(57)【要約】  本開示は、コンクリートにＣＯ２を適用するためのシステムおよび方法を含み、方法は、原位置で、あるいは個別のスタンドアロンのプロセスを通じて行われる。ここに開示される別例によれば、コンクリートの生産時に使用される１つ以上の材料にＣＯ２を適用するシステムおよび方法も提供される。
2016510274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートまたはコンクリート材料に二酸化炭素を適用する装置であって、
液体の二酸化炭素を格納するための貯蔵コンテナと、
前記貯蔵コンテナおよび同貯蔵コンテナに格納される二酸化炭素の重量を測定するための少なくとも１つのロードセルであって、同少なくとも１つのロードセルは、システム制御部と通信し、該少なくとも１つのロードセルは、前記システム制御部に対して重量に関連する情報を送信するように構成される、少なくとも１つのロードセルと、
前記貯蔵コンテナを噴射アセンブリに相互に連結するパイプであって、同パイプは前記噴射アセンブリに二酸化炭素を輸送するように構成され、該パイプは、二酸化炭素を液体状態に保持するように構成される、パイプと、
前記貯蔵コンテナ近傍の制御弁であって、同制御弁は、閉じた配置にある場合に、二酸化炭素がパイプに進入することを阻止するように構成され、該制御弁は、開いた配置にある場合に、二酸化炭素を前記パイプに進入させるように構成され、前記制御弁は前記システム制御部と通信するように設けられる、制御弁と、
前記パイプと流体接続する液体−気体セパレータとを備え、同液体−気体セパレータは、前記噴射アセンブリが前記二酸化炭素を受容するに先だって、液体の二酸化炭素から気体の二酸化炭素を分離するように構成され、前記液体−気体セパレータは、前記気体の二酸化炭素を放出するための穴を有し、
前記噴射アセンブリは、前記パイプから二酸化炭素を受容し、コンクリートミキサあるいはコンクリートの材料コンテナに二酸化炭素を噴射するように構成され、
前記システム制御部は、前記制御弁および前記噴射アセンブリを制御するように構成されることを特徴とするコンクリートに二酸化炭素を適用する装置。
【請求項２】
前記システム制御部は、前記貯蔵コンテナおよび同貯蔵コンテナに格納される二酸化炭素の重量が予め定められた量だけ減少したと判断すると、前記制御弁を前記閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記システム制御部は、予め定められた量の時間の後に前記制御弁を前記閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記パイプと流体接続するマスフローコントローラをさらに含み、同マスフローコントローラは、該マスフローコントローラを通って流れる二酸化炭素の量を測定するように構成され、前記マスフローコントローラは、前記システム制御部と通信し、前記マスフローコントローラは、前記システム制御部に対して前記量に関連する情報を送信するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記システム制御部は、予め定められた量の二酸化炭素が前記マスフローコントローラを通って流れたと判断すると、前記制御弁を前記閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記貯蔵コンテナへの前記パイプの相互連結は、前記貯蔵コンテナから液体の二酸化炭素のみを抽出するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
気体の二酸化炭素がいつ前記パイプの前記制御弁と接触するかを判断するように構成される液体の二酸化炭素のセンサをさらに含み、同液体の二酸化炭素のセンサは、システム制御部と通信するとともに前記システム制御部に対して前記接触に関連する情報を送信するように構成され、前記システム制御部は、気体の二酸化炭素が前記制御弁に接触したと前記液体の二酸化炭素のセンサが判断すると、前記制御弁を前記閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記液体−気体セパレータによって液体の二酸化炭素から分離された気体の二酸化炭素は、前記液体−気体セパレータの前記穴に前記貯蔵コンテナを相互に連結する第２のパイプによって前記貯蔵コンテナに戻されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記噴射アセンブリは、二酸化炭素が前記噴射アセンブリを通過する際に二酸化炭素の温度を−１０９°Ｆ（−７８．５°Ｃ）以下に低減するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記噴射アセンブリは、前記ミキサまたは前記材料コンテナ内のコンクリートの混合物の一立方ヤード当たり約１乃至約２７ポンド（約０．４５乃至１２．２４キログラム）の二酸化炭素を前記ミキサまたは前記材料コンテナに噴射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記噴射アセンブリは、固体の二酸化炭素および気体の二酸化炭素の混合物へと二酸化炭素の状態を変化させ、固体および気体の二酸化炭素の前記混合物を前記ミキサ内に噴射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記材料コンテナをさらに備え、同材料コンテナは、前記材料コンテナの内側チャンバに面する出口を備える複数のインジェクタを有し、同複数のインジェクタの入口は、前記噴射アセンブリに相互に連結され、前記システム制御部は、前記複数のインジェクタの各々を制御するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ミキサをさらに含み、同ミキサは、開口を備える混合室を有し、同混合室は、前記噴射アセンブリから二酸化炭素を受容するように構成され、前記混合室は、予め定められた量のコンクリート材料を受容するように構成され、前記混合室は、前記二酸化炭素および前記予め定められた量のコンクリート材料を混合するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ミキサに相互に連結されるとともに前記混合室の前記開口をシールするように構成される閉鎖部をさらに含み、前記混合室は、前記閉鎖部が前記開口をシールした後に加圧され、前記混合室は、前記加圧された混合室内で前記二酸化炭素および前記予め定められた量のコンクリート材料を混合するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記ミキサを始動および停止するための信号を送信するように構成され、前記制御部は、前記ミキサの前記混合室に相互に連結される１つ以上の圧力解放弁を開閉するための信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
コンクリートの生産時にコンクリートに二酸化炭素を適用する方法であって、
十分な二酸化炭素が貯蔵コンテナにあるかどうか判断する工程と、
十分な二酸化炭素が貯蔵コンテナにあると判断した後にミキサを始動する工程と、
前記ミキサの混合室であって、開口を有する混合室に予め定められた量のコンクリート材料を配置する工程と、
噴射アセンブリが前記ミキサの前記混合室に二酸化炭素を噴射する位置にあるかを判断する工程であって、該噴射アセンブリは、前記貯蔵コンテナ、制御弁、液体−気体セパレータ、および前記噴射アセンブリを相互に連結するパイプによって、前記貯蔵コンテナと流体接続する、噴射アセンブリが二酸化炭素を噴射する位置にあるかを判断する工程と、
前記噴射アセンブリが前記混合室に二酸化炭素を噴射する前記位置にあると判断した後に、液体の二酸化炭素が前記貯蔵コンテナから出て前記パイプに進入できるように、前記制御弁を開いた配置に動かす工程と、
前記液体−気体セパレータにより前記パイプ内の液体の二酸化炭素から気体の二酸化炭素を分離する工程であって、気体の二酸化炭素は、パイプから穴を介して大気中に放出され、液体の二酸化炭素は、前記パイプを通して前記噴射アセンブリに続く、液体の二酸化炭素から気体の二酸化炭素を分離する工程と、
前記噴射アセンブリによって前記ミキサの前記混合室に二酸化炭素を噴射する工程であって、前記噴射アセンブリは、液体の二酸化炭素を固体の二酸化炭素および気体の二酸化炭素の混合物に状態を変化させるように構成される、二酸化炭素を噴射する工程と、
予め定められた量の二酸化炭素が前記ミキサの前記混合室に噴射されたと判断する工程と、
前記予め定められた量の二酸化炭素が前記混合室に噴射されたと判断した後に、液体の二酸化炭素が前記貯蔵コンテナから出ることを阻止するように前記制御弁を閉じた配置に動かす工程と、
前記コンクリート材料と前記二酸化炭素との間の化学反応が完了するまで前記コンクリート材料および前記二酸化炭素を混合する工程と、
前記ミキサの前記混合室から前記コンクリートを放出する工程とを含むことを特徴とするコンクリートに二酸化炭素を適用する方法。
【請求項１７】
前記混合室に前記コンクリート材料および二酸化炭素を配置した後に閉鎖部により前記混合室の前記開口をシールする工程と、
前記混合室の前記開口をシールした後に前記混合室の圧力を増加させる工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ミキサの前記混合室内の前記コンクリート材料に、減水剤および空気抱き込み剤のうちの少なくとも１つを付加する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記予め定められた量の二酸化炭素が前記ミキサの前記混合室に噴射されたと判断する工程は、前記貯蔵コンテナの重量を測定する工程、および前記貯蔵コンテナから流れた二酸化炭素の量を測定する工程のうちの少なくとも１つの工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
コンクリートの生産時に使用されるコンクリート材料に二酸化炭素を適用する方法であって、
貯蔵コンテナの二酸化炭素を供給する工程と、
複数のインジェクタを有する材料コンテナのチャンバ内にコンクリート材料を配置する工程であって、該インジェクタは、前記チャンバの外側表面上に入口を有するとともに前記チャンバ内に指向する出口を有する、コンクリート材料を配置する工程と、
前記材料コンテナの前記複数のインジェクタの前記入口に前記貯蔵コンテナを相互に連結する工程と、
前記貯蔵コンテナおよび前記複数のインジェクタと流体接続する制御弁を開いた配置に動かし、これにより、二酸化炭素を前記貯蔵コンテナから出させ、前記複数のインジェクタを通して前記材料コンテナの前記チャンバ内に移動させる、制御弁を動かす工程と、
十分な量の二酸化炭素が前記材料コンテナ内の前記コンクリート材料に付加されたと判断した後に前記制御弁を閉じた配置に動かす工程とを含むことを特徴とするコンクリート材料に二酸化炭素を適用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、通常コンクリートの生産時に使用されるシステムおよび方法に関する。特に、本開示は、コンクリートの生産時に二酸化炭素を使用するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントおよびコンクリートの生産は当該技術において周知である。コンクリートは、多くの産業において高度に効果的である多くの用途を有し、また、多くの機能を行うように生産可能である。例えば、コンクリートは、商業施設において、および市のプロジェクトのために広く使用される。これらのプロジェクトで使用されるコンクリートは、予め加熱され、予め加圧され、強化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不運にも、コンクリートに使用されるセメントの生産およびコンクリートの生産の両者は、大量の二酸化炭素（ＣＯ２）を生成することが周知である。米国エネルギー情報局によれば、セメント製造業者は大気中の二酸化炭素汚染の重要な源である。セメントが生産される際に、石灰石供給材料が加熱され、ＣＯ２が石灰石から放出される。セメント製造業者は、セメント製造工程時に相当量のエネルギーを使用して石灰石供給材料を加熱し、これにより、さらにＣＯ２が放出され、炭化水素が放出される。大気へのＣＯ２の放出を低減するために混合コンクリート中のＣＯ２を取り込むことを試みたシステムおよび方法が周知である。他のシステムおよび方法は、コンクリートを強化するためにＣＯ２を使用することを試みた。しかしながら、周知のシステムおよび方法のすべては、これらに関連付けられる短所および課題を有する。その短所および課題は、本開示で対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態により、コンクリートおよび／またはコンクリートの生産に使用される材料の生産における二酸化炭素（ＣＯ２）の使用に向けられた新規な処理および装置が考えられる。本発明の実施形態によるシステムおよび方法によるコンクリートの生産に先立って、あるいは生産時にコンクリートおよび／またはコンクリート材料に対してＣＯ２を適用することにより、従来のコンクリートの生産方法と比較して多くの効果が得られる。
【０００５】
本発明の実施形態の多くの効果として、コンクリートの生産時に必要なセメント量の低減、およびコンクリートの生産用のエネルギー消費の低減が挙げられる。本発明の実施形態によりコンクリートにＣＯ２を付加することにより、通常コンクリート一立方ヤード当たりのセメントのポンド、あるいはコンクリート一立方メートル当たりのセメントのキログラムで測定されるコンクリートの一単位当たりのセメント要素の重量が低減される。重量および容量により、セメントは、通常コンクリート混合物の大きな要素のうちの最も高価な部分である。ＣＯ２でコンクリートを処理することにより、立方メートルあるいは立方ヤードのコンクリートの総コストが低減される。コンクリートを生産するのに必要なセメントの量を低減すること、およびコンクリート混合物中のセメントに関連付けられるコストを対応して低減することに付加的に、コンクリートの総生産費は、コンクリートにＣＯ２を付加することにより低減され、これにより立方ヤードのコンクリートあるいは立方メートルのコンクリートがより低い総コストで生産可能となる。
【０００６】
コンクリート混合物に対してＣＯ２を付加することによるさらなる効果は、コンクリートの生産に使用されるセメントに対する水の比が増加することにある。本発明の方法およびシステムを使用して生産される混合生コンクリートにより、コンクリートの生産に使用されるセメントに対する水の比が周知の方法を使用して生産されるコンクリートで可能な比よりも大きいにもかかわらず、混合生コンクリートの必要なスランプが得られる。スランプとは、混合生コンクリートの加工性の尺度である。従って、本発明により、混合生コンクリートの一貫性および加工性が改善される。
【０００７】
本発明の一態様において、周知の方法を使用して生産されるコンクリートと比較して破壊強度および破壊強度一貫性が高められたコンクリートを生産するシステムおよび方法が提供される。本発明の実施形態によりコンクリートにＣＯ２を付加することにより、周知の方法を使用して生産されるコンクリートの制御サンプルと比較して、コンクリートの鍵となる物理的特性であるコンクリートの破壊強度が好適に改善される。本発明の実施形態の方法および装置を使用して生産されるとともにＣＯ２で処理されるコンクリートのサンプルの破壊強度試験は、破壊強度の可変性が他の周知の方法を使用して生産されたコンクリートと比較して、５０％乃至８０％に低減されることを示す。さらに、ＣＯ２でコンクリートを処理することにより、より一貫したコンクリート混合物が得られる。従って、本発明により、コンクリートの生産者およびユーザは、ＣＯ２で処理されるコンクリートの所望の構造特性のためのより正確なコンクリート混合物設計を策定可能である。
【０００８】
本発明のさらなる効果は混合生コンクリートの温度の低減にある。液体の二酸化炭素がタンクや貯蔵コンテナからミキサ内に噴射されると、液体の二酸化炭素は、大気圧で気体および固体の二酸化炭素へと位相を変化させる。大気圧において、固体のＣＯ２は−１０９°Ｆ（−７８．５°Ｃ）以下である必要がある。従って、本発明の実施形態による混合コンクリートに適用されるＣＯ２は、コンクリート混合物に噴射されるＣＯ２の量に比例して生コンクリート混合物を冷却する。生コンクリート混合物の温度を低減することにより、硬化したコンクリートの強度が高められることが周知である。コンクリートの温度を低減する方法および装置は、通常米国特許第８５８４８６４号および米国特許出願第１４／０５６１３９号に開示されるように当該技術において周知であり、これらはその全体がここに開示されたものとする。従って、コンクリート混合物を冷却することにより、本発明の実施形態は、得られる硬化したコンクリートの強度が高められる。
【０００９】
本発明の実施形態のシステムおよび方法は、浸透性が低減されるとともに劣化率が低減されたコンクリートも生産し、これにより、コンクリートおよびコンクリートで形成される構造体の耐用年数を増加させる。当業者には、コンクリートの中性化レベルが時間にわたって上昇し、コンクリートの浸透性が低減されることが周知である。すなわち、コンクリート内の小さな隙間の空間は、中性化反応による中性化生成物によって充填される。本発明により、中性化を促進することによって、周知の方法を使用して生産されるコンクリートと比較して浸透性がより少ない最初のコンクリート製品が得られる。浸透性の小さいコンクリートは、酸素、水、および他の液体、あるいは汚染物質がコンクリートに浸透し、コンクリート内の鋼補強材の酸化（あるいは「さび」）が引き起こされる際に生じる環境の悪化の影響を受けにくい。通常の凍結／解凍サイクルにより、コンクリート構造体内に亀裂が形成されることによって、酸素、水、および他の液体が浸透したコンクリートの強度がさらに低減される。従って、本発明の実施形態のシステムおよび方法によって生産されるコンクリートにより形成される構造体は、耐用年数が延びる。
【００１０】
本発明の実施形態により、コンクリート内にＣＯ２を捕捉し、かつ／または隔離するとともにコンクリートの混合処理時におけるセメントの水和時にＣＯ２と反応することにより、セメントおよびコンクリートの生産のＣＯ２の足跡を低減することがさらに支援される。所定量のコンクリートを生産するのに必要なセメントの量が低減されるので、本発明の方法およびシステムを使用することにより、コンクリートの生産時に消費されるエネルギー量も低減される。コンクリートの生産でＣＯ２を消費することによって、本発明は、コンクリートの生産時に地球温暖化に寄与すると考えられるＣＯ２、すなわち周知の温室効果ガスの放出を低減する。付加的に、コンクリートを生産するために必要とされるセメントの量を低減することにより、本発明の実施形態は、セメント製造業者のエネルギー消費および温室効果ガスの放出をさらに低減する。
【００１１】
本発明の実施形態のさらなる態様において、コンクリートの生産工程においてＣＯ２を適用するシステムおよび方法が提供される。様々な実施形態によれば、本願は、コンクリート、またはコンクリートの生産時に使用されるコンクリート材料の生産時にＣＯ２を混入させるか、隔離するか、消費する形態を取る。ここに開示される様々な実施形態において、システムおよび方法は、コンクリートの生産用の材料が格納される「原位置」（大型のコンテナ、すなわち「ブタ（ｐｉｇｓ）」や、生産現場における他の貯蔵装置等）で行われるか、これに代えて個別のサブ処理を通して行われる。本発明の実施形態は、コンクリート中のＣＯ２を捕捉し、かつ／または隔離し、これによりコンクリートの生産時のＣＯ２の放出が低減され、温室効果ガスによる汚染が低減される。出願人の発明は、後述するコンクリートの生産時にＣＯ２を適用するための特別の制御、噴射、および装置を含む。
【００１２】
一実施形態において、コンクリートまたはコンクリート材料に二酸化炭素を適用するための装置が設けられる。装置は液体の二酸化炭素の格納のための貯蔵コンテナを含む。少なくとも１つのロードセルが、貯蔵コンテナおよび貯蔵コンテナに格納される二酸化炭素の重量を測定するために貯蔵コンテナに取り付けられる。少なくとも１つのロードセルは、システム制御部と通信し、また、少なくとも１つのロードセルは、システム制御部に対して重量に関連する情報を送信するように構成される。パイプは、噴射アセンブリに貯蔵コンテナを相互に連結する。パイプは、噴射アセンブリに二酸化炭素を輸送するように構成される。パイプは、二酸化炭素を液体状態に保持するのに必要な温度および圧力に構成される。一実施形態において、貯蔵コンテナへのパイプの相互連結は、貯蔵コンテナから液体の二酸化炭素のみを抽出するように構成される。制御弁は貯蔵コンテナ近傍に位置され、制御弁が閉じた配置にある場合に、二酸化炭素がパイプに進入することを阻止し、制御弁が開いた配置にある場合に、二酸化炭素が制御弁によってパイプに進入可能となるように構成される。制御弁はシステム制御部と通信する。
【００１３】
装置は、噴射アセンブリが二酸化炭素を受容するに先だって、液体の二酸化炭素から気体の二酸化炭素を分離するための、パイプと流体接続する液体−気体セパレータを含む。液体−気体セパレータは、装置から気体の二酸化炭素を放出するための穴を有する。一実施形態において、気体の二酸化炭素は穴を通して大気に放出される。別例において、液体−気体セパレータによって液体の二酸化炭素から分離された気体の二酸化炭素は、液体−気体セパレータの穴に貯蔵コンテナを相互に連結する第２のパイプによって貯蔵コンテナに戻される。
【００１４】
噴射アセンブリは、パイプから二酸化炭素を受容し、コンクリートミキサあるいはコンクリートの材料コンテナに二酸化炭素を噴射する。一実施形態において、噴射アセンブリは、二酸化炭素が噴射アセンブリを通過する際に二酸化炭素の温度を−１０９°Ｆ以下に低減させるように構成される。別例において、噴射アセンブリは、ミキサまたは材料コンテナ内のコンクリートの混合物の一立方ヤード当たり約１乃至約２７ポンド（約０．４５乃至１２．２４キログラム）の二酸化炭素をミキサまたはコンクリート材料コンテナに噴射する。さらなる別例において、噴射アセンブリは、固体の二酸化炭素および気体の二酸化炭素の混合物へと二酸化炭素の状態を変化させ、固体および気体の二酸化炭素の混合物をミキサ内に噴射するように構成される。
【００１５】
システム制御部は、システム制御部と通信する制御弁、噴射アセンブリ、液体−気体セパレータ、ミキサ、および他のセンサ、並びに制御される装置を制御するように構成される。一実施形態において、システム制御部は、貯蔵コンテナおよび貯蔵コンテナに格納される二酸化炭素の重量が予め定められた量だけ減少したと判断すると、制御弁を閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成される。別例において、システム制御部は、予め定められた量の時間の後に制御弁を閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成される。
【００１６】
一実施形態において、装置は、パイプと流体接続するとともにシステム制御部と通信するマスフローコントローラを含む。マスフローコントローラは、マスフローコントローラを通って流れる二酸化炭素の量を測定するとともにシステム制御部にその量に関連する情報を送信する。システム制御部は、予め定められた量の二酸化炭素がマスフローコントローラを通って流れたと判断すると、制御弁を閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成される。さらなる別例において、装置は、気体の二酸化炭素がパイプの制御弁といつ接触するかを判断するように構成される液体の二酸化炭素のセンサをさらに含む。液体の二酸化炭素のセンサは、システム制御部と通信し、システム制御部への接触と関連する情報を送信するように構成される。システム制御部は、気体の二酸化炭素が制御弁に接触していると液体の二酸化炭素のセンサが判断すると、制御弁を閉じた配置に動かすための信号を送信するように構成される。本発明のさらなる別例において、装置はシステム制御部によって制御される。
【００１７】
一実施形態において、装置はさらに材料コンテナを含む。材料コンテナは、材料コンテナの内側チャンバに面する出口を備えた複数のインジェクタを含む。複数のインジェクタは、材料コンテナの外側表面上の入口を含む。複数のインジェクタの入口は、噴射アセンブリに相互に連結される。さらなる別例において、材料コンテナは、内側チャンバをシールするための閉鎖部を含み、そのシール後に、内側チャンバは加圧可能である。システム制御部は複数のインジェクタの入口を制御するように構成され、内側チャンバ内の圧力を増減するように材料コンテナに相互に連結される１つ以上の圧力弁を開閉するための信号を送信可能である。システム制御部は、複数のインジェクタの入口の各々を個別に制御し、かつ１つ以上の圧力弁を個別に制御するようにさらに構成される。従って、システム制御部は、１つの入口、あるいは複数の入口への二酸化炭素の流れを低減する信号を送信可能であり、また、第２の入口を通して、あるいは複数の入口を通して二酸化炭素の流れを増加させるために第２の入口あるいは複数の入口に第２の信号を送信可能である。
【００１８】
別例において、装置はミキサを備える。ミキサは開口を備えた混合室を有する。混合室は、噴射アセンブリから二酸化炭素を受容し、予め定められた量のコンクリート材料を受承する。混合室は二酸化炭素および予め定められた量のコンクリート材料を混合するように構成される。さらなる別例において、閉鎖部はミキサに相互に連結されて混合室の開口をシールし、混合室は閉鎖部が開口をシールした後に加圧される。混合室は、加圧された混合室内で、二酸化炭素および予め定められた量のコンクリート材料を混合するように構成される。さらなる別例において、制御部はミキサを始動および停止するための信号を送信し、閉鎖部を開閉し、ミキサの混合室に相互に連結される１つ以上の圧力解放弁を開閉するための信号を送信するように構成される。
【００１９】
本発明の実施形態の別の態様において、コンクリートの生産時に二酸化炭素をコンクリートに適用する方法が提供される。方法は通常、（１）十分な二酸化炭素が貯蔵コンテナにあるかどうか判断する工程と、（２）十分な二酸化炭素が貯蔵コンテナにあると判断した後にミキサを始動する工程と、（３）ミキサ混合室であって、開口を有する混合室に予め定められた量のコンクリート材料を配置する工程と、（４）噴射アセンブリがミキサの混合室に二酸化炭素を噴射する位置にあるかを判断する工程であって、該噴射アセンブリは、貯蔵コンテナ、制御弁、液体−気体セパレータ、および噴射アセンブリを相互に連結するパイプによって、貯蔵コンテナと流体接続する、噴射アセンブリが二酸化炭素を噴射する位置にあるか判断する工程と、（５）噴射アセンブリが混合室に二酸化炭素を噴射する位置にあると判断した後に、液体の二酸化炭素が貯蔵コンテナから出て、かつパイプに進入できるように制御弁を開いた配置に動かす工程と、（６）液体−気体セパレータによりパイプ内の液体の二酸化炭素から気体の二酸化炭素を分離する工程であって、気体の二酸化炭素は、パイプから穴を介して大気中に放出され、液体の二酸化炭素は、パイプを通して噴射アセンブリに続く、液体の二酸化炭素から気体の二酸化炭素を分離する工程と、（７）噴射アセンブリによってミキサの混合室に二酸化炭素を噴射する工程であって、噴射アセンブリは、液体の二酸化炭素を固体の二酸化炭素および気体の二酸化炭素の混合物に状態を変化させるように構成される、二酸化炭素を噴射する工程と、（８）予め定められた量の二酸化炭素がミキサの混合室に噴射されたと判断する工程と、（９）予め定められた量の二酸化炭素が混合室に噴射されたと判断した後に、液体の二酸化炭素が貯蔵コンテナから出ることを阻止するように制御弁を閉じた配置に動かす工程と、（１０）コンクリート材料と二酸化炭素との間の化学反応が完了するまでコンクリート材料および二酸化炭素を混合する工程と、（１１）ミキサの混合室からコンクリートを放出する工程とを含む。一実施形態において、方法はシステム制御部によって制御される。
【００２０】
任意により、方法は、混合室にコンクリート材料および二酸化炭素を配置した後に、混合室の開口を閉鎖部でシールする工程、および混合室の開口をシールした後に混合室の圧力を高める工程をさらに含む。一実施形態において、方法は、ミキサの混合室のコンクリート材料に減水剤および空気抱き込み剤（ａｉｒ  ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ  ａｇｅｎｔ）のうちの少なくとも１つを付加する工程を含む。一実施形態において、減水剤はＢＡＳＦのポゾリス（登録商標）２００Ｎである。別例において、減水剤はＢＡＳＦのポゾリス（登録商標）３２２である。さらなる別例において、減水剤はＢＡＳＦのグレニウム（登録商標）３４００ＮＶである。一実施形態において、空気抱き込み剤はＢＡＳＦのＭＢ−ＡＥ（登録商標）９０である。他の減水剤、空気抱き込み剤、および混合物が、本発明の方法および装置と組み合わせて使用されてもよく、当業者によって認識されるように本発明の範囲および趣旨内にあるものといえる。
【００２１】
さらなる別例において、予め定められた量の二酸化炭素がミキサの混合室に噴射されたと判断する工程は、貯蔵コンテナの重量を測定する工程、および／または貯蔵コンテナから流れた二酸化炭素の量を測定する工程のうちの少なくとも１つの工程を含む。
【００２２】
本発明の別の態様において、コンクリートの生産時に使用されるコンクリート材料に二酸化炭素を適用する方法が提供される。方法は通常、（１）貯蔵コンテナの二酸化炭素を供給する工程と、（２）材料コンテナのチャンバ内にコンクリート材料を配置する工程であって、材料コンテナは複数のインジェクタを有し、複数のインジェクタの各々は、二酸化炭素のインジェクタを通した流れを制御するための弁を有し、複数のインジェクタの各々は、チャンバの外側表面上に入口を有し、複数のインジェクタの各々は、チャンバ内に指向する出口を有する、コンクリート材料を配置する工程と、（３）材料コンテナの複数のインジェクタの入口に貯蔵コンテナを相互に連結する工程と、（４）貯蔵コンテナおよび複数のインジェクタと流体接続する制御弁を開いた配置に動かし、これにより、二酸化炭素を貯蔵コンテナから出させ、複数のインジェクタを通して材料コンテナのチャンバ内に移動させる、制御弁を動かす工程と、（５）十分な量の二酸化炭素が材料コンテナ内のコンクリート材料に付加されたと判断した後に制御弁を閉じた配置に動かす工程とを含む。一実施形態において、減水剤および／または空気抱き込み剤はミキサ内のコンクリート材料に付加される。別例において、減水剤はＢＡＳＦのポゾリス（登録商標）３２２である。さらなる別例において、減水剤はＢＡＳＦのグレニウム（登録商標）３４００ＮＶである。一実施形態において、空気抱き込み剤はＢＡＳＦのＭＢ−ＡＥ（登録商標）９０である。他の減水剤、空気抱き込み剤、および混合物が、本発明の方法および装置と組み合わせて使用されてもよく、当業者によって認識されるように本発明の範囲および趣旨内にあるものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるコンクリートの生産工程においてＣＯ２を適用するためのシステムを示すフローチャート図。
【図２】本発明の別例によるコンクリート材料にＣＯ２を適用するためのシステムを示す図。
【図３】本発明のさらなる別例によるコンクリートの生産工程においてＣＯ２を適用するためのシステムを示す図。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるＣＯ２を適用する方法であって、図３に示すシステムと関連する方法を示すフローチャート図。
【図５】本発明の実施形態によるシステム制御部を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態についての理解を支援するために、要素および要素に関連付けられる参照符号を、後述する符号の説明に示す。
異なる要素を含む詳細な説明を後述するが、説明の法的範囲は、本開示に添付の特許請求の範囲の記載によって定義されるものといえる。詳細な説明は、例示的なものに過ぎず、あらゆる可能な実施形態を開示することは非実用的であり、さもなくば不可能であるため、あらゆる可能な実施形態を開示するものではない。現在の技術、および本特許出願日の後に開発された技術のいずれかを使用して、多数の別例が実施されるが、これらもなお特許請求の範囲内にある。
【００２５】
図１乃至５に、本発明の所定の実施形態による、コンクリートに、あるいはこれに代えてコンクリートの生産時に使用される１つ以上のコンクリート材料にＣＯ２を適用するシステムおよび方法を示す。図１を参照して、好ましい実施形態によるコンクリートあるいはコンクリート材料にＣＯ２を適用するためのシステム２を示す。コンテナまたは貯蔵コンテナ４は液体のＣＯ２を格納することに利用される。貯蔵コンテナ４は、当業者に周知の任意の材料、形状、あるいは寸法からなり、通常縦に、あるいは横方向に位置される。パイプ６あるいは他の導管は、ミキサ８に貯蔵コンテナ４を相互に連結し、ミキサ８に予め定められた量のＣＯ２を輸送することに利用される。パイプ６は可撓性を備えるか、通常剛性を備える。一実施形態において、パイプ６のうちの少なくとも一部は、可撓性を備えた超高真空（ＵＨＶ）ホースから構成される。当業者に周知の様々なタイプのミキサ８が本発明の実施形態と組み合わせて使用され、ミキサ８は、例えば、傾斜ドラムミキサ、単軸および二軸強制ミキサ（ｃｏｍｐｕｌｓｏｒｙ  ｍｉｘｅｒｓ）、パドルミキサ、加圧型炉／ミキサ、トラック搭載ミキサ、ミキサ車の連続式ミキサ、および閉鎖部でシール可能な混合室を備えたミキサを含む。
【００２６】
システム２は、貯蔵コンテナ４とミキサ８との間のＣＯ２の流れを規制するためのタンク遮断弁１０、液体／気体検知器具１２、および自動噴射弁１４のうちの１つ以上を含む。スノーホーンとも呼ばれる１つ以上の噴射アセンブリ１６は、ＣＯ２をコンクリートに、および／またはコンクリートの生産に使用される１つ以上のコンクリート材料に直接適用する。本発明による噴射アセンブリ１６としての使用に好適なスノーホーンは、周知である。例えば、発明の名称が「液体の二酸化炭素によりドライアイスを断続的に生産するための装置」である米国特許第３６６７２４２号明細書は、概して要求に応じて制御された断続的な方法でドライアイスを生産するための改善されたスノーホーンを開示し、明細書はその全体がここに開示されたものとする。
【００２７】
コンクリート材料が混合中に結合し始めている間に、ＣＯ２はミキサ８に通常噴射される。ＣＯ２は、気体、液体、あるいは固体の状態でコンクリートあるいはコンクリート材料に適用される。噴射アセンブリ１６は、すべてのタイプのミキサ８内に直接ＣＯ２を分配可能である。
【００２８】
噴射アセンブリ１６は、コンクリートの生産設備、中央の混合バッチプラント、あるいは現場での生産時の使用に際してコンクリートミキサ８にＣＯ２を送るように位置される。これに代えて、コンクリートミキサ８は、コンクリートあるいはコンクリートを生産するのに使用されるコンクリート材料を収容する材料コンテナあるいは他の構造体（コンクリート材料の積層や堆積を含む）に代えられてもよい。例えば、二酸化炭素は、既存の構造体および設備を使用して、現場で格納されたコンクリート材料に対してシステム２によって輸送される。現場では、セメントおよび他のコンクリート材料は、通常例えばセメントの場合において「ブタ（ｐｉｇ）」として周知のコンテナのような材料コンテナ内に載置される。材料コンテナの内側表面は、複数の内側に面するインジェクタ出口を含む。チューブまたはパイプは、圧縮空気源に複数のインジェクタの入口を相互に連結する。周知の設備において、圧縮空気は、複数のインジェクタのうちの１つ以上を通して材料コンテナ内のコンクリート材料に噴射され、コンクリート材料が材料コンテナから流出するように、コンクリート材料を「流体にする」。付加的に、圧縮空気は輸送トラックのセメントにも通常噴射され、セメントをトラックから貯蔵施設に輸送する。好ましい実施形態において、本発明のシステムおよび方法は、コンクリート材料およびセメントを流体化するために既存の構造体およびインジェクタを利用してＣＯ２をコンクリートおよび／またはコンクリート材料に適用し、ここに開示されるＣＯ２適用による効果を得る。例えば、好ましい一実施形態において、システム２は、圧縮空気源に代えて材料コンテナのインジェクタに相互に連結される。材料コンテナ内のコンクリート材料が一組のコンクリートの生産に必要な場合、システム２は、コンテナ４から圧縮した気体のＣＯ２を複数のインジェクタを通して材料コンテナ内に噴射し、コンクリート材料を流体にするとともにＣＯ２でコンクリート材料を処理する。複数のインジェクタの各々は個別に制御され、これにより、ＣＯ２の流れは正確に制御され、ＣＯ２は、複数のインジェクタのうちのいくつかまたはすべてを通して選択的に噴射される。さらに、複数のインジェクタの各々を通したＣＯ２の流速は、個別に制御することができ、これにより、インジェクタのうちのいくつかは、部分的に開放されて、ＣＯ２の流れを低速にし、インジェクタのうち他のものは、ＣＯ２の流れをより高速にする。本発明の代替的実施形態において、詳細な説明および添付の図面を参照して理解されるように、ＣＯ２の適用は、個別の、および／または付加的な設備によって行われる。
【００２９】
一実施形態において、コンクリートおよび／またはコンクリート材料に適用されるＣＯ２の量の制御は、ＣＯ２貯蔵コンテナ４にロードセル（あるいは測定器）を接続し、コンテナ４およびコンテナ内のＣＯ２の重量を連続して監視することにより可能である。システム制御部（後述する）は、ＣＯ２の予め定められた重量がコンテナ４から分配された場合に、１つ以上の弁を開閉するように設定可能である。すなわち、一旦貯蔵コンテナ４およびその内部のＣＯ２の組み合わされた重量がコンクリート混合物に噴射されるＣＯ２の所望の量に相当する予め定められた量減少したと制御部が判断すると、システム制御部は、確実に適切な量のＣＯ２がコンクリートおよび／またはコンクリート材料に噴射されるように１つ以上の弁を閉めて貯蔵コンテナ４からのＣＯ２の流れを止めるための信号を生成する。出願人は、過量のＣＯ２を処理に噴射すると、コンクリートの品質に悪影響を及ぼすことがわかった。従って、分配されるＣＯ２の量を制御するためにコンテナ４の差量を監視することにより、コンクリートに予め定められた量のＣＯ２が確実に適用され、コンクリートの所望の設計特性が得られる。出願人は、コンクリート１立方ヤード当たり約１乃至２７ポンド（約０．４５乃至１２．２４キログラム）のＣＯ２を付加することにより、コンクリート混合物の破壊強度および物理的性質が高められることがわかった。これは一例に過ぎず、コンクリートに付加されるＣＯ２の量は、コンクリートおよび要素およびコンクリートに付加される混合物の様々な設計要件に基づき変化するものといえる。例えば、一実施形態において、コンクリート１立方ヤード当たり約２７ポンド（約１２．２４キログラム）以上のＣＯ２が付加される。
【００３０】
コンクリートおよび／またはコンクリート材料に適用されるＣＯ２の量を制御する別の方法は、定期的な適用による。本実施形態において、タイマ中継スイッチは、弁１０を開くとともに設定した量の時間で混合物内にＣＯ２を噴射させるように設定される。弁１０が開いた状態を維持する時間の長さは、貯蔵コンテナ４内のＣＯ２の圧力および／または噴射アセンブリ１６によって監視されるＣＯ２の流速に基づいて決定される。さらなる別例において、ＣＯ２は、ユーザが１つ以上の弁を手動で開閉することにより、コンクリートおよび／またはコンクリート材料に手動で付加される。
【００３１】
付加的な要素および設備が、ここに開示されるシステムおよび方法を高めるためにシステム２にさらに含まれてもよい。例えば、以下の図２乃至５に関して開示される設備は、図１に関して開示される本発明の実施形態と組み合わせて使用される。
【００３２】
図２にコンクリートまたはコンクリート材料にＣＯ２を適用するための別例によるシステム１８を示す。上述したシステム２と同様に、システム１８は、二酸化炭素を含むとともにパイプ６Ａおよび６Ｂによって噴射アセンブリ１６Ａと流体接続する貯蔵コンテナ４Ａを有する。パイプは、可撓性を備える部分６Ａおよび通常剛性を備える部分６Ｂの両者を含む。システム１８は、遮断弁２０、減圧弁２２、ガス浄化装置２４、フランジ２８とのポンプ接続部２６、および１つ以上の弁３０のうちの１つ以上を含む。コンクリート混合物あるいはコンクリート材料に適用されるＣＯ２の量は、低温制御弁３０Ａに連結されるマスフローコントローラ３２を使用することによって制御される。マスフローコントローラ３２は、マスフローコントローラ３２を通してシステム制御部（後述する）に流れたＣＯ２の量を測定するとともに連続して報告する。システム制御部は、予め設定された量のＣＯ２がマスフローコントローラ３２を通過したと判断すると、制御弁３０Ａ、遮断弁２０、および／または噴射アセンブリ１６Ａ内の１つ以上の弁を閉じるための信号を送信する。様々なマスフローコントローラ３２および制御弁３０Ａが、市場で販売されており、本発明の実施形態と組み合わせた使用に好適である。本発明と組み合わせて使用される弁の２つの例は、ＡＳＣＯ（登録商標）低温弁および液体のＣＯ２電磁弁を含む。シエラ（登録商標）の器具ＩｎｎｏｖａＭａｓｓ（登録商標）２４０モデルの低温マスフローコントローラは、本発明における使用に好適な低温マスフローコントローラの一例である。重量、時間、量、あるいは手動による適用によりＣＯ２を測定する方法は、組み合わされても、選択的に使用されてもよい。一実施形態において、ＣＯ２は、ロードセルを使用した重量、マスフローコントローラと協働した量、時間、および／または手動の適用によるＣＯ２の測定と組み合わせることによりコンクリート混合物に適用される。任意により、弁２０および弁３０Ａ、並びに噴射アセンブリ１６Ａの弁は、ユーザによって手動で開閉される。
【００３３】
図２に示す実施形態において、噴射アセンブリ１６Ａは、材料コンテナ３３あるいは「ブタ（ｐｉｇ）」の複数のインジェクタ１７に、すなわちコンクリート材料を格納するための内側チャンバにパイプ６Ａによって相互に連結される。インジェクタ１７は、材料コンテナの内側チャンバの内側に指向するか面する出口を有する。インジェクタ１７の入口は材料コンテナの外側表面上に位置される。複数のインジェクタ１７の各々は、インジェクタ１７を通したＣＯ２の流れを個別に制御するために駆動される弁を有する。制御部はインジェクタ１７の弁を開閉し、複数のインジェクタ１７の各々を通したＣＯ２の流れを増減させるために、複数のインジェクタ１７の各々に信号を送信するように構成される。貯蔵コンテナのチャンバは開放された開口を有する。本発明の一実施形態により、１つ以上の弁２０、弁３０、弁３０Ａを開くことによって、二酸化炭素の供給はインジェクタ１７を通して材料コンテナ３３の内部に適用され、ＣＯ２で材料コンテナ３３内のコンクリート材料が処理される。さらなる別例において、液体のＣＯ２は材料コンテナ３３内のコンクリート材料に適用される。任意により、材料コンテナに噴射されるＣＯ２が逃げるのを防ぐべく開口をシールするために、閉鎖部が材料コンテナに相互に連結されてもよい。一実施形態において、開口が閉鎖部によってシールされた後に、チャンバが加圧される。
【００３４】
図３および図４を参照して、所定の実施形態によるシステム３４および方法７０を示す。図４に方法７０の工程の通常の順序を示すが、方法７０は、より多くのあるいはより少ない工程を含んでもよく、また、工程の順序は図４に示すとともにここに開示される方法７０とは異なってもよい。
【００３５】
方法７０は、工程７２で開始され、工程７４でミキサ８Ａに輸送される所望の量の二酸化炭素３６が、システム制御部４２に入力される。設定ポイントはＣＯ２の重量あるいは量である。設定ポイントは、生産されるコンクリートのための設計仕様に基づいて予め定められた混合物の表から選択され、これは、システム制御部４２と通信するユーザ・インターフェース４８に表示される。これに代えて、ミキサ８Ａに輸送される二酸化炭素のカスタム量は、ユーザ・インターフェース４８を介してユーザによって制御部４２に入力されてもよい。ユーザ・インターフェース４８は、システム制御部４２から物理的に分離される携帯用電子装置５０によって生成される。電子装置５０の例は、システム制御部４２と相互に情報を交換するのに適したソフトウェアやアプリケーション（あるいは「アップ」）を実行するとともに有線ネットワーク５２および無線ネットワーク５４のいずれかを介してシステム制御部４２と通信可能なスマートフォン、タブレット装置、ラップトップ・コンピュータ、他のポータブルコンピュータ、あるいは他の装置を含む。電子装置５０は、セメント車オペレータのようなユーザがシステム３４および方法７０を制御するためにシステム制御部４２にアクセスできるようにユーザ・インターフェース４８を生成する。一実施形態において、ユーザは、電子装置５０を使用してシステム制御部４２とインターネット接続を介して通信することにより、システム制御部４２、並びにシステム制御部４２と信号により通信するセンサアレイおよび制御される装置にアクセスし、これらから情報を受信し、これらを制御する。
【００３６】
コンクリート混合物に付加される所望の量のＣＯ２のための設定ポイントが、工程７４でシステム制御部４２に入力された後に、システム制御部４２は、工程７６で貯蔵コンテナ４Ｂに十分な量の二酸化炭素があるかどうかを判断する。ロードセル３８は貯蔵コンテナ４Ｂに取り付けられ、貯蔵コンテナ４Ｂ、並びに貯蔵コンテナ４Ｂに含まれる液体の二酸化炭素３６および気体の二酸化炭素６０の組み合わされた重量を絶えず監視する。貯蔵コンテナ４Ｂおよび貯蔵コンテナ４Ｂ内の二酸化炭素の組み合わされた重量は、システム制御部４２に対して接続部４０によって連続して送信される。コンテナ４Ｂおよびコンテナ４Ｂ内の二酸化炭素の組み合わされた重量からコンテナ４Ｂの既知の空の重量を減算することによって、制御部は、貯蔵コンテナ４Ｂ内のＣＯ２の重量を測定することができる。システム制御部４２が工程７６で不十分な量の二酸化炭素３６が利用可能であると判断すると、十分な量の二酸化炭素が貯蔵コンテナ４Ｂにおいて利用可能となるまで方法７０は戻る。システム制御部４２が工程７６で十分な量の二酸化炭素が利用可能であると判断すると、方法７０は工程７８に続き、システム制御部４２は、ミキサ８Ａを始動するために接続部４０によって信号を送信する。
【００３７】
ミキサ８Ａの混合室は、工程８０で所望の混合物構成につきコンクリート材料４４（例えば岩、砂、他の凝集物、水、他のセメント質の材料、混合物、およびセメント等）で満たされ、混合は継続する。一実施形態において、システム制御部４２と通信するセンサは、コンクリート混合物に付加されるコンクリート材料４４の重量や体積を測定するように構成される。システム制御部４２は、コンクリート混合物に付加されるコンクリート材料４４をミキサ８Ａの混合室に輸送するのに必要なコンベア、ベルト、パイプ、あるいは弁を制御するようにさらに構成される。
【００３８】
当業者は、様々なコンクリート材料４４および混合物が、使用およびコンクリートの所望の特性に基づく設計を考慮して要求されるように、コンクリートミキサ８Ａに付加されることを認識するであろう。プラスチック、ポリマ・コンクリート、染料、顔料、化学混和剤および／または鉱物質混和剤、あるいは様々な組み合わせの材料を有する様々なタイプおよび構成の混合物で表される同様の材料を含むがこれらに限定されないコンクリート材料４４がミキサ８Ａに付加される。ミキサ８Ａ内で組み合わされると、選択されたコンクリート材料４４は所望の特性を備えるコンクリートを形成する。出願人は、ミキサ８Ａ内のコンクリート材料４４に対して減水剤および／または空気抱き込み剤を付加することが効果的であることがわかった。本発明における使用に好適な減水剤は、例示に過ぎないが、ポゾリス（登録商標）２００Ｎの減水混合物、ポゾリス（登録商標）３２２Ｎの減水混合物、およびグレニウム（登録商標）３４００  ＮＶ広域減水混合物を含み、これらは各々ＢＡＳＦによって生産される。好適な空気抱き込み剤の一例は、ＢＡＳＦのＭＢ−ＡＥ（登録商標）９０の空気抱き込み混合物（ａｉｒ−ｅｎｔｒａｉｎｉｎｇ  ａｄｍｉｘｔｕｒｅ）である。他の減水剤、空気抱き込み剤、および混合物が、本発明の方法および装置と組み合わせて使用されてもよく、当業者によって認識されるように本発明の範囲および趣旨内にあるものといえる。
【００３９】
ミキサ８Ａに対する噴射アセンブリ１６Ｂやスノーホーンの位置は、センサ４６によって監視され、システム制御部４２に対して接続部４０によって送信される。センサ４６は、特に噴射アセンブリ１６Ｂおよびミキサ８Ａの様々な移動可能な要素の相対位置および／または絶対位置、並びに静止要素および移動可能な要素の配置を追跡する光学式の位置センサ、線形の位置センサ、あるいは角度位置センサを含む。噴射アセンブリ１６Ｂ、ミキサ８Ａ、およびセンサ４６は、システム制御部４２によって移動され、位置決めされ、配向される。工程８２で噴射アセンブリ１６Ｂがミキサ８Ａに対して適切な位置にあるとシステム制御部４２が判断すると、処理７０が継続する。また、ユーザは工程８４でユーザ・インターフェース４８上の「スタート」ボタンあるいは他のボタンを押すことにより二酸化炭素の輸送を開始する。システム制御部４２は、続いて制御弁５６を開くために接続部４０によって信号を送信する。弁５６が工程８６で開き、工程８８で液体の二酸化炭素３６が輸送パイプ６によって貯蔵コンテナ４Ｂから出る。
【００４０】
発明者は、噴射アセンブリ１６Ｂに送られるＣＯ２の略すべてが液体状態３６にある場合に、システム３４の効率が改善されることがわかった。システム３４のパイプ６および他の要素は、一旦二酸化炭素が貯蔵コンテナ４Ｂから出ると、液体状態３６にＣＯ２を保持するのに必要な温度および圧力で作動するように構成される。付加的に、ＣＯ２貯蔵コンテナ４Ｂを噴射アセンブリ１６Ｂにできるだけ近づけるように位置決めすることにより、気体の状態６０に位相が変化する液体の二酸化炭素３６の量が低減される。
【００４１】
気体６０のＣＯ２に対する液体３６のＣＯ２の比をさらに高めるために、システム３４は、工程９０で液体の二酸化炭素３６から気体の二酸化炭素６０を分離するための液体−気体セパレータ５８を備える。気体の二酸化炭素６０は、液体−気体セパレータの戻し弁５６Ａおよび貯蔵コンテナに相互に連結される付加的なパイプ６Ｃによって貯蔵コンテナ４Ｂに戻される。任意により、気体の二酸化炭素６０は、放出弁または穴を通って大気中に放出されてもよい。一実施形態において、液体−気体セパレータ５８は、第１の位置で大気中に気体の二酸化炭素６０を放出する弁５６Ａを含む。弁５６Ａは、付加的なパイプ６Ｃを通して貯蔵コンテナ４Ｂに気体の二酸化炭素６０を戻すための第２の位置を有する。液体−気体セパレータ５８および弁５６Ａは、システム制御部４２と信号で通信４０し、システム制御部４２は弁５６Ａを制御するように構成される。
【００４２】
パイプ６内にある液体の二酸化炭素３６の割合は、貯蔵コンテナ４Ｂを気体の二酸化炭素６０を保持するように構成することによりさらに高められる。一実施形態において、パイプ６は、貯蔵コンテナのヘッドスペース内に気体の二酸化炭素６０を残し、貯蔵コンテナ４Ｂから液体の二酸化炭素３６のみを抽出するように、貯蔵コンテナ４Ｂの下側表面に相互に連結される。好ましい実施形態において、パイプ６は、貯蔵コンテナ４Ｂの底部に相互に連結される。付加的に、システム３４は、液体の二酸化炭素３６が制御弁５６の近傍にあるかどうかを判断するように構成されるＣＯ２センサ５９を含み、センサ５９によって収集される情報をシステム制御部４２に対して接続部４０によって送信することができる。液体のＣＯ２センサ５９は、気体の二酸化炭素６０がパイプ６あるいは制御弁５６に接触する際に、システム制御部４２に信号を送信するようにさらに構成される。液体のＣＯ２センサ５９は、制御弁５６近傍に位置される。一実施形態において、液体のＣＯ２センサ５９は貯蔵コンテナ４Ｂ内に位置される。
【００４３】
任意により、液体−気体セパレータ５８はさらにマスフローコントローラを含んでもよい。一体的なセパレータ器具およびマスフローコントローラは、分離された気体の二酸化炭素６０の量、およびセパレータ５８を通過する液体の二酸化炭素３６の量を連続して監視し、これらの量を接続部４０によってシステム制御部４２に送信する。システム制御部４２は、マスフローコントローラから送信された情報を任意に使用して、予め設定された量のＣＯ２がいつ輸送されたかを判断し、続いて制御弁５６を閉じるための信号を送信する。
【００４４】
セパレータ５８を通過した後に、液体の二酸化炭素３６は、パイプ６を通して続き、工程９２で噴射アセンブリ１６Ｂの入口６２に進入する。噴射アセンブリ１６Ｂの入口６２と噴射アセンブリ１６Ｂの出口６４との差圧により、二酸化炭素は工程９４でその状態を液体３６から気体６０に、また、液体３６から固体６６に変化させ、これにより、噴射アセンブリ１６Ｂの出口６４から放出されたＣＯ２は、固体の二酸化炭素６６の雪状のものおよび気体の二酸化炭素６０の混合物となる。差圧によりＣＯ２の温度も下がる。一実施形態において、差圧により、ＣＯ２の温度は−１０９°Ｆ（約−７８℃）以下に下がる。別例において、ＣＯ２の温度は−１０９°Ｆ（約−７８℃）未満に下がる。固体の二酸化炭素６６および気体の二酸化炭素６０の混合物は、工程９６でミキサ８Ａ内に放出される。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態によれば、コンクリート６８は、ミキサ８Ａの混合室にＣＯ２を流すことにより形成されるＣＯ２雰囲気中で混合される。混合室は開いた開口を有する。本発明のいくつかの実施形態において、開口をシールするのに適した閉鎖部は、ミキサ８Ａに相互に連結される。ミキサ８Ａの混合室は、ＣＯ２が故意に濃縮された空気を含む。本実施形態によれば、混合室内の空気は略すべて気体のＣＯ２に代えられる。
【００４６】
本発明の実施形態の一態様において、コンクリート６８およびＣＯ２は閉鎖部でシール可能な開口を有する混合室を備えるミキサ８Ａ内で混合される。混合室は、コンクリート材料４４（岩、砂、骨材、水、セメント、および／または材料および混合物等）およびＣＯ２が上述したような予め定められた混合物の構成により装填される。任意により、ＣＯ２は、液体状態３６でミキサ８Ａの混合室に付加される。混合室の開口は、閉鎖部によって続いてシールされ、ミキサ８Ａが始動される。任意により、一実施形態において、混合室が閉鎖部によってシールされた後に、ＣＯ２が混合室に噴射されてもよい。ミキサ８Ａのシールした混合室は、さらに加圧される。混合室内の圧力センサは、シールされた混合室内の圧力を接続部４０によってシステム制御部に伝達する。システム制御部４２は、予め定められた量のＣＯ２を混合室に付加することにより、シールした混合室内の圧力を制御することができる。制御部４２は、混合室に相互に連結される１つ以上の弁をさらに開放可能であり、これにより、混合室内の圧力を下げて、圧力を予め定められた量に保持するか、あるいは混合室の開口をシールする閉鎖部を開くに先だって圧力を放出する。混合処理時に混合室内で材料をシールした状態に保持する加圧された反応炉は、当業者に周知である。シールした混合室内でコンクリート材料４４およびＣＯ２を混合することにより、混合処理中にＣＯ２の略すべてがコンクリート６８中に捕捉される。これにより、コンクリート材料４４においてＣＯ２のより完全な反応およびより大きな飽和が得られる。
【００４７】
別例において、固体の二酸化炭素６６は、開放されているかシールされているかいずれかの混合室を備えるミキサ８内のコンクリート材料４４に付加される。本実施形態において、固体の二酸化炭素６６は、コンクリート材料４４の混合時にコンクリート６８と反応するとともにコンクリート６８に昇華するであろう。システムは、固体の二酸化炭素６６のブロックあるいはドライアイスと組み合わせて使用するためのスリンガ／クラッシャをさらに備える。ブロックの形態の通常の水の氷が、コンクリート混合物の水和および冷却を同時に行うために、水を混合する代わりに付加されてもよい。水の氷ブロックを砕くとともにミキサ８内のコンクリート混合物に砕いた氷を付加することに使用される当該技術において周知の設備は、コンクリート混合物に付加するための固体の二酸化炭素６６ブロックを受承するように変更可能である。固体の二酸化炭素６６を使用することにより、ＣＯ２によるコンクリート混合物の処理および冷却の両者が行われる。
【００４８】
システム制御部４２は、連続してロードセル３８を監視し、任意により、任意のマスフローコントローラから送信される量に関する情報を監視し、工程９８で貯蔵コンテナ４Ｂを出た二酸化炭素３６の重量または量を測定する。システム制御部４２は、工程９８で所望のまたは設定された量の二酸化炭素３６が輸送されたと判断すると、制御弁５６を閉じるために接続部４０によって信号を送信する。制御弁５６は工程１００で閉じ、貯蔵コンテナ４Ｂからの二酸化炭素の流れが止まる。任意により、システム制御部４２は、制御弁５６を閉じるための信号を送信することにより、制御弁５６が開かれた後予め定められた量の時間ミキサ８Ａに輸送されるＣＯ２の量を制御することができる。システム制御部４２は、制御弁５６を通るＣＯ２の流れを増減すべく制御弁５６に信号を送信することによって、ミキサ８Ａに輸送されるＣＯ２の割合を制御するようにさらに構成される。
【００４９】
ミキサ８Ａ内で気体６０のＣＯ２および固体６６のＣＯ２は、工程９８でコンクリート材料４４と混合し、コンクリート材料４４と化学的に反応し、コンクリートの物理的性質を変化させる。工程１０２でコンクリートが完全に混合されてＣＯ２の化学反応が完了したとシステム制御部４２が判断するまで、ミキサ８Ａは生コンクリートおよびＣＯ２を混合し続ける。混合生コンクリート６８は、工程１０４でミキサ８Ａから放出され、方法７０は工程１０６で終了する。システム制御部４２は、ミキサ８Ａに混合コンクリートを放出させるための信号をミキサ８Ａに送り、ミキサを止める。方法７０は、コンクリート６８の次の一群を生産するために繰り返される。システム３４は、ＣＯ２で処理されるコンクリートの小さいか大きい一群を輸送するように調整される。例えば、一実施形態において、システム３４は、１日当たりおおよそ１０００立方ヤードのコンクリートを生産することができる。しかしながら、これは一例に過ぎず、当業者は、システム３４が一日により大量または少量のコンクリートを生産するように構成可能であることを認識するであろう。
【００５０】
好ましい本実施形態の上記開示から明らかに理解されるが、他の工程が含まれてもよく、あるいは所定の工程を処理において省略してもよく、また、ここに開示される効果を得るべく工程は上記順番に正確に行われる必要がない。
【００５１】
本発明のすべての実施形態において、液体３６のＣＯ２、気体６０のＣＯ２、および／または固体６６のＣＯ２は、ミキサ８内でコンクリート材料４４を混合するに先立ってコンクリート材料４４に直接噴射乃至適用されてもよい。砂、岩、および他の細骨材または粗骨材は、骨材の蓄材にＣＯ２を噴射し、ＣＯ２で骨材を浸漬し、濃縮したＣＯ２雰囲気（例えば、気体、液体、および／または固体のＣＯ２を含むシールしたチャンバか貯溜タンク）中に骨材を格納し、あるいは炭酸水のようなＣＯ２濃縮媒体に骨材を浸漬することにより処理される。セメントは、セメント貯蔵コンテナあるいは「ブタ」にＣＯ２を噴射することによって、あるいは濃縮したＣＯ２雰囲気中にセメントを格納することによって、最終製品に保持されるＣＯ２の量を増すようにセメントの生産工程を変更することにより、ＣＯ２で処理される。一実施形態において、セメント生産工程は、セメントを形成する過程で噴射されるＣＯ２の量を低減するように、あるいは過程でＣＯ２を付加することによってセメントを濃縮するように変更されてもよい。
【００５２】
フライアッシュ、ポゾラン、あるいは粉砕高炉スラグ（ＧＧＢＦＳ）のようなコンクリートの生産に使用される他のセメント質の材料も、上述したものと同様に、ミキサ８に付加されるに先立ってＣＯ２で処理されてもよい。例えば、ＣＯ２は他のセメント質の材料に噴射乃至付加されるが、濃縮したＣＯ２雰囲気中にセメント質の材料を格納することにより蓄えられる。これに代えて、セメント質の材料の生産工程は、例えばセメント質の材料を濃縮するようにＣＯ２を付加することによって、最終製品に保持されるＣＯ２の量を増やすように変更されてもよい。
【００５３】
コンクリートの生産時に使用される水は、コンクリート６８および／またはコンクリート材料４４にＣＯ２を付加するための移送機構として使用されてもよい。ＣＯ２を混合水に噴射し、水のＣＯ２含有量を適度に増してもよい。炭酸入りの混合水も、本発明の実施形態によるコンクリート６８の生産時に使用可能である。水は自然に発生する炭酸水であっても、二酸化炭素を直接または間接的に濃縮した処理された炭酸水であってもよい。混合水におけるＣＯ２のレベルを増す、水を処理する任意の方法が、本発明の実施形態と組み合わせて使用される。一実施形態において、直接的炭化水素加熱炉から流出する水は、コンクリート混合物にＣＯ２を付加するために使用される。
【００５４】
コンクリートの添加物および／または混合物も、コンクリート材料４４および／またはコンクリート混合物にＣＯ２を付加するために使用される。例えば、ＣＯ２を含むか、ＣＯ２をコンクリート混合物に放出するか、コンクリート混合物とのＣＯ２の反応を促進するコンクリート添加物や合成物が、コンクリートおよび／またはコンクリート材料４４に付加される。予め定められた量のコンクリート添加物や合成物が、コンクリート６８の設計特性に基づきコンクリート６８に所望の量のＣＯ２を付加するためにコンクリート混合物に付加される。
【００５５】
図５を参照して、本発明の様々な実施形態による使用におけるシステム制御部４２を示す。システム制御部４２はコンピュータ１１０を含む。コンピュータ１１０は、多目的パソコン（例示に過ぎないが、様々なバージョンのマイクロソフトのウィンドウズ（登録商標）および／またはアップル社のマッキントッシュ（登録商標）のオペレーティングシステムが稼動するパソコン、および／またはラップトップ・コンピュータを含む）、および／または様々な市販のＵＮＩＸ（登録商標）やＵＮＩＸ様の任意のオペレーティングシステムが稼動するワークステーションコンピュータである。コンピュータ１１０は、例えばデータベースクライアント、および／またはサーバアプリケーション、並びにウェブブラウザアプリケーションを含む任意の様々なアプリケーションをさらに有する。これに代えて、コンピュータ１１０は、シンクライアントコンピュータ、ラップトップ、インターネット対応の携帯電話やスマートフォン、および／またはタブレットコンピュータのような任意の他の電子装置であってもよい。
【００５６】
コンピュータ１１０は、センサアレイ１１２および制御される装置１１４と接続部４０を介して信号で通信する。コンピュータ１１０は、センサアレイ１１２および制御される装置１１４の要素から情報を受信するとともに処理する。センサアレイ１１２は、液体／気体検知器具１２、マスフローコントローラ３２、ロードセル３８、位置センサ４６、液体のＣＯ２センサ５９、並びに圧力センサ、流量センサ、温度計、湿度計、タイマ等を含む他のセンサを含む。制御される装置１１４は、ミキサ８、タンク遮断弁１０、液体／気体検知弁１２、自動噴射弁１４、噴射アセンブリ１６、インジェクタ１７、システム遮断弁２０、減圧弁２２、ガス浄化装置２４、弁３０、マスフローコントローラ３２、センサ４６、制御弁５６、弁５６Ａ、および液体−気体セパレータ５８を含む、コンピュータ１１０によって制御される作動や特徴を有する任意の装置である。制御される装置は、ミキサにコンクリート材料を輸送するとともにミキサにコンクリート材料を装填するコンベア、ベルト、パイプ、あるいは弁をさらに含む。コンピュータ１１０は、制御される装置１１４を駆動するか制御する信号を生成する。コンピュータ１１０は、通常メモリ１１６に、１つ以上のプロセッサ１１８によって実行可能な複数のモジュールを含むソフトウェア制御の装置を含む。実行可能なモジュールは、センサアレイ１１２から信号を受信して処理するとともに、制御される装置１１４に対して適切な指令を生成して送信する制御部１２０を備える。
【００５７】
ユーザは、ディスプレイ１２２、およびキーボード、マウス、あるいは他のポインタのような入力装置１２４を含む当業者に周知の任意の手段、および／またはハンドヘルドまたは携帯装置５０のタッチセンシティブディスプレイのような、ジェスチャ捕捉センサまたは面を介して捕捉されるジェスチャを通してシステム制御部４２と対話する。ここで使用されるような用語「コンピュータ可読媒体」は、実行用のプロセッサに指示を与える任意の有形の記憶装置および／または伝送媒体を示す。そのような媒体は、不揮発性の媒体、揮発性の媒体、および伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態をとる。不揮発性の媒体は、例えば、ＮＶＲＡＭ、あるいは磁気または光ディスクを含む。揮発性の媒体は、メインメモリのようなダイナミックメモリを含む。コンピュータ可読媒体の共通の形態は、例えばコンピュータが読み取ることができるフロッピーディスク（登録商標）、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープや任意の他の磁気媒体、光磁気記録媒体  、ＣＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを備える任意の他の物理的な媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、メモリーカードのようなソリッドステート媒体、任意の他のメモリチップやカートリッジ、後述するような搬送波、あるいは任意の他の媒体を含む。ｅ−ｍａｉｌに添付する電子ファイルや他の組み込み情報アーカイブ、あるいはアーカイブの組は、有形の記憶媒体と同等の配布媒体と考えられる。コンピュータ可読媒体がデータベースとして構成される場合、データベースがリレーショナル、階層的、オブジェクト指向等の任意のタイプのデータベースであるものといえる。従って、本開示は、本開示のソフトウェアの実施が格納される有形の記憶媒体や配布媒体、および先行技術に認識される均等物、並びに後継の媒体を含むと考えられる。
【００５８】
本開示の様々な実施形態を詳細に開示したが、それらの実施形態の修正および変更が当業者に思い浮かぶであろうことは明白である。しかしながら、添付の特許請求の範囲に示されるように、そのような修正および変更が本開示の範囲および趣旨内にあることは明らかであるといえる。
【符号の説明】
【００５９】
２…システム、４…貯蔵コンテナ、６…パイプ、８…ミキサ、１０…タンク遮断弁、１２…液体／気体検知器具、１４…自動噴出弁、１６…噴射アセンブリ、１７…インジェクタ、１８…システム、２０…遮断弁、２２…減圧弁、２４…ガス浄化装置、２６…ポンプ接続部、２８…フランジ、３０…弁、３２…マスフローコントローラ、３３…材料コンテナ、３４…システム、３６…二酸化炭素、３８…ロードセル、４０…接続部、４２…システム制御部、４４…コンクリート材料、４６…位置センサ、４８…ユーザ・インターフェース、５０…電子装置、５２…有線ネットワーク、５４…無線ネットワーク、５６…制御弁、５８…液体−気体セパレータ、５９…液体ＣＯ２センサ、６０…気体二酸化炭素、６２…入口、６４…出口、６６…固体二酸化炭素、６８…コンクリート、７０…方法、７２…開始、７４…所望量のＣＯ２の設定ポイントの調整、７６…貯蔵コンテナ内のＣＯ２の量の測定、７８…ミキサ始動、８０…ミキサ充填、８２…インジェクタアセンブリおよびミキサの位置の測定、８４…ＣＯ２輸送開始、８６…制御弁開放、８８…ＣＯ２の貯蔵コンテナからの退出、９０…液体および気体のＣＯ２分離、９２…液体ＣＯ２が噴射アセンブリの入口に進入、９４…液体ＣＯ２状態変化、９６…固体および気体のＣＯ２を出口からミキサ内に放出、９８…輸送ＣＯ２量測定、１００…制御弁閉鎖、１０２…コンクリートが混合されＣＯ２反応が完了したか判断、１０４…コンクリート放出、１０６…方法の終了、１１０…コンピュータ、１１２…センサアレイ、１１４…制御される装置、１１６…メモリ、１１８…プロセッサ、１２０…制御部、１２２…ディスプレイ、１２４…入力装置。
【図３】
2016510274.tif 000003
【図１】
2016510274.tif 000004
【図２】
2016510274.tif 000005
【図４】
2016510274.tif 000006
【図５】
2016510274.tif 000007
【国際調査報告】
2016510274.tif 000008