JP2008264735A - Hydrothermal reaction apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水熱反応装置に関する。 The present invention relates to a hydrothermal reactor.
約374°Cかつ約22MPa(218気圧)の臨界点を超えた水である超臨界水を反応の媒体として用いると、高速で反応が進行することが知られている。臨界点よりやや温度や圧力が低い水である亜臨界水を反応の媒体として用いる場合も同様である。この臨界水や亜臨界水を媒体として用いる反応は水熱反応といわれている。 It is known that when supercritical water, which is water exceeding a critical point of about 374 ° C. and about 22 MPa (218 atm), is used as a reaction medium, the reaction proceeds at a high speed. The same applies to the case where subcritical water, which is water having a temperature and pressure slightly lower than the critical point, is used as a reaction medium. This reaction using critical water or subcritical water as a medium is called a hydrothermal reaction.
従来、有機化合物を水熱反応により分解する水熱反応装置が種々提案されている。これらの水熱反応装置は、反応室を有する装置本体と、この装置本体を駆動する駆動源と、反応室内に有機化合物及び水を供給する供給手段とを備えたものである。よく知られた水熱反応装置としては、試料を密閉する厚肉円筒状の高圧容器を装置本体に用いたバッチ式のものと、試料を連続的に加圧注入する高圧細管を装置本体に用いた細管式のものとがある(例えば、特許文献1、2)。 Conventionally, various hydrothermal reaction apparatuses that decompose organic compounds by hydrothermal reaction have been proposed. These hydrothermal reaction apparatuses are provided with an apparatus main body having a reaction chamber, a drive source for driving the apparatus main body, and supply means for supplying an organic compound and water into the reaction chamber. Well-known hydrothermal reactors include a batch type that uses a thick-walled cylindrical high-pressure vessel that seals the sample as the main body and a high-pressure capillary that continuously injects the sample under pressure. (For example, Patent Documents 1 and 2).
水熱反応装置により、バイオマス資源等の各種廃棄物のガス化・液化(糖化)によるエネルギー変換、化学物質合成に必要な酸触媒的な反応、PCB(ポリ塩化ビフェニル(Polychlorinated Biphenyl))、DXN(ダイオキシン(dioxin)類)等の有機性塩素化合物の無害化、PET(ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate))やウレタン等の高分子化合物の再原料化、屎尿処理等の研究が行われている。 With hydrothermal reactor, energy conversion by gasification and liquefaction (saccharification) of various wastes such as biomass resources, acid-catalyzed reaction necessary for chemical synthesis, PCB (Polychlorinated Biphenyl), DXN ( Research has been conducted on the detoxification of organic chlorine compounds such as dioxins), the re-use of polymer compounds such as PET (Polyethylene Terephthalate) and urethane, and the treatment of manure.
しかし、反応室がバッチ式の水熱反応装置は、連続的に有機化合物を分解することができないことから、実用上の難点がある。一方、反応室が細管式の水熱反応装置は、長い高圧細管が必要であり、またその高圧細管に腐食や目詰まりを生じるおそれがあり、やはり実用上の難点がある。 However, a batch-type hydrothermal reactor with a reaction chamber has practical difficulties because it cannot continuously decompose organic compounds. On the other hand, a hydrothermal reactor having a thin reaction chamber requires a long high-pressure capillary, and the high-pressure capillary may be corroded or clogged.
このため、特許文献3及び非特許文献1〜3において、レシプロエンジンの複数の燃焼室を反応室として用いた水熱反応装置が提案されている。この水熱反応装置によれば、ハウジングに形成されたシリンダボア内をピストンが往復動することにより、反応室が容積を徐々に拡大する吸気行程と、容積を徐々に縮小する圧縮行程と、容積を徐々に拡大する膨張行程と、容積を徐々に縮小する吐出行程とが繰り返される。この際、圧縮行程時に水熱反応を生じさせることから、有機化合物を連続的に分解することが可能となる。また、この水熱反応装置は、既存のレシプロエンジンを改良することにより得られ、運転も比較的容易であることから、装置自体も廉価となる上、ランニングコストも廉価となる。さらに、この水熱反応装置では、膨張行程においてピストンを停止することにより反応を凍結させることができ、有用物質を取り出し易いとともに、エネルギー回収も可能であると言える。このようなことから、この水熱反応装置には実用化に大きな期待が寄せられつつある。 For this reason, in Patent Document 3 and Non-Patent Documents 1 to 3, a hydrothermal reactor using a plurality of combustion chambers of a reciprocating engine as reaction chambers is proposed. According to this hydrothermal reactor, the piston reciprocates in a cylinder bore formed in the housing, so that the reaction chamber gradually increases the volume of the intake stroke, the compression stroke that gradually decreases the volume, and the volume. The expansion stroke that gradually expands and the discharge stroke that gradually reduces the volume are repeated. At this time, since a hydrothermal reaction is caused during the compression stroke, the organic compound can be continuously decomposed. In addition, this hydrothermal reaction device is obtained by improving an existing reciprocating engine and is relatively easy to operate. Therefore, the device itself is inexpensive and the running cost is low. Furthermore, in this hydrothermal reaction apparatus, it can be said that the reaction can be frozen by stopping the piston in the expansion stroke, and it is easy to take out useful substances and energy can be recovered. For this reason, great expectations are being placed on practical use of this hydrothermal reactor.
しかし、上記レシプロエンジンを改良してなる水熱反応装置は、ピストンがシリンダボア内を往復動するものであるため、クランク機構や動弁機構が必要である。このため、この水熱反応装置は、機械損失が大きいとともに、高速運転が困難であることから、有機化合物を効率よく分解し難いという欠点がある。 However, the hydrothermal reaction device obtained by improving the reciprocating engine requires a crank mechanism and a valve mechanism because the piston reciprocates in the cylinder bore. For this reason, this hydrothermal reaction apparatus has a disadvantage that it is difficult to efficiently decompose the organic compound because mechanical loss is large and high-speed operation is difficult.
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、有機化合物を効率よく分解し得る水熱反応装置を提供することを解決すべき課題としている。 This invention is made | formed in view of the said conventional situation, Comprising: It aims at providing the hydrothermal reaction apparatus which can decompose | disassemble an organic compound efficiently.
本発明の水熱反応装置は、反応室を有する装置本体と、該装置本体を駆動する駆動源と、該反応室内に有機化合物及び水を供給する供給手段とを備え、該有機化合物を水熱反応により分解する水熱反応装置において、
前記装置本体は、吸気ポート及び排気ポートにより外部に連通するロータ室が形成されたハウジングと、該ロータ室内で軸心回りに自転又は公転可能に設けられ、該ロータ室の壁面と自己の周面との間に前記反応室を形成するロータと、該ハウジングに回転可能に支承され、該ロータを駆動する駆動軸とを有し、該反応室は、該吸気ポートと連通し、該排気ポートと連通せず、該駆動軸の回転によって容積を徐々に拡大する吸気行程と、該吸気ポート及び該排気ポートと連通せず、該駆動軸の回転によって容積を徐々に縮小する圧縮行程と、該吸気ポートと連通せず、該排気ポートと連通し、該駆動軸の回転によって容積を徐々に縮小する吐出行程とを繰り返すものであり、
前記駆動源は、該装置本体に設けられて前記駆動軸を回転駆動するものであり、
前記供給手段は、該吸気行程中の該反応室内に前記有機化合物を供給する有機化合物供給手段と、該吸気行程中の該反応室内に前記水を供給する水供給手段とからなることを特徴とする。
The hydrothermal reaction apparatus of the present invention comprises an apparatus main body having a reaction chamber, a drive source for driving the apparatus main body, and a supply means for supplying an organic compound and water into the reaction chamber. In a hydrothermal reactor that decomposes by reaction,
The apparatus main body is provided with a housing in which a rotor chamber communicating with the outside by an intake port and an exhaust port is formed, and can rotate or revolve around an axis in the rotor chamber, and the wall surface of the rotor chamber and its peripheral surface And a rotor that is rotatably supported by the housing and that drives the rotor. The reaction chamber communicates with the intake port, and the exhaust port. An intake stroke in which the volume is gradually increased by rotation of the drive shaft without communication; a compression stroke in which the volume is gradually reduced by rotation of the drive shaft without being in communication with the intake port and the exhaust port; It repeats a discharge stroke that communicates with the exhaust port without communicating with the port, and gradually reduces the volume by rotation of the drive shaft,
The drive source is provided in the apparatus main body and rotationally drives the drive shaft,
The supply means comprises: an organic compound supply means for supplying the organic compound into the reaction chamber during the intake stroke; and a water supply means for supplying the water into the reaction chamber during the intake stroke. To do.
この水熱反応装置によれば、ハウジングに形成されたロータ室内をロータが自転又は公転することにより反応室が連続的に容積変化を生じる。そして、圧縮行程において、水熱反応を連続的に生じさせることから、有機化合物を連続的に分解することが可能となる。また、この水熱反応装置は、既存のロータリーエンジン等を改良することにより得られ、運転も比較的容易であることから、装置自体も廉価となる上、ランニングコストも廉価となる。さらに、この水熱反応装置では、吐出行程においてロータを停止することにより反応を凍結させることができ、有用物質を取り出し易いとともに、エネルギー回収も可能であると言える。このようなことから、この水熱反応装置には実用化に大きな期待が寄せられる。 According to this hydrothermal reactor, the volume of the reaction chamber continuously changes as the rotor rotates or revolves in the rotor chamber formed in the housing. And since a hydrothermal reaction is continuously produced in a compression process, it becomes possible to decompose | disassemble an organic compound continuously. In addition, this hydrothermal reaction device is obtained by improving an existing rotary engine and the like, and is relatively easy to operate. Therefore, the device itself is inexpensive and the running cost is low. Furthermore, in this hydrothermal reactor, it can be said that the reaction can be frozen by stopping the rotor in the discharge stroke, and it is easy to take out a useful substance and energy can be recovered. For this reason, great expectations are placed on the practical application of this hydrothermal reactor.
また、この水熱反応装置は、ピストンが往復動するものではなく、ハウジング内でロータが自転又は公転するものであるため、クランク機構や動弁機構が不要である。このため、この水熱反応装置は、機械損失が小さいとともに、高速運転も容易である。 Further, in this hydrothermal reaction device, the piston does not reciprocate, and the rotor rotates or revolves within the housing, so that no crank mechanism or valve mechanism is required. For this reason, this hydrothermal reactor has low mechanical loss and is easy to operate at high speed.
したがって、本発明の水熱反応装置によれば、有機化合物を効率よく分解することができる。 Therefore, according to the hydrothermal reactor of the present invention, the organic compound can be efficiently decomposed.
本発明に係る装置本体は、ロータリーエンジンやガスタービンエンジンの燃焼室を反応室として用いたものとして具体化できる他、ベーン型コンプレッサやスクロール型コンプレッサ等のロータリコンプレッサの圧縮室を反応室として用いたものとして具体化することが可能である。 The apparatus body according to the present invention can be embodied as a reaction chamber using a combustion chamber of a rotary engine or a gas turbine engine, and a compression chamber of a rotary compressor such as a vane compressor or a scroll compressor is used as a reaction chamber. It can be embodied as a thing.
本発明に係る駆動源は、装置本体に設けられて駆動軸を回転駆動するものであれば、種々のものが採用され得る。例えば、モータやエンジンを採用することが可能である。モータ等の回転軸と装置本体の駆動軸とは直結されてもよく、変速機を介して接続されてもよい。 As the drive source according to the present invention, various sources can be adopted as long as they are provided in the apparatus main body and rotationally drive the drive shaft. For example, a motor or an engine can be used. A rotation shaft such as a motor and the drive shaft of the apparatus main body may be directly connected or may be connected via a transmission.
本発明に係る供給手段は、吸気行程中の反応室内に有機化合物を供給する有機化合物供給手段と、吸気行程中の反応室内に水を供給する水供給手段とからなる。このように供給手段を有機化合物供給手段と水供給手段とで分けることにより、有機化合物及び水の供給タイミングや量を調整しやすくなる。なお、有機化合物や水は気体、液体又は固体であり得る。有機化合物や水が気体であれば、これらを配管等によって吸気ポートに導入することが可能である。有機化合物や水が液体であれば、インジェクタや気化器でこれらを吸気ポートに導入することが可能である。 The supply means according to the present invention comprises an organic compound supply means for supplying an organic compound into the reaction chamber during the intake stroke, and a water supply means for supplying water into the reaction chamber during the intake stroke. Thus, by dividing the supply means into the organic compound supply means and the water supply means, it becomes easy to adjust the supply timing and amount of the organic compound and water. The organic compound or water can be a gas, a liquid, or a solid. If the organic compound or water is a gas, it can be introduced into the intake port by piping or the like. If the organic compound or water is liquid, it can be introduced into the intake port with an injector or vaporizer.
ロータリーエンジンの燃焼室を反応室として用いた場合、本発明の水熱反応装置は以下の構成となる。すなわち、装置本体は、軸心と直交する断面で見て、ロータ室がまゆ型であり、ロータが三角形であって、重心から偏心した駆動軸に取り付けられて回転可能であって、かつ内歯車が設けられたものであり、駆動軸は内歯車と噛合する外歯車内に回転可能に構成されたものである。 When the combustion chamber of the rotary engine is used as the reaction chamber, the hydrothermal reaction device of the present invention has the following configuration. That is, the apparatus main body has a eyebrows-shaped rotor chamber as viewed in a cross section orthogonal to the shaft center, the rotor is triangular, is attached to a drive shaft that is eccentric from the center of gravity, is rotatable, and has an internal gear. The drive shaft is configured to be rotatable within an external gear meshing with the internal gear.
この水熱反応装置によれば、ロータの一回転当たり三回の吸気行程、圧縮行程及び吐出行程が連続して繰り返されることから、反応室内に取込まれた反応物を高い効率で分解することが可能である。また、この水熱反応装置は、レシプロエンジンを改良してなる水熱反応装置と比べて反応物を膨張し難いことから、ハウジングに熱を逃がし難く、水熱反応を生じやすい。さらに、この水熱反応装置は、駆動源の動力がロータの回転方向にのみに付与されることから、機械効率がよく、駆動源に大きなトルクを要しない。また、この水熱反応装置では、吐出行程において、反応物が高いエネルギーを維持したまま排気されるため、そのエネルギーを利用することも容易である。 According to this hydrothermal reactor, since the intake stroke, the compression stroke and the discharge stroke are repeated three times per rotation of the rotor, the reactants taken into the reaction chamber can be decomposed with high efficiency. Is possible. In addition, this hydrothermal reaction device is less likely to expand the reactants than the hydrothermal reaction device obtained by improving the reciprocating engine, so that it is difficult for heat to escape to the housing and a hydrothermal reaction is likely to occur. Furthermore, this hydrothermal reaction apparatus has high mechanical efficiency because the power of the drive source is applied only in the rotation direction of the rotor, and does not require a large torque for the drive source. Further, in this hydrothermal reactor, the reactant is exhausted while maintaining high energy in the discharge stroke, so that the energy can be easily used.
本発明の水熱反応装置は、圧縮行程中の反応室内の温度を検出可能な温度センサが設けられていることが好ましい。また、本発明の水熱反応装置は、圧縮行程中の反応室内の圧力を検出可能な圧力センサが設けられていることも好ましい。温度センサや圧力センサによって水熱反応の状態を把握することが可能であり、水熱反応装置の運転状態を調整することが可能になる。既存のロータリーエンジンでは、圧縮行程中の燃焼室に望むように2個の点火プラグが設けられているため、このロータリーエンジンを改良して水熱反応装置を得る場合には、これらの点火プラグに代えて温度センサや圧力センサを容易に設けることが可能である。 The hydrothermal reaction apparatus of the present invention is preferably provided with a temperature sensor capable of detecting the temperature in the reaction chamber during the compression stroke. The hydrothermal reaction apparatus of the present invention is preferably provided with a pressure sensor capable of detecting the pressure in the reaction chamber during the compression stroke. The state of the hydrothermal reaction can be grasped by the temperature sensor or the pressure sensor, and the operation state of the hydrothermal reaction device can be adjusted. In existing rotary engines, two spark plugs are provided as desired in the combustion chamber during the compression stroke. Therefore, when this rotary engine is improved to obtain a hydrothermal reactor, these spark plugs are Instead, a temperature sensor or a pressure sensor can be easily provided.
本発明の水熱反応装置では、有機化合物供給手段は有機化合物を含有する有機ガスを吸気ポートに供給可能に構成され得る。そして、水供給手段は、吸気ポートに装着され、水を噴霧可能なインジェクタであり得る。電子燃料噴射式の既存のロータリーエンジンでは、吸気ポートに燃料を噴霧するためのインジェクタが設けられているため、このロータリーエンジンを改良して水熱反応装置を得る場合において、このインジェクタで水を容易に噴霧することが可能である。水を噴霧することにより、水蒸気が水熱反応を良好に生じさせる。 In the hydrothermal reactor of the present invention, the organic compound supply means can be configured to be able to supply an organic gas containing an organic compound to the intake port. The water supply means may be an injector attached to the intake port and capable of spraying water. In the existing electronic fuel injection type rotary engine, an injector for spraying fuel is provided in the intake port. Therefore, when this rotary engine is improved to obtain a hydrothermal reaction device, water can be easily used with this injector. It is possible to spray on. By spraying water, water vapor causes a good hydrothermal reaction.
上記の場合、本発明の水熱反応装置は、排気ポートに排出される排気ガスによって駆動され、有機ガスを加圧して吸気ポートに供給する過給器を備えていることも可能である。水熱反応装置では、反応物が高いエネルギーを維持したまま排気されることから、そのエネルギーを過給器で利用すれば、有機ガスを加圧して吸気ポートに供給することが可能である。この場合、有機ガスが既に加圧されていることから、より水熱反応を生じやすく、効率が向上する。なお、過給器としては、公知のターボチャージャ、スーパーチャージャ等を利用することが可能である。 In the above case, the hydrothermal reaction apparatus of the present invention can be provided with a supercharger that is driven by the exhaust gas discharged to the exhaust port and pressurizes the organic gas to supply the intake port. In the hydrothermal reactor, the reactant is exhausted while maintaining high energy, so if the energy is used in the supercharger, the organic gas can be pressurized and supplied to the intake port. In this case, since the organic gas is already pressurized, the hydrothermal reaction is more likely to occur, and the efficiency is improved. A known turbocharger, supercharger, or the like can be used as the supercharger.
本発明の水熱反応装置では、有機化合物供給手段は、吸気ポートに装着され、液体状の有機化合物を噴霧可能なインジェクタであり得る。そして、水供給手段は水を含有する水蒸気ガスを吸気ポートに供給可能に構成され得る。電子燃料噴射式の既存のロータリーエンジンを改良して水熱反応装置を得る場合において、インジェクタで液体状の有機化合物を容易に噴霧することが可能である。液体状の水を水蒸気とする手段としては、公知の霧化装置等を採用することが可能である。 In the hydrothermal reaction device of the present invention, the organic compound supply means may be an injector attached to the intake port and capable of spraying a liquid organic compound. The water supply means can be configured to be able to supply water vapor gas containing water to the intake port. When an existing rotary engine of an electronic fuel injection type is improved to obtain a hydrothermal reactor, it is possible to easily spray a liquid organic compound with an injector. As means for converting liquid water into water vapor, a known atomizer or the like can be employed.
上記の場合、本発明の水熱反応装置は、排気ポートに排出される排気ガスによって駆動され、水蒸気ガスを加圧して吸気ポートに供給する過給器を備えていることも可能である。前述のように過給器により水蒸気ガスを加圧して吸気ポートに供給すれば、より水熱反応を生じやすく、効率が向上する。 In the above case, the hydrothermal reaction device of the present invention may be provided with a supercharger that is driven by the exhaust gas discharged to the exhaust port and pressurizes the steam gas to supply the intake port. If the steam gas is pressurized by the supercharger and supplied to the intake port as described above, the hydrothermal reaction is more likely to occur and the efficiency is improved.
本発明の水熱反応装置では、有機化合物供給手段は、吸気ポートに装着され、液体状の有機化合物を噴霧可能な第1のインジェクタであり得る。そして、水供給手段は、吸気ポートに装着され、水を噴霧可能な第2のインジェクタであり得る。既存のロータリーエンジンの吸気ポートに2個のインジェクタを設けることにより、液体状の有機化合物及び水を容易に噴霧することが可能である。 In the hydrothermal reaction device of the present invention, the organic compound supply means may be a first injector attached to the intake port and capable of spraying a liquid organic compound. The water supply means may be a second injector attached to the intake port and capable of spraying water. By providing two injectors in the intake port of an existing rotary engine, it is possible to easily spray a liquid organic compound and water.
本発明の水熱反応装置は、有機化合物がトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1,1,1-トリクロロエタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、シス-1,2-ジクロロエチレン、1,1-ジクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、1,3-ジクロロプロペン、ベンゼンである揮発性有機化合物(VOC;volatile organic compounds)である場合に特に有効である。従来のVOC処理技術としては、(1)VOCを濃縮後、焼却処理するか、(2)化学的な中和を行った後、乾燥した汚泥として埋め立て処理するかがなされている程度であり、いずれも環境負荷が高い。しかも、これらの処理には大型の装置が必要であることから、VOC排出源の約4割を占める中小企業では費用の問題でその対策が全くとられておらず、VOCは垂れ流しの状態である。これに対し、本発明の水熱反応装置を採用すれば、塗装、印刷、産業用洗浄等を行うブースや工場からダクトにより、VOCを含む空気を吸気ポートに導入し、無害化することが可能である。 In the hydrothermal reactor of the present invention, the organic compound is trichloroethylene, tetrachloroethylene, 1,1,1-trichloroethane, dichloromethane, carbon tetrachloride, cis-1,2-dichloroethylene, 1,1-dichloroethane, 1,1,2- This is particularly effective in the case of volatile organic compounds (VOC) such as trichloroethane, 1,3-dichloropropene, and benzene. As conventional VOC treatment technology, (1) VOC is concentrated and then incinerated, or (2) after chemical neutralization, it is treated as landfill as dry sludge, Both have high environmental impact. Moreover, since a large-scale apparatus is required for these treatments, SMEs that account for about 40% of VOC emission sources have not taken any countermeasures due to cost problems, and VOCs are in a state of running down. . On the other hand, if the hydrothermal reactor of the present invention is adopted, air containing VOC can be introduced into the intake port by a duct from a booth or factory that performs painting, printing, industrial cleaning, etc., and can be rendered harmless. It is.
以下、本発明を具体化した実施例1〜3を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments 1 to 3 embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例1の水熱反応装置は、図1〜4に示すように、装置本体10と、駆動源としてのモータ20とを備えている。
The hydrothermal reaction apparatus of Example 1 is provided with the apparatus
装置本体10は既存の電子燃料噴射式のロータリーエンジンを改良したものである。この装置本体10は、軸心と直交する断面で見てまゆ型のロータ室11aが内部に形成されたロータハウジング11を有し、ロータハウジング11は図示しない一対のサイドハウジングによって挟持されている。ロータハウジング11及びサイドハウジングがハウジングを構成している。ロータハウジング11には径方向に貫設された吸気ポート11b及び排気ポート11cが形成されており、ロータ室11aはこれら吸気ポート11b及び排気ポート11cによって外部に連通している。
The apparatus
ロータ室11a内には、軸心と直交する断面で見て三角形のロータ12が軸心回りに自転可能に設けられている。ロータ12にはその重心と同軸の内歯車12aが固定されている。また、ロータ12の三つの頂点にはアペックスシール12bが設けられている。
A
また、ロータ12には、その重心から偏心した位置に軸方向に延びる駆動軸(エキセントリックシャフト)13が固定されている。駆動軸13はハウジングに回転可能に支承されており、ロータハウジング11内の駆動軸13の回りには外歯車(ステーショナリーギア)14が設けられている。ロータ12の内歯車12aは外歯車14と噛合しており、駆動軸13は外歯車14内で回転できるようになっている。
In addition, a drive shaft (eccentric shaft) 13 extending in the axial direction is fixed to the
ロータ室11aの壁面とロータ12の周面との間に反応室21〜23が形成されている。各反応室21〜23は、駆動軸13の回転によって、図1〜4に示すように容積が変化する。すなわち、図1〜3に示す反応室21は、吸気ポート11bと連通し、排気ポート11cと連通せず、駆動軸13の回転によって容積を徐々に拡大する吸気行程にある。図1及び図2に示す反応室22は、吸気ポート11b及び排気ポート11cと連通せず、駆動軸13の回転によって容積を徐々に縮小する圧縮行程にある。図1〜3に示す反応室23は、吸気ポート11bと連通せず、排気ポート11cと連通し、駆動軸13の回転によって容積を徐々に縮小する吐出行程にある。
ロータハウジング11には吸気ポート11bのロータ室11a側に液体を噴霧可能なインジェクタ31が固定されており、インジェクタ31は液体タンク32に接続されている。インジェクタ31はロータリーエンジンでは燃料を噴霧するためのものである。また、吸気ポート11bはガスタンク33に接続され、排気ポート11cは回収タンク34に接続されている。そして、ロータハウジング11には圧縮行程にある反応室22に臨む取付穴11d、11eが貫設されている。取付穴11d、11eはロータリーエンジンでは本来点火プラグを装着するためのものである。取付穴11dには温度センサ41を装着し、取付穴11eには圧力センサ42を装着する。
An
モータ20は装置本体10に設けられて駆動軸13を回転駆動するものである。モータ20の回転軸と駆動軸13との間に変速機を設けてもよい。モータ20の回転軸に回転翼を取り付け、回転翼の回転によってVOCを吸集して吸気ポート11bに直接導くようにしてもよい。なお、インジェクタ31、温度センサ41、圧力センサ42、モータ20等はコンピュータによって制御されている。
The
この水熱反応装置によってVOCを処理する場合、液体タンク32に水を貯留し、VOCを含む空気をガスタンク33に貯留する。この場合、インジェクタ31及び液体タンク32が水供給手段に相当し、ガスタンク33が有機化合物供給手段に相当する。
When VOC is processed by this hydrothermal reactor, water is stored in the
そして、モータ20を駆動することにより、ロータ室11a内をロータ12が自転し、反応室21〜23が連続的に容積変化を生じる。つまり、ロータ12の一回転当たり三回の吸気行程、圧縮行程及び吐出行程が連続して繰り返される。
And by driving the
吸気行程においては、ガスタンク33からVOCを含む空気が反応室21に吸気され、かつインジェクタ31によって反応室21内に水が噴霧される。このように、インジェクタ31及び液体タンク32により水を供給し、ガスタンク33によりVOCを供給すれば、VOC及び水の供給タイミングや量を調整しやすい。
In the intake stroke, air containing VOC is sucked into the
そして、圧縮行程において、反応室22内で水熱反応を連続的に生じ、VOCが連続的に分解される。圧縮行程中の反応室22の温度は温度センサ41によって検出され、その圧力は圧力センサ42によって検出される。これによって水熱反応の状態を把握することが可能であり、水熱反応装置の運転状態を調整することが可能である。
In the compression stroke, a hydrothermal reaction is continuously generated in the
特に、この水熱反応装置は、レシプロエンジンを改良してなる水熱反応装置と比べて反応物を膨張し難いことから、ハウジングに熱を逃がし難く、水熱反応を生じやすい。また、この水熱反応装置は、モータ20の動力がロータ12の回転方向にのみに付与されることから、機械効率がよく、駆動源に大きなトルクを要しない。
In particular, this hydrothermal reaction device is less likely to expand the reactants than the hydrothermal reaction device obtained by improving the reciprocating engine, so that it is difficult for heat to escape to the housing and a hydrothermal reaction is likely to occur. In addition, since the power of the
この後、吐出行程において、反応室23から反応後の排気ガスが排気され、これが回収タンク34に回収される。
Thereafter, in the discharge stroke, the exhaust gas after the reaction is exhausted from the
また、この水熱反応装置は、既存のロータリーエンジンを改良したものであり、運転も比較的容易であることから、装置自体も廉価となる上、ランニングコストも廉価である。さらに、この水熱反応装置では、吐出行程においてロータ12を停止することにより反応を凍結させることができ、有用物質を取り出し易いとともに、エネルギー回収も可能であると言える。
In addition, this hydrothermal reaction device is an improvement of an existing rotary engine and is relatively easy to operate. Therefore, the device itself is inexpensive, and the running cost is low. Further, in this hydrothermal reactor, it can be said that the reaction can be frozen by stopping the
また、この水熱反応装置は、ピストンが往復動するものではなく、ハウジング内でロータ12が自転するものであるため、クランク機構や動弁機構が不要である。このため、この水熱反応装置は、機械損失が小さいとともに、高速運転も容易である。
Further, in this hydrothermal reaction device, the piston does not reciprocate and the
したがって、実施例1水熱反応装置によれば、VOCを効率よく分解できることが明らかである。 Therefore, according to Example 1 hydrothermal reactor, it is clear that VOC can be decomposed | disassembled efficiently.
なお、実施例1の水熱反応装置において、液体タンク32に液体状の有機化合物を貯留し、公知の霧化装置等で得た水蒸気をガスタンク33に貯留することも可能である。この場合、ガスタンク33が水供給手段に相当し、インジェクタ31及び液体タンク32が有機化合物供給手段に相当する。
In the hydrothermal reaction apparatus of Example 1, it is also possible to store a liquid organic compound in the
実施例2の水熱反応装置は、図5に示すように、ロータハウジング11の吸気ポート11bのロータ室11a側に前記の第1のインジェクタ31と、第2のインジェクタ35とが固定されている。第2のインジェクタ35は第2の液体タンク36に接続されている。第2のインジェクタ35もコンピュータによって制御されている。他の構成は実施例1の水熱反応装置と同一であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 5, in the hydrothermal reaction device of the second embodiment, the
この水熱反応装置によって液体状の有機化合物を処理する場合、第1の液体タンク32に水を貯留し、第2の液体タンク33に有機化合物を貯留する。この場合、第1のインジェクタ31及び第1の液体タンク32が水供給手段に相当し、第2のインジェクタ35及び第2の液体タンク36が有機化合物供給手段に相当する。そして、吸気ポート11bからは外気が吸入される。
When a liquid organic compound is processed by the hydrothermal reaction device, water is stored in the
この水熱反応装置によっても、実施例1の水熱反応装置と同様の作用効果を奏することができる。 Also with this hydrothermal reactor, the same effects as the hydrothermal reactor of Example 1 can be achieved.
実施例3の水熱反応装置は、図6に示すように、吸気ポート11b及び排気ポート11cに跨って公知のターボチャージャ50が装着されている。ターボチャージャ50のインレットパイプにはVOC及び水蒸気を貯留するガスタンク37が接続され、ターボチャージャ50のアウトレットパイプには回収タンク34が接続されている。
As shown in FIG. 6, the hydrothermal reactor of the third embodiment is equipped with a known
この水熱反応装置によってVOCを処理する場合、ターボチャージャ50は、排気ポート11cに排出される排気ガスによって駆動され、VOC及び水蒸気を加圧して吸気ポート11bに供給可能である。水熱反応装置では、反応物が高いエネルギーを維持したまま排気されることから、そのエネルギーをターボチャージャ50で利用するのである。この場合、VOC及び水蒸気が既に加圧されていることから、より水熱反応を生じやすく、効率が向上する。他の作用効果は実施例1、2の水熱反応装置と同様である。
When processing the VOC by this hydrothermal reactor, the
以上において、本発明を実施例1〜3に即して説明したが、本発明は上記実施例1〜3に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。 In the above, the present invention has been described with reference to the first to third embodiments. However, the present invention is not limited to the first to third embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.
本発明の水熱反応装置はVOC処理装置、PCB処理装置等に利用可能である。 The hydrothermal reaction apparatus of the present invention can be used for a VOC processing apparatus, a PCB processing apparatus, and the like.
21〜23…反応室
10…装置本体
20…駆動源(モータ)
31、32、33、35、36、37…供給手段(31、35…インジェクタ、32、36…液体タンク、33、37…ガスタンク)
11b…吸気ポート
11c…排気ポート
11a…ロータ室
11…ロータハウジング
12…ロータ
13…駆動軸
12a…内歯車
14…外歯車
41…温度センサ
42…圧力センサ
50…過給器(ターボチャージャ)
21-23 ...
31, 32, 33, 35, 36, 37 ... supply means (31, 35 ... injector, 32, 36 ... liquid tank, 33, 37 ... gas tank)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記装置本体は、吸気ポート及び排気ポートにより外部に連通するロータ室が形成されたハウジングと、該ロータ室内で軸心回りに自転又は公転可能に設けられ、該ロータ室の壁面と自己の周面との間に前記反応室を形成するロータと、該ハウジングに回転可能に支承され、該ロータを駆動する駆動軸とを有し、該反応室は、該吸気ポートと連通し、該排気ポートと連通せず、該駆動軸の回転によって容積を徐々に拡大する吸気行程と、該吸気ポート及び該排気ポートと連通せず、該駆動軸の回転によって容積を徐々に縮小する圧縮行程と、該吸気ポートと連通せず、該排気ポートと連通し、該駆動軸の回転によって容積を徐々に縮小する吐出行程とを繰り返すものであり、
前記駆動源は、該装置本体に設けられて前記駆動軸を回転駆動するものであり、
前記供給手段は、該吸気行程中の該反応室内に前記有機化合物を供給する有機化合物供給手段と、該吸気行程中の該反応室内に前記水を供給する水供給手段とからなることを特徴とする水熱反応装置。 In a hydrothermal reactor comprising an apparatus main body having a reaction chamber, a drive source for driving the apparatus main body, and a supply means for supplying an organic compound and water into the reaction chamber, and decomposing the organic compound by a hydrothermal reaction ,
The apparatus main body is provided with a housing in which a rotor chamber communicating with the outside by an intake port and an exhaust port is formed, and can rotate or revolve around an axis in the rotor chamber, and the wall surface of the rotor chamber and its peripheral surface And a rotor that is rotatably supported by the housing and that drives the rotor. The reaction chamber communicates with the intake port, and the exhaust port. An intake stroke in which the volume is gradually increased by rotation of the drive shaft without communication; a compression stroke in which the volume is gradually reduced by rotation of the drive shaft without being in communication with the intake port and the exhaust port; It repeats a discharge stroke that communicates with the exhaust port without communicating with the port, and gradually reduces the volume by rotation of the drive shaft,
The drive source is provided in the apparatus main body and rotationally drives the drive shaft,
The supply means comprises: an organic compound supply means for supplying the organic compound into the reaction chamber during the intake stroke; and a water supply means for supplying the water into the reaction chamber during the intake stroke. A hydrothermal reactor.
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CN107619037A (en) * | 2017-09-27 | 2018-01-23 | 刘道灵 | A kind of graphene preparation facilities |
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- 2007-04-24 JP JP2007114575A patent/JP2008264735A/en active Pending
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