入后述的CO2吸收部30。此外,能夠更快且有效率地使由CO2吸收部30吸收二氧化碳之后的空氣在規定空間A內循環。因此,能夠更正確地測定空間內的空氣的CO2濃度,能夠更有效率地使規定空間A內的空氣循環。由此,CO2濃度控制裝置1能夠更精細地控制空間內的CO2濃度。
測定部20按規定的時間間隔測定(檢測)規定空間A內的空氣中的CO2濃度。測定部20將測定到的CO2濃度向溫度決定部11(后述)發送。
上述時間間隔既可以預先設定,也可以讓用戶能夠自由地設定。另外,測定部20進行測定的時間間隔越短,能夠越精細地進行后述的CO2吸收部30的吸收速度的控制,具有能夠更精密地控制空間內的二氧化碳濃度的優點。
測定部20既可以測定后述的CO2吸收部30吸收二氧化碳之前的空氣(CO2除去前的空氣)的CO2濃度,也可以測定吸收二氧化碳之后的空氣(CO2除去后的空氣)的二氧化碳濃度。此外,測定部20既可以設置在CO2濃度控制裝置1的內部,測定被取入至CO2濃度控制裝置1內的空氣的二氧化碳濃度,也可以設置在CO2濃度控制裝置1的外部(規定空間A內),直接測定規定空間A內的空氣的CO2濃度。
此外,測定部20的CO2濃度的測定方法沒有特別限定。作為測定方法,例如可以列舉半導體式、電化學式和紅外線吸收式。
在以半導體式測定CO2濃度的情況下,作為半導體能夠使用SnO2、ZnO等n型半導體。其中,在SnO2中添加La而得到的半導體在二氧化碳的選擇性方面優異。因此,在本發明中以半導體式測定CO2濃度的情況下,更優選使用在SnO2中添加鑭(La)而得到的半導體。此外,在以電化學式檢測CO2濃度的情況下,作為固體電解質的傳導離子的種類,使用鈉離子導體等即可。
在以上的檢測方法中,半導體式不僅成本低,而且具有二氧化碳的檢測精度不易被環境條件左右,因而即使在嚴酷的環境下也能夠進行CO2濃度的檢測的優點。此外,電化學式和紅外線吸收式具有二氧化碳的檢測靈敏度高、二氧化碳的選擇性優異的優點。
CO2吸收部30是具有吸收空氣中的二氧化碳的CO2吸收材料31(吸收材料),使CO2吸收材料31吸收二氧化碳的部件。此外,CO2吸收部30在CO2吸收材料31的附近具有測定CO2吸收材料31的溫度的溫度傳感器(未圖示)。該溫度傳感器與后述的溫度控制部12可通信地連接。另外,CO2吸收部30既可以如圖1所示那樣設置在規定空間A的內部,也可以設置在規定空間A的外部。
CO2吸收材料31是能夠根據自己的溫度變化控制每單位時間能夠吸收的二氧化碳的量、即二氧化碳的吸收速度(CO2吸收速度)的大小的吸收材料。另外,CO2吸收材料31更優選為能夠對CO2吸收速度從幾乎0(小到即使以該速度吸收二氧化碳也不會影響空間內的CO2濃度的程度的吸收速度)起進行控制的吸收材料。
此處,溫度是能夠比較簡單且正確地進行測定和控制的參數。因此,通過使用能夠通過溫度控制CO2吸收速度的CO2吸收材料31,能夠簡單且正確地控制CO2吸收速度。作為能夠通過溫度控制來控制CO2吸收速度的物質,能夠列舉Li2ZrO3、LiFeO2、LiNiO2、Li2TiO3、Li2SiO3、Li4SiO4等鋰復合氧化物。
(鋰復合氧化物的溫度與二氧化碳吸收速度)
此處,使用圖3對鋰復合氧化物的溫度與CO2吸收速度的關系進行詳細說明。圖3是表示鋰復合氧化物的溫度與CO2吸收速度的關系的一個例子的圖表。另外,令鋰復合氧化物的CO2吸收速度成為最大時的該鋰復合氧化物的溫度為Ta。Ta至少比室溫高。
如圖3所示,在鋰復合氧化物的溫度為Tb以下的情況下,該鋰復合氧化物的CO2吸收速度幾乎不變化。換言之,鋰復合氧化物在溫度Tb之前取大致最小的CO2吸收速度。
另一方面,在鋰復合氧化物的溫度為高于Tb且為Ta以下的溫度的期間,鋰復合氧化物的CO2吸收速度隨著溫度的上升而增加。進一步,當鋰復合氧化物的溫度成為高于Ta的溫度時,鋰復合氧化物的CO2吸收速度隨著溫度的上升而減小。而且,在溫度Tu,鋰復合氧化物的CO2吸收速度再次成為幾乎最小的CO2吸收速度。
這樣,鋰復合氧化物因為是能夠根據其溫度控制CO2吸收速度的二氧化碳吸收材料,所以能夠適宜作為CO2吸收材料31使用。在以下的說明中,作為一個例子,對使用具有圖3所示那樣的溫度與CO2吸收速度的關系的鋰復合氧化物或含有該鋰復合氧化物的物質作為CO2吸收材料31的情況進行說明。
另外,優選CO2吸收材料31為能夠有選擇地僅吸收二氧化碳的吸收材料。上述的鋰復合氧化物由于也是能夠有選擇地吸收二氧化碳的吸收材料,所以適宜用作CO2吸收材料31。
在現有技術中,存在使用CO2/O2選擇膜來分離二氧化碳,利用吸收材料吸收分離后的二氧化碳的技術。但是,因為CO2/O2選擇膜不具有對氮等除二氧化碳和氧之外在空氣中大量存在的物質的選擇性,所以在分離二氧化碳時,該分離后的氣體中會含有含量遠多于二氧化碳的氮。因此,在能夠進行換氣限制的空間內限制換氣的情況下,如果繼續進行二氧化碳的分離除去,則存在空間內的空氣壓力顯著減少的問題。因此,即使如現有技術那樣使用CO2/O2選擇膜,也難以將空間內的二氧化碳濃度長時間地保持為一定。
另一方面,在本發明中,在使用能夠有選擇地僅吸收二氧化碳的吸收材料作為CO2吸收材料31的情況下,能夠不吸收這樣的空氣中大量含有的物質,而僅有效率地吸收二氧化碳。因此,也不會如上述那樣空間內的空氣壓力顯著地變化,具有二氧化碳的吸收能力比較不易降低的優點。
此外,以往也存在吸收廢氣中的二氧化碳的CO2吸收材料。但是,因為廢氣非常地高溫高壓,所以從廢氣吸收二氧化碳的CO2吸收材料是在高溫高壓的條件下吸收二氧化碳。
與此相對,當使用鋰復合氧化物作為CO2吸收材料31時,在有人的空間即常溫(室溫)附近、常壓(氣壓)附近的條件下能夠進行二氧化碳的吸收和釋放。即,通過使用上述鋰復合氧化物材料作為吸收材料的材料,能夠獲得能夠在可以有人的空間內進行二氧化碳濃度的控制的效果。
此外,在現有技術中,有使用使二氧化碳從濃度高的一方向低的一方透過的選擇分離材料來使特定的空間(CO2濃度由于人的存在(人的呼吸等的活動)而增加了的空間)的CO2濃度減少的技術。
但是,例如在上述特定的空間為隧道內的空間的情況下,與空間內的CO2濃度相比空間外的CO2濃度更高。在這種情況下,如果使用上述選擇分離材料,則存在盡管空間內的CO2濃度并不是恰當的值(例如為對人體有害的值)可是該空間內的CO2濃度卻增加的問題。
進一步,使用了上述選擇分離材的CO2濃度的控制方法由于利用特定空間的內外的CO2濃度差,所以不能控制空間外的CO2濃度。因此,存在不能進行控制使得特定空間的CO2濃度成為特定的值(或特定的范圍內的值)的情況。
與此相對,在本發明的二氧化碳控制系統中,通過使用上述鋰復合氧化物材料,能夠獲得能夠將特定的空間(規定空間A)的CO2濃度控制為恰當的值的效果。
控制部10是對CO2濃度控制裝置1進行統籌控制的機構。具體而言,控制部10由在集成電路(IC芯片)等中形成的邏輯電路(硬件)或使用了CPU(Central Processing Unit:中央處理器)的軟件等實現即可。
控制部10包括溫度決定部11和溫度控制部12。另外,控制部10也可以按規定的時間間隔向測定部20發出CO2濃度的檢測的指示。
溫度決定部11根據從測定部20接收到的CO2濃度決定CO2吸收材料31(鋰復合氧化物)的溫度。溫度決定部11當從測定部20接收到空氣中的CO2濃度時判定該CO2濃度是否為設定值以下。
此處,“設定值”是在規定空間A中被認為恰當的CO2濃度的上限值,優選設定為1000ppm左右。這是因為,已知一般屋外的大氣中的CO2濃度約為400ppm左右,如果CO2濃度超過1000ppm則人會感覺困倦而專注力降低。此外,在建筑物衛生法等中CO2濃度的基準值也為1000ppm。不僅如此,也因為還已知在空氣中的CO2濃度超過1000ppm而進一步增加的情況下,與該增加相應地對健康的危害也變得更大。
另外,設定值既可以是商品出貨時預先設定的值,也可以是CO2濃度控制裝置1的用戶能夠自由地設定和變更的值。
在空氣中的CO2濃度為設定值以下的情況下,溫度決定部11將設定溫度決定為使得該吸收材料的CO2吸收速度變成能夠由CO2濃度控制裝置1設定的下限速度的溫度。另一方面,在測定部20測定到的CO2濃度大于設定值的情況下,溫度決定部11將設定溫度決定為使得CO2吸收材料31的CO2吸收速度大于上述下限速度的溫度(例如,比圖3的溫度Tb大而為溫度Tu以下的值)。當溫度決定部11決定CO2吸收材料31的設定溫度時,將決定的溫度通知給溫度控制部12。
另外,“CO2濃度控制裝置1能夠設定的下限速度”是至少比CO2吸收材料31的最快的CO2吸收速度慢的速度,并且是能夠由CO2濃度控制裝置1設定的幾乎最小的CO2吸收速度。以下,將“CO2濃度控制裝置1能夠設定的下限速度”僅稱為“裝置下限速度”。“裝置下限速度”例如是在溫度控制部12能夠控制的溫度的范圍內,CO2吸收材料31的CO2吸收速度最慢的值。
溫度控制部12進行控制使得CO2吸收材料31的溫度成為溫度決定部11決定的溫度。如上所述,CO2吸收材料31是CO2吸收速度根據溫度變化而變化的吸收材料,因此通過溫度控制部12控制CO2吸收材料31的溫度,能夠控制CO2吸收材料31的CO2吸收速度。
溫度控制部12按規定的時間間隔從CO2吸收部30接收CO2吸收部30的溫度傳感器測定的CO2吸收材料31的溫度(實際測定溫度)。此外,溫度控制部12從溫度決定部11接收溫度決定部11決定的CO2吸收材料31的溫度(設定溫度)。
溫度控制部12對實際測定溫度與設定溫度進行比較,根據該比較結果決定CO2吸收部30的溫度控制。在實際測定溫度高于設定溫度的情況下,溫度控制部12使CO2吸收材料31的溫度下降。另一方面,在實際測定低于設定溫度的情況下,溫度控制部12使CO2吸收材料31的溫度上升。另外,在實際測定溫度與設定溫度相等的情況下,溫度控制部12令CO2吸收材料31的溫度的變化為最小限度即可。即,溫度控制部12保持CO2吸收材料31的溫度即可。
在本實施方式中,溫度控制部12通過調節CO2吸收部30從熱介質取得的熱量的大小來進行CO2吸收材料31的溫度控制。即,溫度控制部12通過根據溫度決定部11決定的設定溫度和由CO2吸收部30測定的測定溫度來控制流量調節閥60,結果控制由熱交換器50向熱介質傳導的熱量。換言之,溫度控制部12通過控制流量調節閥60,間接地控制CO2吸收材料31的溫度。
更具體而言,溫度控制部12在溫度決定部11決定的設定溫度高于CO2吸收材料31的測定溫度的情況下提高CO2吸收材料31的溫度,因此對流量調節閥60發出使流向熱交換器50的熱介質的流量增加的指示。另一方面,溫度控制部12在溫度決定部11決定的設定溫度低于CO2吸收材料31的測定溫度的情況下,降低CO2吸收材料31的溫度,因此對流量調節閥60發出使流向熱交換器50的熱介質的流量減少的指示。
另外,溫度決定部11可以決定CO2吸收材料31的周圍的溫度。此外,溫度控制部12也可以不控制CO2吸收材料31自身的溫度而控制CO2吸收材料31的周圍的溫度。
例如,也可以是:CO2吸收部30的溫度傳感器并不測定CO2吸收材料31的溫度,而測定CO2吸收材料31的周邊空間(即CO2吸收部30內)的溫度,溫度決定部11不決定CO2吸收材料31的溫度而決定CO2吸收部30的溫度,溫度控制部12控制CO2吸收部30的溫度。如上所述,CO2吸收材料31包含于CO2吸收部30,因此能夠通過控制CO2吸收部30的溫度而間接地控制CO2吸收材料31的溫度。
此外,也可以在熱介質的流路上設置溫度傳感器(未圖示),將該溫度傳感器與溫度控制部12可通信地連接。在這種情況下,溫度控制部12能夠不僅監視從CO2吸收部30接收的CO2吸收材料31的測定溫度而且監視熱介質的溫度。因此,能夠更正確地控制CO2吸收材料31的溫度。
《規定空間A和動力裝置40的例子》
另外,優選規定空間A為運輸裝置的室內。一般在運輸裝置中,在靠近運輸裝置的室內(即CO2吸收部30)的場所存在產生用于驅動運輸裝置的動力和能量中的至少一者的裝置(動力裝置40)。因此,能夠獲得如下效果:在對產生了能量和動力中的至少一者時的廢熱加以利用進行CO2吸收部30的溫度控制時,能夠在熱損失少的狀態下即以高的能量利用效率進行CO2吸收材料31的溫度控制。
此外,在運輸裝置中,動力裝置40以驅動有人的規定空間A(即運輸裝置)為主要目的,因此與設置在不需要驅動規定空間A的居住空間的發電機等相比產生更大的能量。
因此,由動力裝置40發生的熱能也比上述發電機等大量,由于能夠使用該大量的熱能進行CO2吸收材料31的溫度控制,所以能夠獲得容易進行CO2吸收材料31的溫度控制的效果。
進一步,更優選規定空間A為汽車的室內(車輛室內)。在這種情況下,與規定空間A為鐵路、飛機的室內(機內)的情況相比,室內狹窄,能夠比較有效率地進行空氣的循環。因此,能夠獲得CO2濃度控制裝置1能夠更正確地測定室內(規定空間A)的CO2濃度,更正確地控制規定空間A的二氧化碳濃度的效果。此外,因為室內狹窄,所以能夠使裝載在CO2濃度控制裝置1的CO2吸收材料31的量比較少,因此能夠獲得能夠削減CO2濃度控制裝置1乃至CO2濃度控制系統100的成本這樣的效果。
《控制CO2濃度的處理的流程》
最后,對CO2濃度控制裝置1控制空間內的二氧化碳濃度的處理的一個例子進行說明。圖4是表示CO2濃度控制裝置1控制CO2濃度的處理的一個例子的流程圖。
CO2濃度控制裝置1在起動(裝置的電源或二氧化碳濃度的控制功能被啟動(ON))時,開始測定部20的CO2濃度的測定(S10)。測定部20將表示測定到的CO2濃度的信息向溫度決定部11發送。溫度決定部11在接收測定部20測定到的CO2濃度時判定該CO2濃度是否為設定值以下(S12)。
在測定部20測定到的CO2濃度為設定值以下的情況下(在S12為是(YES)),可以說空氣中的CO2濃度不是有損健康的濃度。在這種情況下,溫度決定部11將CO2吸收部30的溫度決定為使得CO2吸收速度變成裝置下限速度的溫度,溫度控制部12控制從熱交換器50流向CO2吸收部30的熱介質的量使得CO2吸收部30的溫度成為溫度決定部11決定的溫度,由此調節向CO2吸收部30傳導的熱量(S14)。由此,CO2吸收材料31的CO2吸收速度成為裝置下限速度,因此空氣中的CO2濃度的變動被抑制為最小限度。
另一方面,在測定部20檢測到的CO2濃度大于設定值的情況下(在S12為否(NO)),可以說空氣中的CO2濃度為有損健康的濃度。在這種情況下,溫度決定部11將CO2吸收部30的設定溫度決定為使得CO2吸收速度比裝置下限速度快的溫度。而且,溫度控制部12控制從熱交換器50流向CO2吸收部30的熱介質的量使得CO2吸收部30的溫度成為上述設定溫度(S16)。由此,CO2吸收部30的CO2吸收速度成為與設定溫度相應的速度,即快于裝置下限速度的速度,CO2吸收部30吸收空氣中的CO2。上述S12~S16的處理在每次測定部20測定二氧化碳濃度時進行,重復至CO2濃度控制裝置1停止(裝置的電源或CO2濃度的控制功能被關閉(OFF))為止。
CO2濃度控制裝置1一邊像這樣進行CO2吸收部30的溫度控制一邊從規定空間A向自裝置取入空氣,并將取入的空氣送至CO2吸收部30。CO2吸收部30在被送來的空氣從自己的間隙通過時以與該通過時的CO2吸收部30的溫度相應的CO2吸收速度吸收空氣中的二氧化碳。二氧化碳被吸收后的空氣被排出至規定空間A內。
(設定溫度的具體例)
此處,對CO2吸收材料31的設定溫度的例子進行更詳細的說明。另外,在以下說明中,使用鋰復合氧化物作為CO2吸收材料31(的材料)。此外,以下說明中的溫度(Tb、Ta和Tu)與圖3所示的鋰復合氧化物的溫度與CO2吸收速度的關系性的圖表對應。
在測定部20測定到的CO2吸收速度大于設定值的情況下(在S12為否),優選溫度決定部11將設定溫度決定為Ta。在這種情況下,因為CO2吸收材料31的CO2吸收速度最大,所以CO2濃度控制裝置1能夠從取入的空氣中吸收最多的二氧化碳。因此,CO2濃度控制裝置1具有能夠更快地降低空間內的CO2吸收速度的優點。
此外,對溫度決定部11而言,在測定部20檢測到的CO2吸收速度大于設定值的情況下(S12為否),溫度決定部11也可以將設定溫度決定為大于Tb小于Ta的溫度。在這種情況下,CO2濃度控制裝置1具有能夠迅速地進行CO2吸收材料31的溫度控制的優點。
另一方面,在測定部20測定到的CO2吸收速度為設定值以下的情況下(S12為是),溫度決定部11也可以將設定溫度(即裝置下限速度)決定為不對CO2吸收材料31賦予熱能的狀態的溫度(例如室溫)。在這種情況下,溫度控制部12不利用動力裝置40的廢熱,僅將從動力裝置40向CO2吸收材料31傳導的熱遮斷(使CO2吸收材料31散熱)即可。因此,能夠更容易地進行CO2吸收材料31的溫度控制。此外,在這種情況下,因為可以不在從熱交換器50流出的熱介質的量的控制(流量調節閥60的控制)方面消耗多余的電力,所以能夠削減能量消耗。
此外,在測定部20測定到的CO2吸收速度為設定值以下的情況下(S12為是),溫度決定部11也可以使設定溫度成為更靠近Ta且使得CO2吸收速度變成裝置下限量那樣的溫度(例如Tb)。在這種情況下,CO2吸收材料31在不吸收二氧化碳時也被保持為更靠近Ta的溫度。因此,具有如下優點:在空氣中的CO2吸收速度發生變動,需要進行二氧化碳的吸收的情況下,能夠使CO2吸收材料31的溫度更快地上升,更快地吸收二氧化碳。
根據以上結構,CO2濃度控制系統100的CO2濃度控制裝置1能夠通過分別重復進行CO2吸收材料31的溫度調節、空氣的取入和排出來使CO2吸收材料31以與空氣中的CO2濃度相應的吸收速度吸收二氧化碳。因此,CO2濃度控制裝置1能夠防止不必要的二氧化碳的吸收,將空氣中的二氧化碳濃度保持為恰當的值。
這里,在CO2吸收材料31的溫度調節中利用動力裝置40的廢熱。因此,CO2濃度控制裝置1能夠削減CO2吸收材料31的溫度控制的能量消耗。此外,由于CO2濃度控制裝置1利用廢熱,所以即使不另外設置有對CO2吸收材料31進行加熱或冷卻的裝置,也能夠控制CO2吸收材料31的溫度。因此,CO2濃度控制裝置1能夠以更低能量消耗和更少的零件數將空氣中的CO2濃度控制為恰當的值。
此外,CO2濃度控制裝置1因為通過控制吸收材料自身的CO2吸收速度來控制空間內的二氧化碳濃度,所以不需要對例如從空間取入的空氣量等復雜的參數進行管理控制。因此,CO2濃度控制裝置1能夠簡單地控制從空氣吸收的二氧化碳的量。
此外,根據以上結構,CO2濃度控制裝置1的溫度控制部12根據從溫度決定部11接收到的設定溫度和從CO2吸收部30接收到的CO2吸收材料31的測定溫度來控制流量調節閥60,從而調節向熱交換器50流入的熱介質的量。由此,控制由熱交換器50吸收熱的熱介質的量。而且,通過溫度被控制的熱介質從CO2吸收部30通過(與CO2吸收材料31接觸或接近)來調節CO2吸收材料31的溫度。像這樣,通過使用流量調節閥60調節熱介質的流量能夠獲得能夠迅速且正確地進行CO2吸收材料31的溫度控制的效果。另外,該效果是不僅在本實施方式中記載的CO2濃度控制系統100中能夠獲得而且在以下的實施方式中記載的具備熱交換器50和流量調節閥60的所有CO2濃度控制系統中都能夠獲得的效果。
《CO2吸收材料的溫度控制的變形例1》
另外,CO2濃度控制裝置1也可以為以測定部20測定到的CO2濃度與設定值之差越大CO2吸收材料31的CO2吸收速度就越快的方式控制CO2吸收材料31的溫度的結構。即,CO2濃度控制裝置1也可以根據CO2濃度與設定值之差,階梯式地決定CO2吸收材料31的設定溫度。
以下,使用圖5和圖6,對階梯式地決定CO2吸收材料31的設定溫度的情況下的CO2濃度控制裝置1的處理控制進行說明。圖5是表示CO2濃度控制裝置1中測定部20檢測到的CO2濃度、設定值與溫度決定部11決定的CO2吸收材料31的設定溫度之間的關系的表格。
“(CO2濃度-設定值)”列表示測定部20測定到的CO2濃度與設定值之差(CO2濃度-設定值的值)。“設定溫度”列表示溫度決定部11決定的CO2吸收材料31的設定溫度。圖中的值S1、SX-1和SX為0<S1<SX-1<SX。此外,表示CO2吸收材料31的溫度的值Ta與圖3的圖表中的標記對應,T1和TX為,CO2吸收材料31的CO2吸收速度變成裝置下限速度的溫度<T1<TX<Ta。另外,SX-1、SX、TX等的X表示任意的自然數。
即,溫度決定部11將CO2濃度與設定值之差劃分為X級,根據上述差是否為規定的劃分值(0、S1……SX)以下,決定CO2吸收材料31的設定溫度(使得CO2吸收速度成為裝置下限速度的溫度,T1、……TX、Ta)。溫度決定部11在從測定部20接收CO2濃度的測定值時計算該CO2濃度與規定的設定值之差。而且,根據計算出的差的值的大小,如圖5所示那樣決定CO2吸收材料31的設定溫度,并通知給溫度控制部12。另外,CO2濃度控制裝置1只要按圖5所示的條件決定CO2吸收材料31的溫度即可,并不一定需要存儲和參照圖5那樣的表格。
接著,使用圖6,對使用了圖5所示的表格的CO2濃度控制裝置1的溫度控制的流程進行具體說明。圖6表示CO2濃度控制裝置1的溫度控制處理的另一個例子。
在CO2濃度控制裝置1工作(取入空氣)時,測定部20按規定的時間間隔測定空氣中的CO2濃度(S20),向溫度決定部11發送。溫度決定部11在接收測定到的CO2濃度時首先計算與設定值之差。
在測定到的CO2濃度與設定值之差為0以下的情況下(在S22為是),CO2濃度為設定值以下。即,規定空間A的CO2濃度被保持為恰當的濃度。在這種情況下,溫度決定部11如圖5所示那樣將設定溫度決定為使得CO2吸收速度變成裝置下限速度的溫度(例如,室溫),并通知給溫度控制部12。
溫度控制部12在從溫度決定部11被通知設定溫度時,利用在動力裝置40產生的廢熱進行溫度控制使得成為使得CO2吸收材料31變成裝置下限速度的溫度(S24)。由此,鋰復合氧化物的CO2吸收速度被極力抑制,空氣中的CO2濃度的變動被抑制為最小限度。
另一方面,在二氧化碳濃度與設定值之差大于0且為S1以下的情況下(在S22為否且在S26為是),溫度決定部11將設定溫度決定為作為第一級的溫度的T1,溫度控制部12利用在動力裝置40中產生的廢熱進行溫度控制使得CO2吸收材料31的溫度成為T1(S28)。由此,CO2吸收材料31成為吸收空氣中的二氧化碳的狀態。
以下,溫度決定部11判定CO2濃度與設定值之差是否為規定的劃分值以下,在為該劃分值以下的情況下,將與該劃分值相應的溫度決定為設定溫度。例如,在CO2濃度與設定值之差大于SX-2為且SX-1以下的情況下(在S30為是),溫度決定部11將設定溫度決定為第X-1級的溫度即TX-1,溫度控制部12進行溫度控制使得CO2吸收材料31的溫度變成TX-1(S32)。此外,在CO2濃度與設定值之差大于SX-1且為SX以下的情況下(在S30為否且在S34為是),溫度決定部11將設定溫度決定為第X級的(比TX-1高的)溫度即TX,溫度控制部12進行溫度控制使得設定溫度成為TX(S36)。
最后,在CO2濃度與設定值之差大于SX的情況下(在S34為否),可以說空間內的CO2濃度有超過CO2濃度控制裝置1設定的劃分值(S1……SX)的范圍那樣大。在這種情況下,溫度決定部11將設定溫度決定為最大限度地吸收二氧化碳(以最快的速度)的溫度即Ta,溫度控制部12利用在動力裝置40中產生的廢熱進行溫度控制使得CO2吸收材料31的溫度成為Ta(S38)。
以上,根據圖6所示的處理的流程,CO2濃度控制裝置1根據CO2濃度與設定值之差階梯式地決定設定溫度,因此能夠精細地使CO2吸收材料31的CO2吸收速度變化。因此,例如能夠防止在空氣中的CO2濃度僅比設定值高一點的情況下CO2吸收材料31的CO2吸收過快,超過需要地對空氣中的二氧化碳進行吸收。
此外,根據圖6所示的處理的流程,由于將設定溫度如上述那樣設定為低于Ta的溫度,因此與實施方式1中的CO2濃度控制裝置1相比能夠獲得能夠抑制溫度控制(加熱)的時間,進行迅速的溫度控制的效果。
此外,在空氣中的CO2濃度大幅超過設定值的情況下,通過令CO2吸收材料31的CO2吸收速度為最大,能夠獲得能夠更快地使空間內的CO2濃度接近設定值這樣的效果。
《CO2吸收材料的溫度控制的變形例2》
此外,優選CO2吸收材料31為不僅能夠吸收空氣中的二氧化碳而且能夠將所吸收的二氧化碳排出(CO2吸收部30的恢復)的吸收材料。以下,以鋰復合氧化物為例說明CO2吸收材料31的恢復功能。
鋰復合氧化物具有在達到比能夠吸收二氧化碳的溫度高的溫度(高于圖3中的Tu的溫度)時將所吸收的二氧化碳釋放的性質。因此,CO2濃度控制裝置1在使用鋰復合氧化物作為CO2吸收材料31的情況下能夠利用上述性質使鋰復合氧化物恢復。
具體而言,例如在鋰復合氧化物的CO2吸收速度飽和時或鋰復合氧化物的吸收能力下降一定程度以上時,將CO2濃度控制裝置1取出至控制CO2濃度的空間(規定空間A)之外。而且,通過將鋰復合氧化物的溫度控制為釋放二氧化碳的溫度(高于Tu的溫度),將使鋰復合氧化物吸收的二氧化碳(空間內的空氣所含的二氧化碳)釋放。另外,也可以為僅在進行恢復的情況下將從CO2吸收部30釋放的二氧化碳向規定空間A外排出的結構。在這種情況下,能夠獲得能夠不使規定空間A內的CO2濃度增加地進行CO2吸收部30中所含的CO2吸收材料31的恢復的效果。
歷來,作為CO2吸收材料的材料使用胺類材料和活性炭。其中,胺類材料由于與二氧化碳化學上較強地鍵合,所以為了將所吸收的二氧化碳排出(恢復)需要大的能量。此外,因為活性炭難以將所吸收的二氧化碳排出,所以需要頻繁地進行吸附材料的更換,因此產生與更換相關的成本。
與此相對,CO2濃度控制裝置1通過如上述那樣使用能夠恢復的吸收材料作為CO2吸收材料31,適當地進行CO2吸收材料31的恢復,能夠對CO2吸收材料31進行再利用。因此,能夠獲得能夠不進行CO2吸收材料31的更換或減少更換頻率的效果。
另外,CO2濃度控制裝置1也可以具有通過測定CO2吸收材料31(或者CO2吸收部30)的重量或CO2吸收速度的最大值而特別指定恢復的時間的結構。通過具有這樣的結構,CO2濃度控制裝置1能夠正確地特別指定CO2吸收材料31的恢復所需的時間。因此,能夠最大限地發揮CO2吸收材料31的吸收性能,能夠更正確地控制CO2濃度。
進一步,CO2濃度控制裝置1也可以具有將上述特別指定的時間通知給用戶的結構。由此,CO2濃度控制裝置1能夠使用戶在恰當的時間進行用于CO2吸收材料31的恢復的操作。
《CO2吸收材料的溫度控制的變形例3》
此外,在使用能夠將吸收了的二氧化碳排出的材料作為CO2吸收材料31的情況下,CO2濃度控制裝置1也可以通過使二氧化碳從該CO2吸收材料31排出至規定空間A內而對空氣中的CO2濃度進行控制,使該濃度落入規定的范圍內。
空氣中的CO2濃度如果達到規定的值(例如1000ppm)以上則存在損害人的健康的危險。但是,如果空氣中的CO2濃度過于降低,從人的健康出發也不優選。例如,如果空氣中的二氧化碳不足,則存在吸入該空氣的人的血液變為堿性而引起昏迷、痙攣的危險。因此,為了將空間內的CO2濃度保持在恰當的濃度,更優選不僅設定空氣中的CO2濃度的上限值而且還設定下限值地控制CO2濃度。因此,CO2濃度控制裝置1也可以使用能夠將所吸收的二氧化碳排出的吸收材料作為CO2吸收材料31,且對空氣中的CO2濃度進行控制使得該濃度落入規定的范圍內。
如上所述,鋰復合氧化物具有在達到比能夠吸收二氧化碳的溫度高的溫度(高于圖3中的Tu的溫度)時將所吸收的二氧化碳釋放的性質。本實施方式的CO2濃度控制裝置1利用上述性質,在CO2濃度變成設定下限值以下的情況下,通過利用動力裝置40的廢熱使鋰復合氧化物的溫度成為高于Tu的溫度Tr,能夠使作為CO2吸收材料31的鋰復合氧化物排出二氧化碳。
在這種情況下,溫度決定部11判定從測定部20接收到的CO2濃度與“設定上限值”和“設定下限值”的大小關系。此處,“設定上限值”與上述的設定值同義。另一方面,“設定下限值”是在規定空間A中被認為恰當的二氧化碳濃度的下限值。例如,能夠以不損害人的健康的二氧化碳濃度的下限值為設定下限值。
溫度決定部11在測定部20檢測到的CO2濃度大于設定上限值(設定值)的情況下,將設定溫度決定為CO2吸收材料31吸收空氣中的二氧化碳的溫度。另一方面,在上述CO2濃度為設定下限值以下的情況下,溫度決定部11將設定溫度決定為CO2吸收材料31將所吸收的二氧化碳排出的溫度。另外,在CO2濃度為設定上限值以下且大于設定下限值的情況下,溫度決定部11將設定溫度決定為使得CO2吸收速度變成裝置下限速度的溫度(例如室溫等)。
另外,鋰復合氧化物的CO2排出速度與CO2吸收速度一樣依賴于溫度。由此,CO2濃度控制裝置1也可以與圖5~6中所示的CO2吸收速度的階梯式調節一樣,通過階梯式地變更溫度Tr來控制二氧化碳的CO2排出速度。
以下,使用圖7對在CO2濃度控制裝置1中使用了能夠將二氧化碳排出的CO2吸收材料31的情況下的CO2濃度控制處理的流程進行說明。圖7是表示CO2濃度控制裝置1的溫度控制處理的又一個例子的流程圖。另外,圖7的S50為與圖4的S10相同的處理,因此此處省略說明。
溫度決定部11在接收測定部20測定到的CO2濃度時判定CO2濃度是否為設定上限值以下(S52)。在測定部20檢測到的CO2濃度大于設定上限值的情況下(在S52為否),溫度決定部11將設定溫度決定為Ta,溫度控制部12利用動力裝置40的廢熱進行溫度控制,使得CO2吸收材料31的溫度成為Ta(S54)。由此,CO2吸收材料31成為最大限度地(以最大速度)吸收二氧化碳的狀態。
另一方面,在測定部20檢測到的CO2濃度為設定上限值以下的情況下(在S52為是),溫度決定部11接下來判定上述CO2濃度是否小于設定下限值(S56)。此處,在CO2濃度為設定下限值以上的情況下(在S56為否),溫度決定部11將設定溫度決定為使得CO2吸收速度變成裝置下限速度的溫度,溫度控制部12利用動力裝置40的廢熱進行溫度控制使得CO2吸收材料31的溫度成為上述設定溫度(S58)。由此,CO2吸收材料31的CO2吸收速度成為裝置下限速度。即,因為CO2吸收材料31的CO2吸收速度被極力抑制,所以空氣中的CO2濃度的變動被抑制為最小限度。
與此相對,在上述CO2濃度小于設定下限值的情況下(S56為是),溫度決定部11將CO2吸收材料31的溫度決定為Tr,溫度控制部12利用動力裝置40的廢熱進行溫度控制,使得CO2吸收材料31的溫度成為Tr(S60)。由此,CO2吸收材料31將之前吸收的二氧化碳向空氣中排出。
另外,S52和S56的判定也可以順序相反。此外,溫度決定部11也可以在S58將CO2吸收材料31的溫度(CO2吸收速度變成裝置下限速度的溫度)設定為圖3所示的Tu。Tu為高于Ta且低于Tr的溫度,是作為二氧化碳的吸收和排出的邊界點的溫度。因此,在S58中將CO2吸收材料31的溫度設定為Tu的情況下,例如與令溫度為室溫的情況等相比,CO2吸收材料31的溫度變化的幅度變窄。因此,溫度控制部12能夠以更短時間將CO2吸收材料31的溫度調節為溫度決定部11決定的溫度。另一方面,在S58中使CO2吸收材料31散熱(成為室溫)的情況下,僅如上述那樣在S58的處理中將來自動力裝置40的廢熱遮斷(即,阻止從熱交換器50通過后的熱介質向CO2吸收部30流入)即可,因此具有溫度控制變得容易的優點。
根據上述處理,在空氣中的CO2濃度大于設定上限值的情況下(在S52為否),即空氣中的CO2濃度超出恰當的范圍內的情況下,CO2濃度控制裝置1通過使CO2吸收材料31吸收二氧化碳來使空氣中的CO2濃度減少。另一方面,在空氣中的CO2濃度為設定上限值以下且為設定下限值以上的情況下(在S56為否),即空氣中的CO2濃度落入恰當的范圍內的情況下,通過極力抑制CO2吸收速度來保持恰當的CO2濃度。另一方面,在空氣中的CO2濃度小于設定下限值的情況下(在S56為是),認為空氣中的CO2濃度低于恰當的范圍,使二氧化碳從CO2吸收材料31向空氣中排出,由此使空氣中的CO2濃度增加。由此,能夠在空氣中的CO2濃度降得過低時,使該CO2濃度增加,成為恰當的CO2濃度。
這樣,本實施方式中的CO2濃度控制裝置1對規定空間A的空氣中的CO2濃度進行控制使得該濃度落入規定的范圍內。由此,能夠使規定空間A內的CO2濃度更長久且穩定地保持為恰當的范圍內的濃度。此外,當規定空間A內的CO2濃度小于設定下限值時,從CO2吸收部30內的CO2吸收材料31釋放二氧化碳,因此能夠減少CO2吸收材料31的恢復或更換的頻率。
(實施方式2)
根據圖8對本發明的第2實施方式說明如下。另外,為了便于說明,對具有與上述實施方式中說明的部件相同功能的部件標注相同的附圖標記,省略其說明。
圖8是表示本發明的實施方式2的CO2濃度控制系統101的結構的圖。CO2濃度控制系統101為從CO2濃度控制系統100中說明的結構中除去熱交換器50和流量調節閥60的結構。在圖8中,空氣向以箭頭表示的方向流動。
此外,在CO2濃度控制系統101中,CO2吸收部30在處于規定空間A的外部的動力裝置40的附近,以能夠改變與該動力裝置40的距離的方式設置。另外,在動力裝置40設置在規定空間A的內部的情況下,CO2吸收部30也可以設置在規定空間A的內部。
在本實施方式中,溫度控制部12通過調節CO2吸收部30從動力裝置40取得的熱量的大小來進行CO2吸收材料31的溫度控制。例如,溫度控制部12通過使CO2吸收部30工作來控制CO2吸收部30與動力裝置40的距離,調節從動力裝置40取得的熱量的大小。
根據本實施方式中的CO2濃度控制系統101的結構,能夠通過調節CO2吸收部30與動力裝置40的距離,簡單地調節CO2吸收部30從動力裝置40取得的熱量的大小。此外,根據本實施方式中的CO2濃度控制系統101的結構,即使不設置熱交換器50和流量調節閥60也能夠進行利用廢熱的CO2吸收材料31的溫度控制。因此,CO2濃度控制系統101能夠削減構成系統的裝置,由此能夠獲得能夠削減整個系統的成本的效果。
(實施方式3)
基于圖9~10對本發明的第3實施方式說明如下。圖9是表示本發明的實施方式3的CO2濃度控制系統102的結構的圖。另外,圖中的涂斜線的箭頭表示廢氣的氣流。
CO2濃度控制系統102包括熱交換器51(熱交換器)來代替CO2濃度控制系統100中說明的熱交換器50。此外,CO2濃度控制系統102的動力裝置40是排出廢氣的裝置,流量調節閥61對從動力裝置40排出的廢氣向熱交換器51去的流量進行調節。
熱交換器51使熱介質取得從動力裝置40(和流量調節閥61)流入的廢氣中所含的熱能。在CO2濃度控制系統102中,來自動力裝置40的廢氣的流路由流量調節閥61分支為兩個(也可以為兩個以上)流路,在其中一個流路設置有熱交換器51。以下,使用圖10進一步對熱交換器51進行說明。
圖10是表示熱交換器51的結構的一個例子的圖。如圖所示,熱交換器51例如為含有廢熱的廢氣和熱介質通過其內部的結構。從動力裝置40流入熱交換器51的廢氣遵循圖中的涂斜線的箭頭表示的路徑從熱交換器51排出。在廢氣像這樣從熱交換器51內通過時,熱介質從中空的箭頭表示的流路通過,由此吸收廢氣中所含的熱能。
流量調節閥61在不調節熱介質而調節廢氣的流量方面與CO2濃度控制系統100的流量調節閥60不同。流量調節閥61根據溫度控制部12的控制命令調節供給至熱交換器51的廢氣的流量和不供給至熱交換器51的廢氣的流量。供給至熱交換器51的廢氣如上述那樣向熱介質傳導熱而后排出。另一方面,不供給至熱交換器51的廢氣如圖所示那樣不從其它結構通過而直接排出。
溫度控制部12根據溫度決定部11決定的設定溫度和由CO2吸收部30測定的測定溫度來控制流量調節閥61,結果控制由熱交換器51傳導至熱介質的熱量。換言之,溫度控制部12通過控制流量調節閥61而間接地控制CO2吸收材料31的溫度。
根據上述結構,CO2濃度控制裝置1的溫度決定部11根據測定部20測定到的規定空間A的CO2濃度決定CO2吸收材料31的設定溫度。而且,溫度控制部12根據從溫度決定部11接收到的設定溫度和從CO2吸收部30接收到的CO2吸收材料31的測定溫度來控制流量調節閥61從而控制流入熱交換器51的廢氣的量。由此,控制在熱交換器51中熱介質吸收的熱量(熱介質的溫度)。而且,通過使得溫度被控制的熱介質在流路中循環時從CO2吸收部30通過來調節CO2吸收材料31的溫度。
像這樣,CO2濃度控制系統102能夠在CO2吸收材料31的溫度控制中利用廢氣的熱,該廢氣的熱是動力裝置的熱損失的主要原因,因此能夠更有效率地進行CO2吸收材料31的溫度控制。因此,CO2濃度控制系統102能夠更加削減該溫度控制中的能量消耗,且能夠削減用于對CO2吸收材料31進行加熱的零件。即,CO2濃度控制系統102能夠削減整個系統的成本。
此外,CO2濃度控制系統102通過具備熱交換器51,能夠不使用廢氣自身而使用轉移了廢氣的熱的熱介質來控制CO2吸收材料31的溫度。因此,即使例如在CO2吸收部30處于規定空間A的內部的情況下,也能夠不將廢氣引入規定空間A內地控制CO2吸收材料31的溫度。換言之,CO2濃度控制系統102通過具備熱交換器51,能夠獲得防止廢氣泄漏到規定空間A(例如,在汽車的情況下為車內)的內部并且能夠安全地利用廢氣的熱的效果。另外,該效果是不僅能夠在本實施方式中記載的CO2濃度控制系統102中獲得而且能夠在以下的實施方式中記載的具備熱交換器51的所有CO2濃度控制系統中獲得的效果。
(實施方式4)
根據圖11對本發明的第4實施方式進行說明如下。圖11表示本發明的實施方式4的CO2濃度控制系統103的結構的圖。CO2濃度控制系統103具備與CO2濃度控制系統100同樣的流量調節閥60和熱介質的流路,且具備排出含有廢熱的廢氣的動力裝置40、使來自動力裝置40的廢氣通過并且使熱介質取得該廢氣中所含的熱能的熱交換器51。
在CO2濃度控制系統103中,流量調節閥60根據溫度控制部12的控制命令決定供給至熱交換器51的熱介質的流量和不供給至熱交換器51的熱介質的流量。由此,由熱交換器51吸收熱的熱介質的量被控制,因此流入CO2吸收部30的熱介質的溫度被控制。而且,通過使得被控制溫度的熱介質從CO2吸收部30通過,CO2吸收材料31的溫度被調節。
像這樣,CO2濃度控制系統103通過使用流量調節閥60調節熱介質的流量,能夠迅速且正確地進行CO2吸收材料31的溫度控制。
此外,CO2濃度控制系統103能夠在吸收材料的溫度控制中利用廢氣的熱,該廢氣的熱是動力裝置的熱損失的主要原因,因此能夠更有效率地進行CO2吸收材料31的溫度控制。因此,CO2濃度控制系統103能夠削減該溫度控制中的能量消耗和整個系統的成本。
此外,二氧化碳濃度控制系統通過具備熱交換器,能夠防止廢氣泄漏到規定空間內(例如,在汽車的情況下為車內)并且安全地利用廢氣的熱。
進一步,在CO2濃度控制系統102的結構中,通過流量調節閥61調整廢氣的流量,因此存在流量調節時在動力裝置40發生壓力變化的可能性。另一方面,因為CO2濃度控制系統103是利用廢氣的廢熱,并且不是調整廢氣而是調整從廢氣取得熱量的熱介質的流量的結構,所以能夠不易在動力裝置40發生壓力變化。
(實施方式5)
另外,也可以將CO2濃度控制系統102的結構與該CO2濃度控制系統103的結構組合。以下,使用圖12,對將CO2濃度控制系統102與CO2濃度控制系統103組合而得到的結構即CO2濃度控制系統104進行說明。
圖12是表示本發明的實施方式5的CO2濃度控制系統104的結構的圖。如圖所示,CO2濃度控制系統104包括流量調節閥60和流量調節閥61這兩者。流量調節閥60根據溫度控制部12的控制命令調節熱介質流向熱交換器51的流量,流量調節閥61調節廢氣流向熱交換器51的流量。
根據上述結構,溫度控制部12根據從溫度決定部11接收到的設定溫度和從CO2吸收部30接收到的CO2吸收材料31的測定溫度控制流量調節閥60和流量調節閥61。由此控制流入熱交換器51的熱介質的量和廢氣的量這兩者。由此控制在熱交換器51吸收熱的熱介質的量和該熱介質吸收的熱量(熱介質的溫度)。因此,通過使得熱介質從CO2吸收部30通過,進行調節使得CO2吸收材料31的溫度接近設定溫度。像這樣,CO2濃度控制系統104通過設置兩個流量調節閥,能夠更細致且正確地進行CO2吸收材料31的溫度控制。
(實施方式6)
此外,也可以將CO2濃度控制系統100的結構與CO2濃度控制系統103的結構進行組合。以下,使用圖13,對將CO2濃度控制系統100與CO2濃度控制系統103組合而得到的結構即CO2濃度控制系統105進行說明。
圖13是表示本發明的實施方式6的CO2濃度控制系統105的結構的圖。如圖所示,CO2濃度控制系統105包括熱交換器50、熱交換器51和流量調節閥60。此外,CO2濃度控制系統105的動力裝置40是排出含有廢熱的廢氣并且從自裝置自身(或自裝置的散熱器等)散發廢熱的裝置。
流量調節閥60根據溫度控制部12的控制,調節供給至熱交換器50和熱交換器51的熱介質的流量和不供給至熱交換器50和熱交換器51而直接流入CO2吸收部30的熱介質的流量。
熱交換器50與動力裝置40接觸或接近地設置,使流入自裝置的熱介質取得從動力裝置40散發的廢熱。另一方面,熱交換器51將從動力裝置40排出的廢氣中所含的廢熱傳導至流入自裝置的熱介質。在熱交換器50或熱交換器51取得熱的熱介質均沿流路流向CO2吸收部30。
另外,在圖13中,熱介質流向熱交換器50的流路和流向熱交換器51的流路只簡單地分支,因此不調節熱介質流向各個熱交換器的流量。但是,也可以在上述分支點在CO2濃度控制系統105中再設置一個流量調節閥60,使得能夠使用該流量調節閥60調節流向熱換器50的熱介質的流量和流向熱交換器51的熱介質的流量。
根據上述結構,CO2濃度控制裝置1能夠將來自動力裝置40的廢氣的廢熱和動力裝置40自身散發的熱(例如散熱器的熱)這兩者合并地用于CO2吸收材料31的溫度控制。即,能夠更有效率地利用從動力裝置40散發的廢熱來進行CO2吸收材料31的溫度控制。因此,能夠迅速且正確地進行CO2吸收材料31的溫度控制。
(變形例)
另外,也可以將CO2濃度控制系統100的結構與CO2濃度控制系統102的結構進行組合。此外,還可以將CO2濃度控制系統100的結構與CO2濃度控制系統104的結構進行組合。
此外,本發明的二氧化碳濃度控制系統也可以具有除臭空調濾網(filter)、吸甲醛空調濾網、抗菌/除塵空調濾網和將這些濾網組合而成的濾網。在這種情況下,能夠進行規定空間A內的空氣的清潔,且能夠排出將二氧化碳濃度調節為恰當的值的空氣,因此能夠獲得規定空間A內的空氣成為對人類而言更利于健康的空氣的效果。
進一步,優選上述濾網為除去阻礙CO2濃度控制系統100~105的測定部20的CO2濃度的測定的物質(以下,稱為測定阻礙物質)的濾網。測定阻礙物質,例如為空氣中的灰塵等。在這種情況下,CO2濃度控制系統100~105的測定部20測定利用濾網除去測定阻礙物質后的空氣的CO2濃度,因此能夠獲得能夠更正確地檢測CO2濃度的效果。
而且,還能夠防止在測定部20自身附著測定阻礙物質導致之后的測定精度下降。因此,本發明的二氧化碳濃度控制系統能夠獲得能夠持續地更正確地控制空間內的二氧化碳濃度的效果。
另外,CO2濃度控制裝置1可以還具備加熱器或珀爾帖元件等加熱裝置,同時利用來自動力裝置40的廢熱和上述加熱裝置的加熱來控制CO2吸收材料31的溫度。在這種情況下,溫度決定部11如上述那樣對動力裝置40與CO2吸收部30的距離或流量調節閥60和61的流量調節進行控制,并且對由上述加熱裝置進行的CO2吸收材料31(或熱介質)的加熱進行控制。由于加熱器和珀爾帖元件等加熱裝置比較廉價,所以能夠獲得能夠抑制CO2濃度控制裝置1和CO2濃度控制系統100~105整體的制造成本并且更迅速地進行CO2吸收材料31的溫度控制的效果。
(總結)
本發明的方式1的二氧化碳濃度控制系統(CO2濃度控制系統100~105)包括:檢測部(測定部20),其檢測規定空間(規定空間A)內的空氣中的二氧化碳濃度;吸收部(CO2吸收部30),其具有吸收上述空氣中所含的二氧化碳的吸收材料(CO2吸收材料31),并且能夠根據該吸收材料的溫度控制二氧化碳的吸收速度;和吸收速度控制部(控制部10),其通過根據由上述檢測部檢測到的二氧化碳濃度控制上述吸收材料的溫度來控制上述吸收材料的二氧化碳的吸收速度,上述吸收速度控制部在上述吸收材料的溫度控制中利用在動力裝置(動力裝置40)中產生的廢熱,該動力裝置為上述規定空間和/或上述規定空間的關聯物中利用的能量源和動力源中的至少一者。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統的二氧化碳濃度控制裝置通過根據規定空間的空氣中的二氧化碳濃度控制吸收材料的溫度來調節該吸收材料的二氧化碳的吸收速度。
此處,二氧化碳濃度控制系統在吸收材料的溫度控制中利用動力裝置的廢熱,該動力裝置為規定空間中利用的能量源和動力源中的至少一者。因此,二氧化碳濃度控制系統即使不另外設置用于進行吸收材料的溫度控制的能量源或熱源等,也能夠進行吸收材料的溫度控制。
因此,二氧化碳濃度控制系統能夠在進行二氧化碳濃度的控制時削減與吸收材料的溫度控制相關的能量消耗。此外,二氧化碳濃度控制系統能夠在進行二氧化碳濃度的控制時削減構成該系統的零件的數量。換言之,二氧化碳濃度控制系統能夠削減整個系統的成本。
本發明的方式2的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式1中,上述規定空間為運輸裝置的室內,上述動力裝置為產生用于驅動上述運輸裝置的能量和動力中的至少一者的裝置。
運輸裝置在該運輸裝置的靠近室內的場所(靠近吸收材料的場所)設置有用于產生驅動該運輸裝置的能量和/或動力的裝置。因此,二氧化碳濃度控制系統能夠在熱損失少的狀態下即以高的能量利用效率利用上述動力裝置的廢熱。
此外,產生運輸裝置的能量和/或動力的裝置以驅動有人的空間(運輸裝置自身)為主要目的,因此與設置在居住空間的發電機等不需要驅動有人的空間的裝置相比產生更大的能量。因此,產生上述能量和/或動力時產生的熱能也比上述發電機等大。
因此,根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠利用該大的熱能,更加容易且迅速地進行吸收材料的溫度控制。
本發明的方式3的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式2中,上述運輸裝置為汽車。
與鐵路和飛機相比,汽車的室內狹窄,空氣的循環比較有效率地進行。因此,根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統的二氧化碳濃度控制裝置能夠更正確地控制規定空間的空氣中的二氧化碳濃度。此外,由于汽車的室內比其它運輸裝置窄,所以能夠抑制二氧化碳濃度控制裝置的吸收材料的量。因此,二氧化碳濃度控制系統能夠削減整個系統的成本。
本發明的方式4的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式1至3中的任一方式中,上述動力裝置排出含有廢熱的廢氣,并且該二氧化碳濃度控制系統具備利用上述動力裝置排出的上述廢氣中所含的熱對熱介質進行加熱的熱交換器(熱交換器51),上述吸收速度控制部利用由上述熱交換器加熱后的上述熱介質的熱控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠在吸收材料的溫度控制中利用廢氣的熱,該廢氣的熱為動力裝置的熱損失的主要原因。因此,二氧化碳濃度控制系統能夠更有效率地進行吸收材料的溫度控制。此外,二氧化碳濃度控制系統能夠削減與該溫度控制相關的能量消耗和整個系統的成本。
此外,二氧化碳濃度控制系統通過具備熱交換器,能夠防止廢氣泄漏至規定空間內(例如,汽車的情況下為車內),并且安全地利用廢氣的熱。
本發明的方式5的二氧化碳濃度控制裝置(CO2濃度控制裝置1)的特征在于:檢測部(測定部20),其具有檢測規定空間(規定空間A)內的空氣中的二氧化碳濃度;吸收部(CO2吸收部30),其具有吸收上述空氣中所含的二氧化碳的吸收材料(CO2吸收材料31),并且能夠根據該吸收材料的溫度控制二氧化碳的吸收速度;和吸收速度控制部(控制部10),其通過根據由上述檢測部檢測到的二氧化碳濃度控制上述吸收材料的溫度來控制上述吸收材料的二氧化碳的吸收速度,上述吸收速度控制部在上述吸收材料的溫度控制中利用在動力裝置(動力裝置40)中產生的廢熱。
根據上述結構,上述二氧化碳濃度控制裝置能夠獲得與本發明的方式1的二氧化碳濃度控制系統相同的效果。
本發明的方式6的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式1至3中的任一方式中,上述動力裝置與上述吸收部接觸或接近地設置,上述吸收速度控制部通過控制上述動力裝置與上述吸收部的距離來控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠通過控制動力裝置與吸收部的距離,簡單地調節吸收材料從動力裝置取得的熱量的大小。因此,二氧化碳濃度控制系統能夠簡單地進行吸收材料的溫度控制。
本發明的方式7的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式1至3中的任一方式中,具備用在上述動力裝置產生的上述廢熱所含的熱能對熱介質進行加熱的第2熱交換器(熱交換器50),上述吸收速度控制部利用由上述第2熱交換器加熱后的上述熱介質的熱控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠將在動力裝置中產生的廢熱所含的熱能傳導至熱介質,使用該熱能控制吸收材料的溫度。
因此,二氧化碳濃度控制系統能夠利用廢熱,以更低的能量消耗控制吸收材料的溫度。
本發明的方式8的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式7中,具備用于熱介質在上述第2熱交換器與上述吸收材料之間循環的第1流路,上述吸收速度控制部使用在上述第1流路循環的上述熱介質控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠通過使熱介質在第2熱交換器與吸收材料之間循環,利用第2熱交換器將廢熱傳導至熱介質,利用該熱介質對吸收材料的溫度進行控制(加熱),并利用第2熱交換器將通過吸收材料后的熱介質再次加熱。
因此,二氧化碳濃度控制系統能夠利用廢熱,以更低的能量消耗控制吸收材料的溫度。
本發明的方式9的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式8中,上述第1流路包括:將從上述吸收材料通過后的上述熱介質導向上述第2熱交換器的第2流路;和將從上述吸收材料通過后的上述熱介質再次導向上述吸收材料的第3流路,上述二氧化碳濃度控制系統包括分別對流向上述第2流路和上述第3流路的上述熱介質的流量進行調節的第1流量調節閥(流量調節閥60),上述吸收速度控制部通過分別控制利用上述第1流量調節閥進行的上述熱介質流向上述第2流路和上述第3流路的流量的調節來控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠控制由第2熱交換器吸收熱的熱介質的量。而且,通過使得吸收熱后的熱介質與未吸收熱的熱介質混合通過吸收材料,調節吸收材料的溫度。因此,能夠迅速且正確地進行吸收材料的溫度控制。
本發明的方式10的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式7至9中的任一方式中,包括對流入上述吸收材料的上述熱介質的溫度進行測定的溫度傳感器,上述吸收速度控制部根據由上述測定部測定到的二氧化碳濃度和上述溫度傳感器測定到的上述熱介質的溫度控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠監視熱介質的溫度。而且,能夠更正確地從上述熱介質的溫度預測吸收材料的溫度,因此能夠更正確地控制吸收材料的溫度。
本發明的方式11的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式4中,具備用于熱介質在上述熱交換器(熱交換器51)與上述吸收材料之間循環的第4流路,上述吸收速度控制部使用在上述第4流路中循環的上述熱介質控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠通過使熱介質在熱交換器與吸收材料之間循環,利用熱交換器將廢氣所含的廢熱傳導至熱介質,利用該熱介質對吸收材料的溫度進行控制(加熱),并再次利用熱交換器將通過吸收材料后的熱介質加熱。
因此,二氧化碳濃度控制系統能夠利用廢熱,以更低能量消耗控制吸收材料的溫度。
本發明的方式12的二氧化碳濃度控制系統也可以為如下方式:在上述方式11中,上述第4流路包括將從上述吸收材料通過后的上述熱介質導向上述熱交換器的第5流路和將從上述吸收材料通過后的上述熱介質再次導向上述吸收材料的第6流路,上述二氧化碳濃度控制系統包括分別調節上述熱介質流向上述第5流路和上述第6流路的流量的第3流量調節閥(流量調節閥60),上述吸收速度控制部通過分別控制利用上述第3流量調節閥進行的上述熱介質流向上述第5流路和上述第6流路的流量的調節來控制上述吸收材料的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統能夠控制由熱交換器吸收熱的熱介質的量。而且,通過使得吸收熱后的熱介質與未吸收熱的熱介質混合通過吸收材料來調節吸收材料的溫度。因此,能夠迅速且正確地進行吸收材料的溫度控制。
進一步,二氧化碳濃度控制系統為利用廢氣的廢熱并且不調整廢氣而是調整從廢氣取得熱量的熱介質的流量的結構。因此,能夠使動力裝置的壓力變化不易發生。
本發明的方式13的二氧化碳濃度控制系統的特征在于:在上述方式11或12中,包括調節上述動力裝置排出的廢氣流向上述熱交換器的流量的第4流量調節閥(流量調節閥61),上述吸收速度控制部通過控制利用上述第4流量調節閥進行的上述廢氣的流量的調節來控制上述熱介質的溫度。
根據上述結構,二氧化碳濃度控制系統使用第4流量調節閥對流入熱交換器的廢氣的量進行調節。由此,能夠調節熱介質從廢氣吸收的熱量。因此,能夠迅速且正確地進行吸收材料的溫度控制。
本發明并不限定于上述各實施方式,能夠在權利要求所示的范圍內進行各種變更,將不同的實施方式中分別公開的技術方法適當地組合而得到的實施方式也包含在本發明的技術范圍內。進一步,通過將各實施方式中分別公開的技術方案組合,能夠形成新的技術特征。
工業上的可利用性
本發明能夠適用于控制二氧化碳濃度的二氧化碳濃度控制系統。
附圖標記的說明
1 CO2濃度控制裝置(二氧化碳濃度控制裝置)
10 控制部(吸收速度控制部)
11 溫度決定部
12 溫度控制部
20 測定部(檢測部)
30 CO2吸收部(吸收部)
31 CO2吸收材料(吸收材料)
40 動力裝置
50、51 熱交換器
60 流量調節閥
100~105 CO2 濃度控制系統(二氧化碳濃度控制系統)
A 規定空間