(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーティリティおよび二酸化炭素を供給するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】固体または液体二酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムは、二酸化炭素を含む排ガスを生成するように構成された燃焼器１００と、その排ガスを圧縮するように構成された圧縮機１０４と、その排ガスを冷却するように構成された熱交換器１０２、１１２とを含んでいる。膨張チャンバ１０８は、圧縮された排ガスが膨張することを可能にし、固体または液体二酸化炭素を形成し、その固体または液体二酸化炭素を、ほぼＣＯ2がなくなったガスから分離するように構成されている。供給経路１３０、１４６が、ＣＯ2がなくなったガスを前記熱交換器に供給し、貯蔵チャンバ１１４が、固体二酸化炭素を貯蔵する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体または液体二酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムであって、
二酸化炭素を含む排ガスを生成するように構成された燃焼器（１００）と、
前記排ガスを圧縮するように構成された圧縮機（１０４）と、
前記排ガスを冷却するように構成された熱交換器（１０２、１１２）と、
前記圧縮された排ガスが膨張することを可能にし、前記固体または液体二酸化炭素を形成し、前記固体または液体二酸化炭素を、ほぼＣＯ2がなくなったガスから分離するように構成された膨張チャンバ（１０８）と、
前記ＣＯ2がなくなったガスを前記熱交換器（１２０、１１２）に供給するように構成された供給経路（１３０、１４６）と、
前記固体または液体二酸化炭素を貯蔵するように構成された貯蔵チャンバ（１１４）とを備えるシステム。
【請求項２】
前記熱交換器（１０２）が、前記圧縮機（１０４）の上流に設けられ、前記熱交換器が、水を生成し、前記圧縮機に前記排ガスの事前に冷却された流れを供給するように構成された、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記熱交換器（１０２）が、前記排ガスが前記圧縮機に進入する前に、前記供給されたＣＯ2がなくなったガスを利用して、前記排ガスを事前に冷却するように構成されている、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記熱交換器（１０２）が、排熱回収（ＷＨＲ）システムを含み、前記ＷＨＲシステムが、前記排ガスを利用して電気と水を生成し、前記排ガスの前記事前に冷却された流れを前記圧縮機（１０４）に供給するように構成された、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記圧縮機（１０４）を回転させるように構成された電気モータ（１０６）をさらに備え、前記電気モータが、前記ＷＨＲシステム（１０２）の電気出力に電気的に接続される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記圧縮機（１０４）の下流に第２の熱交換器（１１２）をさらに備え、前記第２の熱交換器が、前記圧縮された排ガスの温度を下げ、前記温度が下がった排ガスを前記タービン（１０８）に供給するように構成された、請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記ＣＯ2がなくなったガスを前記第２の熱交換器（１１２）に供給するための導管（１３０）をさらに備え、前記第２の熱交換器が、前記ＣＯ2がなくなったガスを利用して、前記温度が下がった排ガスをさらに冷却するように構成された、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記貯蔵チャンバ（１１４）と建造物（１１６）の間に接続された、前記貯蔵チャンバから前記建造物に二酸化炭素を供給するための導管をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記貯蔵チャンバ（１１４）の上流に位置し、前記建造物に接続された第２の導管（１４０）をさらに備え、前記第２の導管が、二酸化炭素を前記建造物（１１６）に供給し、前記貯蔵チャンバを迂回するように構成された、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃焼器（１００）に接続され、前記燃焼器の作動に基づいて電気を生成するように構成された発電機（１２２）と、
前記発電機からの電気を、前記システムの少なくとも１つの他の構成要素（１１６）に供給するように構成された電気的な供給ライン（１４２）をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は一般に、ユーティリティおよび二酸化炭素を供給するシステムおよび方法に関する。より詳細には本開示は、電気、熱、水および二酸化炭素を供給するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素（ＣＯ2）は、大気中に見られる自然に発生する化合物である。また二酸化炭素ガスは、燃焼の副産物である。二酸化炭素は、光合成に加担することによって植物の成長に貢献し、また食品や飲料産業など多くの産業で利用されており、そこでは二酸化炭素を利用して炭酸を含んだ食品や飲料を製造することができる。二酸化炭素はまた、とりわけワインの製造、空気力学、消火器、溶接、調剤、レーザおよび冷蔵における主要な構成材である。
【０００３】
植物では、二酸化炭素は、光合成に加担することによって植物の成長に寄与しており、この光合成において植物は二酸化炭素と、水と、光を使用することで、糖を生成し、酸素を放出する。二酸化炭素は、光合成に不可欠な３つの主要な構成材（ＣＯ2、水および光）の１つであるが、空気中の二酸化炭素の量は、およそ０．０３９％（この量は、季節によって変動する可能性がある）でしかない。空気の他の成分としては、およそ７８％の窒素と、２１％の酸素と微量のガスが含まれる。空気中で見られるものより高い二酸化炭素の濃度は、植物の成長を有意に促進させる可能性がある。
【０００４】
ある種の植物は温室で成長し、この温室とは典型的には光を透過する壁を有する特定の構造体であり、この壁によって日光や他の光がこの構造体に進入することができる。温室はまた、熱エネルギーを貯蔵し、周辺の外部の温度と比べて内部の温度を上げる傾向がある。温室はまた、機能するには、例えば温室内で植物への供給を行うには、水と（例えば照明および空調を提供するための）電気を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００４１３９５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様において、固体または液体二酸化炭素の少なくとも一方を生成するためのシステムは、二酸化炭素を含む排ガスを生成するように構成された燃焼器と、その排ガスを圧縮するように構成された圧縮機と、その排ガスを冷却するように構成された熱交換器とを含む。システムはまた、圧縮された排ガスが膨張することを可能にし、固体または液体二酸化炭素を形成し、その固体または液体二酸化炭素を、ほぼＣＯ2がなくなったガスから分離するように構成された膨張チャンバを含んでいる。供給経路は、ＣＯ2がなくなったガスを前記熱交換器に供給するように構成されており、貯蔵チャンバは、固体二酸化炭素を貯蔵するように構成されている。
【０００７】
別の態様では、固体または液体二酸化炭素の少なくとも一方を生成するための方法は、燃料を燃焼させて、二酸化炭素を含む排ガスを生成するステップと、その排ガスを圧縮機で圧縮するステップと、その排ガスを熱交換器で冷却するステップとを含む。方法はさらに、排ガスを膨張させて固体または液体二酸化炭素を生成するステップと、ほぼＣＯ2がなくなったガスから、ＣＯ2がなくなったガスを分離するステップと、そのＣＯ2がなくなったガスの少なくとも一部を熱交換器に供給するステップと、固体または液体二酸化炭素を貯蔵コンテナに貯蔵するステップとを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、二酸化炭素ガスを温室に供給する方法は、燃料を燃焼させて二酸化炭素を含む排ガスを生成するステップと、その排ガスを圧縮機で圧縮するステップと、その排ガスを熱交換器で冷却するステップとを含む。方法はさらに、排ガスを膨張させて固体または液体二酸化炭素の少なくとも一方を生成するステップと、その固体または液体二酸化炭素をほぼＣＯ2がなくなったガスから分離するステップと、ＣＯ2がなくなったガスの少なくとも一部を熱交換器に供給するステップと、固体または液体二酸化炭素の少なくとも一部を貯蔵コンテナに貯蔵するステップとを含む。固体または液体二酸化炭素の少なくとも一部が温められて、二酸化炭素ガスを形成し、その二酸化炭素ガスが温室に供給される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示による固体二酸化炭素を生成するためのシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載されるのは、水、熱、電気などのユーティリティと二酸化炭素を生成するためのシステムおよび方法であり、この二酸化炭素は、固体二酸化炭素、液体二酸化炭素または気体二酸化炭素であってよい。
【００１１】
図１は、二酸化炭素を生成するための例示のシステムのブロック図である。いくつかの実施形態において、システムは、燃焼器１００、冷却装置１０２、圧縮機１０４、モータ１０６、ガス膨張装置１０８、固体二酸化炭素分離チャンバ１１０、熱交換器１１２、二酸化炭素貯蔵チャンバ１１４、および建造物１１６を備える。
【００１２】
一実施形態では、燃焼器１００は、例えばガソリン、ディーゼル、天然ガスなどの内燃エンジン、または任意の他のエンジン、あるいは特定の燃料を使用して二酸化炭素を含む排ガスを生成する装置である。燃焼器１００は、燃料供給ライン１１８と空気供給ライン１２０に接続されている。
【００１３】
一実施形態において、燃焼器１００は、発電機１２２を装備しており、この発電機は、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）電力などの電力を生成する。発電機１２２は、燃焼器１００によって生成される機械的な力、または発電機１２２に電力を生成させることが可能な他の力によって駆動される。別の実施形態において、発電機１２２は、燃焼器１００によって生成される回転運動によって駆動される交流発電機である。
【００１４】
一実施形態において、燃焼器１００からの排ガスは、パイプ１２４を経由して圧縮機１０４まで搬送される。燃焼器１００からの排ガスは、およそ３５０℃から４５０℃の温度であるが、排ガスの温度は、使用される燃焼器のタイプに左右されるため、３５０℃から４５０℃より高くなることも、それより低くなることもある。燃焼器１００からの排ガスは、少なくともいくらかの二酸化炭素ガスを含有しており、また他のガスも含有している可能性がある。いくつかの実施形態において、排ガスは、１２パーセントの酸素と、５パーセントの二酸化炭素を含んでいる。
【００１５】
一実施形態において、冷却装置１０２は、排熱回収システム（ＷＨＲ）である。他の実施形態において、冷却装置１０２は、ガス／ガスまたはガス／気体の熱変換器である。さらに別の実施形態では、冷却装置１０２は、有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）システムである。
【００１６】
一実施形態において、排ガス中の二酸化炭素の量を増やすために、燃焼器１００と圧縮機１０４の間に排ガス再循環経路１２６が接続されている。排ガス再循環経路１２６は、排ガスの少なくとも一部、例えば排ガスの２０％から５０％を捕捉し、この排ガスの一部を燃焼器１００の空気供給ライン１２０へと再循環させる。再循環した排ガスは、さらに燃焼器１００内で燃焼されるため、燃焼器１００の排ガスによって二酸化炭素濃度を上げることができる。一実施形態において、再循環した後の排ガスは、およそ６パーセントから７パーセントの二酸化炭素濃度を有する。しかしながら二酸化炭素の濃度は、システムが本開示に従って機能することが可能ないずれのパーセンテージでもよい。
【００１７】
一実施形態において、薄膜システムを利用して、排ガスから二酸化炭素の少なくとも一部を分離する。いくつかの実施形態において、分流における二酸化炭素の濃度は、６０％から９０％の範囲である。別の実施形態において、分流は圧縮機１０４へと送られ、残りの排ガスは、システムから外に、例えば大気中に放出される。
【００１８】
圧縮機１０４は、燃焼器１００から排ガスを受け取り、この排ガスを圧縮する。一実施形態において、排ガスは、圧縮機１０４においておよそ４から６バールに圧縮される。排ガスは、圧縮を受けることによって、温度が上昇する可能性がある。一実施形態において、排ガスの温度は、２００℃まで上昇する。一実施形態において圧縮機１０４は、モータ１０６によって駆動される、または燃焼器１００によって生成される機械的な力によって駆動される。別の実施形態において、モータ７０が、駆動軸１２８によって圧縮機１０４に接続し、これが圧縮機１０４を駆動する。
【００１９】
圧縮された排ガスは、圧縮機１０４を出て、その後熱交換器１１２で冷却され、ガス膨張装置１０８に送られ、この装置によって排ガスを膨張させることができる。いくつかの実施形態において、ガス膨張装置１０８は、タービン式の膨張装置である。ガス膨張装置１０８においてガスを膨張させることで、排ガスを膨張させ冷却する。一実施形態において排ガスは、二酸化炭素の少なくとも一部が、固体状態に変換され、排ガス中の他のガスから分離される範囲まで冷却される。例えば排ガスは、全ての二酸化炭素またはほとんど全ての二酸化炭素を、排ガス中の他のガスから分離させるのに必要な範囲まで冷却される。一実施形態において二酸化炭素の９０％が、およそ−１２０℃から−１２５℃の温度で排ガスから分離される。他の実施形態では、排ガスが冷却される温度は、ガス膨張装置１０８に進入する排ガス中の二酸化炭素の濃度、あるいは所望される二酸化炭素の分離量に左右される。
【００２０】
一実施形態において二酸化炭素がなくなったガス１３０および１４６の分流は、分離チャンバ１１０から設けられている。分離チャンバ１１０を出る二酸化炭素がなくなったガス１３０および１４６は、冷却されている。一実施形態において二酸化炭素がなくなったガスの温度は、−１２０℃から−１２５℃の範囲である。一実施形態において、分離チャンバ１１０を出る冷却された二酸化炭素がなくなったガス１４６は、冷却システム１０２に供給され、圧縮機１０４に入る前に排ガスを事前に冷却する。別の実施形態において、冷却された二酸化炭素がなくなったガス１３０は、熱交換器１１２に供給され、この熱交換器が冷却された二酸化炭素がなくなったガス１３０を利用して、圧縮機１０４を出る圧縮された排ガス１３２を事前に冷却する。一実施形態において事前に冷却した後の圧縮されたガスの温度は、９５℃である。冷却された二酸化炭素がなくなったガスが、熱交換器１１２を通過する際、それが圧縮された排ガス１３２から熱を吸収する。事前に冷却された排ガス１３４はその後、ガス膨張装置１０８へと流れ、膨張される。温められた二酸化炭素がなくなったガス１３６は、熱交換器１１２を出て、貯蔵されたり、完全に排出されたり、再利用される。
【００２１】
一実施形態では二酸化炭素１３８は、固体、液体または気体であってよく、これはガス分離器１１０から貯蔵チャンバ１１４に供給される。別の実施形態において、二酸化炭素１３８は、貯蔵チャンバに固体の形態で貯蔵され、この場合、貯蔵チャンバ１１４が、およそ−５６℃の温度に保たれることで、二酸化炭素が昇華するのをほぼまたは完璧に防ぐ。さらに別の実施形態において、二酸化炭素１３８は、二酸化炭素１３８を特定の温度に保つのに十分な温度で、貯蔵チャンバ１１４に貯蔵される
一実施形態において、二酸化炭素は、貯蔵チャンバ１１４から、例えば温室または飲み物の炭酸加工工場などの建造物１１６へと送られる。別の実施形態において、二酸化炭素１３８は、建造物１１６に送られる前に加熱装置（図示せず）によって−５６℃より高い温度に温められる。さらに他の実施形態において、二酸化炭素は、貯蔵チャンバ１１４を迂回するバイパスパイプ１４０を経由して建造物１１６に直接送られる。建造物１１６に送られた二酸化炭素を利用して、例えば建造物１１６（例えば温室）内の二酸化炭素ガス濃度を上げる、あるいは建造物１１６に位置する第２の貯蔵タンク（図示せず）に送られて、食品および／または飲料の製造に利用される。一実施形態において建造物１１６は温室であり、二酸化炭素ガスが、温室内の二酸化炭素濃度を上げることで、植物の成長に貢献する。別の実施形態において、二酸化炭素は、貯蔵チャンバ１１４または建造物１１６に送られる前に浄化工程を受ける。例えばガス分離器１１０は、二酸化炭素浄化装置、すなわちガス洗浄機を含んでおり、この洗浄機が二酸化炭素を浄化する。
【００２２】
一実施形態において、ユーティリティは建造物１１６または他の構造体に供給され、燃焼器１００が発電機１２２に接続され、この発電機１２２が電力を生成する。発電機１２２から生成された電力は、接続ライン１４２を経由して構造物１１６に送られ、例えば照明や空調設備などに動力を供給する。
【００２３】
一実施形態において、ユーティリティは、建造物１１６または他の構造体、および燃焼器に供給される。別の実施形態において、冷却システム１０２は、ＷＨＲシステムであり、排熱を回収した副産物として水分（例えば結露）を生成する。この水分は、チャネル１４４を経由して建造物１１６に搬送され、例えば植物に水をやる、空気を加湿するなどに使用される。別の実施形態では、この水分は、建造物１１６に搬送される前に浄化工程を受ける。さらに別の実施形態では、ＷＨＲシステム１０２が電気１４４を生成し、この電気は、モータ１０６またはシステムの他の電気装置に動力を与えるのに利用される。別の実施形態において、冷却された二酸化炭素がなくなったガス１３０の一部は、例えば空調システムで使用することによって建造物１１６を冷却するのに使用される。
【００２４】
本開示のシステムおよび方法の技術的効果により、水、熱、電気などのユーティリティおよび二酸化炭素を生成することが可能になり、この二酸化炭素は、固体二酸化炭素、液体二酸化炭素または気体の二酸化炭素であってよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、上記に記載したシステムおよび方法は、電気的にまたはコンピュータによって制御されている。本明細書に記載した実施形態は、本明細書に記載される処理作業を行うのに任意の特定のシステム制御装置またはプロセッサに限定されない。本明細書で使用される用語、制御装置またはプロセッサは、本明細書で記載される作業を行うのに必要な計算、すなわち演算を行うことができるいかなる機械も意味することが意図されている。用語、制御装置またはプロセッサはまた、構築された入力に応じることができ、規定のルールに従ってこの入力を処理して出力を生成することができるいかなる機械も意味することが意図されている。本明細書で使用されるフレーズ「構成される」は、当業者によって理解されるように、本発明の実施形態の作業を行うために、制御装置／プロセッサにハードウェアとソフトウェアを組み合わせたものが備わっていることを意味することにも留意されたい。本明細書で使用される用語、制御装置／プロセッサは、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、および本明細書に記載される機能を果たすことができる任意の他の回路またはプロセッサを指している。
【００２６】
本明細書に記載される実施形態は、非一時的なコンピュータ読取り可能記憶媒体を含めた１つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体を含み、各々の媒体は、データ、もしくはデータを処理するためのコンピュータ実行可能命令を含むように構成することができるか、または実際に含む。コンピュータ実行可能命令は、データ構造、オブジェクト、プログラム、ルーティン、または特定の処理システムによってアクセスすることができる他のプログラムモジュールを含んでおり、このプログラムモジュールは、例えば様々な異なる機能を果たすことができる汎用コンピュータに対応付けられたもの、あるいは制限された数の機能を果たすことができる特殊用途のコンピュータに対応付けられたものなどである。本開示の態様は、本明細書に記載される命令を実行するように構成されたとき、汎用コンピュータを特殊用途のコンピュータ装置に変換することである。コンピュータ実行可能命令によって、処理システムが、１つの特定の機能またはひとまとまりの機能を実施し、このコンピュータ実行可能命令は、本明細書に開示される方法のステップを実施するためのプログラムコード手段の例である。さらに実行可能命令の特定のシーケンスにより、このようなステップを実施するのに使用することができる対応する動作の例が与えられる。コンピュータ読取り可能媒体の例には、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、プログラム可能な読取り専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去およびプログラム可能読取り専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的に消去およびプログラム可能読取り専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、コンパクトディスク読取り専用メモリ（「ＣＤ−ＲＯＭ」）、あるいは処理システムによってアクセスすることができるデータまたは実行可能命令を与えることができる任意の他の装置または構成要素が含まれる。
【００２７】
本明細書に記載されるようなコンピュータまたはコンピュータ装置は、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニット、システムメモリ、および何らかの形態のコンピュータ読取り可能媒体を有する。一例としてであって限定ではなく、コンピュータ読取り可能媒体は、コンピュータ記憶媒体と、通信媒体を備える。コンピュータ記憶媒体は、揮発性および不揮発性の、取り外し可能および非取り外し可能な媒体を含んでおり、これらの媒体は、コンピュータ読取り可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法あるいは技術に組み込まれる。通信媒体は典型的には、コンピュータ読取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール、あるいは他のデータを、搬送波、または他の搬送機構などモジュール化されたデータ信号に具現化し、何らかの情報伝達媒体を含んでいる。上記のいずれかを組み合わせたものも、コンピュータ読取り可能媒体の範囲に含まれる。
【００２８】
この書面による記載は、最適な態様を含めたいくつかの例を利用して、本発明を開示しており、当業者が、いずれかの装置またはシステムを作成し使用すること、ならびに組み込まれた任意の方法を実施することを含め本発明を実施するのを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが、特許請求の範囲の文字通りの言い回しと同じ構造上の要素を有する場合、あるいはそれらが、特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかに異なる等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００２９】
１００  燃焼器
１０２  冷却装置
１０４  圧縮機
１０６  モータ
１０８  ガス膨張装置
１１０  二酸化炭素分離チャンバ
１１２  熱交換器
１１４  貯蔵チャンバ
１１６  建造物
１１８  燃料供給ライン
１２０  空気供給ライン
１２２  発電機
１２４  パイプ
１２６  排ガス再循環経路
１２８  駆動軸
１３０  二酸化炭素がなくなったガス
１３２  圧縮された排ガス
１３４  事前に冷却された排ガス
１３６  温められた二酸化炭素がなくなったガス
１３８  二酸化炭素
１４０  バイパスパイプ
１４２  接続ライン
１４４  チャネル
１４６  二酸化炭素がなくなったガスの流れ
【図１】
2013076400.tif 000003