JP6763839B2 - 二酸化炭素施用装置 - Google Patents

Description

本開示は、二酸化炭素施用装置に関する。

園芸植物の収率及び品質を向上させるため、二酸化炭素を農業用ハウス内に施用する二酸化炭素施用装置が公知である。一方で、農業用ハウスには、夜間の気温低下を防止するための加温機が設けられる。加温機は、重油や灯油等を燃焼して温風を農業用ハウスに供給する。

そこで、加温機から発生する燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収及び貯留し、任意のタイミングで二酸化炭素を農業用ハウス内に供給する二酸化炭素施用装置が考案されている（特許文献１参照）。

この二酸化炭素施用装置では、燃焼排ガスを液体貯留タンク内の液体に通過させて冷却した後に、吸着タンクによって燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸着する。
吸着タンクに吸着された二酸化炭素は、例えば昼間に吸着タンクから脱離され、農業用ハウス内に施用される。

特開２０１５−１４２５３１号公報

上記二酸化炭素施用装置では、燃焼排ガスとの熱交換により、液体貯留タンク内の液体の温度が上昇する。そのため、液体貯留タンク内の液体を適宜冷却する必要がある。液体の冷却方法としては、液体に低温の冷却空気を供給する方法が使用される。

ところで、二酸化炭素施用装置において、燃焼排ガスの冷却を確実にするために、複数の液体貯留タンクを直列に設ける場合がある。この場合、各液体貯留タンクに冷却空気の供給機構を設けると装置の構造が複雑になる。そこで、上流の液体貯留タンクの液体のみに冷却空気を供給し、上流の液体貯留タンクを通過した冷却空気を下流の液体貯留タンクに供給すれば、構造を簡潔化できる。

しかし、上流の液体貯留タンクを通過した冷却空気は、上流の液体貯留タンクにおける液体との熱交換により温度が上昇しているため、下流の液体貯留タンクにおける液体の冷却効果が不十分となる。その結果、上流の液体貯留タンクにおける液体の温度が低下するまで下流の液体貯留タンク内の液体が冷却されないので、冷却に必要な時間が増大する。

本開示の一局面は、複数の液体貯留タンク内の液体を簡潔な構造で迅速に冷却できる二酸化炭素施用装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を農業用ハウス内に供給する二酸化炭素施用装置である。二酸化炭素施用装置は、液体を貯留し、燃焼排ガスが液体中を通過するようにそれぞれ構成された第１液体貯留タンク及び第２液体貯留タンクと、第１液体貯留タンク内の液体中を通過した燃焼排ガスを第２液体貯留タンクに取り込む取込流路
と、液体中を通過した燃焼排ガスを液体貯留タンクの下流側に供給するように構成された供給流路と、第１液体貯留タンク内の液体に冷却空気を供給する冷却空気流路と、を備える。冷却空気流路は、第１液体貯留タンク内の液体中に冷却空気を放出する主冷却流路と、第１液体貯留タンク内の液体を経由せずに主冷却流路から取込流路に冷却空気を移送するバイパス流路と、を含む。

このような構成によれば、バイパス流路によって、冷却空気の一部を上流側の第１液体貯留タンク内の液体中を通過させることなく、下流側の第２液体貯留タンク内の液体に直接供給することができる。その結果、１つの冷却空気流路によって、第１液体貯留タンク内の液体及び第２液体貯留タンク内の液体を同時に冷却し、これらの液体貯留タンクにおける液体の冷却時間を短縮できる。

本開示の一態様では、冷却空気流路は、第１液体貯留タンク内の液体中に端部が配置される冷却配管を有してもよい。また、冷却配管は、第１液体貯留タンクの液面よりも上方の空間に連通する貫通孔を有してもよい。このような構成によれば、バイパス流路を冷却配管に設けた貫通孔によって構成できるので、バイパス流路を構成するための新たな配管や弁を設ける必要がなくなる。

本開示の一態様では、貫通孔の径は、冷却配管の内径未満であってもよい。このような構成によれば、第１液体貯留タンク内の液体に供給される冷却空気の量が過度に減少することが抑制されるので、第１液体貯留タンク内の液体及び第２液体貯留タンク内の液体をより確実に冷却することができる。

本開示の一態様は、貫通孔の径は、冷却配管の内径の１０％以上であってもよい。このような構成によれば、第１液体貯留タンクをバイパスして第２液体貯留タンク内の液体に供給される冷却空気の量が確保されるので、第１液体貯留タンク内の液体及び第２液体貯留タンク内の液体をより迅速に冷却することができる。

図１は、実施形態における二酸化炭素施用装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、貫通孔の径とバイパス流量の比率との関係を示すグラフである。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す二酸化炭素施用装置１は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、農業用ハウス内に供給するための装置である。二酸化炭素施用装置１は、農業用ハウスの内部又は外部に配置される。

二酸化炭素施用装置１は、燃焼装置２と、第１液体貯留タンク３と、第２液体貯留タンク４と、ブロワ５と、吸着タンク６と、制御部７と、を備える。
また、二酸化炭素施用装置１は、排ガス流路１０と、第１取込流路１１と、冷却空気流路１２と、第２取込流路１３と、施用空気流路１４と、供給流路１５とを備える。

＜燃焼装置＞
燃焼装置２は、主に夜間、重油や灯油等の燃料を燃焼させ、農業用ハウス内の空気を温める装置である。燃焼排ガスは、煙突である排ガス流路１０を介して農業用ハウス外に排出される。

＜第１液体貯留タンク＞
第１液体貯留タンク３は、燃焼装置２から発生した燃焼排ガスの一部を液体Ｌによって冷却及び浄化するための装置である。

第１液体貯留タンク３は、内部に液体Ｌを貯留している。また、第１液体貯留タンク３は、燃焼装置２で発生した燃焼排ガスを取り込み、取り込んだ燃焼排ガスが液体Ｌ中を通過するように構成されている。燃焼排ガスは、液体Ｌとの熱交換により冷却されると共に、液体Ｌに含まれる化合物によって含有する成分の一部が取り除かれる。なお、第１液体貯留タンク３内に貯留されている液体Ｌの体積は、第１液体貯留タンク３の容積よりも小さい。

具体的には、第１液体貯留タンク３には、第１取込流路１１が接続されており、第１取込流路１１から液体Ｌ中に燃焼排ガスが供給される。第１取込流路１１は、排ガス流路１０に接続され、燃焼排ガスを取り込んでいる。第１取込流路１１内には、第１液体貯留タンク３内の液面と同じ位置まで液体Ｌが進入している。

なお、図１では、第１取込流路１１の端部は、第１液体貯留タンク３の下面に接続されているが、第１取込流路１１の端部は第１液体貯留タンク３の側面に接続されてもよい。また、第１取込流路１１は、第１液体貯留タンク３の上面から第１液体貯留タンク３の内部を通って液体Ｌ中に開口するように配置されてもよい。後述する第２液体貯留タンク４の第２取込流路１３についても同様である。

液体Ｌ中に供給された燃焼排ガスは、液体Ｌ中を気泡となって浮上する。つまり、バブリングが行われる。液体Ｌ中を通過した燃焼排ガスは、第２取込流路１３によって、第２液体貯留タンク４に取り込まれる。

第１液体貯留タンク３に貯留される液体Ｌとしては、燃焼排ガス中に含まれる硫化物や窒化物等の有害物質を除去できるものが好ましい。例えば、硫化物や窒化物と反応する化合物の水溶液が液体Ｌとして好適に使用できる。

また、第１液体貯留タンク３には、排水路１７が設けられている。排水路１７は、液体Ｌの液位が上昇した際に、液圧によって液体Ｌを第１液体貯留タンク３の外部に排出することで、液体Ｌの液位を一定に保つための流路である。

本実施形態では、排水路１７には、チャッキ弁（つまり逆止弁）１７Ａが設けられている。なお、液体Ｌの液位の上昇に合わせて液体Ｌを排出できる構成であれば、必ずしも排水路１７にチャッキ弁１７Ａが設けられる必要は無い。

第１液体貯留タンク３には、液体Ｌを冷却するための冷却空気流路１２が接続されている。冷却空気流路１２は、冷却空気を液体Ｌ中に供給することで、液体Ｌを冷却する。冷却空気流路１２は、冷却配管１２Ａと、開閉弁１２Ｂとを有する。

冷却配管１２Ａは、一方の端部が第１液体貯留タンク３内の液体Ｌ中に配置されている。冷却配管１２Ａの他方の端部は、図示しない冷却空気の供給源に接続されている。また、冷却配管１２Ａは、貫通孔１２Ｃを有する。

貫通孔１２Ｃは、第１液体貯留タンク３の液面よりも上方の空間（以下、「上部空間」ともいう。）Ｓに連通する。つまり、貫通孔１２Ｃは、冷却配管１２Ａにおいて、第１液体貯留タンク３の上面と液面との間に設けられている。

冷却配管１２Ａは、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌ中に冷却空気を放出する主冷却流路を構成している。一方、冷却配管１２Ａ内を流れる冷却空気の一部は、貫通孔１２Ｃによって第１液体貯留タンク３の上部空間Ｓに放出され、さらに第２取込流路１３によって第２液体貯留タンク４内に取り込まれる。つまり、貫通孔１２Ｃと上部空間Ｓとによって、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌを経由せずに主冷却流路から第２取込流路１３に冷却空気を移送するバイパス流路が構成されている。

このように、冷却空気流路１２は、主冷却流路と、バイパス流路とを含んでいる。したがって、冷却空気流路１２を流れる冷却空気の一部は、バイパス流路によって、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌを冷却することなく、第２液体貯留タンク４内の液体Ｌに直接供給される。冷却空気流路１２を流れる冷却空気の残りは、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌを冷却した後、上部空間Ｓを経由して第２取込流路１３によって第２液体貯留タンク４内の液体Ｌに供給される。

開閉弁１２Ｂは、冷却配管１２Ａ内に取り付けられている。開閉弁１２Ｂは、冷却配管１２Ａによる冷却空気の供給時に開けられる。開閉弁１２Ｂは、例えばソレノイド弁を用いることができる。

貫通孔１２Ｃの大きさは、主冷却流路によって第１液体貯留タンク３内の液体Ｌに供給される空気の流量と、バイパス流路を通過する空気の流量（以下、「バイパス流量」ともいう。）と、の比率に基づいて適宜設計される。これらの流量の比率は、例えば各液体貯留タンクにおける液体Ｌの温度及び貯留量、冷却空気の温度等によって決まる。冷却空気の全体流量に対するバイパス流量の比率としては、例えば１０％以上２０％以下が好ましい。

また、貫通孔１２Ｃの大きさは、上述した流量の比率、冷却配管１２Ａの径、冷却配管１２Ａの端部と液体Ｌの液面との距離（つまり、冷却配管１２Ａの差し込み量）Ｄ等に基づいて決定される。

上流側の第１液体貯留タンク３には、下流の第２液体貯留タンク４よりも高温の燃焼排ガスが供給されるため、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌの温度は、第２液体貯留タンク４内の液体Ｌの温度よりも高くなる。そのため、主冷却流路の冷却空気の流量は、バイパス流路の冷却空気の流量よりも大きくする必要がある。したがって、貫通孔１２Ｃの径は、冷却配管１２Ａの内径未満とするとよい。また、貫通孔１２Ｃの径は、冷却配管１２Ａの内径の１０％以上とするとよい。

より具体的には、貫通孔１２Ｃの径の上限としては、２０ｍｍが好ましく、１３ｍｍがより好ましい。一方、貫通孔１２Ｃの径の下限としては、５ｍｍが好ましく、８ｍｍがより好ましい。

貫通孔１２Ｃの径が大きすぎると、バイパス流量が過度に大きくなり、第１液体貯留タンク３における液体Ｌの冷却が不十分となるおそれがある。逆に、貫通孔１２Ｃの径が小さすぎると、バイパス流路を冷却空気が通過しにくくなり、第２液体貯留タンク４における液体Ｌの冷却速度が低下するおそれがある。

以下、貫通孔１２Ｃの径の大きさと、貫通孔１２Ｃが構成するバイパス流路を流れる冷却空気の流量（つまり、バイパス流量）との関係を確認した試験の結果について、説明する。

この試験では、冷却配管１２Ａに形成される貫通孔１２Ｃの大きさを変えながら、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌ中を通過せずに、第２取込流路１３に直接流れた空気のバイパス流量を計測した。なお、冷却配管１２Ａの内径は３５．７ｍｍ、冷却配管１２Ａの第１液体貯留タンク３内の液体Ｌへの差し込み量Ｄは７０ｍｍとした。

この結果を図２に示す。図２のグラフでは、横軸を冷却配管１２Ａの内径に対する貫通孔１２Ｃの径の比、縦軸を冷却空気の全体流量に対するバイパス流量の比率としている。図２からわかるように、貫通孔１２Ｃの径が大きくなるに連れてバイパス流量も大きくなる。図２に示した斜線部分（つまり、冷却配管の内径の３０％以上５０％以下）が、バイパス流量の比率が最適になる領域である。

＜第２液体貯留タンク＞
第２液体貯留タンク４は、第１液体貯留タンク３を通過した燃焼排ガスを再度冷却及び浄化するための装置である。つまり、二酸化炭素施用装置１は、燃焼排ガスを２段階で冷却及び浄化する。

第２液体貯留タンク４は、内部に第１液体貯留タンク３と同様の液体Ｌを貯留している。また、第２液体貯留タンク４は、第１液体貯留タンク３の液体Ｌ中を通過した燃焼排ガスを取り込み、取り込んだ燃焼排ガスが液体Ｌ中を通過するように構成されている。

具体的には、第２液体貯留タンク４には、第２取込流路１３が接続されており、第２取込流路１３から液体Ｌ中に燃焼排ガスが取り込まれる。液体Ｌを通過した燃焼排ガスは、供給流路１５によって、吸着タンク６に供給される。第２液体貯留タンク４には、第１液体貯留タンク３と同様の排水路１７が設けられている。なお、第２取込流路１３内には、第２液体貯留タンク４内の液面と同じ位置まで液体Ｌが進入している。

供給流路１５は、液体中を通過した燃焼排ガスを液体貯留タンクの下流側の吸着タンク６を介して農業用ハウス内又は農業ハウス外に供給するように構成されている。供給流路１５は、第１供給配管１５Ａと、第２供給配管１５Ｂと、排出流路１６とを有する。第１供給配管１５Ａは、第２液体貯留タンク４内の液面よりも上方の空間に一方の端部が配置されている。第１供給配管１５Ａの他方の端部は、第２供給配管１５Ｂと、後述する施用配管１４Ａとに接続されている。

＜ブロワ＞
ブロワ５は、供給流路１５に設けられ、第１液体貯留タンク３及び第２液体貯留タンク４の液体中を通過した燃焼排ガスを液体貯留タンクの下流側に導くように構成された機器（つまり吸引器）である。本実施形態では、ブロワ５は、燃焼排ガスを吸着タンク６、農業用ハウス内及び農業用ハウス外に供給する。ブロワ５は、供給流路１５の第２供給配管１５Ｂに配置されている。

二酸化炭素の吸着工程では、ブロワ５の運転により、第１液体貯留タンク３及び第２液体貯留タンク４内が負圧となり、燃焼装置２で発生した燃焼排ガスが第１液体貯留タンク３及び第２液体貯留タンク４を経由して吸着タンク６に圧送される。

＜吸着タンク＞
吸着タンク６は、燃焼排ガス中の二酸化炭素を吸着する吸着材が内部に配置されている。二酸化炭素の吸着工程では、ブロワ５によって供給された燃焼排ガス中の二酸化炭素が吸着材によって吸着される。吸着材としては、例えば活性炭、ゼオライト等の多孔質材料などが使用できる。

一方、二酸化炭素の施用工程では、施用空気流路１４から施用空気が吸着タンク６内に供給され、吸着材から二酸化炭素が脱離する。脱離した二酸化炭素は、排出流路１６を介して農業用ハウス内に施用される。

なお、本実施形態では、施用空気流路１４は供給流路１５に接続されている。具体的には、施用空気流路１４と供給流路１５とは第２供給配管１５Ｂを共有している。また、施用空気流路１４は、施用配管１４Ａと、開閉弁１４Ｂとを有する。

施用配管１４Ａは、一方の端部が第２供給配管１５Ｂに接続されている。施用配管１４Ａの他方の端部は、大気に開放している。開閉弁１４Ｂは、施用配管１４Ａ内に取り付けられている。開閉弁１４Ｂは、施用配管１４Ａによる施用空気の供給時に開けられる。開閉弁１４Ｂは、例えばソレノイド弁を用いることができる。

施用配管１４Ａから流入した施用空気の流入圧力は、第２液体貯留タンク４の液面を押し下げる圧力よりも小さいため、施用空気は供給流路１５に導かれる。

＜制御部＞
制御部７は、二酸化炭素施用装置１の運転を制御する装置である。具体的には、制御部７は、ブロワ５の運転及び停止、ソレノイド弁の開閉等を制御する。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）バイパス流路によって、冷却空気の一部を上流側の第１液体貯留タンク３内の液体Ｌ中を通過させることなく、下流側の第２液体貯留タンク４内の液体Ｌに直接供給することができる。その結果、１つの冷却空気流路１２によって、第１液体貯留タンク３内の液体Ｌ及び第２液体貯留タンク４内の液体Ｌを同時に冷却し、これらの液体貯留タンクにおける液体Ｌの冷却時間を短縮できる。

（１ｂ）バイパス流路を冷却配管１２Ａに設けた貫通孔１２Ｃによって構成できるので、バイパス流路を構成するための新たな配管や弁を二酸化炭素施用装置１に設ける必要がなくなる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の二酸化炭素施用装置１は、直列に配置された３つ以上の液体貯留タンクを備えてもよい。つまり、第２液体貯留タンク４の下流にさらに液体貯留タンクを設けてもよい。

（２ｂ）上記実施形態の二酸化炭素施用装置１において、冷却配管１２Ａの貫通孔１２Ｃに補助配管を接続してもよい。この補助配管は、一方の端部が貫通孔１２Ｃに接続され、他方の端部が第１液体貯留タンク３の液面よりも上方の空間に配置される。

（２ｃ）上記実施形態の二酸化炭素施用装置１において、バイパス流路は必ずしも貫通孔１２Ｃによって構成される必要はない。例えば、貫通孔１２Ｃの替わりに、第１液体貯留タンク３の外側で、主冷却流路（つまり冷却配管１２Ａ）と第２取込流路１３とを接続する補助配管をバイパス流路として設けてもよい。この補助配管は、一方の端部が冷却配管１２Ａのうち第１液体貯留タンク３の外側に位置する部分に接続され、他方の端部が第２取込流路１３に接続される。

（２ｄ）上記実施形態の二酸化炭素施用装置１において、液体貯留タンクを通過した燃焼排ガスをブロワ５によって直接農業用ハウス内に供給してもよい。

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…二酸化炭素施用装置、２…燃焼装置、３…第１液体貯留タンク、
４…第２液体貯留タンク、５…ブロワ、６…吸着タンク、７…制御部、
１０…排ガス流路、１１…第１取込流路、１２…冷却空気流路、１２Ａ…冷却配管、
１２Ｂ…開閉弁、１２Ｃ…貫通孔、１３…第２取込流路、１４…施用空気流路、
１４Ａ…施用配管、１４Ｂ…開閉弁、１５…供給流路、１５Ａ…第１供給配管、
１５Ｂ…第２供給配管、１６…排出流路、１７…排水路、１７Ａ…チャッキ弁。

Claims (4)

1. 燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を農業用ハウス内に供給する二酸化炭素施用装置であって、
   液体を貯留し、燃焼排ガスが前記液体中を通過するようにそれぞれ構成された第１液体貯留タンク及び第２液体貯留タンクと、
   前記第１液体貯留タンク内の前記液体中を通過した前記燃焼排ガスを前記第２液体貯留タンクに取り込む取込流路と、
   前記液体中を通過した前記燃焼排ガスを液体貯留タンクの下流側に供給するように構成された供給流路と、
   前記第１液体貯留タンク内の前記液体に冷却空気を供給する冷却空気流路と、
   を備え、
   前記冷却空気流路は、
   前記第１液体貯留タンク内の前記液体中に冷却空気を放出する主冷却流路と、
   前記第１液体貯留タンク内の前記液体を経由せずに前記主冷却流路から前記取込流路に冷却空気を移送するバイパス流路と、
   を含む、二酸化炭素施用装置。
2. 請求項１に記載の二酸化炭素施用装置であって、
   前記冷却空気流路は、前記第１液体貯留タンク内の液体中に端部が配置される冷却配管を有し、
   前記冷却配管は、前記第１液体貯留タンクの液面よりも上方の空間に連通し、前記バイパス流路を構成する貫通孔を有する、二酸化炭素施用装置。
3. 請求項２に記載の二酸化炭素施用装置であって、
   前記貫通孔の径は、前記冷却配管の内径未満である、二酸化炭素施用装置。
4. 請求項３に記載の二酸化炭素施用装置であって、
   前記貫通孔の径は、前記冷却配管の内径の１０％以上である、二酸化炭素施用装置。

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