JP2011104561A - 亜臨界水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応容器を適確かつ迅速に冷却することにより、所望の反応生成物を得ることのできる亜臨界水処理装置を提供する。
【解決手段】亜臨界水処理装置は、被反応物と水との混合物を該水が亜臨界状態となる温度および圧力下で反応させる反応容器と、この反応容器の外面に沿って設けられており反応容器内部を亜臨界の温度まで加熱するための加熱手段と、反応容器内部を亜臨界の圧力まで加圧するための加圧手段と、内部に冷媒を含みこの冷媒内に反応容器を浸漬することによって反応容器全体を冷却する冷却手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、亜臨界水により物質を分解する処理を行って反応生成物を得るための亜臨界水処理装置に関する。

水は、高温・高圧の臨界点においては、液体と気体との境界が消失した状態となっている。このような高温・高圧の臨界点に近い状態（亜臨界状態）の水である亜臨界水は、高い分子密度とエネルギとを兼ね備えており、従って反応性が非常に高いことが知られている。このように、亜臨界水は、分解能力がきわめて高いため、例えば植物性廃棄物、動物性廃棄物、石油、および、プラスチックをはじめとする有機性廃棄物などのさまざまな被反応物の分解処理が可能である。さらに、これらの被反応物を処理して得られる反応生成物を、資源として再利用することが検討されている。

亜臨界水による反応は、例えば１００℃から３４７℃の亜臨界水によって行われるので、反応生成物は反応の直後には高温となっている。よって、反応生成物のその後の抽出操作が困難であったり、反応生成物の高温が装置に支障を及ぼすことがある。そのため、亜臨界水による反応の後に反応生成物を冷却する技術が開発されている。

特許文献１には、反応生成物に対して冷水を供給して混合し冷却するか、または水を循環する循環系を用いた熱交換器に通すことで冷却する技術が開示されている。

特許文献２には、反応生成物である改質油が排出される改質油排出管に対して、上記改質油排出管を被覆する高圧水供給管を設け、上記高圧水供給管に高圧水を供給して、改質油排出管を冷却する技術が開示されている。この技術では、改質油排出管を冷却することにより、改質油排出管の壁面で改質油がコーキングを起こすことを防ぐ。

一方で、特許文献３には、被反応物を亜臨界水と反応させる反応容器に被反応物を導入する導入管に対して、上記導入管に巻回した冷却管、またはこの導入管を通した水密性を備える中空状のウォータージャケットを冷却器として設け、この冷却器に水を供給して導入管を冷却する技術が開示されている。

特開２００４−３０６０２１号公報 特開２００６−１０４３１０号公報 特開２００８−２０７１３２号公報

しかし、特許文献１に開示された技術のうち、反応生成物に冷水を混合して冷却すると、その後に反応生成物から水を濃縮などで除去する必要がある。反応生成物を得る際にこの除去の工程を経ると、収量の減少もしくは化学変化または不純物の混入などが起こり、目的とする量や純度の反応生成物が得られない可能性がある。

また、特許文献１に開示された技術のうち、反応生成物を水を循環する循環系を用いた熱交換器に通して冷却すると、亜臨界水との反応直後の高温の反応生成物に対しては、冷却に時間がかかることが考えられる。冷却に時間がかかる場合、反応生成物の温度を適確なタイミングで調整することにも困難が生じる。本発明者らの知見によると、亜臨界水による反応で目的とする反応生成物を得るには、温度を目的とする時間について適確に調節する必要がある。例えば、亜臨界水による反応の後に、反応生成物が高温の状態に置かれ続けると、さらなる変質を起こしてしまうので、目的とする反応生成物を得られない。あるいは、目的としない物質が混入するなどの結果が予測される。

さらに、反応生成物を熱交換器に通して冷却する場合、亜臨界水との反応生成物は高温・高圧であるため、高圧熱交換器が必要となる。高圧熱交換器を設けると、装置が複雑または大規模なものとなり、コストの問題が生じる。

特許文献２に開示された技術では、改質油排出管を高圧水供給管で被覆し、水で冷却するため、反応生成物のうち改質油排出管を流れている分だけが短時間のみ冷却されることになる。改質油排出管は管という構造から水と接する表面積が小さいので、冷却効率が低い。したがって、この技術では反応生成物の冷却が充分になされない。

特許文献３に開示された冷却器を、反応生成物の冷却に用いることも考えられるが、冷却管やウォータージャケットに水を導入して冷却を行う技術では、冷却する効果が低く、高温の反応生成物の冷却には時間がかかる。

したがって、本発明の目的は、反応容器を迅速かつ適確に冷却することにより、目的とする反応生成物を得ることができ、反応生成物の減少もしくは化学変化または不純物の混入が起こらない亜臨界水処理装置を提供することにある。

本発明の亜臨界水処理装置は、被反応物と水との混合物を該水が亜臨界状態となる温度および圧力下で反応させる反応容器と、この反応容器の外面に沿って設けられており反応容器内部を亜臨界の温度まで加熱するための加熱手段と、反応容器内部を亜臨界の圧力まで加圧するための加圧手段と、内部に冷媒を含み冷媒内に反応容器を浸漬することによって反応容器全体を冷却する冷却手段とを備えている。

加熱手段および加圧手段によって反応容器では水が亜臨界状態となる温度と圧力になるので、反応容器内の被反応物が亜臨界状態の水によって反応処理され、反応生成物が抽出される。反応処理終了後に、反応容器全体が冷却手段の冷媒内に急速に浸漬される。冷媒は反応容器を浸漬できる容積によって熱容量が大きく、反応容器はこの冷媒に対して浸漬された表面積全体で接触し冷却される。反応容器全体が浸漬されることで、反応容器内の反応生成物が一度に冷却されるので、この反応生成物のすべてが急速に冷却される。これらの動作によって、亜臨界状態の水による反応生成物が望む反応時間の後に高温に置かれるということがなくなる。

冷却手段は、内部に冷媒を含んでおり、反応容器を挿入させることが可能な開口を上面に有する冷媒容器を備えていることが好ましい。

この場合、冷媒容器を上下に移動可能な上下駆動手段をさらに備えており、上下駆動手段は、反応処理終了後に反応容器が開口を介して冷媒容器の冷媒内に急速に浸漬されるように冷媒容器を移動可能に構成されていることがより好ましい。反応処理終了後に、上下駆動手段によって、冷媒容器を上下移動させ、その上面に設けられた開口を介して反応容器を冷媒内に浸漬させるようにしているため、反応容器全体を急速に冷却することが可能となる。

上下駆動手段は、冷媒容器を上下方向に移動自在に支持する案内レールと、モータと、このモータによって駆動され冷媒容器を上下方向に駆動するウォームギヤとを備えていることが好ましい。

上下駆動手段によって、冷媒容器を機械機構で上下方向に素早く移動させる。反応容器を冷媒容器に浸漬させるタイミングについては、電子信号やプログラムで制御できるので、適確な冷却の制御が可能となる。

冷媒容器が含んでいる冷媒が水であることも好ましい。

水を用いることで扱いが最も容易となり、しかも大容量の冷媒により充分な冷却を確保することができる。

反応容器は、混合物を撹拌する撹拌手段を備えていることも好ましい。

撹拌手段によって、反応容器の被反応物と水とを強制的に撹拌することにより、これらを均一に混合しつつ、混合物の温度を反応容器内で均一にすることができる。そのため、亜臨界水による反応を均一な温度で行うことができる。また反応容器が冷却手段の冷媒に浸漬される際に、反応容器内の反応生成物が均一な温度になるように一度に冷却されるので、冷却が急速に行われる。

反応容器および加熱手段と熱的に結合しており、反応容器および加熱手段の側面を覆って設けられた熱交換手段を備えていることも好ましい。

熱交換手段を設けることによって、反応容器および加熱手段と冷媒との間で熱交換が行われるから、冷却がより効率的に行われる。

本発明によれば、反応容器内の被反応物が加熱手段および加圧手段で亜臨界状態となった水によって反応して反応生成物が生成し、この反応容器が冷却手段の冷媒内に浸漬されることで、反応容器内の反応生成物が容器内に冷媒等を導入することなく急速に冷却され、正確なタイミングで温度が低下する。このように、亜臨界水による反応が行われ、反応処理終了後に亜臨界状態の高温の水に対して迅速かつ適確なタイミングで冷却が行われるので、反応生成物が望む条件以外の反応温度と時間に置かれて目的としない生成物が生成されるといったことがなく、目的とする反応生成物が得られる。濃縮等の工程を加えることなく、反応生成物の減少もしくは化学変化または不純物の混入が起こらず、大規模または複雑な装置を要さない。

本発明の一実施形態に係る亜臨界水処理装置の斜視図である。 図１の亜臨界水処理装置の反応容器の正面断面図である。 図１の亜臨界水処理装置の上下駆動機構部分を示す斜視図である。 図１の亜臨界水処理装置の加熱時の作用を示す概略図である。 図１の亜臨界水処理装置の冷却時の作用を示す概略図である。 図１の亜臨界水処理装置を動作させた際の温度変化を説明する時間対温度特性図である。 本発明の他の実施形態に係る亜臨界水処理装置の反応容器の正面断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る亜臨界水処理装置の反応容器の正面断面図である。 実施例１における反応容器とヒータの温度履歴を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る亜臨界水処理装置について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る亜臨界水処理装置の斜視図、図２は図１の亜臨界水処理装置の正面断面図、図３は図１の亜臨界水処理装置の上下駆動機構部分を示す斜視図である。

これらの図に示すように、本実施形態の亜臨界水処理装置１は、被反応物と水との混合物１１を水が亜臨界状態となる温度と圧力とで反応させる反応容器１０と、反応容器１０の外面に沿って設けられた加熱機構（本発明の加熱手段に対応している）２０と、反応容器１０の内部を亜臨界の圧力まで加圧するための加圧機構（本発明の加圧手段に対応している）３０と、反応容器１０を冷媒容器４１の内部に貯められた冷媒４２内に浸漬させることによって冷却する冷却機構（本発明の冷却手段に対応している）４０とを備えている。

反応容器１０は、被反応物と水との混合物１１を水が亜臨界状態となる温度と圧力で反応させて反応生成物を得るためのものである。ここで、被反応物とは、亜臨界状態の水によって反応させ、分解および抽出を行う対象物であり、多くの場合、有機物である。この有機物としては、例えば、植物性や動物性の廃棄物、プラスチック、石油や石油加工物などの工業上の廃棄物などがある。また、得られる反応生成物は、例えば植物性や動物性の廃棄物からはペプチド、アミノ酸、糖、プラスチックからはオリゴマー、モノマー、その他の有機物がある。

水が亜臨界状態となる温度および圧力とは、水の臨界圧力である２２．１ＭＰａ、臨界温度である３４７℃付近であってこれら臨界温度および臨界圧力より低い状態である。本実施形態においては、亜臨界状態の温度および圧力は、圧力がおおよそ３．０ＭＰａ以上かつ臨界圧力である２２．１ＭＰａ未満の範囲、温度が１００℃以上かつ臨界温度である３４７℃未満の範囲である。

この反応容器１０は、図２に示すように、混合物１１を反応させるための略円筒形状を有し上部が開口された圧力容器１２と、容器蓋１３とを備えている。反応容器１０は、亜臨界状態の水によって反応を起こさない材料によって形成されている。本実施形態では、圧力容器１２と容器蓋１３とは、ステンレス材料によって図示の構造に形成されている。具体的には、圧力容器１２は厚さがそれぞれ約８．０ｍｍ以上のＳＵＳ３１６の略円筒形状の容器の二重構造により形成され容量は約２．０Ｌで、容器蓋１３はＳＵＳ３１６で形成されている。この容器蓋１３は、金属パッキン１４によって圧力容器１２との開口部と嵌合し、反応容器１０を密閉可能としている。反応容器１０の上端近くには、反応容器１０を運搬する際や被反応物の出し入れ等の際に用いるハンドル１５が取り付けられている。

加熱機構２０は、反応容器１０を加熱し、内部の水を亜臨界状態に加熱するためのものであり、具体的には、電熱線を絶縁材を介してステンレス管で被覆してなる細管ヒータを、反応容器１０の外面に上下半分ずつ計２箇所、コイル状に巻回して構成されている。この電熱線を流れる電流を制御することによって、反応容器１０の加熱温度制御が可能となる。図２に示すように、加熱機構２０の外側には、ステンレス材料による厚さ約１ｍｍの帯状の固定バンド２１が上下の加熱機構２０のそれぞれに巻きつけられている。固定バンド２１は、巻きつけた余りの長さがバンド固定代２２となっており、このバンド固定代２２をナットで止めることで加熱機構２０を締め付け、反応容器１０の外面に加熱機構２０を固定している。このように、固定バンド２１は、加熱機構２０を反応容器１０に押し付けて密着固定させ熱的な接続を保つとともに、加熱機構２０を保護するためのものである。

加圧機構３０は、亜臨界の圧力を供給する加圧装置（図示なし）を反応容器１０に接続するための加圧管部３１と、反応容器１０内のガスを抜くための減圧管部３２とを備えている。加圧装置としては、例えば高圧の窒素ガスを供給する装置を用いることができ、窒素ガスによって不活性な雰囲気状態への置換、封入も行うことができる。なお、加圧装置を接続せずに、加熱による反応容器１０内の圧力上昇によって加圧を行うこともできる。加圧管部３１は一端が加圧装置に接続され、他端が反応容器１０に接続されたステンレス管から主として構成されており、バルブ３３をその途中に備えている。バルブ３３は、加圧管部３１を閉塞するか、または加圧装置と接続した状態で加圧装置から加えられる圧力を調整する。減圧管部３２は、一端が外気に解放され、他端が反応容器１０に接続されたステンレス管から主として構成されており、反応の前後に反応容器１０からガスを抜く動作を行うためのバルブ３４をその途中に備えている。さらに、この減圧管部３２には、バルブ３４を閉じた状態で、反応容器１０内での圧力を計測するための圧力計３５をも備えている。

冷却機構４０は、ＳＵＳ３０４等のステンレス材料による箱形状を有しその上面が開口している冷媒容器４１を備えている。この冷媒容器４１は、反応容器１０の下方に位置しており、内部に冷媒４２を貯えている。なお、反応容器１０は架台６０に固定されている。冷媒容器４１は上下駆動機構４３を介して、架台６０に対して上下方向に移動可能に構成されている。冷媒容器４１は、昇降台４３ｈに載置される。図３に示すように、昇降台４３ｈは、冷媒容器４１の背面と対向するように設置された背板４３ｉ、側面に対向するように設置された側板４３ｊ、水平にフォーク状に延びたリフト板４３ｋからなり、リフト板４３ｋに冷媒容器４１が載置可能となっている。

上下駆動機構４３は、図３に示すように、昇降台４３ｈを上下方向に案内して移動自在とするための２つの案内レール４３ａと、昇降台４３ｈを上下方向に駆動するためのウォーム４３ｂと、このウォーム４３ｂを回転させるための上下駆動用モータ４３ｃとを備え、昇降台４３ｈの背板４３ｉに設けられている。ウォーム４３ｂと上下駆動用モータ４３ｃにはプーリが設けられ、ベルト４３ｄを介して上下駆動用モータ４３ｃの回転がウォーム４３ｂに伝導される。昇降台４３ｈには、案内レール４３ａに係合する摺動環とウォーム４３ｂに螺合するウォームホイール４３ｅが設けられている。上下駆動用モータ４３ｃがこのウォーム４３ｂとウォームホイール４３ｅとからなるウォームギヤを駆動することにより、昇降台４３ｈは、案内レール４３ａに沿って上下方向に駆動される。上下駆動機構４３は、さらに、昇降台４３ｈの上方及び下方への駆動終端を検知して上下駆動用モータ４３ｃの回転を停止させるためのリミットスイッチ４３ｆおよび４３ｇを備えている。

昇降台４３ｈと、昇降台４３ｈに載置された冷媒容器４１を上方に移動させた際に、反応容器１０がこの冷媒容器４１の開口を通過し、冷媒４２内に浸漬されるように構成されている。なお、本実施形態においては、冷媒容器４１の容積が充分に大きく、内部に充分な量の冷媒４２が貯められているため、反応容器１０の急速な冷却は可能であるが、冷媒の循環機構や冷媒の温度を調整する機構を設けてもよいことは明らかである。

本実施形態において、冷媒容器４１内には、冷媒４２として２１．８Ｌの水道水が満たされている。なお、水の種類は水道水、工業用水などが広く使用でき、特にその純度は問題とされない。冷媒４２としては、その他に低温の液体ガスなどを用いることもできるが、水が最も扱いやすく、しかも大容量の水により充分な冷却を確保することができる。

反応容器１０内には、図２に示すように、被反応物と水との混合物１１を撹拌するための撹拌機構（本発明の撹拌手段に対応している）５０が備えられている。撹拌機構５０は、反応容器１０の内容物である被反応物と水とを強制的に撹拌することにより、これらを均一に混合しつつ、混合物１１の温度を反応容器１０内で均一にすることができる。本実施形態では、プロペラ状の撹拌機構５０を用いている。この撹拌機構５０は、容器蓋１３の上部に設けられたモータ装置５１により、貫通孔を通るシャフトを介して回転駆動される。なお、撹拌機構５０の他の構成として、粘度の高いものも撹拌し易くするために、スクリュー状撹拌機構を用いてもよい。

加熱機構２０の電熱線と、加圧機構３０のバルブ３３および３４と、圧力計３５と、温度計３６と、冷却機構４０の上下駆動機構４３と、撹拌機構５０のモータ装置５１と、リミットスイッチ４３ｆおよび４３ｇとは、温度および圧力をフィードバック制御し、撹拌を制御するための制御回路７０が接続されている。制御回路７０にはコンピュータが設けられており、このコンピュータは一連の反応処理動作を制御するようにプログラムされている。

次に、本実施形態の亜臨界水処理装置１による亜臨界水処理について、図４、図５および図６を用いて説明する。

まず、反応容器１０における圧力容器１２から容器蓋１３を外し、反応容器１０内に被反応物と水とを投入する。次いで、図４に示すように、容器蓋１３を圧力容器１２に係合させて反応容器１０を密閉し、亜臨界水処理動作を開始させる。これにより、制御回路７０は以下の処理を自動的に行う。

まず、加圧機構３０のバルブ３３を開成して加圧装置から加圧管部３１を介して亜臨界の圧力を供給する。さらに、加熱機構２０の電熱線に加熱電流を供給することにより、反応容器１０内を水が亜臨界状態となる温度および圧力とし、亜臨界水処理の反応を開始させる。さらに、モータ装置５１を作動させ、撹拌機構５０によって混合物１１の撹拌を行う。温度計３６によって反応容器１０内の温度をモニタし、図６に示すように、測定した反応容器１０内の温度が目標とする反応温度ｔｍとなったときから、反応に要する時間Ｔｍの間だけこの反応温度を維持するように加熱機構２０の制御を行う。

次いで、反応に要する時間Ｔｍの間だけ反応を行わせた後、反応処理を終える。このとき、加圧管部３１のバルブ３３を閉じて加圧を止め、加熱機構２０による加熱を止めるとともに、反応容器１０および加熱機構２０を冷却機構４０の冷媒容器４１に貯められた冷媒４２内に浸漬させる。即ち、図５に示すように、上下駆動機構４３によって冷却機構４０の冷媒容器４１を素早く上方へ移動させ、反応容器１０および加熱機構２０の大部分を冷媒４２内に浸漬させる。この冷却は、温度計３６によって反応容器１０内の温度を測定しつつ、反応容器１０の温度が目標とする温度ｔｒに低下するまでの時間Ｔｒの間だけ行う。なお、制御回路７０には温度条件と加熱、冷却の信号を加熱機構２０および上下駆動機構４３に送るタイミングをプログラムできるようになっており、この装置における被反応物と反応の条件で最適なものがすでにわかっている場合は、温度ｔｍ、ｔｒの値と加熱、冷却を行う時間Ｔｍ、Ｔｒの設定については、あらかじめプログラムで設定してあってもよい。

上下駆動機構４３による冷媒容器４１の上方への移動は、上下駆動用モータ４３ｃによってウォームギヤを駆動することによって行われる。これにより、冷媒容器４１は案内レール４３ａに沿って上方へ素早く移動する。上方への移動は、リミットスイッチ４３ｆからの検出信号に基づいて上下駆動用モータ４３ｃを停止させて終了する。単なる一例であるが、冷媒容器４１の上方への移動時間は、約８秒程度である。反応容器１０の冷却が終了した際には、上下駆動用モータ４３ｃによってウォームギヤを逆方向に駆動し、これにより、冷媒容器４１は案内レール４３ａに沿って下方へ移動する。この下方への移動は、リミットスイッチ４３ｇからの検出信号に基づいて上下駆動用モータ４３ｃを停止させて終了する。

以上の亜臨界水による反応処理を行う際に、加熱機構２０が反応容器１０の外面に沿ってコイル状に巻回されていることから、加熱が速やかに行われる。また、撹拌機構５０は、混合物１１の一部または全部がその粘度によって滞留したり、混合物１１の対流によって反応容器１０内の温度が不均一になるのを防ぐ。これにより、均一な条件で亜臨界水処理が行われるとともに、温度を均一とすることで加熱される際の効率が高まる。特に、粘度が高い混合物１１に対しては、撹拌しつつ加熱することで、適切な温度調整が可能となる。その結果、加熱を開始してから目標とする反応温度ｔｍとなるまでの時間Ｔｈが短縮化されかつ所望の反応が正確な温度および時間条件で行われる。

また、冷却を行う際には、反応容器１０を冷媒容器４１内の冷媒４２内に浸漬することによって迅速に冷却を行うことができる。加熱機構２０が反応容器１０の外壁に巻回されているので、水を亜臨界状態とする加熱を短時間で行うことができると共に反応容器１０を冷媒４２内に浸漬した際に加熱機構２０も浸漬されて同時に冷却される。一般に、亜臨界水を生成し供給する機構が反応容器１０とは別個に設けられている場合は、亜臨界状態への加熱と冷却の効率が低下する。一方、迅速に加熱が行えるように加熱手段２０を反応容器１０と接して設けた場合は、加熱機構２０の熱を低下させるにも長時間かかるが、本実施形態では、加熱機構２０も反応容器１０とともに冷媒４２内に浸漬されて冷却されるので、温度調整を行うシステム全体の冷却を迅速に行うことができる。

さらに、反応容器１０を冷媒容器４１内に浸漬した際にも、撹拌機構５０によって撹拌がなされて均一に冷却されているので、反応容器１０全体が迅速に冷却されることとなる。その結果、均一に反応が起こり、また望まない反応が抑制され、純度および収率の高い反応生成物を得ることができる。

従って、本実施形態によれば、加熱、冷却をいずれも適切に行うことができ、亜臨界水反応における正確な熱履歴を得ることができる。また、反応後に反応容器１０を冷却する操作によって、反応容器１０とそれに備えられた加熱機構２０とが急速に冷却され、反応が終わった後に反応生成物が高温によって変質や分解すること等が効果的に防止できる。

図７は本発明の他の実施形態に係る亜臨界水処理装置の反応容器の正面断面図である。本実施形態では、反応容器１１２は、加熱機構２０と熱的に結合した熱交換機構（本発明の熱交換手段に対応する）を備えている。なお、図７において、図１〜６に示した実施形態の要素と同一の要素に関しては、同一符号を付して説明を省略する。

ここでは熱交換機構は、放熱フィン１８３であり、この反応容器１１２および加熱機構２０の側面を覆って設けられている。放熱フィン１８３は、アルミニウム製の金属線材でコイル形に巻回されたフィンからなる。このフィンは、巻回単位が形成する平面がコイルの長手方向に対して斜めになっている。放熱フィン１８３は、右巻きと左巻きに巻回された２つのこのフィンが互い違いになるよう組み合わさることで金属線材の巻回単位が相互に密着されてなる。放熱フィン１８３の表面には、熱伝導性、耐蝕性を高めるため陽極酸化皮膜処理（アルマイト処理）を施されている。放熱フィン１８３は、固定バンド２１１にはんだ付けされ熱的に接続されている。はんだ付けは、はんだ材が放熱フィン１８３の金属線材の複雑な凹凸に毛管現象で浸出して、放熱フィン１８３と固定バンド２１１とを接続させている。

このような構成によれば、熱交換機構である放熱フィン１８３はいわゆるヒートシンクを構成して、周囲の環境との間で熱交換を行う。冷却の過程において反応容器１１２を冷媒４２内に浸漬した際に、放熱フィン１８３によって反応容器１１２と冷媒４２との間で熱交換が行われるので、冷却機構４０による冷却がより効率的に行われる。

放熱フィン１８３の側縁には金属線材の巻回単位の相互の密着で複雑な凹凸構造が形成され、放熱基板の平面と放熱フィンの曲線との点状の当接部分が大きく拡大され、放熱基板、放熱フィンの固定強度を強化し、放熱基板から放熱フィンへの熱伝導が良好になっている。そのため、この反応容器１１２では、冷却機構４０による冷却がより効率的に行われる。

なお放熱フィン１８３はアルミニウム系の材質を用いているので、熱伝導性が高くかつ低コストであるため好適であるが、冷媒に浸漬することから耐蝕性の材質を用いてもよい。耐蝕性の金属の例としては、チタン、及びその合金、ステンレス等が挙げられる。必要に応じて、伝導する熱を速やかに外部へ放熱するために、熱放射効果を有する種々の顔料を含有させた熱放射性の塗膜を形成してもよい。

図８は本発明のさらに他の実施形態に係る亜臨界水処理装置の反応容器の正面断面図である。本実施形態では、反応容器１１３は、熱交換機構（本発明の熱交換手段に対応する）１８５は、放熱フィン１８６を備え、反応容器１１３の内部に熱的に接続されている。なお、図８において、図１〜７に示した実施形態の要素と同一の要素に関しては、同一符号を付して説明を省略する。

放熱フィン１８６は、素材が耐蝕性のステンレス（ＳＵＳ３０４）である他は、図７で示した放熱フィン１８３と同様に構成され、アルミニウム製の放熱基板１８７に熱的に接続されている。放熱基板１８７は、反応容器１１３の内側の径よりも若干小さい円筒状で、反応容器１１３に密着する。

このような構成によれば、熱交換機構１８５は良好な熱交換効率を持ち、加熱機構２０の熱を反応容器１１３の器壁を介して混合物１１に伝達するので、加熱機構２０による加熱がより効率的に行われる。冷却機構４０による冷却の際にも、混合物１１から反応容器１１３に対しての伝熱が行われやすいので、冷却が効率的に行われる。

なお熱交換機構１８５の素材は、ステンレス以外にもチタン及びその合金などの耐蝕性のものから選択されていてもよい。

これらの熱交換機構は適宜組み合わされていてもよい。例えば、固定バンドの外側に熱的に接続されている熱交換機構と、反応容器の内部に熱的に接続されている熱交換機構の両方を備えていてもよい。

容量２．０Ｌの反応容器と、加熱機構としてのコイル状のヒータと、スライドラダー状の上下駆動機構によって上下方向に駆動され内部に冷媒が満たされた冷却機構、を備えた亜臨界水処理装置を用いて、水１０００ｍｌを反応容器内で亜臨界状態にした際の温度履歴を求めた。

ヒータ設定温度を３５０℃、目標とする反応容器の温度（ｔｍ）を２００℃に設定し、この亜臨界状態をＴｍ＝５分間保持した直後に、冷媒としての水（水道水、工業用水）を２１．８Ｌ満たした冷却機構に反応容器を浸漬した。室内温度は１５℃、室内湿度は５２％であった。

図９に示すように、冷媒内への浸漬の直後にヒータの温度は２３０℃から８０℃前後まで低下し、反応容器はその後１５分間の冷却時間（Ｔｒ）でｔｍ＝２００℃からｔｒ＝６０℃まで低下した。

以上の結果、本実施例の亜臨界水処理装置は反応容器の温度を迅速に低下させることができ、亜臨界処理の温度履歴を適確に調節できることが示された。

本発明は、上述した実施形態および実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含むものである。

本発明は、特に廃棄物の分解処理と再利用するための物質を得ることで、産業上の廃棄物の処理と資源の確保によるコストや環境問題に幅広く貢献するものである。

１ 亜臨界水処理装置
１０、１１２、１１３ 反応容器
１１ 混合物
１２ 圧力容器
１３ 容器蓋
１４ 金属パッキン
１５ ハンドル
２０ 加熱機構
２１、２１１ 固定バンド
２２ バンド固定代
３０ 加圧機構
３１ 加圧管部
３２ 減圧管部
３３、３４ バルブ
３５ 圧力計
３６ 温度計
４０ 冷却機構
４１ 冷媒容器
４２ 冷媒
４３ 上下駆動機構
４３ａ 案内レール
４３ｂ ウォーム
４３ｃ 上下駆動用モータ
４３ｄ ベルト
４３ｅ ウォームホイール
４３ｆ、４３ｇ リミットスイッチ
４３ｈ 昇降台
４３ｉ 背板
４３ｊ 側板
４３ｋ リフト板
５０ 撹拌機構
５１ モータ装置
６０ 架台
７０ 制御回路
１８３、１８６ 放熱フィン
１８５ 熱交換機構
１８７ 放熱基板

Claims (7)

1. 被反応物と水との混合物を該水が亜臨界状態となる温度および圧力下で反応させる反応容器と、該反応容器の外面に沿って設けられており該反応容器内部を亜臨界の温度まで加熱するための加熱手段と、前記反応容器内部を亜臨界の圧力まで加圧するための加圧手段と、内部に冷媒を含み該冷媒内に前記反応容器を浸漬することによって該反応容器全体を冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とする亜臨界水処理装置。
2. 前記冷却手段は、内部に冷媒を含み、前記反応容器を挿入させることが可能な開口を上面に有する冷媒容器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の亜臨界水処理装置。
3. 前記冷媒容器を上下に移動可能な上下駆動手段をさらに備えており、該上下駆動手段は、前記反応容器が前記開口を介して前記冷媒容器の前記冷媒内に浸漬されるように該冷媒容器を移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の亜臨界水処理装置。
4. 前記上下駆動手段は、前記冷媒容器を上下方向に移動自在に支持する案内レールと、モータと、該モータによって駆動され前記冷媒容器を上下方向に駆動するウォームギヤとを備えていることを特徴とする請求項３に記載の亜臨界水処理装置。
5. 前記冷媒容器が含む前記冷媒が水であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の亜臨界水処理装置。
6. 前記反応容器は、前記混合物を撹拌する撹拌手段を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の亜臨界水処理装置。
7. 前記反応容器は、該反応容器および前記加熱手段と熱的に結合しており、該反応容器および該加熱手段の側面を覆って設けられた熱交換手段を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の亜臨界水処理装置。

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