JP5557882B2 - 炭酸化養生設備及び炭酸化養生用ｃｏ２含有ガスの供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐久性を備えた炭酸化コンクリートを製造するための、炭酸化養生設備及び炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法に関する。

従来、炭酸化コンクリートを製造するための炭酸化養生方法として、火力発電所から排出された排気ガスを用いて炭酸化養生を行う方法が知られている。当該炭酸化養生方法は、火力発電所から排出される排気ガスを、温度・湿度調整装置により最適な温度及び湿度とし、当該最適化後の含有ガスを用いて炭酸化養生を行うものである。通常、炭酸化養生を行うには大量のＣＯ_２含有ガスが必要となるが、火力発電所の排気ガスを用いることにより、経済的にＣＯ_２含有ガスを供給することが可能になった（例えば特許文献１参照）。

特許第４８２２３７３号

しかしながら、従来の方法では、火力発電所の排気ガスを、温度・湿度調整装置により炭酸化養生に最適な温度及び湿度とする必要があり、当該温度・湿度調整装置（具体的には、ヒーターや加湿機、除湿機）の使用により、多量の電力を消費してしまう。多量の電力を発生させる際には、多量のＣＯ_２が排出されることとなるため、環境負荷の増大も懸念される。

以上より、外部からの排気ガスを用いた炭酸化養生において、多量の電力消費及びＣＯ_２排出を伴うことなく、炭酸化養生に最適な温度及び湿度でＣＯ_２含有ガスを供給することが従来より求められていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、外部からの排気ガスを用いた炭酸化養生において、多量の電力消費及びＣＯ_２排出を伴うことなく、炭酸化養生に最適な温度及び湿度のＣＯ_２含有ガスを供給することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を見出した。炭酸化養生に最適な温度・湿度のＣＯ_２含有ガスを得る工程においては、外部からの高温の排気ガスを目標温度まで下げたとしても湿度が高すぎて、目標湿度とすることはできない。しかし、高温の排気ガスを冷却してゆくと、ある温度にて湿度が１００％となり、その後は湿度１００％のまま余分な水分が除去されながら温度が下がってゆく。湿度１００％の状態で所定温度まで冷却した後に、最終的な目標温度まで加熱すれば、結果的に湿度も目標湿度とすることができる。更に、その所定温度は、目標温度及び目標湿度から一義的に定めることができるため、第二の目標温度として事前に設定可能である。以上のように、排気ガスを予め設定されている目標温度に冷却・加熱するだけで所望温度・湿度のＣＯ_２含有ガスが得られる。従って、外部から得られる一定温度の冷却媒体・加熱媒体を用いたシンプルな熱交換構造にて、炭酸化養生に最適な温度及び湿度でＣＯ_２含有ガスを供給可能である。

また、本発明者は、更なる鋭意研究を重ねた結果、上述のような熱交換構造にてＣＯ_２含有ガスを得るという手段を用いることで、炭酸化養生における炭酸化速度が遅くならないということを発見するに至った。排気ガス中には炭酸化の速度を若干低下させるＳＯｘが含まれているが、当該排ガス中のＳＯｘは水に溶け易い。従って、冷却によって余分な水分を除去する過程においてＳＯｘを同時に除去することも可能となり、これにより炭酸化養生に最適な温度及び湿度とされたＣＯ_２含有ガスは、ＳＯｘ濃度が低く、炭酸化速度を低下させない状態にできることを見出すに至った。本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。

本発明に係る炭酸化養生設備は、温度を第一の目標温度とし、湿度を第１の目標湿度としたＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスにより炭酸化養生を行う炭酸化養生設備であって、ＣＯ_２含有ガスを冷却することにより、ＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度と第一の目標湿度に基づいて定められる第二の目標温度とし、湿度を１００％とする冷却部と、冷却部での冷却後、ＣＯ_２含有ガスを加熱することにより、ＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度とし、湿度を前記第一の目標湿度とする加熱部と、を備えること、を特徴とする。

この炭酸化養生設備では、炭酸化養生のための最適温度（第一の目標温度）、最適湿度（第一の目標湿度）のＣＯ_２含有ガスを得るために、ＣＯ_２含有ガスを冷却するための冷却部と、該冷却部により冷却されたＣＯ_２含有ガスを加熱する加熱部と、を有している。冷却部では、ＣＯ_２含有ガスが第一の目標温度と第一の目標湿度から一意に定まる第二の目標温度となるよう、ＣＯ_２含有ガスの冷却を行い、加熱部では、ＣＯ_２含有ガスが第一の目標温度及び第一の目標湿度となるよう、ＣＯ_２含有ガスの加熱を行う。外部から所定条件のＣＯ_２含有ガスが得られる場合、それらの条件に合わせて、炭酸化養生設備の設置時に冷却部の冷却能力及び加熱部の加熱能力を設定しておくことで、運転時には複雑な温度制御や湿度制御が不要となる。これによって、多量の電力消費及びＣＯ_２排出を伴うことなく、容易に炭酸化養生用のＣＯ_２含有ガスを得ることができる。

以上より、本発明に係る炭酸化養生設備によれば、多量の電力消費及びＣＯ_２排出を伴うことなく、炭酸化養生に最適な温度及び湿度を有したＣＯ_２含有ガスを供給することができる。

また、本発明に係る炭酸化養生設備は、ＣＯ_２含有ガスを通過させるＣＯ_２含有ガス流路と、ＣＯ_２含有ガス流路に一定温度、一定湿度、一定流量の前記ＣＯ_２含有ガスを供給するＣＯ_２含有ガス供給部と、を更に備え、冷却部は、冷却媒体流路と冷却媒体供給部と、を有し、冷却媒体流路は、冷却媒体を通過させることにより冷却媒体とＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで冷却を行い、冷却媒体供給部は、冷却媒体流路に、一定温度の冷却媒体を供給し、加熱部は、加熱媒体流路と加熱媒体供給部と、を有し、加熱媒体流路は、加熱媒体を通過させることにより加熱媒体とＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで加熱を行い、加熱媒体供給部は、加熱媒体流路に、一定温度の加熱媒体を供給すること、が好ましい。

それぞれの流路を流れる冷却媒体とＣＯ_２含有ガスとの間で熱交換を行う冷却部と、ＣＯ_２含有ガスが第一の目標温度及び第一の目標湿度となるよう、それぞれの流路を流れる加熱媒体とＣＯ_２含有ガスとの間で熱交換を行う加熱部とを備えている。従って、運転時には、各媒体とＣＯ_２含有ガスとの熱交換のみによって、第一の目標温度、第一の目標湿度のＣＯ_２含有ガスを得ることができる。このように、流路と供給部を用いたシンプルな熱交換構造を用いて、炭酸化養生用のＣＯ_２含有ガスを得ることが可能となる。また、このようなシンプルな構成であるため、外部から一定温度、一定湿度のＣＯ_２含有ガスが得られ、一定温度の冷却媒体及び加熱媒体が得られれば、それらの条件に合わせて容易に冷却能力及び加熱能力の設定が可能となる。

また、本発明に係る炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法は、温度を第一の目標温度とし、湿度を第一の目標湿度としたＣＯ_２含有ガスを供給する、炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法であって、ＣＯ_２含有ガスを冷却することによりＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度と第一の目標湿度に基づいて定められる第二の目標温度とし湿度を１００％とする冷却工程と、冷却工程後に、ＣＯ_２含有ガスを加熱することによりＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度とし湿度を第一の目標湿度とする加熱工程と、を備えること、を特徴とする。

この炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法は、上述の炭酸化養生設備と同様な効果を奏することができる。

また、本発明に係る炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法は、一定温度、一定湿度、一定流量のＣＯ_２含有ガスをＣＯ_２含有ガス流路に供給するＣＯ_２含有ガス供給工程を更に備え、冷却工程は、冷却媒体流路に一定温度の冷却媒体を供給し冷却媒体とＣＯ_２含有ガス流路を通過するＣＯ_２含有ガスとで熱交換することでＣＯ_２含有ガスを冷却し、加熱工程は、加熱媒体流路に一定温度の加熱媒体を供給し、加熱媒体とＣＯ_２含有ガス流路を通過するＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで、ＣＯ_２含有ガスを加熱すること、が好ましい。

この炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法は、上述の流路と供給部を用いたシンプルな熱交換構造を用いた炭酸化養生設備と同様な効果を奏することができる。

本発明によれば、外部からの排気ガスを用いた炭酸化養生において、多量の電力消費及びＣＯ_２排出を伴うことなく、炭酸化養生に最適な温度及び湿度でＣＯ_２含有ガスを供給することができる。

実施形態に係る炭酸化養生設備を示す図である。 炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給フロー及びその準備段階の手順である。

以下、図面を参照して炭酸化養生設備の実施形態について説明する。

図１に示すように、炭酸化養生設備１は、ＣＯ_２含有ガス供給部１０と、熱交換ユニット２０と、ＣＯ_２含有ガス排出部３０と、炭酸化養生ユニット４０と、を備えている。炭酸化養生設備１は、外部の排気ガス発生部２からの排気ガスを、コンクリートの炭酸化養生のためのＣＯ_２含有ガスとして利用する設備である。本実施形態に係る炭酸化養生設備１は、起動中に複雑な制御を行うことなく、外部から得られる一定温度の冷却媒体・加熱媒体を用いたシンプルな熱交換構造にて、最適な温度・湿度のＣＯ_２含有ガスで炭酸化養生が可能である。

ＣＯ_２含有ガス供給部１０は排気ガス発生部２にて発生した排気ガスを熱交換ユニット２０に供給する。熱交換ユニット２０は、ＣＯ_２含有ガス供給部１０から供給された排気ガスを、炭酸化養生に最適な温度・湿度のＣＯ_２含有ガスとする。ＣＯ_２含有ガス排出部３０は、熱交換ユニット２０からの炭酸化養生に最適な温度・湿度のＣＯ_２含有ガスを炭酸化養生ユニット４０に供給する。炭酸化養生ユニット４０は、熱交換ユニット２０で生成されたＣＯ_２含有ガスを用いて、炭酸化養生を行う。

排気ガス発生部２は、ＣＯ_２を含有する排気ガスを発生するものであり、炭酸化養生設備１の外部に設けられている。排気ガス発生部２から排出される排気ガスは、一定温度・一定湿度の状態にて排出される。なお、排気ガスのＣＯ_２濃度も一定の状態で排出される。また、排気ガス発生部２からは、一定温度の冷却媒体として利用可能な工業用水を得ることができると共に、一定温度の加熱媒体として利用可能な工場内供給蒸気を得ることができる。排気ガス発生部２は、ＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスを排出するものであれば特に限定されず、例えば火力発電所や、化学製品工場が挙げられる。火力発電所は、発電工程の違いによって各地の発電所ごとに排気ガスの温度や湿度が異なる場合はあるが、同じ発電所であれば概ね一定温度・一定湿度の排気ガスが排出され、一定温度の工業用水及び工場内供給蒸気を得ることができる。排気ガス発生部２は、発生した排気ガスを、供給ラインＬ１を介してＣＯ_２含有ガス供給部１０に供給する。また、排気ガス発生部２は、供給ラインＬ２を介して工業用水を熱交換ユニット２０に供給し、供給ラインＬ３を介して工場内供給蒸気を熱交換ユニット２０に供給する。供給ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、断熱材で覆われた配管によって構成されており、供給中の排ガス、工業用水、及び工場内供給蒸気の温度が一定に保たれる。

ＣＯ_２含有ガス供給部１０は、排気ガス発生部２から供給された排気ガスを、炭酸化養生のためのＣＯ_２含有ガスとして、熱交換ユニット２０のＣＯ_２含有ガス流路２１に供給する機能を有している。ＣＯ_２含有ガス供給部１０は、ＣＯ_２含有ガス流路２１に、一定温度、一定湿度、一定流量のＣＯ_２含有ガスを供給する。ＣＯ_２含有ガスの温度は６０〜１５０℃程度であり、湿度は５〜３０％ＲＨ程度であり、ＣＯ_２濃度は１０〜２０％程度である。具体的に、ＣＯ_２含有ガス供給部１０は、ＣＯ_２含有ガス供給路１２と、ブロアー１１と、を備えている。ブロアー１１は、一定温度・一定湿度の状態のＣＯ_２含有ガスを一定流量にて、ＣＯ_２含有ガス供給路１２を介して熱交換ユニット２０のＣＯ_２含有ガス流路２１に供給する。

熱交換ユニット２０は、高温のＣＯ_２含有ガスを熱交換によって最終的な目標温度・目標湿度（すなわち、炭酸化養生に最適な温度・湿度）に調整する機能を有している。熱交換ユニット２０は、ＣＯ_２含有ガス供給部１０から供給される高温のＣＯ_２含有ガスを、一度冷却して湿度を１００％とすると共に所定温度まで更に冷却を続けることで水分を除去した後に、再び加熱することによって、最終的な目標温度・目標湿度のＣＯ_２含有ガスを得ることができる。冷却に係る所定温度は、最終的な目標温度・目標湿度から一義的に定めることができるため、冷却の目標温度として事前に設定可能である。以下の説明においては、最終的な目標温度・目標湿度を「第一の目標温度・第一の目標湿度」とし、冷却の目標温度を「第二の目標温度」と称する。第一の目標温度は、４０〜６０℃程度が好ましく、５０℃程度とすることがより好ましい。第一の目標湿度は、３０〜６０％ＲＨ程度が好ましく、４０％ＲＨがより好ましい。

熱交換ユニット２０は、ＣＯ_２含有ガス流路２１と、冷却部２２と、デミスター２３と、加熱部２４と、断熱部２５と、を備えている。ＣＯ_２含有ガス流路２１は、ＣＯ_２含有ガス供給部１０から供給されたＣＯ_２含有ガスが通過する流路であり、冷却部２２、デミスター２３、及び加熱部２４を通過する。デミスター２３は、ＣＯ_２含有ガス中のミスト除去を行う機能を有している。断熱部２５は、熱交換ユニット２０全体を覆うように設置されており、熱交換の過程において、外部の温度や湿度を遮断する機能を有している。

冷却部２２は、ＣＯ_２含有ガス流路２１内を通過するＣＯ_２含有ガスを、冷却媒体と熱交換させることにより冷却する機能を有しており、ＣＯ_２含有ガスの温度を第二の目標温度とし、湿度を１００％とする。冷却部２２には例えばプレートフィンクーラーを用いる。具体的に、冷却部２２は、冷却媒体供給部２２０と、冷却媒体流入部２２１と、冷却媒体流路２２２と、冷却媒体排出部２２３と、を有する。冷却媒体供給部２２０は、一定温度の冷却媒体を一定流量にて、冷却媒体流入部２２１を介して冷却媒体流路２２２に供給する。冷却媒体としては、排気ガス発生部２から得られる工業用水を用いることができる。なお、排気ガス発生部２から得られる工業用水のみならず、一定温度のものが得られるのであれば他から得られる水を冷却媒体として用いてもよい。冷却媒体の温度は、５〜３０℃程度であり、流量は、０．５〜３ｍ^３／Ｈｒ程度である。冷却媒体流路２２２は冷却媒体を通過させる。冷却媒体流路２２２を通過する冷却媒体と、ＣＯ_２含有ガス流路２１内のＣＯ_２含有ガスとで熱交換させることで、ＣＯ_２含有ガスの冷却を行う。冷却媒体流路２２２は、ＣＯ_２含有ガス流路２１付近を繰り返し蛇行、又は旋回するように構成されている。また、ＣＯ_２含有ガス流路２１内には複数のフィンが設けられることによって、ＣＯ_２含有ガスと冷却媒体との間で効率よく熱交換が行われる。冷却媒体排出部２２３は、ＣＯ_２含有ガスと熱交換を行った冷却媒体を外部に排出する。

これにより、ＣＯ_２含有ガスは、高温状態で冷却部２２内に入ると、冷却されることで温度が低下し、それに伴い湿度が上昇する。一定温度まで冷却されると、ＣＯ_２含有ガスは、冷却部２２の途中で湿度１００％に達する。その後は、湿度１００％のまま余分な水分が水滴となって除去されながらＣＯ_２含有ガスの温度が下がってゆく。冷却部２２を出るときには、ＣＯ_２含有ガスは、第二の目標温度・湿度１００％の状態となっている。このようにＣＯ_２含有ガスを第二の目標温度とするためには、供給されるＣＯ_２含有ガスの温度・湿度・流量及び用いる冷却媒体の温度・流量に基づいて、装置の設計時に冷却部２２の冷却能力を調整しておく。冷却能力は、例えば、冷却媒体流路２２２のパターンや、ＣＯ_２含有ガス流路２１内のフィンの数や、フィンの材質の設計などによって調整することができる。

加熱部２４は、ＣＯ_２含有ガス流路２１内を通過するＣＯ_２含有ガスを、加熱媒体と熱交換させることにより加熱する機能を有している。加熱部２４は、ＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度とし、湿度を第一の目標湿度とする。加熱部２４には例えばエロフィンヒーターを用いる。具体的に、加熱部２４は、加熱媒体供給部２４０と、加熱媒体流入部２４１と、加熱媒体流路２４２と、加熱媒体排出部２４３と、を有する。加熱媒体供給部２４０は、一定温度の加熱媒体を一定流量にて、加熱媒体流入部２４１を介して加熱媒体流路２４２に供給する。加熱媒体としては、排気ガス発生部２から得られる工場内供給蒸気を用いることができる。なお、排気ガス発生部２から得られる工場内供給蒸気のみならず、一定温度のものが得られるのであれば他から得られる蒸気を加熱媒体として用いてもよい。加熱媒体の温度は、８０〜２００℃程度であり、流量は、１００〜２００Ｋｇ／Ｈｒ程度である。加熱媒体流路２４２は、加熱媒体を通過させて、加熱媒体流路２４２を通過する加熱媒体と、ＣＯ_２含有ガス流路２１内のＣＯ_２含有ガスとで熱交換させることで、ＣＯ_２含有ガスの加熱を行う。加熱媒体流路２４２は、ＣＯ_２含有ガス流路２１付近を繰り返し蛇行、又は旋回するように構成されている。加熱媒体排出部２４３は、ＣＯ_２含有ガスと熱交換を行った加熱媒体を外部に排出する。

これにより、ＣＯ_２含有ガスは、第二の目標温度・湿度１００％の状態で加熱部２４内に入ると、加熱されることで温度が上昇し、それに伴い湿度が低下する。第二の目標温度は第一の目標温度・第一の目標湿度から一義的に定まるものであるので、第二の目標温度であったＣＯ_２含有ガスを加熱により第一の目標温度とすると、当該ＣＯ_２含有ガスは第一の目標温度・第一の目標湿度の状態となっている。このようにＣＯ_２含有ガスを第一の目標温度・第一の目標湿度とするためには、ＣＯ_２含有ガスの流量及び加熱媒体の温度・流量に基づいて、装置の設計時に加熱部２４の加熱能力を調整しておく。加熱能力は、例えば、加熱媒体流路２４２のパターンや、フィンの数、フィンの材質の設計などによって調整することができる。

ＣＯ_２含有ガス排出部３０は、熱交換ユニット２０で第一の目標温度・第一の目標湿度とされたＣＯ_２含有ガスを炭酸化養生ユニット４０に供給する機能を有している。具体的に、ＣＯ_２含有ガス排出部３０は、ＣＯ_２含有ガス排出路３１と、ブロアー３２と、を備えている。ブロアー３２は、第一の目標温度・第一の目標湿度の状態のＣＯ_２含有ガスをＣＯ_２含有ガス排出路３１を介して炭酸化養生ユニット４０に供給する。

上述のように、排気ガス発生部２からは一定温度・一定湿度の排気ガスと、一定温度の工業用水及び工場内供給蒸気が得られるため、ＣＯ_２含有ガス供給部１０は一定温度・一定湿度のＣＯ_２含有ガスをＣＯ_２含有ガス流路２１に供給可能であり、冷却媒体供給部２２０は一定温度の冷却媒体を冷却媒体流路２２２に供給可能であり、加熱媒体供給部２４０は一定温度の加熱媒体を加熱媒体流路２４２に供給可能である。ここで、一年という長い期間で見ると、季節によって排気ガスの温度・湿度や各媒体の温度が変化する場合がある（例えば、冬場に温度が低くなる）。ただし、本実施形態での「一定」とは、そのように長い期間ではなく、炭酸化養生設備１の起動・停止の運転サイクルなどの短い期間を基準としている。すなわち、炭酸化養生設備１の運転中に、排気ガスの温度・湿度や各媒体の温度が、運転条件に影響を及ぼすほどに大きく変動しない状況のことを、「一定」としている。ただし、各供給部１０，２２０，２４０は、排気ガス発生部２から得られたものを（ヒータや冷却器などで温度制御することなく）そのまま供給するものなので、誤差程度の僅かな温度・湿度の変動はあるが、そのように運転条件に影響を及ぼさない程度の変動は本実施形態における「一定」の範囲内であるものとする。なお、季節変動により、排気ガスの温度・湿度が設計時に想定していたものからずれた場合、冷却媒体や加熱媒体の流量調整により所望のＣＯ_２含有ガスの温度・湿度を得ることが可能である。

次に、図２を参照して、炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給フロー及びその準備段階の手順について説明する。

図２に示すように、炭酸化養生設備１の設置から工程が開始される（ステップＳ１００）。この工程は、排気ガスの利用元の排気ガス発生部２に合わせて、所望の第一の目標温度・第一の目標湿度が得られるように炭酸化養生設備１を設計・製造し、当該排気ガス発生部２の近隣に炭酸化養生設備１を設置する工程である。設計条件として、ＣＯ_２含有ガス供給部１０から供給される排気ガスの温度・湿度・流量、冷却媒体供給部２２０から供給される冷却媒体（工業用水）の温度・流量、加熱媒体供給部２４０から供給される加熱媒体（工場内蒸気）の温度・流量が得られる。また、どのような条件で炭酸化養生を行うかに基づいて、第一の目標温度・第一の目標湿度が定まる。

ここでは一例として、ＣＯ_２含有ガス供給部１０から供給される排気ガスの温度が８５℃、湿度が１６．９％ＲＨ、流量が２４０ｍ^３／Ｈｒ（ａｔ５０℃）、冷却媒体供給部２２０から供給される冷却媒体の温度が２５℃、流量が２．０８ｍ^３／Ｈｒ、加熱媒体供給部２４０から供給される加熱媒体の温度が１７０℃、流量が２．１Ｋｇ／Ｈｒ、第一の目標温度が５０℃、第一の目標湿度が５０％である場合について説明する。

まず、第一の目標温度・第一の目標湿度から第二の目標温度を設定する。第一の目標温度５０℃の飽和水蒸気量は８２．８６ｇ／ｍ^３であるので、第一の目標湿度５０％の場合の水蒸気量は４１．４３ｇ／ｍ^３である。ＣＯ_２含有ガスが第二の目標温度であるときには、湿度は１００％、すなわち飽和水蒸気量であるので、第二の目標温度での飽和水蒸気量が第一の目標湿度での水蒸気量（４１．４３ｇ／ｍ^３）であればよい。このことから、第二の目標温度はおおよそ３６℃と算出される。

次に、冷却部２２の冷却能力を設定する。いま、ＣＯ_２含有ガス供給部１０から供給される排気ガスの温度は８５℃、湿度は１６．９％ＲＨ、流量は２４０ｍ^３／Ｈｒ（ａｔ５０℃）、冷却媒体供給部２２０から供給される冷却媒体の温度は２５℃、流量は２．０８ｍ^３／Ｈｒ、である。また、第二の目標温度は３６℃と設定されている。よって、冷却媒体流路２２２を流れる上記冷却媒体とＣＯ_２含有ガス流路２１内の上記ＣＯ_２含有ガスとで熱交換させることにより、８５℃であったＣＯ_２含有ガスが第二の目標温度である３６℃となるよう、冷却部２２の冷却能力を設定する。冷却部２２の冷却能力設定は、具体的には、冷却媒体流路２２２の流路パターンやＣＯ_２含有ガス流路２１内のフィンの数の調節を行う。なお、温度８５℃・湿度１６．９％ＲＨの場合の水蒸気量は５９．４５ｇ／ｍ^３であり、当該水蒸気量は第二の目標温度である３６℃での飽和水蒸気量よりも多いため、冷却後のＣＯ_２含有ガスの湿度は１００％となっている。

次に、加熱部２４の加熱能力を設定する。いま、ＣＯ_２含有ガスは冷却部２２によって冷却され、第二の目標温度（３６℃）・湿度１００％となっている。また、加熱媒体供給部２４０から供給される加熱媒体の温度は１７０℃、流量は２．１Ｋｇ／Ｈｒである。よって、加熱媒体流路２４２を流れる上記加熱媒体とＣＯ_２含有ガス流路２１内の冷却後のＣＯ_２含有ガスとで熱交換させることにより、第二の目標温度（３６℃）・湿度１００％であったＣＯ_２含有ガスが、第一の目標温度（５０℃）・第一の目標湿度（５０％）となるよう、加熱部２４の加熱能力を設定する。加熱部２４の加熱能力設定は、具体的には、加熱媒体流路２４２の流路パターンの調節を行う。

以上で炭酸化養生設備１の冷却能力及び加熱能力の設定が完了し、炭酸化養生設備１の設置が可能となる。

次に、炭酸化養生設備１の起動準備を行う（ステップＳ１１０）。炭酸化養生設備１の設置時に、所望の第一の目標温度・第一の目標湿度のＣＯ_２含有ガスを得ることができるように冷却部２２の冷却能力及び加熱部２４の加熱能力の設定等を行っているため、基本的には炭酸化養生設備１の起動準備としては特別な作業は発生しない。ただし、季節変動により、排気ガスの温度・湿度や工業用水及び工場内供給蒸気の温度が想定していたものからずれている場合には、冷却媒体、加熱媒体の流量調整を行い、所望の第一の目標温度・第一の目標湿度のＣＯ_２含有ガスを得ることができるようにする必要がある。

起動準備完了後、熱交換ユニット２０へのＣＯ_２含有ガス供給を行う（ステップＳ１２０）。排気ガス発生部２にて発生した排気ガスは、ＣＯ_２含有ガス供給部１０のブロアー１１により、一定温度・一定湿度・一定流量で、ＣＯ_２含有ガス供給路１２を介して熱交換ユニット２０に供給される。なお、排気ガス発生部２から熱交換ユニット２０までは、断熱に近い状態で配管されている。

熱交換ユニット２０に供給されたＣＯ_２含有ガスは、冷却媒体と熱交換することによって冷却される（ステップＳ１３０）。該冷却により、ＣＯ_２含有ガスの温度は第二の目標温度、湿度は１００％となる。なお、ＣＯ_２含有ガスと熱交換を行った冷却媒体は冷却媒体排出部２２３より随時排出されていくため、冷却媒体流路２２２での流量が一定となるよう、冷却媒体供給部２２０からは冷却媒体流入部２２１に継続的に冷却媒体が供給される。

冷却部２２により、温度が第二の目標温度、湿度が１００％となったＣＯ_２含有ガスは、次に、ミスト除去がされる（ステップＳ１４０）。

ミスト除去後のＣＯ_２含有ガスは、加熱媒体と熱交換することによって加熱される（ステップＳ１５０）。温度が第二の目標温度、湿度が１００％のＣＯ_２含有ガスを、第一の目標温度まで加熱することにより、湿度も第一の目標湿度となり、所望の第一の目標温度・第一の目標湿度のＣＯ_２含有ガスを得ることができる。なお、ＣＯ_２含有ガスと熱交換を行った加熱媒体は加熱媒体排出部２４３より随時排出されていくため、加熱媒体流路２４２での流量が一定となるよう、加熱媒体供給部２４０からは加熱媒体流入部２４１に継続的に加熱媒体が供給される。

第一の目標温度・第一の目標湿度となったＣＯ_２含有ガスは、炭酸化養生ユニット４０へ供給される（ステップＳ１６０）。第一の目標温度・第一の目標湿度であるＣＯ_２含有ガスは、熱交換ユニット２０からＣＯ_２含有ガス排出路３１に排出され、ブロアー３２により圧送されて、炭酸化養生ユニット４０へ供給される。

以上が、炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給フロー及びその準備段階の手順である。炭酸化養生ユニット４０は、熱交換ユニット２０から継続的に供給されるＣＯ_２含有ガスを用いて、炭酸化養生を行う。

次に、本実施形態に係る炭酸化養生設備１の作用・効果について説明する。

この炭酸化養生設備１では、炭酸化養生のための最適温度（第一の目標温度）、最適湿度（第一の目標湿度）のＣＯ_２含有ガスを得るために、ＣＯ_２含有ガスを冷却するための冷却部２２と、該冷却部２２により冷却されたＣＯ_２含有ガスを加熱する加熱部２４と、を有している。冷却部２２では、第一の目標温度と第一の目標湿度から一意に定まる第二の目標温度となるよう、水分を排出しながら冷却媒体とＣＯ_２含有ガスの熱交換を行い、加熱部では、第一の目標温度及び第一の目標湿度となるよう、加熱媒体とＣＯ_２含有ガスの熱交換を行う。外部から一定温度、一定湿度でＣＯ_２含有ガスが得られ、一定温度の冷却媒体及び加熱媒体が得られる場合、それらの条件に合わせて、炭酸化養生設備１の設置時に冷却部２２の冷却能力及び加熱部２４の加熱能力を設定しておくことで、運転時はそれらのＣＯ_２含有ガス及び各媒体を用いて、媒体とＣＯ_２含有ガスとの熱交換のみによって第一の目標温度、第一の目標湿度のＣＯ_２含有ガスを得ることができる。これによって、複雑な温度制御や湿度制御による多量の電力消費及びＣＯ_２排出を伴うことなく、流路と供給部を用いたシンプルな熱交換構造を用いることで容易に、炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスを得ることができる。

この炭酸化養生設備１を用いた炭酸化養生においては、一定温度の冷却媒体及び加熱媒体を安定的に得ることが必要となるところ、排気ガス発生部２は通常運転させると継続的に一定温度の工業用水及び工場内供給蒸気を排出するため、これらを冷却媒体及び加熱媒体として用いることで、一定温度の冷却媒体及び加熱媒体を安定的に得ることができる。また、排気ガス発生部２の運転時に排出される媒体を冷却媒体及び加熱媒体として利用するため、特別に冷却媒体及び加熱媒体を用意する必要がなく、経済的に炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスを得ることができる。

また、季節変動により排気ガスの温度・湿度や工業用水及び工場内供給蒸気の温度が想定していたものからずれている場合には、冷却媒体及び加熱媒体の流量調整を行うことで容易に所望の炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスを得ることができる。すなわち、環境温度の季節変動に応じた炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給が可能である。

更に、熱交換構造にてＣＯ_２含有ガスを得るという手段を用いることで、炭酸化養生における炭酸化速度が遅くならない。すなわち、冷却によって余分な水分を除去する過程においてＳＯｘを同時に除去することも可能となり、これにより炭酸化養生に最適な温度及び湿度とされたＣＯ_２含有ガスは、ＳＯｘ濃度が低く、炭酸化速度を低下させない状態にすることができる。これにより、炭酸化養生設備１は、炭酸化養生の効率を向上することができる。

１…炭酸化養生設備、２…排気ガス発生部、１０…ＣＯ_２含有ガス供給部、１１…ブロアー、１２…ＣＯ_２含有ガス供給路、２０…熱交換ユニット、２１…ＣＯ_２含有ガス流路、２２…冷却部、２３…デミスター、２４…加熱部、２５…断熱部、３０…ＣＯ_２含有ガス排出部、３１…ＣＯ_２含有ガス排出路、３２…ブロアー、４０…炭酸化養生ユニット、２２０…冷却媒体供給部、２２１…冷却媒体流入部、２２２…冷却媒体流路、２２３…冷却媒体排出部、２４０…加熱媒体供給部、２４１…加熱媒体流入部、２４２…加熱媒体流路、２４３…加熱媒体排出部、Ｌ１…排気ガス供給ライン、Ｌ２…工業用水供給ライン、Ｌ３…工場内供給蒸気供給ライン。

Claims (4)

1. 温度を第一の目標温度とし、湿度を第一の目標湿度としたＣＯ_２を含有するＣＯ_２含有ガスにより炭酸化養生を行う、外部から得られる排気ガスを用いた炭酸化養生設備であって、
   前記排気ガスをＣＯ _２ 含有ガスとして冷却することにより、前記ＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度と第一の目標湿度に基づいて定められる第二の目標温度とし、湿度を１００％とする冷却部と、
   前記冷却部での冷却後、前記ＣＯ_２含有ガスを加熱することにより、前記ＣＯ_２含有ガスの温度を前記第一の目標温度とし、湿度を前記第一の目標湿度とする加熱部と、を備えること
   を特徴とする、炭酸化養生設備。
2. 前記ＣＯ_２含有ガスを通過させるＣＯ_２含有ガス流路と、
   前記ＣＯ_２含有ガス流路に、一定温度、一定湿度、一定流量の前記ＣＯ_２含有ガスを供給するＣＯ_２含有ガス供給部と、を更に備え、
   前記冷却部は、冷却媒体流路と、冷却媒体供給部と、を有し、
   前記冷却媒体流路は、冷却媒体を通過させることにより、前記冷却媒体と前記ＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで、冷却を行い、
   前記冷却媒体供給部は、前記冷却媒体流路に、一定温度の前記冷却媒体を供給し、
   前記加熱部は、加熱媒体流路と、加熱媒体供給部と、を有し、
   前記加熱媒体流路は、加熱媒体を通過させることにより、前記加熱媒体と前記ＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで、加熱を行い、
   前記加熱媒体供給部は、前記加熱媒体流路に、一定温度の前記加熱媒体を供給すること、
   を特徴とする請求項１記載の炭酸化養生設備。
3. 温度を第一の目標温度とし、湿度を第一の目標湿度としたＣＯ_２含有ガスを供給する、外部から得られる排気ガスを用いた炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法であって、
   前記排気ガスをＣＯ _２ 含有ガスとして冷却することにより、前記ＣＯ_２含有ガスの温度を第一の目標温度と第一の目標湿度に基づいて定められる第二の目標温度とし、湿度を１００％とする冷却工程と、
   前記冷却工程後に、前記ＣＯ_２含有ガスを加熱することにより、前記ＣＯ_２含有ガスの温度を前記第一の目標温度とし、湿度を前記第一の目標湿度とする加熱工程と、を備えること、
   を特徴とする炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法。
4. 一定温度、一定湿度、一定流量のＣＯ_２含有ガスをＣＯ_２含有ガス流路に供給するＣＯ_２含有ガス供給工程を更に備え、
   前記冷却工程は、冷却媒体流路に一定温度の冷却媒体を供給し、前記冷却媒体と前記ＣＯ_２含有ガス流路を通過する前記ＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで、前記ＣＯ_２含有ガスを冷却し、
   前記加熱工程は、加熱媒体流路に一定温度の加熱媒体を供給し、前記加熱媒体と前記ＣＯ_２含有ガス流路を通過する前記ＣＯ_２含有ガスとで熱交換することで、前記ＣＯ_２含有ガスを加熱すること、
   を特徴とする請求項３記載の炭酸化養生用ＣＯ_２含有ガスの供給方法。

Images