JP2003252606A

JP2003252606A - 超臨界水生成装置

Info

Publication number: JP2003252606A
Application number: JP2002058626A
Authority: JP
Inventors: Masao Watanabe; 正夫渡辺
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】より高温かつ高圧な超臨界水を生成する超臨
界水生成装置を提供する。【解決手段】ノズル部２４に超臨界水（400度Ｃ、22
ＭＰ）を流入させ（実線矢印参照）、噴出口２４ａから
噴出させる。そして、燃焼ガス室４０ｃに空気とプロパ
ンガスとを有する燃焼ガスを供給する。燃焼ガスは、ノ
ズルカバー４０ａとノズル部２４との隙間を進んで、噴
出口２４ａに至る（点線矢印参照）。これにより、プロ
パンガスが燃焼し、空気中の酸素が燃焼を助ける。この
ような燃焼が超臨界水において行なわれるため、超臨界
水はより高温かつ高圧（600度Ｃ、30ＭＰ）になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリ塩化ビフェニ
ル（以下、PCBという）などの廃棄オイルおよび回路基
板などの廃品の処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】PCBを処理する方法として焼却処理があ
る。しかし、PCBを焼却処理すると猛毒のダイオキシン
が発生する。回路基板を焼却処理する場合も同様であ
る。そこで、超臨界水により処理する方法が提案されて
いる。ここで、超臨界水はより高温かつ高圧であること
が好ましい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、より高
温かつ高圧な超臨界水を生成することは難しい。

【０００４】そこで、本発明は、より高温かつ高圧な超
臨界水を生成する超臨界水生成装置を提供することを課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、超臨界水を噴出するノズルと、ノズルの噴出口に燃
焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段とを備えるように構
成される。

【０００６】上記のように構成された超臨界水生成装置
によれば、ノズルから噴出された超臨界水は超高速の流
体となる。このような超高速の超臨界水に燃焼ガスが供
給されるため、超臨界水において燃焼ガスが燃焼する。
この燃焼により、超臨界水はさらに高温かつ高圧とな
る。よって、より高温かつ高圧な超臨界水を生成でき
る。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明であって、燃焼ガスはプロパンガスを有するよう
に構成される。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明であって、ノズルの噴出を直接受ける第
一反応器と、第一反応器における反応生成物を受ける第
二反応器とを備えるように構成される。

【０００９】第一反応器は、より高温かつ高圧な超臨界
水を受けるという過酷な条件にさらされる。一方、第二
反応器は第一反応器における反応生成物を受けるだけな
ので、さほど過酷な条件にさらされない。よって、過酷
な条件にさらされる部分を第一反応器に限定できるた
め、超臨界水生成装置を製造しやすい。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明であって、第一反応器は、第二反応器に比べて耐
えられる限界が、より高温かつ高圧であるように構成さ
れる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項３または
４に記載の発明であって、第一反応器は電子部品または
オイルを収容するように構成される。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項３または
４に記載の発明であって、第一反応器は回路基板を収容
するように構成される。

【００１３】回路基板は、ガラス繊維を入れたエポキシ
材層と銅板層とを有している。よって、回路基板を第一
反応器に入れて処理すれば、ガラスおよび金属が得られ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明の実施形態にかかる超臨界
水生成装置１の正面図である。

【００１６】超臨界水生成装置１は、超臨界水貯留器１
０、ノズル２０、反応器３０、燃焼ガス供給部４０、安
全用パイプ５２、燃焼用空気取り入れパイプ５４、生成
物採取用パイプ５６、水供給用パイプ５８および５９、
処理対象供給部６０、水供給部７０を備える。

【００１７】超臨界水貯留器１０は、中空の円筒であ
り、下部に底が設けられている。超臨界水貯留器１０
は、雄ねじ１０ａ、下部ヒータ１４、上部ヒータ１６を
有し、超臨界水１２を貯留する。

【００１８】雄ねじ１０ａは、超臨界水貯留器１０の外
壁面上部に設けられている。雄ねじ１０ａは、高圧シー
ルねじである。超臨界水１２は、超臨界水貯留器１０の
下部に貯まっている。超臨界水１２の温度および圧力
は、200度Ｃ、22ＭＰ（220気圧）である。また、超臨界
水１２の水位は図示省略した超音波レベル計で測定され
ている。下部ヒータ１４は、超臨界水貯留器１０の底部
に設けられている。下部ヒータ１４は、超臨界水貯留器
１０に水供給用パイプ５９から供給された水を加熱して
超臨界水１２とする。上部ヒータ１６は、雄ねじ１０ａ
と下部ヒータ１４との間の超臨界水貯留器１０の外壁面
を取り囲むように設けられている。上部ヒータ１６は、
超臨界水貯留器１０の下部から上部に向かう超臨界水１
２の温度および圧力を、400度Ｃ、22ＭＰ（220気圧）と
する。

【００１９】ノズル２０は、超臨界水貯留器１０に貯留
された超臨界水を噴出する。ノズル２０は、円筒部２
２、ノズル部２４を有する。

【００２０】円筒部２２は、超臨界水貯留器１０の雄ね
じ１０ａと、燃焼ガス供給部４０の下部に設けられた雌
ねじ４０ｄとによって固定される。円筒部２２の上端に
ノズル部２４が設けられている。円筒部２２は、雌ねじ
２２ａ、雄ねじ２２ｂを有する。雌ねじ２２ａは、高圧
シールねじであり、円筒部２２の内壁面に設けられ、超
臨界水貯留器１０の雄ねじ１０ａと接合する。これによ
り、超臨界水貯留器１０とノズル２０とが高圧シールね
じ止めされる。雄ねじ２２ｂは、高圧シールねじであ
り、円筒部２２の外壁面に設けられ、燃焼ガス供給部４
０の雌ねじ４０ｄと接合する。

【００２１】ノズル部２４は、円筒部２２の上端に設け
られている。ノズル部２４は、上部に行くにつれて内径
が狭くなっていき、最終的にはある一定の最も狭い内径
をとって上部に開放されている。この上部に開放されて
いる部分を噴出口２４ａという。

【００２２】反応器３０は、第一反応器３２、リークね
じ３３、第二反応器３４、蓋３５を有する。反応器３０
は、ノズル２０から噴出された超臨界水と、処理対象供
給部６０から供給された処理対象（本実施形態では、PC
B等のオイル）とが反応する容器である。

【００２３】第一反応器３２は、上部と下部とが開口し
たほぼ中空円筒形の容器であり、下部はやや狭まってい
る。ただし、第一反応器３２の上部開口は蓋３５に近
く、第一反応器３２の下部開口はノズル部２４の開口に
向かいあっている。第一反応器３２は、下部開口を介し
てノズル２０から噴出された超臨界水を直接受ける。し
かも、第一反応器３２は、処理対象供給部６０から供給
されたPCBを受ける。よって、第一反応器３２において
は、超臨界水とPCBとが反応する。この反応によって、
炭酸ガス、水および水素、メタン等の有効ガスが生成さ
れる。

【００２４】第一反応器３２は、ノズル２０から噴出さ
れた超臨界水を直接受ける。このとき、超臨界水におい
て燃焼ガスが燃焼して、超臨界水はさらに高温かつ高圧
になっている（400度Ｃ、22ＭＰから600度Ｃ、30ＭＰ
（あるいは25MP））。よって、第一反応器３２は、600
度Ｃ、30ＭＰ（あるいは25MP）といった高温かつ高圧に
耐えるようになっている。

【００２５】なお、第一反応器３２は、脚３２ａによっ
て第二反応器３４に固定されている。また、第一反応器
３２は、上部に雄ねじ３２ｂを有し、リークねじ３３と
接合する。

【００２６】リークねじ３３は、蓋３５に取りつけら
れ、第一反応器３２を蓋３５に固定する。しかも、リー
クねじ３３は第一反応器３２において生成された炭酸ガ
ス、水および水素、メタン等の有効ガスが流通できる。

【００２７】第二反応器３４は、第一反応器３２におけ
る反応により生成された炭酸ガス、水および水素、メタ
ン等の有効ガスをリークねじ３３を介して受ける。第二
反応器３４は、上部と下部とが開口したほぼ中空円筒形
の容器である。ただし、下部には半径方向外側部分に底
が設けられているため、下部開口は上部開口よりも狭
い。なお、底の半径方向内側から上部に向かって内部側
壁３４ａが設けられている。また、第二反応器３４は、
雌ねじ３４ｂ、雄ねじ３４ｃが設けられている。雌ねじ
３４ｂおよび雄ねじ３４ｃは高圧シールねじである。雌
ねじ３４ｂは内部側壁３４ａの内壁面に、雄ねじ３４ｃ
は第二反応器３４の上部外壁面に設けられている。

【００２８】第二反応器３４は、第一反応器３２におけ
る反応生成物を受ける。よって、第二反応器３４内部の
温度および圧力は、第一反応器３２よりは低い。例え
ば、第一反応器３２内部は600度Ｃ、30ＭＰ（あるいは2
5MP）であるのに対し、第二反応器３４内部は300度Ｃ、
20ＭＰである。よって、第二反応器３４は、第一反応器
３２よりも、より低温かつ低圧に耐えられればいい。す
なわち、第一反応器３２は、第二反応器３４よりも、よ
り高温かつ高圧に耐えなければならない。

【００２９】蓋３５は、第二反応器３４の上部を覆う蓋
である。蓋３５の内壁面には雌ねじ３５ａが設けられて
いる。雌ねじ３５ａは高圧シールねじであり、雄ねじ３
４ｃと接合する。これにより、蓋３５と第二反応器３４
とが高圧シールねじ止めされる。

【００３０】燃焼ガス供給部４０は、ノズル部２４の噴
出口２４ａに燃焼ガスを供給する。燃焼ガス供給部４０
は、ノズルカバー４０ａ、円筒体４０ｂ、燃焼ガス室４
０ｃ、雌ねじ４０ｄ、雄ねじ４０ｅ、燃焼ガス供給パイ
プ４２、弁４４、圧力計４６を有する。

【００３１】ノズルカバー４０ａは、ノズル部２４の高
さにしておよそ真中の部分から上を燃焼ガスが流通でき
る程度の間隔を空けて覆っている。円筒体４０ｂは、中
空円筒であり、その上部でノズルカバー４０ａを支持し
ている。また、円筒体４０ｂの上部は内部側壁３４ａに
取りつけられている。燃焼ガス室４０ｃは、円筒体４０
ｂの内壁面、ノズル部２４の外壁面およびノズルカバー
４０ａにより形成される室であり、燃焼ガスが供給され
ている。雌ねじ４０ｄは高圧シールねじであり、円筒体
４０ｂの内壁面の下部に設けられており、雄ねじ２２ｂ
と接合する。これにより、燃焼ガス供給部４０とノズル
２０とが高圧シールねじ止めされる。雄ねじ４０ｅは、
円筒体４０ｂの外壁面の上部に設けられており、雌ねじ
３４ｂと接合する。これにより、燃焼ガス供給部４０と
第二反応器３４とが高圧シールねじ止めされる。

【００３２】超臨界水貯留器１０、ノズル２０、第二反
応器３４、蓋３５および燃焼ガス供給部４０は別々に製
造することができ、これまで説明したような高圧シール
ねじ止めにより組み立てられる。

【００３３】燃焼ガス供給パイプ４２は、燃焼ガス室４
０ｃに燃焼ガスを供給する。燃焼ガスは、例えば空気お
よびプロパンガス（C₃H₈）の混合気である。燃焼ガスは
燃焼ガス供給パイプ４２の端部に結合された図示省略さ
れたガスボンベ等から供給される。弁４４は、燃焼ガス
供給パイプ４２に流す燃焼ガスの流量、圧力等を制御す
る。圧力計４６は、燃焼ガス供給パイプ４２に流す燃焼
ガスの圧力を計測する。なお、本実施形態においては、
燃焼ガスの圧力を22MPにすることにしているので、圧力
計４６により圧力を計測しながら弁４４の開度を調節し
て燃焼ガスの圧力を22MPにする。

【００３４】安全用パイプ５２は、第二反応器３４の上
部に取りつけられており、第二反応器３４内部の気体を
放出することにより、第二反応器３４内部の温度および
圧力を300度Ｃ、20ＭＰとする。安全用パイプ５２に
は、安全弁５２ａ、圧力計５２ｂが取りつけられてい
る。安全弁５２ａは、安全用パイプ５２に流れる気体の
圧力が20ＭＰを超えると開き、20ＭＰ未満となると閉じ
る。圧力計５２ｂは、安全用パイプ５２に流れる気体の
圧力を計測する。

【００３５】燃焼用空気取り入れパイプ５４は、第二反
応器３４の上部に取りつけられており、第二反応器３４
における燃焼を助けるための空気を取り入れるためのパ
イプである。燃焼用空気取り入れパイプ５４には、弁５
４ａが取りつけられている。弁５４ａを開けると空気を
取り入れることができ、閉めれば空気を取り入れないこ
とになる。

【００３６】生成物採取用パイプ５６は、第二反応器３
４の下部に取りつけられている。生成物採取用パイプ５
６は、第一反応器３２における反応により生成された炭
酸ガス、水および水素、メタン等の有効ガスを第二反応
器３４を介して採取するためのパイプである。生成物採
取用パイプ５６には、弁５６ａが取りつけられている。
弁５６ａを開けると生成物を採取できる。弁５６ａを閉
めると生成物を採取しないことになる。

【００３７】水供給用パイプ５８は、第二反応器３４の
下部に水を供給するためのパイプである。水供給用パイ
プ５８には、弁５８ａが取りつけられており、開ければ
第二反応器３４の下部に水が供給され、閉めれば水が供
給されない。

【００３８】水供給用パイプ５９は、超臨界水貯留器１
０の下部に水を供給するためのパイプである。水供給用
パイプ５８には、弁５９ａが取りつけられており、開け
れば超臨界水貯留器１０の下部に水が供給され、閉めれ
ば水が供給されない。また、水供給用パイプ５９には、
圧力計５９ｂが取りつけられており、水供給用パイプ５
９に流れる水の圧力を計測する。

【００３９】処理対象供給部６０は、タンク６１、オイ
ル６２、処理対象供給パイプ６４、弁６４ａ、ｂ、圧力
計６６ａ、ｂを有する。処理対象供給部６０は、超臨界
水生成装置１の処理対象であるPCB等のオイルを第一反
応器３２に供給する。

【００４０】タンク６１は超臨界水生成装置１の処理対
象であるPCB等のオイル６２を貯留する。タンク６１に
は圧力30MPの空気が導入されており、オイル６２を処理
対象供給パイプ６４に流すための圧力になる。オイル６
２は、超臨界水生成装置１の処理対象であるPCB等のオ
イルである。オイル６２の液位は図示省略したレベル計
により計測される。処理対象供給パイプ６４は、タンク
６１の底部と第一反応器３２の下部に開口する。弁６４
ａ、ｂは処理対象供給パイプ６４に設けられており、弁
６４ａ、ｂを開けるとオイル６２が処理対象供給パイプ
６４を流れて第一反応器３２の下部に至る。圧力計６６
ａ、ｂはそれぞれ、タンク６１内部の圧力および処理対
象供給パイプ６４を流れるオイルの圧力を計測する。

【００４１】水供給部７０は、水供給用パイプ５８およ
び５９を介して水を第二反応器３４の下部および超臨界
水貯留器１０の下部に供給する。

【００４２】次に、本発明の実施形態の動作を説明す
る。

【００４３】まず、弁５８ａおよび５９ａを開き、水供
給部７０から水を水供給用パイプ５８および５９を介し
て第二反応器３４の下部および超臨界水貯留器１０の下
部に供給する。このとき、第二反応器３４の下部には図
１に示す水位Ｌまで水を供給する。

【００４４】次に、下部ヒータ１４が超臨界水貯留器１
０に水供給用パイプ５９から供給された水を加熱して超
臨界水１２（200度Ｃ、22ＭＰ（220気圧））とする。超
臨界水１２は、超臨界水貯留器１０が開口している上部
に向かって進む。この超臨界水を上部ヒータ１６で加熱
し、400度Ｃ、22ＭＰ（220気圧）とする。

【００４５】上部ヒータ１６で加熱された超臨界水はさ
らに上方に進み、ノズル２０に到達する。ノズル２０付
近の拡大図を図２に示す。ノズル部２４は上部に行くに
つれて内径が狭くなっていくため、超臨界水の流速は極
めて速くなる。そして、最も狭い内径をとる噴出口２４
ａから超臨界水が噴出される（実線矢印参照）。

【００４６】ここで、弁４４（図１参照）を開き、燃焼
ガス、例えば空気およびプロパンガス（C₃H₈）の混合気
を燃焼ガス供給パイプ４２を介して燃焼ガス室４０ｃに
供給する。燃焼ガス室４０ｃに供給された燃焼ガスは、
ノズルカバー４０ａとノズル部２４との隙間を通って
（点線矢印参照）噴出口２４ａに向かう。

【００４７】この時、噴出口２４ａにおいて、燃焼ガス
中のプロパンガスが燃焼する。しかも、燃焼ガス中の空
気に含まれる酸素がプロパンガスの燃焼を助長する。こ
のような燃焼が、噴出口２４ａから噴出された超臨界水
において行なわれる。この燃焼により超臨界水の温度お
よび圧力は、400度Ｃ、22ＭＰから600度Ｃ、30ＭＰ（あ
るいは25MP）となる。

【００４８】このように、より高温かつ高圧になった超
臨界水は、第一反応器３２に入る。ここで、タンク６１
に30MPの圧力の空気を入れ、弁６４ａおよび６４ｂを開
けて、PCB等のオイル６２を300度C、30MPで第一反応器
３２の下部に処理対象供給パイプ６４を介して供給す
る。これにより、より高温かつ高圧になった超臨界水
（600度Ｃ、30ＭＰ（あるいは25MP））と、PCB等のオイ
ルとが反応する。この反応により、PCB等のオイルは分
解され、炭酸ガス、水および水素、メタン等の有効ガス
が生成される。

【００４９】この反応生成物はリークねじ３３を通して
第二反応器３４に到達する。第二反応器３４内部の温度
および圧力（300度Ｃ、20ＭＰ）は第一反応器３２内部
の温度および圧力（600度Ｃ、30ＭＰ（あるいは25M
P））と比べて低い。第二反応器３４における燃焼を助
けるために、適宜、燃焼用空気取り入れパイプ５４から
空気を取り入れる。また、第二反応器３４における圧力
を一定に保つため、安全弁５２ａが20ＭＰ以上になると
開く。

【００５０】第一反応器３２における反応物は、第二反
応器３４を介して、生成物採取用パイプ５６から採取さ
れる。

【００５１】本発明の実施形態によれば、ノズル部２４
から噴出された超臨界水（400度Ｃ、22ＭＰ）は超高速
の流体となる。このような超高速の超臨界水に燃焼ガス
（空気とプロパンガスとの混合気）が供給されるため、
超臨界水において燃焼ガス中のプロパンガスが燃焼し、
空気中の酸素が燃焼を助長する。この燃焼により、超臨
界水はさらに高温かつ高圧（600度Ｃ、30ＭＰ（あるい
は25MP））となる。よって、より高温かつ高圧な超臨界
水を生成できる。これにより、プラスチックを分解反応
させるときであっても迅速な分解反応が行なわれる。

【００５２】しかも、第一反応器３２は、より高温かつ
高圧な超臨界水を受けるという過酷な条件にさらされ
る。一方、第二反応器３４は第一反応器３２における反
応生成物を受けるだけなので、さほど過酷な条件にさら
されない。よって、過酷な条件にさらされる部分を第一
反応器３２に限定できるため、超臨界水生成装置１を製
造しやすい。

【００５３】すなわち、600度Ｃ、30ＭＰ（あるいは25M
P）の高温かつ高圧に耐えて、長時間耐久性のある、大
きな反応容器を作ることは大変な費用がかかり、高度な
技術を要する。しかし、本発明の実施形態によれば、第
一反応器３２だけを600度Ｃ、30ＭＰの高温かつ高圧に
耐えるようにすれば、第二反応器３４は400度Ｃ、22Ｍ
Ｐに耐えればよい。よって、反応器３０を小型化でき、
費用も1/10程度にできる。

【００５４】なお、本発明の実施形態においては、超臨
界水生成装置１による処理対象としてPCB等のオイルを
挙げた。しかし、処理対象はPCB等のオイルに限定され
ない。例えば、ICなどの電子部品および回路基板も処理
対象にできる。この場合は、処理対象供給パイプ６４に
より第一反応器３２に電子部品等を入れることは難しい
ため、蓋３５を開けて、第一反応器３２に入れることに
なる。また、回路基板はガラス繊維を入れたエポキシ材
層と銅板層とを有している。これにより、回路基板を処
理対象とした場合は第一反応器３２による反応が終了し
た後に、第一反応器３２にガラスおよび金属が別々に回
収できる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、ノズルから噴出された
超臨界水は超高速の流体となる。このような超高速の超
臨界水に燃焼ガスが供給されるため、超臨界水において
燃焼ガスが燃焼する。この燃焼により、超臨界水はさら
に高温かつ高圧となる。よって、より高温かつ高圧な超
臨界水を生成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる超臨界水生成装置１
の正面断面図である。

【図２】超臨界水生成装置１のノズル部２４付近の部分
拡大図である。

【符号の説明】

１超臨界水生成装置１０超臨界水貯留器２０ノズル２４ノズル部２４ａ噴出口３０反応器３２第一反応器３４第二反応器４０燃焼ガス供給部４０ａノズルカバー４０ｃ燃焼ガス室４２燃焼ガス供給パイプ５２安全用パイプ５２ａ安全弁５４燃焼用空気取り入れパイプ５６生成物採取用パイプ５８、５９水供給用パイプ６０処理対象供給部６２オイル７０水供給部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 3/04 Ｂ０１Ｊ 3/04 Ｈ 19/00 19/00 ＢＤ 19/26 19/26 Ｂ０９Ｂ 3/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０４ＺＺＡＢＺＡＢＦターム(参考） 4D004 AA22 AA24 AB06 BA05 BA06 CA21 CA39 CB31 CB32 CC03 DA02 DA06 DA07 4G075 AA13 AA22 BA05 CA01 CA05 CA65 CA66 DA02 EA01 EA05 EA06 EB01 EC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超臨界水を噴出するノズルと、前記ノズルの噴出口に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給
手段と、を備えた超臨界水生成装置。
【請求項２】請求項１に記載の超臨界水生成装置であっ
て、前記燃焼ガスはプロパンガスを有する、超臨界水生成装
置。
【請求項３】請求項１または２に記載の超臨界水生成装
置であって、前記ノズルの噴出を直接受ける第一反応器と、前記第一反応器における反応生成物を受ける第二反応器
と、を備えた超臨界水生成装置。
【請求項４】請求項３に記載の超臨界水生成装置であっ
て、前記第一反応器は、前記第二反応器に比べて耐えられる
限界が、より高温かつ高圧である、超臨界水生成装置。
【請求項５】請求項３または４に記載の超臨界水生成装
置であって、前記第一反応器は電子部品またはオイルを収容する、超
臨界水生成装置。
【請求項６】請求項３または４に記載の超臨界水生成装
置であって、前記第一反応器は回路基板を収容する、超臨界水生成装
置。