二酸化炭素液化装置
【課題】省エネルギー化を図った二酸化炭素液化装置を提供すること。
【解決手段】二酸化炭素液化装置１は、二酸化炭素を主成分として水蒸気を含む混合ガスＧｍを昇圧し水分を除去する昇圧脱水装置１０と、混合ガスＧｍを冷却媒体Ｆで冷却する冷却器２１と、水分凝縮器４１と、混合ガスＧｍ中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを生成する除湿装置５０と、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを冷却凝縮して液化二酸化炭素Ｌｎを生成する二酸化炭素凝縮器４２とを備える。水分凝縮器４１は、混合ガスＧｍを二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガスＧｍ中の水分を凝縮させる。混合ガスＧｍを除湿装置５０に導入する前に水分凝縮器４１で水分を除去することで、除湿装置５０における除湿負荷を小さくすることができて省エネルギーを図ることができる。
【解決手段】二酸化炭素液化装置１は、二酸化炭素を主成分として水蒸気を含む混合ガスＧｍを昇圧し水分を除去する昇圧脱水装置１０と、混合ガスＧｍを冷却媒体Ｆで冷却する冷却器２１と、水分凝縮器４１と、混合ガスＧｍ中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを生成する除湿装置５０と、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを冷却凝縮して液化二酸化炭素Ｌｎを生成する二酸化炭素凝縮器４２とを備える。水分凝縮器４１は、混合ガスＧｍを二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガスＧｍ中の水分を凝縮させる。混合ガスＧｍを除湿装置５０に導入する前に水分凝縮器４１で水分を除去することで、除湿装置５０における除湿負荷を小さくすることができて省エネルギーを図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化炭素液化装置に関し、特に省エネルギー化を図った二酸化炭素液化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温室効果ガスの１つである二酸化炭素の排出総量は増大する方向にあり、地球的規模の気候変動が危惧されている。大気中への二酸化炭素排出量を低減する試みとして、火力発電所等から排出された排ガスから分離回収した二酸化炭素を液化して地中や深海底に貯留する技術が開発されている。二酸化炭素を含有するガスから液体の二酸化炭素を回収する装置として、二酸化炭素を含有するガスから水分を除去する装置と、除湿ガスから二酸化炭素を濃縮する装置と、二酸化炭素濃縮ガスを圧縮する装置と、圧縮された二酸化炭素ガスを−２０℃以下に冷却し液化する凝縮器を備えたものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５９７８５号公報（段落０００５、図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二酸化炭素の液化装置は多大なエネルギーを消費するため、省エネルギー対策を施すことは有用である。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、省エネルギー化を図った二酸化炭素液化装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図１に示すように、二酸化炭素を主成分として水蒸気を含む混合ガスＧｍを導入し、混合ガスＧｍを二酸化炭素の臨界圧力未満の第１の所定の圧力Ｐ１（例えば図２参照）に昇圧すると共に混合ガスＧｍ中の水分の一部を除去する昇圧脱水装置１０と；昇圧脱水装置１０から導出された混合ガスＧｍを、自然環境下に存在する空気又は水に由来する冷熱を保有する冷却媒体Ｆで冷却する冷却器２１と；冷却器２１を通過した後の混合ガスＧｍを、第１の所定の圧力Ｐ１（例えば図２参照）における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガスＧｍ中の水分を凝縮させる水分凝縮器４１と；水分凝縮器４１を通過した後の混合ガスＧｍ中の水分を除去する除湿装置５０であって、混合ガスＧｍ中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを生成する除湿装置５０と；除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを冷却凝縮して主成分が二酸化炭素の凝縮液である液化二酸化炭素Ｌｎを生成する二酸化炭素凝縮器４２とを備える。
【０００７】
このように構成すると、混合ガスを第１の所定の圧力における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガス中の水分を凝縮させる水分凝縮器と、水分凝縮器を通過した後の混合ガス中の水分を除去する除湿装置とを備えるので、除湿装置における除湿負荷を小さくすることができて省エネルギーを図ることができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る二酸化炭素液化装置１において、水分凝縮器４１に、混合ガスＧｍを冷却する冷却流体Ｃを導入し導出する冷却流体流路４５、４６と；水分凝縮器４１に導入される冷却流体Ｃの単位時間当たりの冷熱量を調節する導入冷熱量調節手段４８、４９と；水分凝縮器４１から導出された混合ガスＧｍの温度を検出する温度検出器６５と；温度検出器６５で検出した温度が前記所定の温度となるように導入冷熱量調節手段４９を制御する制御装置８０とを備える。
【０００９】
このように構成すると、混合ガスが所定の温度よりも低下することに起因する混合ガス中の二酸化炭素分の凝縮が、除湿装置に混合ガスが流入する前に発生することを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る二酸化炭素液化装置１において、液化二酸化炭素Ｌｎを、二酸化炭素の臨界圧力を超えた第２の所定の圧力Ｐ２（例えば図２参照）に昇圧するポンプ２８と；ポンプ２８で昇圧された液化二酸化炭素Ｌｎである超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐと、水分凝縮器４１に導入される前の混合ガスＧｍと、で熱交換を行わせる熱交換器３０とを備える。
【００１１】
このように構成すると、超臨界圧液化二酸化炭素と水分凝縮器に導入される前の混合ガスとで熱交換を行わせる熱交換器を備えるので、水分凝縮器に導入する前の混合ガスを超臨界圧液化二酸化炭素で予冷することができ、水分凝縮器の冷凍負荷を軽減させることができて省エネルギーを図ることができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図３（ｂ）に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る二酸化炭素液化装置１Ｂにおいて、除湿装置が、水分を奪う水分奪取媒体Ｑが混合ガスＧｍ中の水分を奪う水分奪取部５５と、水分奪取媒体Ｑを加熱して水分奪取媒体Ｑから水分を蒸発させる再生部５６、５７とを含んで構成され、再生部５７が昇圧脱水装置１０（例えば図１参照）から排出された熱Ｈを受け入れて水分奪取媒体Ｑを加熱する。
【００１３】
このように構成すると、水分奪取媒体の再生を昇圧脱水装置の排熱で行うことができ、省エネルギーを図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、混合ガスを第１の所定の圧力における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガス中の水分を凝縮させる水分凝縮器と、水分凝縮器を通過した後の混合ガス中の水分を除去する除湿装置とを備えるので、除湿装置における除湿負荷を小さくすることができて省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る二酸化炭素液化装置の概略構成を示す系統図である。
【図２】混合ガス中の二酸化炭素の状態を示す二酸化炭素のｐ−ｈ線図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例に係る二酸化炭素液化装置の除湿器まわりの概略構成を示す部分系統図である。（ａ）は第１の変形例、（ｂ）は第２の変形例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る二酸化炭素液化装置１を説明する。図１は、二酸化炭素液化装置１の概略構成を示す系統図である。二酸化炭素液化装置１は、混合ガスＧｍの流れ方向上流から下流に向かって、昇圧装置としての昇圧脱水装置１０、冷却器としての第４冷却器２１、熱交換器としての冷熱回収器３０、水分凝縮器４１、第４気液分離器２５、除湿装置としての除湿器５０、凝縮器としての二酸化炭素凝縮器４２が設けられており、二酸化炭素凝縮器４２の下流側には、二酸化炭素凝縮器４２で生成された液化二酸化炭素Ｌｎを昇圧するポンプとしての昇圧ポンプ２８がさらに設けられている。また、二酸化炭素液化装置１は、運転を制御する制御装置８０を備えている。
【００１８】
混合ガスＧｍは、二酸化炭素を主成分として含む二酸化炭素含有ガスの一形態であり、水蒸気をも含んでいる。混合ガスＧｍは、本実施の形態では、燃料を燃焼させた後の排ガス中の二酸化炭素ガスを吸収剤に吸収させ、これを再生器に導いて再生器で吸収剤を再生することにより発生する、主に二酸化炭素と水蒸気とが混合したガスであるとして説明する。
【００１９】
昇圧脱水装置１０は、混合ガスＧｍを昇圧する装置である。昇圧脱水装置１０は、さらに、混合ガスＧｍを昇圧する際に増大する比エンタルピを減少させるべく冷却することによって生じる凝縮水を除去する脱水装置でもある。昇圧脱水装置１０は、導入された混合ガスＧｍを冷却する第１冷却器１１Ｃと、混合ガスＧｍから凝縮水を分離する第１気液分離器１１Ｓと、凝縮水が分離された混合ガスＧｍを昇圧する第１圧縮機１１Ｐと、がこの順に配列されて構成された第１昇圧脱水部１１を有している。さらに、第１昇圧脱水部１１の後段には、第１冷却器１１Ｃ、第１気液分離器１１Ｓ、第１圧縮機１１Ｐに対応する第２冷却器１２Ｃと、第２気液分離器１２Ｓと、第２圧縮機１２Ｐとがこの順に配列されて構成された第２昇圧脱水部１２と、第３冷却器１３Ｃと、第３気液分離器１３Ｓと、第３圧縮機１３Ｐとがこの順に配列されて構成された第３昇圧脱水部１３とを有している。第２昇圧脱水部１２は、第１昇圧脱水部１１よりも混合ガスＧｍを高い圧力に昇圧するように構成されている。第３昇圧脱水部１３は、第２昇圧脱水部１２の後段に設けられ、第２昇圧脱水部１２よりも混合ガスＧｍを高い圧力に昇圧するように構成されている。なお、各冷却器１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの下部に凝縮水が溜まる場合は、各冷却器１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの下部からも凝縮水を抜き出すことがある。
【００２０】
第４冷却器２１は、昇圧脱水装置１０から導出された混合ガスＧｍを冷却する装置である。第４冷却器２１は、冷却媒体としての冷却流体Ｆが保有する冷熱により混合ガスＧｍを冷却する構成となっている。冷却流体Ｆとしては、冷却塔で外気との熱交換により外気湿球温度以上のある温度に冷却された冷却水や、井水、海水等が用いられ、あるいは外気自体が用いられてもよい。このように、冷却流体Ｆは、自然環境下に存在する空気又は水に由来する冷熱を保有している流体である。第４冷却器２１は、冷却流体Ｆが液体の場合は複数本が並列に配置されたフィン付チューブの内部に冷却流体Ｆを流してチューブの外側に混合ガスＧｍを流す構成のフィンチューブ熱交換器が好適に用いられ、冷却流体Ｆが気体、特に外気の場合はプレートフィン式熱交換器とし、チューブ内に混合ガスＧｍを、プレートフィン側に外気を流す構成が好適に用いられる。なお、本実施の形態では、昇圧脱水装置１０の第１冷却器１１Ｃ、第２冷却器１２Ｃ、第３冷却器１３Ｃも、第４冷却器２１と同様に構成され、第４冷却器２１に導入されるのと同様の冷却流体Ｆが導入されて混合ガスＧｍを冷却することとしている。
【００２１】
冷熱回収器３０は、第４冷却器２１から導出された混合ガスＧｍと、昇圧ポンプ２８で昇圧された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとで熱交換を行わせる機器である。冷熱回収器３０は、典型的には、液体である超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを内部に流すフィン付のチューブが複数本並列に配置され、このチューブの外側を混合ガスＧｍが通過することにより、混合ガスＧｍと超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとの熱交換が行われる構成の気液熱交換器（フィンチューブ熱交換器）である。
【００２２】
水分凝縮器４１は、冷却流体Ｆよりも温度が低い冷熱媒体としての冷水Ｃが保有する冷熱で混合ガスＧｍを所定の温度に冷却する機器である。所定の温度は、混合ガスＧｍ中の二酸化炭素ガスが凝縮することを回避する観点から水分凝縮器４１に導入された混合ガスＧｍ中の二酸化炭素ガスの分圧における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い温度で、かつ、混合ガスＧｍ中の水分を凝縮して除去する観点から水分凝縮器４１に導入された混合ガスＧｍ中の水蒸気分圧における水蒸気の凝縮温度よりも低い温度であって、除湿器５０の負荷を軽減する観点からできるだけ低い温度（凝縮水を極力多く抽出できる温度）とすることが好ましい。冷水Ｃは、冷凍機４０で製造（冷却）されるようになっている。水分凝縮器４１は、典型的には、冷熱回収器３０と同様の構成のフィンチューブ熱交換器であり、フィン付チューブ内には冷水Ｃが流れるようになっている。
【００２３】
第４気液分離器２５は、水分凝縮器４１で凝縮した水分を混合ガスＧｍから分離する機器である。第４気液分離器２５で混合ガスＧｍに同伴する凝縮水を除去することにより、後段に配置された除湿器５０の負荷を軽減することができる。除湿器５０は、混合ガスＧｍ中の水分を除去して、混合ガスＧｍ中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとする機器である。除湿器５０は、典型的には、水分を吸着しやすい固体である吸着剤に水分を吸着させる吸着方式の除湿器、あるいは水分を吸収しやすい液体である吸収剤に水分を吸収させる吸収方式の除湿器が用いられる。この場合、水分を吸着した吸着剤又は水分を吸収した吸収剤は、後に加熱されることにより水分を吸着又は吸収する前の状態に再生される構成となっている。所定の濃度は、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを後に凝縮させて液化二酸化炭素Ｌｎとしたときに、液化二酸化炭素Ｌｎの流動が水和物の発生により阻害されない程度の水分濃度であり、概ね数〜十数体積ｐｐｍの濃度である。
【００２４】
二酸化炭素凝縮器４２は、冷熱媒体としての冷水Ｃが保有する冷熱で除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを冷却し凝縮させて液化二酸化炭素Ｌｎとする機器である。冷水Ｃは、水分凝縮器４１に供給される冷水Ｃと共通の冷熱源となる冷凍機４０で製造されるようになっている。二酸化炭素凝縮器４２は、図では簡易的に示しているが、シェル４２ｂの中にチューブ４２ｔを多数内蔵するシェルアンドチューブ型で、上下方向に多パスの構成としたものが好適である。シェル４２ｂ内のチューブ４２ｔ外側に除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを流し、チューブ４２ｔ内に冷水Ｃを流す構造とする場合は、冷水Ｃを多パスの下側から導入して上部から導出することとすると、液化二酸化炭素Ｌｎを過冷却しやすくなる。他方、シェル４２ｂ内のチューブ４２ｔ外側に冷水Ｃを流し、チューブ４２ｔ内に除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを流す構造とすることもでき、この場合は、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを多パスの上側から導入して下部から導出することとすると、液化二酸化炭素Ｌｎを過冷却しやすくなる。本実施の形態では、二酸化炭素凝縮器４２が、シェル４２ｂ内のチューブ４２ｔ外側に除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを流し、チューブ４２ｔ内に冷水Ｃを流す構造であるとして説明する。除湿二酸化炭素ガスＧｄｈの流路（シェル４２ｂ）には、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈの圧力を検出する凝縮器圧力計６４が設けられている。
【００２５】
二酸化炭素凝縮器４２のチューブ４２ｔは、冷水往管４４を介して冷凍機４０の冷水導出口４０ａに接続されており、冷凍機４０から冷水Ｃの供給を受けることができる構成となっている。冷水往管４４は、典型的には最も鉛直下方に配設されたチューブ４２ｔに接続されている。上方に配設されたチューブ４２ｔは、冷水渡り管４５を介して水分凝縮器４１のフィン付チューブの一端に接続されている。水分凝縮器４１のフィン付チューブの他端は、冷水還管４６を介して冷凍機４０の冷水導入口４０ｂに接続されている。冷凍機４０は、典型的には水冷式あるいは空冷式の熱源装置であり、不図示の冷媒が冷凍サイクルを行い（蒸発と凝縮を交互に行う）、冷媒が蒸発する際に、冷凍機４０内を通過する冷水Ｃから熱を奪う（冷却する）機器である。冷凍機４０として、汎用のターボ冷凍機、吸収式冷凍機、チリングユニット等を用いることができる。冷凍機４０の冷凍サイクルを行う冷媒は、二酸化炭素ガスを圧縮機で昇圧するよりも小さなエネルギーで冷凍サイクルを行わせることができる種類のもの（例えば作動圧力が低いもの）が用いられることが好ましい。冷凍機４０は、二酸化炭素凝縮器４２において生成される液化二酸化炭素Ｌｎを、シェル４２ｂ内の圧力における二酸化炭素の飽和液あるいは過冷却液（圧縮液）とすることができる温度の冷水Ｃを製造することができるように構成されている。冷凍機４０は、冷凍容量を調節して導出される冷水Ｃの温度を可変とすることができるように構成されている。冷水渡り管４５と冷水還管４６とには、冷水Ｃを水分凝縮器４１へ導入させずにバイパスさせる冷水バイパス管４８が接続されている。冷水バイパス管４８には、内部を流れる冷水Ｃの流量を調節することができる流量調節弁４９が配設されている。冷水バイパス管４８及び流量調節弁４９は、水分凝縮器４１に導入される単位時間当たりの冷熱量を調節することを可能にするものであり、導入冷熱量調節手段を構成する。また、冷水往管４４、冷水渡り管４５、冷水還管４６は、それぞれ冷却流体流路の一態様である。
【００２６】
上述した、昇圧脱水装置１０、第４冷却器２１、冷熱回収器３０、水分凝縮器４１、第４気液分離器２５、除湿器５０、二酸化炭素凝縮器４２の、混合ガスＧｍあるいは除湿二酸化炭素ガスＧｄｈが通過する流路は、ガス管６１で接続されている。水分凝縮器４１と第４気液分離器２５との間のガス管６１には、混合ガスＧｍの温度を検出する温度検出器としてのガス温度計６５が設けられている。
【００２７】
二酸化炭素凝縮器４２のシェル４２ｂの下部、好ましくは底部には、液化二酸化炭素Ｌｎを流す液体管６８の一端が接続されている。液体管６８の他端は、冷熱回収器３０のフィン付チューブの一端に接続されている。液体管６８には、昇圧ポンプ２８が挿入配置されている。冷熱回収器３０のフィン付チューブの他端には、冷熱回収器３０から導出された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを流す導出液体管６９が接続されている。導出液体管６９を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、典型的には、地中や深海底部に導かれる。液体管６８と導出液体管６９とには、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを冷熱回収器３０へ導入させずにバイパスさせる液体バイパス管３２が接続されている。液体バイパス管３２には、内部を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの流量を調節することができる流量調節弁３３が配設されている。液体バイパス管３２及び流量調節弁３３は、冷熱回収器３０における混合ガスＧｍと超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとの交換熱量を調節することを可能にするものであり、交換熱量調節手段を構成する。導出液体管６９には、内部を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの圧力を検出する液体圧力計３４及び温度を検出する温度検出器としての液体温度計３５が設けられている。
【００２８】
二酸化炭素凝縮器４２で生成される液化二酸化炭素Ｌｎは、典型的には二酸化炭素の飽和液又は過冷却液であるが、昇圧ポンプ２８におけるキャビテーション発生を防止する観点から、過冷却液であることが好ましい。液化二酸化炭素Ｌｎを過冷却液にする構成として、二酸化炭素凝縮器４２が除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを飽和液に凝縮させた後にこれをさらに低温化することができるように構成されていてもよく、二酸化炭素凝縮器４２とは別に過冷却器（不図示）を設けてもよい。他のキャビテーション防止策として、昇圧ポンプ２８の羽根車の回転速度を調節可能とする、あるいは昇圧ポンプ２８の吐出側に開度を調節可能な弁を設ける等の構成として昇圧ポンプ２８の吐出流量を調節することにより、二酸化炭素凝縮器４２の下部に貯留される液化二酸化炭素Ｌｎの液面の高さを所定の高さ以上に確保することとしてもよい。チューブ４２ｔが液化二酸化炭素Ｌｎに液没することとすれば、液没した部分のチューブ４２ｔを過冷却器として機能させることができる。
【００２９】
制御装置８０は、二酸化炭素液化装置１の運転を制御する装置である。制御装置８０は、液体圧力計３４及び凝縮器圧力計６４とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、圧力信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置８０は、液体温度計３５及びガス温度計６５とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、温度信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置８０は、流量調節弁３３及び流量調節弁４９とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各流量調節弁３３、４９の開度を調節することができるように構成されている。また、制御装置８０は、第１圧縮機１１Ｐ、第２圧縮機１２Ｐ、第３圧縮機１３Ｐのそれぞれに指令信号を送信することができ、各圧縮機の１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐの発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置８０は、冷凍機４０に指令信号を送信することができ、冷凍機４０の冷凍容量（ひいては製造される冷水Ｃの温度）を制御することができるように構成されている。
【００３０】
引き続き図１及び図２を参照して、二酸化炭素液化装置１の作用を説明する。図２は、混合ガスＧｍ中の二酸化炭素の状態を示す二酸化炭素のｐ−ｈ（圧力−比エンタルピ）線図である。以下で言及する二酸化炭素の状態（ｐ−ｈ線図上で文字Ｓの後に連続番号Ｘ（Ｘは自然数）を付した符号「ＳＸ」で表す）は、混合ガスＧｍ又は除湿二酸化炭素ガスＧｄｈ又は液化二酸化炭素Ｌｎ又は超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐにおける二酸化炭素の状態を表すこととする。
【００３１】
状態Ｓ１の混合ガスＧｍが昇圧脱水装置１０に導入されると、まず、第１冷却器１１Ｃで冷却されて状態Ｓ２となり、その後、第１冷却器１１Ｃにおける混合ガスＧｍの冷却に伴い発生した凝縮水が第１気液分離器１１Ｓで除去された後に、第１圧縮機１１Ｐで昇圧されて状態Ｓ３となる。次いで、第２冷却器１２Ｃで冷却されて状態Ｓ４となり、冷却に伴う凝縮水が第２気液分離器１２Ｓで除去された後、第２圧縮機１２Ｐで昇圧されて状態Ｓ５となる。さらに、第３冷却器１３Ｃで冷却されて状態Ｓ６となり、冷却に伴う凝縮水が第３気液分離器１３Ｓで除去された後、第３圧縮機１３Ｐで第１の所定の圧力Ｐ１に昇圧されて状態Ｓ７となる。ここで、第１の所定の圧力Ｐ１は、二酸化炭素の臨界圧力（約７．４ＭＰａ（絶対圧））よりも低い圧力であって、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈ中に許容される水分が含まれる場合であっても水分の凍結を回避する観点から二酸化炭素の飽和温度が０℃となる圧力よりも高い圧力が好ましく、典型的には冷凍機４０として汎用冷凍機を採用することを可能にするべく二酸化炭素凝縮器４２に導入される冷水Ｃの温度（例えば７〜１３℃程度）が二酸化炭素の飽和温度となる圧力以上の圧力である。このように、昇圧脱水装置１０では、状態Ｓ１の混合ガスＧｍを第１の所定の圧力である状態Ｓ７に昇圧する。
【００３２】
昇圧脱水装置１０で状態Ｓ７に昇圧された混合ガスＧｍは、第４冷却器２１に導入されて冷却され、比エンタルピが減少すると共に温度が低下して状態Ｓ８となる。状態Ｓ８は、二酸化炭素液化装置１が設置される場所の条件や季節の移り変わり等の自然条件によって変化する冷却流体Ｆの状態に依存する。例えば、冷却流体Ｆが冷却塔で冷却された冷却水の場合、我が国の夏は冷却水温度が概ね都心部では３２℃程度、寒冷地では２４℃程度となる。本実施の形態のように、状態Ｓ７の混合ガスＧｍの温度が１６９℃の場合、冷却流体Ｆの温度が３２℃であって第４冷却器２１の温度効率が８０％であるとすれば、第４冷却器２１における冷却によって状態Ｓ８となった混合ガスＧｍは６０℃程度になる。第４冷却器２１で状態Ｓ８に冷却された混合ガスＧｍは、冷熱回収器３０に導入され超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとの熱交換により冷却されて状態Ｓ９となる。冷熱回収器３０が設けられていることにより超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐが保有する冷熱を回収することができるため、外部からのエネルギーを利用して状態Ｓ８から状態Ｓ９に冷却する場合に比べて省エネルギーとなる。
【００３３】
冷熱回収器３０で状態Ｓ９に冷却された混合ガスＧｍは、水分凝縮器４１に導入され冷水Ｃにより冷却されて状態Ｓ１０となる。このとき、制御装置８０は、ガス温度計６５で検出された水分凝縮器４１で冷却された後の混合ガスＧｍの温度を信号として受信し、ガス温度計６５で検出する温度が上述した所定の温度（圧力Ｐ１における二酸化炭素の凝縮温度よりも高く、凝縮水を極力多く抽出できる温度）となるように流量調節弁４９の開度を調節して、水分凝縮器４１に流入する冷水Ｃの流量を制御する。水分凝縮器４１で冷却された混合ガスＧｍを二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度とすることで、混合ガスＧｍ中の二酸化炭素が凝縮して凝縮水と混ざることを回避することができ、ひいては二酸化炭素が凝縮水と共に系外に排出されることを回避することができる。この制御について換言すれば、水分凝縮器４１のフィン付チューブ表面温度を二酸化炭素の凝縮温度すなわち露点よりも高くすることで、二酸化炭素が凝縮して凝縮水と混ざることを回避することができるのであるが、チューブ表面温度を直接検出する代わりに、水分凝縮器４１出口の混合ガスＧｍの温度でチューブ表面温度を推定し、制御しようとするものである。
【００３４】
水分凝縮器４１で状態Ｓ１０に冷却された混合ガスＧｍは、第４気液分離器２５に導かれ、水分凝縮器４１で発生した凝縮水が除去された後、除湿器５０に導入されて混合ガスＧｍ中の水分が上述した所定の濃度（後に凝縮して液化二酸化炭素Ｌｎとなったときに流動が阻害されない濃度）となるまで除去され、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとされる。除湿二酸化炭素ガスＧｄｈ中の二酸化炭素の状態は、概ね状態Ｓ１０のままである。混合ガスＧｍが除湿器５０に導入される前に、混合ガスＧｍ中の水分が水分凝縮器４１で冷却凝縮されて第４気液分離器２５で除去されるので、除湿器５０で除去する水分を最小限にすることが可能となり、除湿器５０の吸着剤又は吸収剤を再生するために要するエネルギーを削減することができる。
【００３５】
除湿二酸化炭素ガスＧｄｈは、その後二酸化炭素凝縮器４２に導入され、冷水Ｃにより冷却されて状態Ｓ１１の液化二酸化炭素Ｌｎとなる。なお、ここでは、状態Ｓ１１が圧力Ｐ１における二酸化炭素の飽和液の状態から１℃程度過冷却した液であるとして説明する。１℃の過冷却は、二酸化炭素凝縮器４２の飽和圧力に対して約１４５ｋＰａ高圧の過冷却であり、昇圧ポンプ２８に対する有効ＮＰＳＨに換算すると約１６．５ｍになる。液化二酸化炭素Ｌｎは、一旦シェル４２ｂの下部に貯留された後、重力及び昇圧ポンプ２８の吸い込みにより、昇圧ポンプ２８に流入する。昇圧ポンプ２８に流入した液化二酸化炭素Ｌｎは、昇圧ポンプ２８により第２の所定の圧力Ｐ２に昇圧されて状態Ｓ１２の超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとなる。ここで、第２の所定の圧力Ｐ２は、例えば超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを地中や深海底に埋設するのに必要な圧力であり、すなわち、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを処理するのに必要な圧力である。昇圧ポンプ２８により状態Ｓ１２に昇圧された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、液体管６８を圧送される。
【００３６】
液体管６８を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、冷熱回収器３０に流入し、状態Ｓ８の混合ガスＧｍと熱交換して比エンタルピが増大し、状態Ｓ１３となる（上述のように混合ガスＧｍは状態Ｓ８から状態Ｓ９となる。）。このように、二酸化炭素液化装置１では、冷熱回収器３０において超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐが保有する冷熱を回収することができ、省エネルギーを図ることができる。従来、例えば液化天然ガスなどでは、天然ガスを液化した後にその液体の温度を上げると蒸気が発生してしまうために、液化装置において液体から冷熱を回収することは考えられていなかった。これに対し、二酸化炭素液化装置１では、後の輸送を考慮して、二酸化炭素を、臨界圧力を超えた超臨界流体である超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとしているため、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの温度がある程度（数℃〜数十℃）上昇しても蒸気の発生に起因する二相流は発生せず、いわゆるベーパーロック等の心配もないため、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの冷熱を回収することが可能となる。また、二酸化炭素を地中や深海底に貯留するに際し、圧送中の超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、結局は地中や海水の周囲温度になってしまい、換言すれば冷熱が失われてしまう。そこで、地中や深海底に圧送する前に冷熱を回収することにより、周囲温度になってしまうことに伴って失われる冷熱のエネルギーを低減することができる。
【００３７】
このとき、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、混合ガスＧｍとの熱交換による比エンタルピの増大（温度の上昇）に伴い比容積も増大する。比容積が増大すると、導出液体管６９及びその先のユースポイントまでの導管（不図示）を超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐが流れる際の流速が増大して圧力損失も増大することとなる。超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの比容積の増大を抑制するため、制御装置８０は、液体温度計３５で検出された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの温度を信号として受信し、液体温度計３５で検出する温度が、液体圧力計３４で検出された圧力において許容される比容積となる温度以下となるように、流量調節弁３３の開度を調節して、冷熱回収器３０へ流入する超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの流量を制御する。導出液体管６９を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの温度を許容される比容積となる温度以下とすることで、管内を流れる際の圧力損失の増大を抑制することができ、省エネルギーを図ることができる。
【００３８】
以上で説明したように、本実施の形態に係る二酸化炭素液化装置１では、二酸化炭素ガスを第１の所定の圧力で凝縮させた後に液体の状態で第２の所定の圧力に昇圧しているため、ガスの状態で第２の所定の圧力に昇圧する場合に比べて少ないエネルギーで二酸化炭素を超臨界流体とすることができる。例えば、水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２のための冷凍機４０並びに昇圧ポンプ２８を用いずに、状態Ｓ８から圧縮機で圧力Ｐ２まで昇圧することとした場合に必要な動力に対して、本実施の形態に係る二酸化炭素液化装置１で超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを生成する場合の動力は９３％で済む。また、冷熱回収器３０を設けて超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの冷熱を回収して混合ガスＧｍの冷却に利用しているので、その分省エネルギーとなり、冷熱を回収しない場合に比べて９１％の動力で済む。さらに、水分凝縮器４１及び第４気液分離器２５を設けて除湿器５０に導入される混合ガスＧｍ中の水分を極力除去しているので、除湿器５０の負荷を軽減することができ、再生に要するエネルギーも少なくなって省エネルギーとなる。なお、さらなる省エネルギーを図るため、除湿器５０を以下のように構成してもよい。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態の変形例に係る二酸化炭素液化装置の除湿器まわりの概略構成を示す部分系統図であり、（ａ）は第１の変形例に係る二酸化炭素液化装置１Ａ、（ｂ）は第２の変形例に係る二酸化炭素液化装置１Ｂの部分系統図である。二酸化炭素液化装置１Ａ及び二酸化炭素液化装置１Ｂにおける除湿装置まわり以外の構成は、二酸化炭素液化装置１（図１参照）と同様である。
【００４０】
図３（ａ）に示す二酸化炭素液化装置１Ａは、二酸化炭素液化装置１（図１参照）における除湿器５０（図１参照）に代えて、水分を吸着する水分奪取媒体としての固体の吸着剤が充填された第１除湿再生器５１Ａと、第１除湿再生器５１Ａと同様の構成の第２除湿再生器５１Ｂとが設けられている。ガス管６１は第１除湿再生器５１Ａに接続されている。第４気液分離器２５と第１除湿再生器５１Ａとの間のガス管６１には分岐ガス導入管７３の一端が接続されており、分岐ガス導入管７３の他端は第２除湿再生器５１Ｂに接続されている。分岐ガス導入管７３が接続されている側とは反対側の第２除湿再生器５１Ｂには分岐ガス導出管７４の一端が接続されており、分岐ガス導出管７４の他端は第１除湿再生器５１Ａと二酸化炭素凝縮器４２との間のガス管６１に接続されている。ガス管６１と分岐ガス導入管７３との接続部には、混合ガスＧｍを第１除湿再生器５１Ａへ導入させるのと第２除湿再生器５１Ｂへ導入させるのとを切り換える三方弁８３が配設されている。ガス管６１と分岐ガス導出管７４との接続部には、二酸化炭素凝縮器４２へ導入される除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを、第１除湿再生器５１Ａから導出されたものとするか第２除湿再生器５１Ｂから導出されたものとするかを切り換える三方弁８４が配設されている。
【００４１】
三方弁８４が設けられている位置よりも二酸化炭素凝縮器４２側のガス管６１には、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを再生ガスＧｒとして取り出す再生用ガス管７１の一端が接続されている。再生用ガス管７１の他端は、第１再生用ガス管７１Ａと第２再生用ガス管７１Ｂとに分岐した後に、第１再生用ガス管７１Ａは第１除湿再生器５１Ａに、第２再生用ガス管７１Ｂは第２除湿再生器５１Ｂに、それぞれ接続されている。第１再生用ガス管７１Ａと第２再生用ガス管７１Ｂとの分岐部には、再生ガスＧｒを第１除湿再生器５１Ａへ導入させるのと第２除湿再生器５１Ｂへ導入させるのとを切り換える三方弁８１が配設されている。再生用ガス管７１には、再生ガスＧｒを予熱する熱交換器５２と、再生ガスＧｒを加熱するヒータ５３とが、再生ガスＧｒの流れ方向に沿ってこの順に配設されている。ヒータ５３には、典型的には昇圧脱水装置１０の圧縮機１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐから吐出された吐出ガスＨ（典型的には混合ガスＧｍの一部が抜き出されたガス）が導入されるように構成されている。吐出ガスＨは、圧縮機１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐの圧縮仕事に伴って発生した熱を受けて高温となっている。この高温の吐出ガスＨのエネルギーで再生ガスＧｒが加熱される構成となっているが、他に高温の排熱が存在すればそれを利用して省エネルギーを図ってもよい。
【００４２】
さらに、第１除湿再生器５１Ａには第１再生後ガス管７２Ａが、第２除湿再生器５１Ｂには第２再生後ガス管７２Ｂが、それぞれ接続されている。第１再生後ガス管７２Ａと第２再生後ガス管７２Ｂとはそれぞれ再生後ガス管７２に接続されている。第１再生後ガス管７２Ａ及び第２再生後ガス管７２Ｂの再生後ガス管７２との接続部には、再生後ガス管７２を、第１再生後ガス管７２Ａと連通させるのと第２再生後ガス管７２Ｂと連通させるのとを切り換える三方弁８２が配設されている。三方弁８２以降の再生後ガス管７２は、熱交換器５２を経由した後に、昇圧脱水装置１０の第２圧縮機１２Ｐと第３冷却器１３Ｃとの間のガス管６１に接続されている。各三方弁８１、８２、８３、８４は、制御装置８０からの信号により流体の流れが切り換えられるように構成されている。
【００４３】
上述のように構成された二酸化炭素液化装置１Ａは、当初、第１除湿再生器５１Ａに対して混合ガスＧｍが導入及び導出される方向に２つの三方弁８３、８４が制御され、他方、２つの三方弁８１、８２は、第２除湿再生器５１Ｂに対して再生ガスＧｒが導入されて吸着材から出た水蒸気を含む水分含有ガスＧｋが導出されるように制御される。この状態で二酸化炭素液化装置１Ａが運転されると、第４気液分離器２５で水分が除去された混合ガスＧｍは、第１除湿再生器５１Ａに導入され、混合ガスＧｍ中の水分が第１除湿再生器５１Ａに充填されている吸着剤に吸着されて除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとなり、第１除湿再生器５１Ａから導出される。第１除湿再生器５１Ａから導出された除湿二酸化炭素ガスＧｄｈは、大部分が二酸化炭素凝縮器４２に導入されるが、一部が再生用ガス管７１に導入される（区別を容易にするためにこれを「再生ガスＧｒ」と呼称することとしている）。再生用ガス管７１を流れる再生ガスＧｒは、まず熱交換器５２に導入され、水分含有ガスＧｋと熱交換して温度が上昇し、次いでヒータ５３において吐出ガスＨによって吸着剤に吸着されている水分を蒸発させることができる温度に加熱される。ヒータ５３によって加熱された再生ガスＧｒは、混合ガスＧｍが導入されていない第２除湿再生器５１Ｂに導入される。
【００４４】
第２除湿再生器５１Ｂに導入された再生ガスＧｒは、保有している熱で、吸着剤に吸着されている水分を蒸発させる。再生ガスＧｒは、吸着剤から放出された水蒸気と混合した水分含有ガスＧｋとなって第２除湿再生器５１Ｂから導出される。その後、水分含有ガスＧｋは、熱交換器５２に導入されて再生ガスＧｒに熱を与えて自身は温度が低下し、再生後ガス管７２を流れて第２圧縮機１２Ｐと第３冷却器１３Ｃとの間のガス管６１に導入され、混合ガスＧｍに合流する。
【００４５】
このような運転を続けていると、第１除湿再生器５１Ａの吸着剤の吸着能力が低下してくる。すると、制御装置８０は各三方弁８１、８２、８３、８４を切り換えて、混合ガスＧｍが第２除湿再生器５１Ｂに導入されるように、かつ、再生ガスＧｒが第１除湿再生器５１Ａに導入されるようにする。これにより、それまで再生ガスＧｒにより吸着剤が再生されていて吸着能力が回復した第２除湿再生器５１Ｂで混合ガスＧｍが除湿されて除湿二酸化炭素ガスＧｄｈが生成され、他方、第１除湿再生器５１Ａでは再生ガスＧｒの導入により吸着剤の再生が行われるようになる。このように、第１除湿再生器５１Ａ及び第２除湿再生器５１Ｂは、共に、混合ガスＧｍ中の水分を奪う水分奪取部としての機能と、吸着剤を加熱して水分を蒸発させる再生部としての機能を併せ持ち、時間経過に応じて水分奪取部と再生部とが切り替わる構成となっている。なお、切替の際、切替前に再生ガスＧｒの加熱をやめ、再生ガスＧｒで除湿再生器５１Ａ、５１Ｂを冷却しておくことで、切替後の吸着作用をスムーズに継続することができる。
【００４６】
次に図３（ｂ）に示す二酸化炭素液化装置１Ｂは、二酸化炭素液化装置１（図１参照）における除湿器５０（図１参照）に代えて、水分を吸収する水分奪取媒体としての吸収液Ｑ（液体の吸収剤）により混合ガスＧｍ中の水分が吸収除去される水分奪取部としての除湿部５５が設けられている。吸収液Ｑとして、例えばエチレングリコールが用いられる。除湿部５５には、吸収液Ｑを導入する吸収液導入管７５の一端が上部に接続され、水分を吸収した後の吸収液Ｑを導出する吸収液導出管７６の一端が下部に接続されている。吸収液導出管７６の他端は精留器５８に接続されている。また、吸収液導出管７６には、吸収液Ｑを予熱する熱交換器５６と、吸収液Ｑを加熱するヒータ５７とが、吸収液Ｑの流れ方向に沿ってこの順に配設されている。ヒータ５７には、典型的には昇圧脱水装置１０の圧縮機１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐから吐出された吐出ガスＨが導入され、この高温の吐出ガスＨのエネルギーで吸収液Ｑが加熱される構成となっているが、他に高温の排熱が存在すればそれを利用して省エネルギーを図ってもよい。
【００４７】
精留器５８の下部には、吸収液導入管７５の他端が接続されている。吸収液導入管７５は、精留器５８と除湿部５５との間で熱交換器５６を通過するように構成されている。熱交換器５６は、比較的濃度が高い吸収液Ｑである濃吸収液Ｑｓと、水分を吸収して濃度が低下した吸収液Ｑである希吸収液Ｑｗとで熱交換を行わせる機器である。精留器５８の上部は、水蒸気を流す水蒸気管７７Ａ、７７Ｂを介して分縮器５９Ａ、水凝縮器５９Ｂと連絡している。分縮器５９Ａは、導入した水蒸気の一部を凝縮させ、凝縮水管７８を介して凝縮水を精留器５８に還流する機器である。水凝縮器５９Ｂは、導入した水蒸気を冷却凝縮させる機器である。除湿部５５には、吸収液Ｑを散布する散布ノズル（不図示）が設けられている。また、除湿部５５は、吸収液Ｑが水分を吸収することに伴い発生する吸収熱を除去するための冷水Ｃを導入することができるように、冷水渡り管４５の一部が内部に配設されている。
【００４８】
上述のように構成された二酸化炭素液化装置１Ｂは、除湿部５５に、ガス管６１を介して混合ガスＧｍが導入されると共に吸収液導入管７５を介して濃吸収液Ｑｓが導入されると、混合ガスＧｍ中の水分が濃吸収液Ｑｓに吸収されて、混合ガスＧｍは除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとなり、濃吸収液Ｑｓは希吸収液Ｑｗとなる。濃吸収液Ｑｓが水分を吸収する際に発生する吸収熱は、冷水Ｃによって除去される。除湿二酸化炭素ガスＧｄｈは、二酸化炭素凝縮器４２に向かってガス管６１を流れる。他方、希吸収液Ｑｗは、吸収液導出管７６を流れ、まず熱交換器５６に導入され、濃吸収液Ｑｓと熱交換して温度が上昇し、次いでヒータ５７において吐出ガスＨによって加熱され、希吸収液Ｑｗに含まれている水分が蒸発分離された状態（水蒸気と濃吸収液Ｑｓとの混合流の状態）で精留器５８に導入される。このように、希吸収液Ｑｗは、熱交換器５６及びヒータ５７によって加熱されて水分が除去され、再び水分を吸収できる濃吸収液Ｑｓに再生されるため、熱交換器５６及びヒータ５７は再生部を構成することとなる。
【００４９】
精留器５８に導入された水蒸気と濃吸収液Ｑｓとの混合流は、水蒸気が上部に上昇し、濃吸収液Ｑｓが下部に貯留される。上昇した水蒸気は、水蒸気管７７Ａ、７７Ｂを介して分縮器５９Ａ、水凝縮器５９Ｂに導入され、分縮器５９Ａは導入した水蒸気の一部を凝縮させて精留器５８に還流し、分縮器５９Ａを通って水凝縮器５９Ｂ導入した水蒸気の残部はここで冷却凝縮されたうえで二酸化炭素液化装置１Ｂ外へ排出される。他方、精留器５８の下部に貯留された濃吸収液Ｑｓは、吸収液導入管７５を介して熱交換器５６に導入されて希吸収液Ｑｗに熱を与えて自身は温度が低下した後に、吸収液導入管７５を流れて再び除湿部５５に導入される。分縮器５９Ａの冷却は冷却水で行ってもよく、熱交換器５６に導入される前の希吸収液Ｑｗで行ってもよい。水凝縮器５９Ｂの冷却は、典型的には冷却水で行われる。
【００５０】
以上の説明では、昇圧脱水装置１０が三段昇圧する構成であるとしたが、混合ガスＧｍの状態や第１の所定の圧力Ｐ１の設定値等により、二段昇圧あるいは四段以上の多段昇圧とする等、適宜段数を増減する構成にするとよい。例えば、流入する混合ガスＧｍの圧力によって、第１昇圧脱水部１１〜第３昇圧脱水部１３のうち少なくとも１つ（例えば第１昇圧脱水部１１）を有していればよい。また、流入する混合ガスＧｍの温度によっては、第１昇圧脱水部１１を省略してもよい。また、流入する混合ガスＧｍの水蒸気含有量により、第１気液分離器１１Ｓを省略してもよい。つまり、昇圧脱水装置１０は、その出口における混合ガスＧｍの状態を所望の状態にできるように、昇圧脱水部の段数を決定することができ、さらに、昇圧脱水部のうちの冷却器及び／又は気液分離器を適宜省略することができる。
【００５１】
以上の説明では、気体と液体とで熱交換を行わせる構成（気液熱交換器）の第４冷却器２１、冷熱回収器３０、水分凝縮器４１がフィンチューブ熱交換器であるとしたが、その他の構成の気液熱交換器であってもよい。
【００５２】
以上の説明では、冷凍機４０で製造される冷水Ｃを水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２に供給することとしたが、ブライン又は冷凍機からの冷媒を供給してもよく、あるいは液化天然ガスを供給してこの冷熱を利用するように構成してもよい。しかしながら、冷凍機４０で製造される冷水Ｃを供給することとすると、汎用冷凍機を利用することができるため、維持管理及びイニシャルコストの面で利点がある。また、水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２に同じ冷熱媒体である冷水Ｃを供給することとするとしたが、それぞれに異なる冷熱源からの冷熱媒体を供給してもよい。
【００５３】
以上の説明では、導入冷熱量調節手段が冷水バイパス管４８及び流量調節弁４９で構成されているとしたが、例えば、水分凝縮器４１に導入される冷水Ｃの系統が、二酸化炭素凝縮器４２に導入される冷水Ｃの系統と別であるような場合は、水分凝縮器４１に導入される冷水Ｃを圧送するポンプの吐出流量を可変とする流量調節弁あるいはインバータポンプで構成してもよく、あるいは、水分凝縮器４１に導入される冷水Ｃを製造する冷凍機が冷水Ｃの温度を可変とする冷水温度設定装置（例えば容量制御を行う制御装置等）で構成してもよい。また、冷凍機４０からの冷媒で混合ガスＧｍを冷却する場合は、水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２に冷媒を並列に供給し、流量調節弁４９は冷媒供給量を直接制御するように構成してもよい。
【００５４】
以上の説明では、交換熱量調節手段が液体バイパス管３２及び流量調節弁３３で構成されているとしたが、混合ガスＧｍの流路（ガス管６１）の方に冷熱回収器３０をバイパスするバイパス管を設けると共にそのバイパス管に流量調節弁を設けることで冷熱回収器３０に導入される混合ガスＧｍの流量を変化させるように構成してもよく、あるいは、冷水Ｃを製造する冷凍機が冷水Ｃの温度を可変とする冷水温度設定装置（例えば容量制御を行う制御装置等）で構成して液化二酸化炭素Ｌｎの温度を調節することで冷熱回収器３０に導入される超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの保有冷熱量を調節することとしてもよい。
【００５５】
以上の説明では、液化二酸化炭素Ｌｎを、二酸化炭素の臨界圧力を超えて昇圧された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとすることとしたが、昇圧する必要がない場合は昇圧ポンプ２８及び冷熱回収器３０を設けるには及ばない。
【符号の説明】
【００５６】
１、１Ａ、１Ｂ 二酸化炭素液化装置
１０ 昇圧脱水装置
２１ 第４冷却器
２８ 昇圧ポンプ
３０ 冷熱回収器
４１ 水分凝縮器
４２ 二酸化炭素凝縮器
４５ 冷水渡り管
４６ 冷水還管
４８ 冷水バイパス管
４９ 流量調節弁
５０ 除湿器
５１Ａ 第１除湿再生器
５１Ｂ 第２除湿再生器
５２ 熱交換器
５３ ヒータ
５５ 除湿部
５６ 熱交換器
５７ ヒータ
６５ ガス温度計
８０ 制御装置
Ｃ 冷水
Ｆ 冷却媒体
Ｇｍ 混合ガス
Ｇｄｈ 除湿二酸化炭素ガス
Ｌｎ 液化二酸化炭素
Ｌｐ 超臨界圧液化二酸化炭素
Ｑ 吸収液
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化炭素液化装置に関し、特に省エネルギー化を図った二酸化炭素液化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温室効果ガスの１つである二酸化炭素の排出総量は増大する方向にあり、地球的規模の気候変動が危惧されている。大気中への二酸化炭素排出量を低減する試みとして、火力発電所等から排出された排ガスから分離回収した二酸化炭素を液化して地中や深海底に貯留する技術が開発されている。二酸化炭素を含有するガスから液体の二酸化炭素を回収する装置として、二酸化炭素を含有するガスから水分を除去する装置と、除湿ガスから二酸化炭素を濃縮する装置と、二酸化炭素濃縮ガスを圧縮する装置と、圧縮された二酸化炭素ガスを−２０℃以下に冷却し液化する凝縮器を備えたものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５９７８５号公報（段落０００５、図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二酸化炭素の液化装置は多大なエネルギーを消費するため、省エネルギー対策を施すことは有用である。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、省エネルギー化を図った二酸化炭素液化装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図１に示すように、二酸化炭素を主成分として水蒸気を含む混合ガスＧｍを導入し、混合ガスＧｍを二酸化炭素の臨界圧力未満の第１の所定の圧力Ｐ１（例えば図２参照）に昇圧すると共に混合ガスＧｍ中の水分の一部を除去する昇圧脱水装置１０と；昇圧脱水装置１０から導出された混合ガスＧｍを、自然環境下に存在する空気又は水に由来する冷熱を保有する冷却媒体Ｆで冷却する冷却器２１と；冷却器２１を通過した後の混合ガスＧｍを、第１の所定の圧力Ｐ１（例えば図２参照）における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガスＧｍ中の水分を凝縮させる水分凝縮器４１と；水分凝縮器４１を通過した後の混合ガスＧｍ中の水分を除去する除湿装置５０であって、混合ガスＧｍ中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを生成する除湿装置５０と；除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを冷却凝縮して主成分が二酸化炭素の凝縮液である液化二酸化炭素Ｌｎを生成する二酸化炭素凝縮器４２とを備える。
【０００７】
このように構成すると、混合ガスを第１の所定の圧力における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガス中の水分を凝縮させる水分凝縮器と、水分凝縮器を通過した後の混合ガス中の水分を除去する除湿装置とを備えるので、除湿装置における除湿負荷を小さくすることができて省エネルギーを図ることができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る二酸化炭素液化装置１において、水分凝縮器４１に、混合ガスＧｍを冷却する冷却流体Ｃを導入し導出する冷却流体流路４５、４６と；水分凝縮器４１に導入される冷却流体Ｃの単位時間当たりの冷熱量を調節する導入冷熱量調節手段４８、４９と；水分凝縮器４１から導出された混合ガスＧｍの温度を検出する温度検出器６５と；温度検出器６５で検出した温度が前記所定の温度となるように導入冷熱量調節手段４９を制御する制御装置８０とを備える。
【０００９】
このように構成すると、混合ガスが所定の温度よりも低下することに起因する混合ガス中の二酸化炭素分の凝縮が、除湿装置に混合ガスが流入する前に発生することを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の第３の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る二酸化炭素液化装置１において、液化二酸化炭素Ｌｎを、二酸化炭素の臨界圧力を超えた第２の所定の圧力Ｐ２（例えば図２参照）に昇圧するポンプ２８と；ポンプ２８で昇圧された液化二酸化炭素Ｌｎである超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐと、水分凝縮器４１に導入される前の混合ガスＧｍと、で熱交換を行わせる熱交換器３０とを備える。
【００１１】
このように構成すると、超臨界圧液化二酸化炭素と水分凝縮器に導入される前の混合ガスとで熱交換を行わせる熱交換器を備えるので、水分凝縮器に導入する前の混合ガスを超臨界圧液化二酸化炭素で予冷することができ、水分凝縮器の冷凍負荷を軽減させることができて省エネルギーを図ることができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る二酸化炭素液化装置は、例えば図３（ｂ）に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る二酸化炭素液化装置１Ｂにおいて、除湿装置が、水分を奪う水分奪取媒体Ｑが混合ガスＧｍ中の水分を奪う水分奪取部５５と、水分奪取媒体Ｑを加熱して水分奪取媒体Ｑから水分を蒸発させる再生部５６、５７とを含んで構成され、再生部５７が昇圧脱水装置１０（例えば図１参照）から排出された熱Ｈを受け入れて水分奪取媒体Ｑを加熱する。
【００１３】
このように構成すると、水分奪取媒体の再生を昇圧脱水装置の排熱で行うことができ、省エネルギーを図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、混合ガスを第１の所定の圧力における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して混合ガス中の水分を凝縮させる水分凝縮器と、水分凝縮器を通過した後の混合ガス中の水分を除去する除湿装置とを備えるので、除湿装置における除湿負荷を小さくすることができて省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る二酸化炭素液化装置の概略構成を示す系統図である。
【図２】混合ガス中の二酸化炭素の状態を示す二酸化炭素のｐ−ｈ線図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例に係る二酸化炭素液化装置の除湿器まわりの概略構成を示す部分系統図である。（ａ）は第１の変形例、（ｂ）は第２の変形例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る二酸化炭素液化装置１を説明する。図１は、二酸化炭素液化装置１の概略構成を示す系統図である。二酸化炭素液化装置１は、混合ガスＧｍの流れ方向上流から下流に向かって、昇圧装置としての昇圧脱水装置１０、冷却器としての第４冷却器２１、熱交換器としての冷熱回収器３０、水分凝縮器４１、第４気液分離器２５、除湿装置としての除湿器５０、凝縮器としての二酸化炭素凝縮器４２が設けられており、二酸化炭素凝縮器４２の下流側には、二酸化炭素凝縮器４２で生成された液化二酸化炭素Ｌｎを昇圧するポンプとしての昇圧ポンプ２８がさらに設けられている。また、二酸化炭素液化装置１は、運転を制御する制御装置８０を備えている。
【００１８】
混合ガスＧｍは、二酸化炭素を主成分として含む二酸化炭素含有ガスの一形態であり、水蒸気をも含んでいる。混合ガスＧｍは、本実施の形態では、燃料を燃焼させた後の排ガス中の二酸化炭素ガスを吸収剤に吸収させ、これを再生器に導いて再生器で吸収剤を再生することにより発生する、主に二酸化炭素と水蒸気とが混合したガスであるとして説明する。
【００１９】
昇圧脱水装置１０は、混合ガスＧｍを昇圧する装置である。昇圧脱水装置１０は、さらに、混合ガスＧｍを昇圧する際に増大する比エンタルピを減少させるべく冷却することによって生じる凝縮水を除去する脱水装置でもある。昇圧脱水装置１０は、導入された混合ガスＧｍを冷却する第１冷却器１１Ｃと、混合ガスＧｍから凝縮水を分離する第１気液分離器１１Ｓと、凝縮水が分離された混合ガスＧｍを昇圧する第１圧縮機１１Ｐと、がこの順に配列されて構成された第１昇圧脱水部１１を有している。さらに、第１昇圧脱水部１１の後段には、第１冷却器１１Ｃ、第１気液分離器１１Ｓ、第１圧縮機１１Ｐに対応する第２冷却器１２Ｃと、第２気液分離器１２Ｓと、第２圧縮機１２Ｐとがこの順に配列されて構成された第２昇圧脱水部１２と、第３冷却器１３Ｃと、第３気液分離器１３Ｓと、第３圧縮機１３Ｐとがこの順に配列されて構成された第３昇圧脱水部１３とを有している。第２昇圧脱水部１２は、第１昇圧脱水部１１よりも混合ガスＧｍを高い圧力に昇圧するように構成されている。第３昇圧脱水部１３は、第２昇圧脱水部１２の後段に設けられ、第２昇圧脱水部１２よりも混合ガスＧｍを高い圧力に昇圧するように構成されている。なお、各冷却器１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの下部に凝縮水が溜まる場合は、各冷却器１１Ｃ、１２Ｃ、１３Ｃの下部からも凝縮水を抜き出すことがある。
【００２０】
第４冷却器２１は、昇圧脱水装置１０から導出された混合ガスＧｍを冷却する装置である。第４冷却器２１は、冷却媒体としての冷却流体Ｆが保有する冷熱により混合ガスＧｍを冷却する構成となっている。冷却流体Ｆとしては、冷却塔で外気との熱交換により外気湿球温度以上のある温度に冷却された冷却水や、井水、海水等が用いられ、あるいは外気自体が用いられてもよい。このように、冷却流体Ｆは、自然環境下に存在する空気又は水に由来する冷熱を保有している流体である。第４冷却器２１は、冷却流体Ｆが液体の場合は複数本が並列に配置されたフィン付チューブの内部に冷却流体Ｆを流してチューブの外側に混合ガスＧｍを流す構成のフィンチューブ熱交換器が好適に用いられ、冷却流体Ｆが気体、特に外気の場合はプレートフィン式熱交換器とし、チューブ内に混合ガスＧｍを、プレートフィン側に外気を流す構成が好適に用いられる。なお、本実施の形態では、昇圧脱水装置１０の第１冷却器１１Ｃ、第２冷却器１２Ｃ、第３冷却器１３Ｃも、第４冷却器２１と同様に構成され、第４冷却器２１に導入されるのと同様の冷却流体Ｆが導入されて混合ガスＧｍを冷却することとしている。
【００２１】
冷熱回収器３０は、第４冷却器２１から導出された混合ガスＧｍと、昇圧ポンプ２８で昇圧された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとで熱交換を行わせる機器である。冷熱回収器３０は、典型的には、液体である超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを内部に流すフィン付のチューブが複数本並列に配置され、このチューブの外側を混合ガスＧｍが通過することにより、混合ガスＧｍと超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとの熱交換が行われる構成の気液熱交換器（フィンチューブ熱交換器）である。
【００２２】
水分凝縮器４１は、冷却流体Ｆよりも温度が低い冷熱媒体としての冷水Ｃが保有する冷熱で混合ガスＧｍを所定の温度に冷却する機器である。所定の温度は、混合ガスＧｍ中の二酸化炭素ガスが凝縮することを回避する観点から水分凝縮器４１に導入された混合ガスＧｍ中の二酸化炭素ガスの分圧における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い温度で、かつ、混合ガスＧｍ中の水分を凝縮して除去する観点から水分凝縮器４１に導入された混合ガスＧｍ中の水蒸気分圧における水蒸気の凝縮温度よりも低い温度であって、除湿器５０の負荷を軽減する観点からできるだけ低い温度（凝縮水を極力多く抽出できる温度）とすることが好ましい。冷水Ｃは、冷凍機４０で製造（冷却）されるようになっている。水分凝縮器４１は、典型的には、冷熱回収器３０と同様の構成のフィンチューブ熱交換器であり、フィン付チューブ内には冷水Ｃが流れるようになっている。
【００２３】
第４気液分離器２５は、水分凝縮器４１で凝縮した水分を混合ガスＧｍから分離する機器である。第４気液分離器２５で混合ガスＧｍに同伴する凝縮水を除去することにより、後段に配置された除湿器５０の負荷を軽減することができる。除湿器５０は、混合ガスＧｍ中の水分を除去して、混合ガスＧｍ中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとする機器である。除湿器５０は、典型的には、水分を吸着しやすい固体である吸着剤に水分を吸着させる吸着方式の除湿器、あるいは水分を吸収しやすい液体である吸収剤に水分を吸収させる吸収方式の除湿器が用いられる。この場合、水分を吸着した吸着剤又は水分を吸収した吸収剤は、後に加熱されることにより水分を吸着又は吸収する前の状態に再生される構成となっている。所定の濃度は、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを後に凝縮させて液化二酸化炭素Ｌｎとしたときに、液化二酸化炭素Ｌｎの流動が水和物の発生により阻害されない程度の水分濃度であり、概ね数〜十数体積ｐｐｍの濃度である。
【００２４】
二酸化炭素凝縮器４２は、冷熱媒体としての冷水Ｃが保有する冷熱で除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを冷却し凝縮させて液化二酸化炭素Ｌｎとする機器である。冷水Ｃは、水分凝縮器４１に供給される冷水Ｃと共通の冷熱源となる冷凍機４０で製造されるようになっている。二酸化炭素凝縮器４２は、図では簡易的に示しているが、シェル４２ｂの中にチューブ４２ｔを多数内蔵するシェルアンドチューブ型で、上下方向に多パスの構成としたものが好適である。シェル４２ｂ内のチューブ４２ｔ外側に除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを流し、チューブ４２ｔ内に冷水Ｃを流す構造とする場合は、冷水Ｃを多パスの下側から導入して上部から導出することとすると、液化二酸化炭素Ｌｎを過冷却しやすくなる。他方、シェル４２ｂ内のチューブ４２ｔ外側に冷水Ｃを流し、チューブ４２ｔ内に除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを流す構造とすることもでき、この場合は、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを多パスの上側から導入して下部から導出することとすると、液化二酸化炭素Ｌｎを過冷却しやすくなる。本実施の形態では、二酸化炭素凝縮器４２が、シェル４２ｂ内のチューブ４２ｔ外側に除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを流し、チューブ４２ｔ内に冷水Ｃを流す構造であるとして説明する。除湿二酸化炭素ガスＧｄｈの流路（シェル４２ｂ）には、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈの圧力を検出する凝縮器圧力計６４が設けられている。
【００２５】
二酸化炭素凝縮器４２のチューブ４２ｔは、冷水往管４４を介して冷凍機４０の冷水導出口４０ａに接続されており、冷凍機４０から冷水Ｃの供給を受けることができる構成となっている。冷水往管４４は、典型的には最も鉛直下方に配設されたチューブ４２ｔに接続されている。上方に配設されたチューブ４２ｔは、冷水渡り管４５を介して水分凝縮器４１のフィン付チューブの一端に接続されている。水分凝縮器４１のフィン付チューブの他端は、冷水還管４６を介して冷凍機４０の冷水導入口４０ｂに接続されている。冷凍機４０は、典型的には水冷式あるいは空冷式の熱源装置であり、不図示の冷媒が冷凍サイクルを行い（蒸発と凝縮を交互に行う）、冷媒が蒸発する際に、冷凍機４０内を通過する冷水Ｃから熱を奪う（冷却する）機器である。冷凍機４０として、汎用のターボ冷凍機、吸収式冷凍機、チリングユニット等を用いることができる。冷凍機４０の冷凍サイクルを行う冷媒は、二酸化炭素ガスを圧縮機で昇圧するよりも小さなエネルギーで冷凍サイクルを行わせることができる種類のもの（例えば作動圧力が低いもの）が用いられることが好ましい。冷凍機４０は、二酸化炭素凝縮器４２において生成される液化二酸化炭素Ｌｎを、シェル４２ｂ内の圧力における二酸化炭素の飽和液あるいは過冷却液（圧縮液）とすることができる温度の冷水Ｃを製造することができるように構成されている。冷凍機４０は、冷凍容量を調節して導出される冷水Ｃの温度を可変とすることができるように構成されている。冷水渡り管４５と冷水還管４６とには、冷水Ｃを水分凝縮器４１へ導入させずにバイパスさせる冷水バイパス管４８が接続されている。冷水バイパス管４８には、内部を流れる冷水Ｃの流量を調節することができる流量調節弁４９が配設されている。冷水バイパス管４８及び流量調節弁４９は、水分凝縮器４１に導入される単位時間当たりの冷熱量を調節することを可能にするものであり、導入冷熱量調節手段を構成する。また、冷水往管４４、冷水渡り管４５、冷水還管４６は、それぞれ冷却流体流路の一態様である。
【００２６】
上述した、昇圧脱水装置１０、第４冷却器２１、冷熱回収器３０、水分凝縮器４１、第４気液分離器２５、除湿器５０、二酸化炭素凝縮器４２の、混合ガスＧｍあるいは除湿二酸化炭素ガスＧｄｈが通過する流路は、ガス管６１で接続されている。水分凝縮器４１と第４気液分離器２５との間のガス管６１には、混合ガスＧｍの温度を検出する温度検出器としてのガス温度計６５が設けられている。
【００２７】
二酸化炭素凝縮器４２のシェル４２ｂの下部、好ましくは底部には、液化二酸化炭素Ｌｎを流す液体管６８の一端が接続されている。液体管６８の他端は、冷熱回収器３０のフィン付チューブの一端に接続されている。液体管６８には、昇圧ポンプ２８が挿入配置されている。冷熱回収器３０のフィン付チューブの他端には、冷熱回収器３０から導出された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを流す導出液体管６９が接続されている。導出液体管６９を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、典型的には、地中や深海底部に導かれる。液体管６８と導出液体管６９とには、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを冷熱回収器３０へ導入させずにバイパスさせる液体バイパス管３２が接続されている。液体バイパス管３２には、内部を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの流量を調節することができる流量調節弁３３が配設されている。液体バイパス管３２及び流量調節弁３３は、冷熱回収器３０における混合ガスＧｍと超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとの交換熱量を調節することを可能にするものであり、交換熱量調節手段を構成する。導出液体管６９には、内部を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの圧力を検出する液体圧力計３４及び温度を検出する温度検出器としての液体温度計３５が設けられている。
【００２８】
二酸化炭素凝縮器４２で生成される液化二酸化炭素Ｌｎは、典型的には二酸化炭素の飽和液又は過冷却液であるが、昇圧ポンプ２８におけるキャビテーション発生を防止する観点から、過冷却液であることが好ましい。液化二酸化炭素Ｌｎを過冷却液にする構成として、二酸化炭素凝縮器４２が除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを飽和液に凝縮させた後にこれをさらに低温化することができるように構成されていてもよく、二酸化炭素凝縮器４２とは別に過冷却器（不図示）を設けてもよい。他のキャビテーション防止策として、昇圧ポンプ２８の羽根車の回転速度を調節可能とする、あるいは昇圧ポンプ２８の吐出側に開度を調節可能な弁を設ける等の構成として昇圧ポンプ２８の吐出流量を調節することにより、二酸化炭素凝縮器４２の下部に貯留される液化二酸化炭素Ｌｎの液面の高さを所定の高さ以上に確保することとしてもよい。チューブ４２ｔが液化二酸化炭素Ｌｎに液没することとすれば、液没した部分のチューブ４２ｔを過冷却器として機能させることができる。
【００２９】
制御装置８０は、二酸化炭素液化装置１の運転を制御する装置である。制御装置８０は、液体圧力計３４及び凝縮器圧力計６４とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、圧力信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置８０は、液体温度計３５及びガス温度計６５とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、温度信号を受信することができるように構成されている。また、制御装置８０は、流量調節弁３３及び流量調節弁４９とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各流量調節弁３３、４９の開度を調節することができるように構成されている。また、制御装置８０は、第１圧縮機１１Ｐ、第２圧縮機１２Ｐ、第３圧縮機１３Ｐのそれぞれに指令信号を送信することができ、各圧縮機の１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐの発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置８０は、冷凍機４０に指令信号を送信することができ、冷凍機４０の冷凍容量（ひいては製造される冷水Ｃの温度）を制御することができるように構成されている。
【００３０】
引き続き図１及び図２を参照して、二酸化炭素液化装置１の作用を説明する。図２は、混合ガスＧｍ中の二酸化炭素の状態を示す二酸化炭素のｐ−ｈ（圧力−比エンタルピ）線図である。以下で言及する二酸化炭素の状態（ｐ−ｈ線図上で文字Ｓの後に連続番号Ｘ（Ｘは自然数）を付した符号「ＳＸ」で表す）は、混合ガスＧｍ又は除湿二酸化炭素ガスＧｄｈ又は液化二酸化炭素Ｌｎ又は超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐにおける二酸化炭素の状態を表すこととする。
【００３１】
状態Ｓ１の混合ガスＧｍが昇圧脱水装置１０に導入されると、まず、第１冷却器１１Ｃで冷却されて状態Ｓ２となり、その後、第１冷却器１１Ｃにおける混合ガスＧｍの冷却に伴い発生した凝縮水が第１気液分離器１１Ｓで除去された後に、第１圧縮機１１Ｐで昇圧されて状態Ｓ３となる。次いで、第２冷却器１２Ｃで冷却されて状態Ｓ４となり、冷却に伴う凝縮水が第２気液分離器１２Ｓで除去された後、第２圧縮機１２Ｐで昇圧されて状態Ｓ５となる。さらに、第３冷却器１３Ｃで冷却されて状態Ｓ６となり、冷却に伴う凝縮水が第３気液分離器１３Ｓで除去された後、第３圧縮機１３Ｐで第１の所定の圧力Ｐ１に昇圧されて状態Ｓ７となる。ここで、第１の所定の圧力Ｐ１は、二酸化炭素の臨界圧力（約７．４ＭＰａ（絶対圧））よりも低い圧力であって、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈ中に許容される水分が含まれる場合であっても水分の凍結を回避する観点から二酸化炭素の飽和温度が０℃となる圧力よりも高い圧力が好ましく、典型的には冷凍機４０として汎用冷凍機を採用することを可能にするべく二酸化炭素凝縮器４２に導入される冷水Ｃの温度（例えば７〜１３℃程度）が二酸化炭素の飽和温度となる圧力以上の圧力である。このように、昇圧脱水装置１０では、状態Ｓ１の混合ガスＧｍを第１の所定の圧力である状態Ｓ７に昇圧する。
【００３２】
昇圧脱水装置１０で状態Ｓ７に昇圧された混合ガスＧｍは、第４冷却器２１に導入されて冷却され、比エンタルピが減少すると共に温度が低下して状態Ｓ８となる。状態Ｓ８は、二酸化炭素液化装置１が設置される場所の条件や季節の移り変わり等の自然条件によって変化する冷却流体Ｆの状態に依存する。例えば、冷却流体Ｆが冷却塔で冷却された冷却水の場合、我が国の夏は冷却水温度が概ね都心部では３２℃程度、寒冷地では２４℃程度となる。本実施の形態のように、状態Ｓ７の混合ガスＧｍの温度が１６９℃の場合、冷却流体Ｆの温度が３２℃であって第４冷却器２１の温度効率が８０％であるとすれば、第４冷却器２１における冷却によって状態Ｓ８となった混合ガスＧｍは６０℃程度になる。第４冷却器２１で状態Ｓ８に冷却された混合ガスＧｍは、冷熱回収器３０に導入され超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとの熱交換により冷却されて状態Ｓ９となる。冷熱回収器３０が設けられていることにより超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐが保有する冷熱を回収することができるため、外部からのエネルギーを利用して状態Ｓ８から状態Ｓ９に冷却する場合に比べて省エネルギーとなる。
【００３３】
冷熱回収器３０で状態Ｓ９に冷却された混合ガスＧｍは、水分凝縮器４１に導入され冷水Ｃにより冷却されて状態Ｓ１０となる。このとき、制御装置８０は、ガス温度計６５で検出された水分凝縮器４１で冷却された後の混合ガスＧｍの温度を信号として受信し、ガス温度計６５で検出する温度が上述した所定の温度（圧力Ｐ１における二酸化炭素の凝縮温度よりも高く、凝縮水を極力多く抽出できる温度）となるように流量調節弁４９の開度を調節して、水分凝縮器４１に流入する冷水Ｃの流量を制御する。水分凝縮器４１で冷却された混合ガスＧｍを二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度とすることで、混合ガスＧｍ中の二酸化炭素が凝縮して凝縮水と混ざることを回避することができ、ひいては二酸化炭素が凝縮水と共に系外に排出されることを回避することができる。この制御について換言すれば、水分凝縮器４１のフィン付チューブ表面温度を二酸化炭素の凝縮温度すなわち露点よりも高くすることで、二酸化炭素が凝縮して凝縮水と混ざることを回避することができるのであるが、チューブ表面温度を直接検出する代わりに、水分凝縮器４１出口の混合ガスＧｍの温度でチューブ表面温度を推定し、制御しようとするものである。
【００３４】
水分凝縮器４１で状態Ｓ１０に冷却された混合ガスＧｍは、第４気液分離器２５に導かれ、水分凝縮器４１で発生した凝縮水が除去された後、除湿器５０に導入されて混合ガスＧｍ中の水分が上述した所定の濃度（後に凝縮して液化二酸化炭素Ｌｎとなったときに流動が阻害されない濃度）となるまで除去され、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとされる。除湿二酸化炭素ガスＧｄｈ中の二酸化炭素の状態は、概ね状態Ｓ１０のままである。混合ガスＧｍが除湿器５０に導入される前に、混合ガスＧｍ中の水分が水分凝縮器４１で冷却凝縮されて第４気液分離器２５で除去されるので、除湿器５０で除去する水分を最小限にすることが可能となり、除湿器５０の吸着剤又は吸収剤を再生するために要するエネルギーを削減することができる。
【００３５】
除湿二酸化炭素ガスＧｄｈは、その後二酸化炭素凝縮器４２に導入され、冷水Ｃにより冷却されて状態Ｓ１１の液化二酸化炭素Ｌｎとなる。なお、ここでは、状態Ｓ１１が圧力Ｐ１における二酸化炭素の飽和液の状態から１℃程度過冷却した液であるとして説明する。１℃の過冷却は、二酸化炭素凝縮器４２の飽和圧力に対して約１４５ｋＰａ高圧の過冷却であり、昇圧ポンプ２８に対する有効ＮＰＳＨに換算すると約１６．５ｍになる。液化二酸化炭素Ｌｎは、一旦シェル４２ｂの下部に貯留された後、重力及び昇圧ポンプ２８の吸い込みにより、昇圧ポンプ２８に流入する。昇圧ポンプ２８に流入した液化二酸化炭素Ｌｎは、昇圧ポンプ２８により第２の所定の圧力Ｐ２に昇圧されて状態Ｓ１２の超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとなる。ここで、第２の所定の圧力Ｐ２は、例えば超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを地中や深海底に埋設するのに必要な圧力であり、すなわち、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを処理するのに必要な圧力である。昇圧ポンプ２８により状態Ｓ１２に昇圧された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、液体管６８を圧送される。
【００３６】
液体管６８を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、冷熱回収器３０に流入し、状態Ｓ８の混合ガスＧｍと熱交換して比エンタルピが増大し、状態Ｓ１３となる（上述のように混合ガスＧｍは状態Ｓ８から状態Ｓ９となる。）。このように、二酸化炭素液化装置１では、冷熱回収器３０において超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐが保有する冷熱を回収することができ、省エネルギーを図ることができる。従来、例えば液化天然ガスなどでは、天然ガスを液化した後にその液体の温度を上げると蒸気が発生してしまうために、液化装置において液体から冷熱を回収することは考えられていなかった。これに対し、二酸化炭素液化装置１では、後の輸送を考慮して、二酸化炭素を、臨界圧力を超えた超臨界流体である超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとしているため、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの温度がある程度（数℃〜数十℃）上昇しても蒸気の発生に起因する二相流は発生せず、いわゆるベーパーロック等の心配もないため、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの冷熱を回収することが可能となる。また、二酸化炭素を地中や深海底に貯留するに際し、圧送中の超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、結局は地中や海水の周囲温度になってしまい、換言すれば冷熱が失われてしまう。そこで、地中や深海底に圧送する前に冷熱を回収することにより、周囲温度になってしまうことに伴って失われる冷熱のエネルギーを低減することができる。
【００３７】
このとき、超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐは、混合ガスＧｍとの熱交換による比エンタルピの増大（温度の上昇）に伴い比容積も増大する。比容積が増大すると、導出液体管６９及びその先のユースポイントまでの導管（不図示）を超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐが流れる際の流速が増大して圧力損失も増大することとなる。超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの比容積の増大を抑制するため、制御装置８０は、液体温度計３５で検出された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの温度を信号として受信し、液体温度計３５で検出する温度が、液体圧力計３４で検出された圧力において許容される比容積となる温度以下となるように、流量調節弁３３の開度を調節して、冷熱回収器３０へ流入する超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの流量を制御する。導出液体管６９を流れる超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの温度を許容される比容積となる温度以下とすることで、管内を流れる際の圧力損失の増大を抑制することができ、省エネルギーを図ることができる。
【００３８】
以上で説明したように、本実施の形態に係る二酸化炭素液化装置１では、二酸化炭素ガスを第１の所定の圧力で凝縮させた後に液体の状態で第２の所定の圧力に昇圧しているため、ガスの状態で第２の所定の圧力に昇圧する場合に比べて少ないエネルギーで二酸化炭素を超臨界流体とすることができる。例えば、水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２のための冷凍機４０並びに昇圧ポンプ２８を用いずに、状態Ｓ８から圧縮機で圧力Ｐ２まで昇圧することとした場合に必要な動力に対して、本実施の形態に係る二酸化炭素液化装置１で超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐを生成する場合の動力は９３％で済む。また、冷熱回収器３０を設けて超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの冷熱を回収して混合ガスＧｍの冷却に利用しているので、その分省エネルギーとなり、冷熱を回収しない場合に比べて９１％の動力で済む。さらに、水分凝縮器４１及び第４気液分離器２５を設けて除湿器５０に導入される混合ガスＧｍ中の水分を極力除去しているので、除湿器５０の負荷を軽減することができ、再生に要するエネルギーも少なくなって省エネルギーとなる。なお、さらなる省エネルギーを図るため、除湿器５０を以下のように構成してもよい。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態の変形例に係る二酸化炭素液化装置の除湿器まわりの概略構成を示す部分系統図であり、（ａ）は第１の変形例に係る二酸化炭素液化装置１Ａ、（ｂ）は第２の変形例に係る二酸化炭素液化装置１Ｂの部分系統図である。二酸化炭素液化装置１Ａ及び二酸化炭素液化装置１Ｂにおける除湿装置まわり以外の構成は、二酸化炭素液化装置１（図１参照）と同様である。
【００４０】
図３（ａ）に示す二酸化炭素液化装置１Ａは、二酸化炭素液化装置１（図１参照）における除湿器５０（図１参照）に代えて、水分を吸着する水分奪取媒体としての固体の吸着剤が充填された第１除湿再生器５１Ａと、第１除湿再生器５１Ａと同様の構成の第２除湿再生器５１Ｂとが設けられている。ガス管６１は第１除湿再生器５１Ａに接続されている。第４気液分離器２５と第１除湿再生器５１Ａとの間のガス管６１には分岐ガス導入管７３の一端が接続されており、分岐ガス導入管７３の他端は第２除湿再生器５１Ｂに接続されている。分岐ガス導入管７３が接続されている側とは反対側の第２除湿再生器５１Ｂには分岐ガス導出管７４の一端が接続されており、分岐ガス導出管７４の他端は第１除湿再生器５１Ａと二酸化炭素凝縮器４２との間のガス管６１に接続されている。ガス管６１と分岐ガス導入管７３との接続部には、混合ガスＧｍを第１除湿再生器５１Ａへ導入させるのと第２除湿再生器５１Ｂへ導入させるのとを切り換える三方弁８３が配設されている。ガス管６１と分岐ガス導出管７４との接続部には、二酸化炭素凝縮器４２へ導入される除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを、第１除湿再生器５１Ａから導出されたものとするか第２除湿再生器５１Ｂから導出されたものとするかを切り換える三方弁８４が配設されている。
【００４１】
三方弁８４が設けられている位置よりも二酸化炭素凝縮器４２側のガス管６１には、除湿二酸化炭素ガスＧｄｈを再生ガスＧｒとして取り出す再生用ガス管７１の一端が接続されている。再生用ガス管７１の他端は、第１再生用ガス管７１Ａと第２再生用ガス管７１Ｂとに分岐した後に、第１再生用ガス管７１Ａは第１除湿再生器５１Ａに、第２再生用ガス管７１Ｂは第２除湿再生器５１Ｂに、それぞれ接続されている。第１再生用ガス管７１Ａと第２再生用ガス管７１Ｂとの分岐部には、再生ガスＧｒを第１除湿再生器５１Ａへ導入させるのと第２除湿再生器５１Ｂへ導入させるのとを切り換える三方弁８１が配設されている。再生用ガス管７１には、再生ガスＧｒを予熱する熱交換器５２と、再生ガスＧｒを加熱するヒータ５３とが、再生ガスＧｒの流れ方向に沿ってこの順に配設されている。ヒータ５３には、典型的には昇圧脱水装置１０の圧縮機１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐから吐出された吐出ガスＨ（典型的には混合ガスＧｍの一部が抜き出されたガス）が導入されるように構成されている。吐出ガスＨは、圧縮機１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐの圧縮仕事に伴って発生した熱を受けて高温となっている。この高温の吐出ガスＨのエネルギーで再生ガスＧｒが加熱される構成となっているが、他に高温の排熱が存在すればそれを利用して省エネルギーを図ってもよい。
【００４２】
さらに、第１除湿再生器５１Ａには第１再生後ガス管７２Ａが、第２除湿再生器５１Ｂには第２再生後ガス管７２Ｂが、それぞれ接続されている。第１再生後ガス管７２Ａと第２再生後ガス管７２Ｂとはそれぞれ再生後ガス管７２に接続されている。第１再生後ガス管７２Ａ及び第２再生後ガス管７２Ｂの再生後ガス管７２との接続部には、再生後ガス管７２を、第１再生後ガス管７２Ａと連通させるのと第２再生後ガス管７２Ｂと連通させるのとを切り換える三方弁８２が配設されている。三方弁８２以降の再生後ガス管７２は、熱交換器５２を経由した後に、昇圧脱水装置１０の第２圧縮機１２Ｐと第３冷却器１３Ｃとの間のガス管６１に接続されている。各三方弁８１、８２、８３、８４は、制御装置８０からの信号により流体の流れが切り換えられるように構成されている。
【００４３】
上述のように構成された二酸化炭素液化装置１Ａは、当初、第１除湿再生器５１Ａに対して混合ガスＧｍが導入及び導出される方向に２つの三方弁８３、８４が制御され、他方、２つの三方弁８１、８２は、第２除湿再生器５１Ｂに対して再生ガスＧｒが導入されて吸着材から出た水蒸気を含む水分含有ガスＧｋが導出されるように制御される。この状態で二酸化炭素液化装置１Ａが運転されると、第４気液分離器２５で水分が除去された混合ガスＧｍは、第１除湿再生器５１Ａに導入され、混合ガスＧｍ中の水分が第１除湿再生器５１Ａに充填されている吸着剤に吸着されて除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとなり、第１除湿再生器５１Ａから導出される。第１除湿再生器５１Ａから導出された除湿二酸化炭素ガスＧｄｈは、大部分が二酸化炭素凝縮器４２に導入されるが、一部が再生用ガス管７１に導入される（区別を容易にするためにこれを「再生ガスＧｒ」と呼称することとしている）。再生用ガス管７１を流れる再生ガスＧｒは、まず熱交換器５２に導入され、水分含有ガスＧｋと熱交換して温度が上昇し、次いでヒータ５３において吐出ガスＨによって吸着剤に吸着されている水分を蒸発させることができる温度に加熱される。ヒータ５３によって加熱された再生ガスＧｒは、混合ガスＧｍが導入されていない第２除湿再生器５１Ｂに導入される。
【００４４】
第２除湿再生器５１Ｂに導入された再生ガスＧｒは、保有している熱で、吸着剤に吸着されている水分を蒸発させる。再生ガスＧｒは、吸着剤から放出された水蒸気と混合した水分含有ガスＧｋとなって第２除湿再生器５１Ｂから導出される。その後、水分含有ガスＧｋは、熱交換器５２に導入されて再生ガスＧｒに熱を与えて自身は温度が低下し、再生後ガス管７２を流れて第２圧縮機１２Ｐと第３冷却器１３Ｃとの間のガス管６１に導入され、混合ガスＧｍに合流する。
【００４５】
このような運転を続けていると、第１除湿再生器５１Ａの吸着剤の吸着能力が低下してくる。すると、制御装置８０は各三方弁８１、８２、８３、８４を切り換えて、混合ガスＧｍが第２除湿再生器５１Ｂに導入されるように、かつ、再生ガスＧｒが第１除湿再生器５１Ａに導入されるようにする。これにより、それまで再生ガスＧｒにより吸着剤が再生されていて吸着能力が回復した第２除湿再生器５１Ｂで混合ガスＧｍが除湿されて除湿二酸化炭素ガスＧｄｈが生成され、他方、第１除湿再生器５１Ａでは再生ガスＧｒの導入により吸着剤の再生が行われるようになる。このように、第１除湿再生器５１Ａ及び第２除湿再生器５１Ｂは、共に、混合ガスＧｍ中の水分を奪う水分奪取部としての機能と、吸着剤を加熱して水分を蒸発させる再生部としての機能を併せ持ち、時間経過に応じて水分奪取部と再生部とが切り替わる構成となっている。なお、切替の際、切替前に再生ガスＧｒの加熱をやめ、再生ガスＧｒで除湿再生器５１Ａ、５１Ｂを冷却しておくことで、切替後の吸着作用をスムーズに継続することができる。
【００４６】
次に図３（ｂ）に示す二酸化炭素液化装置１Ｂは、二酸化炭素液化装置１（図１参照）における除湿器５０（図１参照）に代えて、水分を吸収する水分奪取媒体としての吸収液Ｑ（液体の吸収剤）により混合ガスＧｍ中の水分が吸収除去される水分奪取部としての除湿部５５が設けられている。吸収液Ｑとして、例えばエチレングリコールが用いられる。除湿部５５には、吸収液Ｑを導入する吸収液導入管７５の一端が上部に接続され、水分を吸収した後の吸収液Ｑを導出する吸収液導出管７６の一端が下部に接続されている。吸収液導出管７６の他端は精留器５８に接続されている。また、吸収液導出管７６には、吸収液Ｑを予熱する熱交換器５６と、吸収液Ｑを加熱するヒータ５７とが、吸収液Ｑの流れ方向に沿ってこの順に配設されている。ヒータ５７には、典型的には昇圧脱水装置１０の圧縮機１１Ｐ、１２Ｐ、１３Ｐから吐出された吐出ガスＨが導入され、この高温の吐出ガスＨのエネルギーで吸収液Ｑが加熱される構成となっているが、他に高温の排熱が存在すればそれを利用して省エネルギーを図ってもよい。
【００４７】
精留器５８の下部には、吸収液導入管７５の他端が接続されている。吸収液導入管７５は、精留器５８と除湿部５５との間で熱交換器５６を通過するように構成されている。熱交換器５６は、比較的濃度が高い吸収液Ｑである濃吸収液Ｑｓと、水分を吸収して濃度が低下した吸収液Ｑである希吸収液Ｑｗとで熱交換を行わせる機器である。精留器５８の上部は、水蒸気を流す水蒸気管７７Ａ、７７Ｂを介して分縮器５９Ａ、水凝縮器５９Ｂと連絡している。分縮器５９Ａは、導入した水蒸気の一部を凝縮させ、凝縮水管７８を介して凝縮水を精留器５８に還流する機器である。水凝縮器５９Ｂは、導入した水蒸気を冷却凝縮させる機器である。除湿部５５には、吸収液Ｑを散布する散布ノズル（不図示）が設けられている。また、除湿部５５は、吸収液Ｑが水分を吸収することに伴い発生する吸収熱を除去するための冷水Ｃを導入することができるように、冷水渡り管４５の一部が内部に配設されている。
【００４８】
上述のように構成された二酸化炭素液化装置１Ｂは、除湿部５５に、ガス管６１を介して混合ガスＧｍが導入されると共に吸収液導入管７５を介して濃吸収液Ｑｓが導入されると、混合ガスＧｍ中の水分が濃吸収液Ｑｓに吸収されて、混合ガスＧｍは除湿二酸化炭素ガスＧｄｈとなり、濃吸収液Ｑｓは希吸収液Ｑｗとなる。濃吸収液Ｑｓが水分を吸収する際に発生する吸収熱は、冷水Ｃによって除去される。除湿二酸化炭素ガスＧｄｈは、二酸化炭素凝縮器４２に向かってガス管６１を流れる。他方、希吸収液Ｑｗは、吸収液導出管７６を流れ、まず熱交換器５６に導入され、濃吸収液Ｑｓと熱交換して温度が上昇し、次いでヒータ５７において吐出ガスＨによって加熱され、希吸収液Ｑｗに含まれている水分が蒸発分離された状態（水蒸気と濃吸収液Ｑｓとの混合流の状態）で精留器５８に導入される。このように、希吸収液Ｑｗは、熱交換器５６及びヒータ５７によって加熱されて水分が除去され、再び水分を吸収できる濃吸収液Ｑｓに再生されるため、熱交換器５６及びヒータ５７は再生部を構成することとなる。
【００４９】
精留器５８に導入された水蒸気と濃吸収液Ｑｓとの混合流は、水蒸気が上部に上昇し、濃吸収液Ｑｓが下部に貯留される。上昇した水蒸気は、水蒸気管７７Ａ、７７Ｂを介して分縮器５９Ａ、水凝縮器５９Ｂに導入され、分縮器５９Ａは導入した水蒸気の一部を凝縮させて精留器５８に還流し、分縮器５９Ａを通って水凝縮器５９Ｂ導入した水蒸気の残部はここで冷却凝縮されたうえで二酸化炭素液化装置１Ｂ外へ排出される。他方、精留器５８の下部に貯留された濃吸収液Ｑｓは、吸収液導入管７５を介して熱交換器５６に導入されて希吸収液Ｑｗに熱を与えて自身は温度が低下した後に、吸収液導入管７５を流れて再び除湿部５５に導入される。分縮器５９Ａの冷却は冷却水で行ってもよく、熱交換器５６に導入される前の希吸収液Ｑｗで行ってもよい。水凝縮器５９Ｂの冷却は、典型的には冷却水で行われる。
【００５０】
以上の説明では、昇圧脱水装置１０が三段昇圧する構成であるとしたが、混合ガスＧｍの状態や第１の所定の圧力Ｐ１の設定値等により、二段昇圧あるいは四段以上の多段昇圧とする等、適宜段数を増減する構成にするとよい。例えば、流入する混合ガスＧｍの圧力によって、第１昇圧脱水部１１〜第３昇圧脱水部１３のうち少なくとも１つ（例えば第１昇圧脱水部１１）を有していればよい。また、流入する混合ガスＧｍの温度によっては、第１昇圧脱水部１１を省略してもよい。また、流入する混合ガスＧｍの水蒸気含有量により、第１気液分離器１１Ｓを省略してもよい。つまり、昇圧脱水装置１０は、その出口における混合ガスＧｍの状態を所望の状態にできるように、昇圧脱水部の段数を決定することができ、さらに、昇圧脱水部のうちの冷却器及び／又は気液分離器を適宜省略することができる。
【００５１】
以上の説明では、気体と液体とで熱交換を行わせる構成（気液熱交換器）の第４冷却器２１、冷熱回収器３０、水分凝縮器４１がフィンチューブ熱交換器であるとしたが、その他の構成の気液熱交換器であってもよい。
【００５２】
以上の説明では、冷凍機４０で製造される冷水Ｃを水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２に供給することとしたが、ブライン又は冷凍機からの冷媒を供給してもよく、あるいは液化天然ガスを供給してこの冷熱を利用するように構成してもよい。しかしながら、冷凍機４０で製造される冷水Ｃを供給することとすると、汎用冷凍機を利用することができるため、維持管理及びイニシャルコストの面で利点がある。また、水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２に同じ冷熱媒体である冷水Ｃを供給することとするとしたが、それぞれに異なる冷熱源からの冷熱媒体を供給してもよい。
【００５３】
以上の説明では、導入冷熱量調節手段が冷水バイパス管４８及び流量調節弁４９で構成されているとしたが、例えば、水分凝縮器４１に導入される冷水Ｃの系統が、二酸化炭素凝縮器４２に導入される冷水Ｃの系統と別であるような場合は、水分凝縮器４１に導入される冷水Ｃを圧送するポンプの吐出流量を可変とする流量調節弁あるいはインバータポンプで構成してもよく、あるいは、水分凝縮器４１に導入される冷水Ｃを製造する冷凍機が冷水Ｃの温度を可変とする冷水温度設定装置（例えば容量制御を行う制御装置等）で構成してもよい。また、冷凍機４０からの冷媒で混合ガスＧｍを冷却する場合は、水分凝縮器４１及び二酸化炭素凝縮器４２に冷媒を並列に供給し、流量調節弁４９は冷媒供給量を直接制御するように構成してもよい。
【００５４】
以上の説明では、交換熱量調節手段が液体バイパス管３２及び流量調節弁３３で構成されているとしたが、混合ガスＧｍの流路（ガス管６１）の方に冷熱回収器３０をバイパスするバイパス管を設けると共にそのバイパス管に流量調節弁を設けることで冷熱回収器３０に導入される混合ガスＧｍの流量を変化させるように構成してもよく、あるいは、冷水Ｃを製造する冷凍機が冷水Ｃの温度を可変とする冷水温度設定装置（例えば容量制御を行う制御装置等）で構成して液化二酸化炭素Ｌｎの温度を調節することで冷熱回収器３０に導入される超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐの保有冷熱量を調節することとしてもよい。
【００５５】
以上の説明では、液化二酸化炭素Ｌｎを、二酸化炭素の臨界圧力を超えて昇圧された超臨界圧液化二酸化炭素Ｌｐとすることとしたが、昇圧する必要がない場合は昇圧ポンプ２８及び冷熱回収器３０を設けるには及ばない。
【符号の説明】
【００５６】
１、１Ａ、１Ｂ 二酸化炭素液化装置
１０ 昇圧脱水装置
２１ 第４冷却器
２８ 昇圧ポンプ
３０ 冷熱回収器
４１ 水分凝縮器
４２ 二酸化炭素凝縮器
４５ 冷水渡り管
４６ 冷水還管
４８ 冷水バイパス管
４９ 流量調節弁
５０ 除湿器
５１Ａ 第１除湿再生器
５１Ｂ 第２除湿再生器
５２ 熱交換器
５３ ヒータ
５５ 除湿部
５６ 熱交換器
５７ ヒータ
６５ ガス温度計
８０ 制御装置
Ｃ 冷水
Ｆ 冷却媒体
Ｇｍ 混合ガス
Ｇｄｈ 除湿二酸化炭素ガス
Ｌｎ 液化二酸化炭素
Ｌｐ 超臨界圧液化二酸化炭素
Ｑ 吸収液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を主成分として水蒸気を含む混合ガスを導入し、前記混合ガスを二酸化炭素の臨界圧力未満の第１の所定の圧力に昇圧すると共に前記混合ガス中の水分の一部を除去する昇圧脱水装置と；
前記昇圧脱水装置から導出された前記混合ガスを、自然環境下に存在する空気又は水に由来する冷熱を保有する冷却媒体で冷却する冷却器と；
前記冷却器を通過した後の前記混合ガスを、前記第１の所定の圧力における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して前記混合ガス中の水分を凝縮させる水分凝縮器と；
前記水分凝縮器を通過した後の前記混合ガス中の水分を除去する除湿装置であって、前記混合ガス中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスを生成する除湿装置と；
前記除湿二酸化炭素ガスを冷却凝縮して主成分が二酸化炭素の凝縮液である液化二酸化炭素を生成する二酸化炭素凝縮器とを備える；
二酸化炭素液化装置。
【請求項２】
前記水分凝縮器に、前記混合ガスを冷却する冷却流体を導入し導出する冷却流体流路と；
前記水分凝縮器に導入される前記冷却流体の単位時間当たりの冷熱量を調節する導入冷熱量調節手段と；
前記水分凝縮器から導出された前記混合ガスの温度を検出する温度検出器と；
前記温度検出器で検出した温度が前記所定の温度となるように前記導入冷熱量調節手段を制御する制御装置とを備える；
請求項１に記載の二酸化炭素液化装置。
【請求項３】
前記液化二酸化炭素を、二酸化炭素の臨界圧力を超えた第２の所定の圧力に昇圧するポンプと；
前記ポンプで昇圧された前記液化二酸化炭素である超臨界圧液化二酸化炭素と、前記水分凝縮器に導入される前の前記混合ガスと、で熱交換を行わせる熱交換器とを備える；
請求項１又は請求項２に記載の二酸化炭素液化装置。
【請求項４】
前記除湿装置が、水分を奪う水分奪取媒体が前記混合ガス中の水分を奪う水分奪取部と、前記水分奪取媒体を加熱して前記水分奪取媒体から水分を蒸発させる再生部とを含んで構成され、前記再生部が前記昇圧脱水装置から排出された熱を受け入れて前記水分奪取媒体を加熱する；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素液化装置。
【請求項１】
二酸化炭素を主成分として水蒸気を含む混合ガスを導入し、前記混合ガスを二酸化炭素の臨界圧力未満の第１の所定の圧力に昇圧すると共に前記混合ガス中の水分の一部を除去する昇圧脱水装置と；
前記昇圧脱水装置から導出された前記混合ガスを、自然環境下に存在する空気又は水に由来する冷熱を保有する冷却媒体で冷却する冷却器と；
前記冷却器を通過した後の前記混合ガスを、前記第１の所定の圧力における二酸化炭素の凝縮温度よりも高い所定の温度に冷却して前記混合ガス中の水分を凝縮させる水分凝縮器と；
前記水分凝縮器を通過した後の前記混合ガス中の水分を除去する除湿装置であって、前記混合ガス中の水分濃度が所定の濃度に低下した除湿二酸化炭素ガスを生成する除湿装置と；
前記除湿二酸化炭素ガスを冷却凝縮して主成分が二酸化炭素の凝縮液である液化二酸化炭素を生成する二酸化炭素凝縮器とを備える；
二酸化炭素液化装置。
【請求項２】
前記水分凝縮器に、前記混合ガスを冷却する冷却流体を導入し導出する冷却流体流路と；
前記水分凝縮器に導入される前記冷却流体の単位時間当たりの冷熱量を調節する導入冷熱量調節手段と；
前記水分凝縮器から導出された前記混合ガスの温度を検出する温度検出器と；
前記温度検出器で検出した温度が前記所定の温度となるように前記導入冷熱量調節手段を制御する制御装置とを備える；
請求項１に記載の二酸化炭素液化装置。
【請求項３】
前記液化二酸化炭素を、二酸化炭素の臨界圧力を超えた第２の所定の圧力に昇圧するポンプと；
前記ポンプで昇圧された前記液化二酸化炭素である超臨界圧液化二酸化炭素と、前記水分凝縮器に導入される前の前記混合ガスと、で熱交換を行わせる熱交換器とを備える；
請求項１又は請求項２に記載の二酸化炭素液化装置。
【請求項４】
前記除湿装置が、水分を奪う水分奪取媒体が前記混合ガス中の水分を奪う水分奪取部と、前記水分奪取媒体を加熱して前記水分奪取媒体から水分を蒸発させる再生部とを含んで構成され、前記再生部が前記昇圧脱水装置から排出された熱を受け入れて前記水分奪取媒体を加熱する；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素液化装置。
【図１】
【図３】
【図２】
【図３】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２６６１５５（Ｐ２０１０−２６６１５５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９１７４（Ｐ２００９−１１９１７４）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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