酸素を含む炭酸ガスの回収装置、藻類栽培装置および炭酸水の製造装置

【課題】本発明は小さな消費電力で駆動するエアーポンプや真空ポンプを用いて、空気中より酸素を含む炭酸ガスを透過分離して低騒音、低コストで回収することができる酸素を含む炭酸ガスの回収装置を得るにある。
【解決手段】小さな消費電力で駆動する小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された、該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できるように前記ケース体に取付けられた真空ポンプを用いた酸素・炭酸ガス採取装置とで酸素を含む炭酸ガスの回収装置を構成している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気中の酸素を含む炭酸ガスを回収して、植物や藻類の栽培等に利用することができる酸素を含む炭酸ガスの回収装置、藻類栽培装置および炭酸水の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策としてＣＯ２削減と酸素濃縮を通して環境改善浄化をはかる機器開発の技術は進化している。駆動が静かで、電気的エネルギー的にもＣＯ２排出を最小限にした満足のいく機器はまだない。
バイオの力を利用する立場からの知見は、蓄積している。例えば、以下の点は重要である。
（１）藻類生育環境の炭酸ガス濃度を富化することで光合成ＣＯ２固定が高進し、生育が促進し、森林以上の大気中ＣＯ２削減に貢献できる可能性があること。
（２）温室植物、作物、果樹栽培においても炭酸ガスによる促成栽培、生育調整が実用化されている（炭酸ガス促成栽培法）が、炭酸ガスボンベの購入と補給運搬と調整機械類の価格もわずらわしく、コストダウン、エネルギーの省力化対象となっている。また、未固定分のＣＯ２の放出量も大きい。
このため、コストを抑えた形で、炭酸ガス供給レベルを数倍にすることにより、炭酸固定効率を上昇し、酸素再生するコンパクトなシステム開発は、近くはわれわれの大きくは地球温暖化対策としても意義深いものがある。
【０００３】
しかしながら、従来は空気中から窒素ガスを回収するために、大容量の高圧圧縮空気を供給する業務用機器を用いているため大きなエネルギーが必要で、結果的に炭酸ガスの放出が大きくなるだけでなく、騒音も発生させるという欠点があった。
【特許文献１】特になし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、小さな消費電力で駆動するエアーポンプや真空ポンプを用いて、空気中より酸素を含む炭酸ガスを透過分離して低騒音、低コストで回収することができる酸素を含む炭酸ガスの回収装置を提供することを目的としている。
【０００５】
本発明は回収する酸素を含む炭酸ガスの濃度を任意に設定して回収することができる酸素を含む炭酸ガスの回収装置を提供することを目的としている。
【０００６】
本発明は空気より任意の濃度に設定して回収した酸素を含む炭酸ガスを藻類光合成利用バイオリアクターへ供給して、藻類を効率よく栽培するとともに、空気中の炭酸ガスの低減を図ることができる藻類栽培装置を提供することを目的としている。
【０００７】
本発明は空気より透過分離した酸素を含む炭酸ガスを水供給装置の水流によって、該水流中へ供給して炭酸水を効率よく製造することができる炭酸水の製造装置を提供することを目的としている。
【０００８】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された、該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できるように前記ケース体に取付けられた真空ポンプを用いた酸素・炭酸ガス採取装置とで酸素を含む炭酸ガスの回収装置を構成している。
【００１０】
本発明は小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を空気導入パイプを介して通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できる部位の前記ケース体に一端部が接続され、他端部が前記エアーポンプの吸引側に接続された真空ポンプが介装された酸素・炭酸ガス採取循環パイプ、この酸素・炭酸ガス採取循環パイプあるいは前記空気導入パイプに開閉弁を介して接続された酸素・炭酸ガス採取パイプとからなる酸素・炭酸ガス採取装置とで酸素を含む炭酸ガスの回収装置を構成している。
【００１１】
本発明は小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を空気導入パイプを介して通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できる部位の前記ケース体に一端部が接続され、他端部が前記エアーポンプの吸引側に接続された真空ポンプが介装された酸素・炭酸ガス採取循環パイプ、この酸素・炭酸ガス採取循環パイプあるいは前記空気導入パイプに開閉弁を介して接続された酸素・炭酸ガス採取パイプとからなる酸素・炭酸ガス採取装置と、この酸素・炭酸ガス採取装置の酸素・炭酸ガス採取パイプからの濃縮酸素・炭酸ガスが供給されるように取付けられた藻類光合成利用バイオリアクターとで藻類栽培装置を構成している。
【００１２】
本発明は小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された、該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過した酸素を含む炭酸ガスを導く酸素・炭酸ガス供給パイプと、この酸素・炭酸ガス供給パイプより酸素を含む炭酸ガスを吸引できるように、該酸素・炭酸ガス供給パイプに接続された炭酸水製造用の水供給装置とで炭酸水の製造装置を構成している。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
【００１４】
（１）小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された、該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できるように前記ケース体に取付けられた真空ポンプを用いた酸素・炭酸ガス採取装置とで構成されているので、小さな消費電力で駆動するエアーポンプと真空ポンプを用いて酸素・炭酸ガス透過性膜より、空気中の酸素を含む炭酸ガスを採取することができる。
したがって、従来のように業務用の高圧縮空気を用いるものに比べ、低騒音、低コストで酸素を含む炭酸ガスを空気より回収することができる。
【００１５】
（２）前記（１）によって、装置の小型コンパクト化を図ることができるとともに、安価に製造することができる。
【００１６】
（３）請求項２も前記（１）、（２）と同様な効果が得られるとともに、酸素を含む炭酸ガス濃度を任意に設定して回収することができる。
【００１７】
（４）請求項３も前記（１）〜（３）と同様な効果が得られるとともに、藻類を効率よく栽培し、藻類の光合成により、ＣＯ２を元に酸素の生産をもたらし、室内空気の浄化にも役立てることができる。
【００１８】
（５）請求項４も前記（１）、（２）と同様な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に示す本発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１ないし図４に示す本発明を実施するための最良の第１の形態において、１は空気中の酸素と炭酸ガスを回収して藻類の栽培に使用する藻類栽培装置で、この藻類栽培装置１は空気中の酸素と炭酸ガスを回収する酸素を含む炭酸ガスの回収装置２と、この酸素を含む炭酸ガスの回収装置２で回収された酸素を含む炭酸ガスが供給されて藻類を栽培する藻類光合成利用バイオリアクター３とで構成されている。
【００２１】
前記酸素を含む炭酸ガスの回収装置２は一端部に供給口４が形成され、他端部に排出口５が形成された円筒状のケース体６と、このケース体６の両端部寄りの内壁面に接着剤等で固定されたエラストマ系樹脂、アクリレート系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の適当な熱硬化性樹脂を固化して形成された円板状の樹脂壁７、７、この樹脂壁７、７内を貫通し、内部の孔が樹脂壁７、７の外に向かって開口するように両端部が固定された、通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができるポリイミド製中空糸膜８とからなる酸素・炭酸ガス透過性膜９と、前記ケース体６の供給口４に空気導入パイプ１０を介して設けられた複数個のフィルター１１、１２を備える空気清浄器１３と、前記空気導入パイプ１０に介装された、小さな消費電力で駆動するエアーポンプ１４と、前記ケース体６の供給口４側の一側面より前記酸素・炭酸ガス透過性膜９を透過する酸素を含む炭酸ガスを導けるように形成され、透過ガス排出口１５に一端部が接続され、他端部が前記エアーポンプ１４の吸引側に接続された酸素・炭酸ガス採取循環パイプ１６、この酸素・炭酸ガス採取循環パイプ１６に介装された小さな消費電力で駆動する真空ポンプ１７、前記エアーポンプ１４の下流部位の空気導入パイプ１０に分岐開閉弁付タンク１８を介して接続された酸素・炭酸ガス採取パイプ１９、酸素・炭酸ガス採取循環パイプ１６にドライ空気とパージする必要が生じた時のため、パージガス開閉弁５４、パージガス調整弁５３、パージガス取込フイルター５５を介しパージガス排出弁５６から必要に応じて排出できるように構成された酸素・炭酸ガス採取装置２０とで構成されている。
【００２２】
前記藻類光合成利用バイオリアクター３は前記酸素を含む炭酸ガスの回収装置２の酸素・炭酸ガス採取パイプ１９からの酸素を含む炭酸ガスをバブリングできるように内底面近傍に先端ノズル２１部が位置される透明材製の藻類栽培水槽２２と、この藻類栽培水槽２２の下部に取付けられた開閉弁２３を備えるドレイン２４と、前記藻類栽培水槽２２の上部壁２５に取付けられた防菌フィルター２６が介装されたガス排出パイプ２７、前記藻類栽培水槽２２内に新培地を添加する開閉弁２８を備える新培地添加モジュール２９およびキャップ３０が取付けられるモニター口３１と、前記藻類栽培水槽２２に光を照射する照明ランプ３２とで構成されている。
【００２３】
上記構成の藻類栽培装置１は酸素を含む炭酸ガスの回収装置２のエアーポンプ１４と真空ポンプ１７を駆動させると、ケース体６内を通過するように送られた空気は、酸素・炭酸ガス透過性膜９を透過する酸素を含む炭酸ガスは酸素・炭酸ガス採取循環パイプ１６を通過してエアーポンプ１４の供給側へ排出される。
このように酸素・炭酸ガス透過性膜９を透過した酸素を含む炭酸ガスを新たに供給される空気とで循環させることにより、酸素と炭酸ガスが繰返し濃縮される。
【００２４】
酸素を含む炭酸ガスの回収装置２で所定の濃度になると、酸素・炭酸ガス採取装置２０の分岐開閉弁付タンク１８を開放して、酸素・炭酸ガス採取パイプ１９より藻類栽培水槽２２内へ供給すると、藻類栽培水槽２２内で濃縮された酸素を含む炭酸ガスがバブリングされ、藻類栽培液３３により多くの炭酸ガスを溶解させて照明ランプ３２の光あるいは太陽光とで光合成し、藻類を効率よく栽培することができる。
また、藻類栽培液３３からは高濃度の酸素が水面から噴出するため、藻類栽培水槽２２設置部位の酸素濃度を相対的に高めることができる。
[発明を実施するための異なる形態]
【００２５】
次に、図５ないし図１５に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２６】
図５および図６に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、酸素を含む炭酸ガスの回収装置２の酸素・炭酸ガス採取装置２０の酸素・炭酸ガス採取パイプ１９の先端部のノズル２１Ａを温室３４内に設置されている送風機３５で温室３４内に飛散できるように配置した点で、このように構成した植物の栽培装置３６にしても前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られるとともに、炭酸ガスによって温室３４内の植物を効率よく栽培することができる。
【００２７】
図７および図８に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第２の形態と主に異なる点は、真空ポンプ１７を介装した採取パイプ３７を用いた酸素を含む炭酸ガスの回収装置２Ａを温室３４内に設置してケース体６の排出口５を温室３４外へ導くとともに、真空ポンプ１７で吸引した酸素を含む炭酸ガスを採取パイプ３７で直接温室３４内へ排出するようにした点で、このように構成した植物の栽培装置３６Ａにしても、前記本発明を実施するための第２の形態と同様な作用効果が得られる。
【００２８】
図９に示す本発明を実施するための第４の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、ケース体６の排出口５より排出される窒素を含む気体を風車発電機３８の風車３９に吹き付けて発電できるようにするとともに、該風車発電機３８で発電された電気をコントローラ４０を介してバッテリー４１で蓄電し、該バッテリー４１からの電気で真空ポンプ１７、エアーポンプ１４、照明ランプ３２のいずれかに利用できるようにした点で、このように構成した藻類栽培装置１Ａにしても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られる。
なお、バッテリー４１への蓄電はソーラバッテリー４２と併用することで、必要な電気を賄うようにしてもよい。
【００２９】
図１０ないし図１２に示す本発明を実施するための第５の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、ケース体６Ａの両端部寄りの部位の側面に形成された透過ガス排出口１５と、パージガス取り入れ口５２に酸素・炭酸ガス採取循環パイプ１６Ａを接続した点で、このように形成された酸素を含む炭酸ガスの回収装置２Ｂを用いて構成した藻類栽培装置１Ｂにしても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られる。
【００３０】
図１３ないし図１５に示す本発明を実施するための第６の形態において、前記本発明を実施するための第２の形態と主に異なる点は、炭酸水を収納することができる炭酸水タンク４３と、この炭酸水タンク４３へ常時一定の水位となるように水を供給する水供給装置４４と、前記炭酸水タンク４３の炭酸水を循環させるポンプ４５が介装された循環水路４６と、この循環水路４６に介装されたオリフィス４７部より、ケース体６の透過ガス排出口１５に接続された採取パイプ３７より酸素を含む炭酸ガスを吸引して循環水路４６でバブリングできるようにした炭酸水の製造装置４８にするとともに、炭酸水タンク４３で濃縮された炭酸水は温室３４の室内の送風機３５で室内に飛散できるようにポンプ４９を介装したホース５０の先端部のノズル５１より、該送風機３５で飛散されるように噴射できるようにした点で、このように構成した植物の栽培装置３６Ｂにしても、前記本発明を実施するための第２の形態と同様な作用効果が得られる。
【００３１】
なお、前記本発明を実施する各形態では酸素を含む炭酸ガスの回収装置２、２Ａ、２Ｂを藻類や植物の栽培に利用するものについて説明したが、本発明はこれに限らず、温室以外の作物、果樹栽培に濃縮した酸素を含む炭酸ガスあるいは炭酸水として使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は酸素を含む炭酸ガスの回収装置、酸素を含む炭酸ガスの濃縮回収装置、藻類栽培装置および炭酸水の製造装置を製造する産業で利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を実施するための最良の第１の形態の概略説明図。
【図２】本発明を実施するための最良の第１の形態の酸素を含む炭酸ガスの回収装置の説明図。
【図３】図２の３−３線に沿う拡大断面図。
【図４】本発明を実施するための最良の第１の形態の藻類光合成利用バイオリアクターの説明図。
【図５】本発明を実施するための第２の形態の概略説明図。
【図６】図５のＡ部拡大説明図。
【図７】本発明を実施するための第３の形態の概略説明図。
【図８】図７のＢ部拡大説明図。
【図９】本発明を実施するための第４の形態の概略説明図。
【図１０】本発明を実施するための第５の形態の概略説明図。
【図１１】図１０の１１−１１線に沿う拡大断面図。
【図１２】本発明を実施するための第５の形態の酸素・炭酸ガス採取循環パイプの説明図。
【図１３】本発明を実施するための第６の形態の概略説明図。
【図１４】図１３のＣ部拡大説明図。
【図１５】図１４のＤ部拡大断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ、１Ｂ：藻類栽培装置、
２、２Ａ、２Ｂ：酸素を含む炭酸ガスの回収装置、
３：藻類光合成利用バイオリアクター、
４：供給口、５：排出口、
６、６Ａ：ケース体、７：樹脂壁、
８：中空糸膜、９：酸素・炭酸ガス透過性膜、
１０：空気導入パイプ、１１：フィルター、
１２：フィルター、１３：空気清浄器、
１４：エアーポンプ、１５：透過ガス排出口、
１６、１６Ａ：酸素・炭酸ガス採取循環パイプ、
１７：真空ポンプ、１８：分岐開閉弁付タンク、
１９：酸素・炭酸ガス採取パイプ、
２０：酸素・炭酸ガス採取装置、２１、２１Ａ：ノズル、
２２：藻類栽培水槽、２３：開閉弁、
２４：ドレイン、２５：上部壁、
２６：防菌フィルター、２７：ガス排出パイプ、
２８：開閉弁、２９：新培地添加モジュール、
３０：キャップ、３１：モニター口、
３２：照明ランプ、３３：藻類栽培液、
３４：温室、３５：送風機、
３６、３６Ａ、３６Ｂ：植物の栽培装置、
３７：採取パイプ、３８：風車発電機、
３９：風車、４０：コントローラ、
４１：バッテリー、４２：ソーラバッテリー、
４３：炭酸水タンク、４４：水供給装置、
４５：ポンプ、４６：循環水路、
４７：オリフィス、４８：炭酸水の製造装置、
４９：ポンプ、５０：ホース、
５１：ノズル、５２：パージガス取り入れ口、
５３：パージガス調整弁、５４：パージガス開閉弁、
５５：パージガス取込フイルター、
５６：パージガス排出弁。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された、該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できるように前記ケース体に取付けられた真空ポンプを用いた酸素・炭酸ガス採取装置とからなる酸素を含む炭酸ガスの回収装置。
【請求項２】
小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を空気導入パイプを介して通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できる部位の前記ケース体に一端部が接続され、他端部が前記エアーポンプの吸引側に接続された真空ポンプが介装された酸素・炭酸ガス採取循環パイプ、この酸素・炭酸ガス採取循環パイプあるいは前記空気導入パイプに開閉弁を介して接続された酸素・炭酸ガス採取パイプとからなる酸素・炭酸ガス採取装置とからなることを特徴とする酸素を含む炭酸ガスの回収装置。
【請求項３】
小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を空気導入パイプを介して通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過させて酸素を含む炭酸ガスを採取できる部位の前記ケース体に一端部が接続され、他端部が前記エアーポンプの吸引側に接続された真空ポンプが介装された酸素・炭酸ガス採取循環パイプ、この酸素・炭酸ガス採取循環パイプあるいは前記空気導入パイプに開閉弁を介して接続された酸素・炭酸ガス採取パイプとからなる酸素・炭酸ガス採取装置と、この酸素・炭酸ガス採取装置の酸素・炭酸ガス採取パイプからの濃縮酸素・炭酸ガスが供給されるように取付けられた藻類光合成利用バイオリアクターとからなる藻類栽培装置。
【請求項４】
小さな消費電力で駆動するエアーポンプからの空気を通過させることができるケース体と、このケース体内に設置された、該ケース体内を通過する空気より該空気中の酸素を含む炭酸ガスを透過させることができる酸素・炭酸ガス透過性膜と、この酸素・炭酸ガス透過性膜を透過した酸素を含む炭酸ガスを導く酸素・炭酸ガス供給パイプと、この酸素・炭酸ガス供給パイプより酸素を含む炭酸ガスを吸引できるように、該酸素・炭酸ガス供給パイプに接続された炭酸水製造用の水供給装置とからなることを特徴とする炭酸水の製造装置。

【図１】