JP2019030858A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力及び温度の調整を容易にする技術を提案する。【解決手段】処理装置は、シリンダ、及び、シリンダヘッドを備えるシリンダユニットと、上記シリンダ内を移動可能なピストンと、上記ピストンを上記シリンダの軸方向に移動させることにより、上記シリンダユニットと上記ピストンとにより形成される反応室に導入される溶媒及び処理対象物の圧力及び温度を変化させる駆動部と、を備える。また処理装置は、さらに、ピストンの移動によって上記反応室が最小となるときの反応室の容積を変更可能に構成されている容積変更機構を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、高温・高圧状態を形成して処理対象物を処理する処理装置に関する。

産業廃棄物の処理や、廃木材等のセルロースをバイオ燃料の原料に加工する処理を行う装置として、高温・高圧状態、特に超臨界または亜臨界状態で処理対象物を反応させる装置が提案されている。例えば、溶媒に水蒸気を使い、廃プラスチックを処理対象物として超臨界状態で処理すればプラスチックが分解されて油化されることが知られている。下記特許文献１では、シリンダ内で圧縮プランジャを動作させることにより、超臨界状態を生成する装置が提案されている。

特開２００５−０６６４８３号公報

処理対象物の種類に応じて、反応処理に適した圧力や温度が異なる場合がある。しかしながら特許文献１の装置では、最高の圧力や温度を調整することが困難であった。
本開示の目的は、圧力及び温度の調整を容易にする技術を提案することである。

本開示の一つの態様は、シリンダ、及び、シリンダヘッドを備えるシリンダユニットと、上記シリンダ内を移動可能に構成されたピストンと、上記ピストンを上記シリンダの軸方向に移動させることにより、上記シリンダユニットと上記ピストンとにより形成される反応室に導入される溶媒及び処理対象物の圧力及び温度を変化させるように構成された駆動部と、上記ピストンの移動によって上記反応室が最小となるときの反応室の容積を変更可能に構成されている容積変更機構と、を備える処理装置である。

このような構成であれば、容積変更機構により反応室の最小となるときの容積を変更できる。反応室の容積が最も小さいときに、反応室内に存在する溶媒等の圧力や温度が最も高くなるため、その容積を変更することで、最高圧力や最高温度を容易に調整することができる。

なお容積変更機構は、上記シリンダの形態を変化させる機構を含んでもよい。このような構成であれば、シリンダの形態が変化することにより反応室の大きさを変化させることができ、それにより、反応室の容積が最も小さいときの溶媒等の圧力や温度を変化させることができる。

上述したシリンダの具体的な構成は特に制限されないが、上記シリンダは、側壁面における上記軸方向の一部の範囲が少なくとも２層に形成されており、該２層に形成された部分が上記軸方向に相対的に移動することで上記シリンダの形態を変化可能に構成されていてもよい。

このような構成であれば、シリンダの２層部分を移動させてシリンダ全体を伸長又は縮小させることにより、シリンダの内部空間の大きさを変化させることができ、それにより反応室の容積を変化させることができる。

上述した容積変更機構は、シリンダを多層構造にせず同等の機能を得るために、シリンダヘッド側から見て、ピストンの可動範囲が変わる機構であってもよい。
具体的には、クランクケースを多層構造にして移動・固定でき、ピストン側の可動範囲を変える機構や、クランク軸をシリンダの軸方向に移動・固定でき、ピストン側の可動範囲を変える機構や、複合リンク機構を用いてピストンの可動範囲を変える機構等を用いて反応室の容積を変化させてもよい。ピストンの可動範囲を変化させることによっても、反応室が最小となるときの容積を変化させることができる。

例えば、容積変更機構は、ピストンの可動範囲を定めるリンク機構を備えていてもよい。そしてリンク機構は、該リンク機構の含む複数のリンク部材のうちの少なくとも１つについて、その移動可能な範囲の変更が可能に構成されており、該変更により、ピストンの可動範囲が変化するように構成されていてもよい。またその変更は、カム機構を利用して実現してもよい。

なお、上述した処理装置は、上記溶媒を上記反応室に導入するための流路である第１流路と、上記処理対象物を上記反応室に導入するための流路である第２流路と、上記溶媒及び上記処理対象物を上記反応室から排出するための流路である第３流路と、を備え、上記第１流路及び上記第３流路は、上記シリンダの内部空間に接続されており、上記第２流路は、上記第１流路に接続されていてもよい。

このように構成された処理装置は、処理対象物を導入するための流路が溶媒を導入するための流路に接続されているため、溶媒を反応室に吸い込む操作において同時に処理対象物を反応室に投入することができる。

ところで、上述した処理装置において、上記駆動部は、回転力を発生させる駆動源と、該駆動源により発生された回転力を上記ピストンの往復運動に変換するクランク機構と、を備えていてもよい。

このような構成であれば、駆動源により発生された回転力を用いてピストンを動作させることができる。
一方、上述した反応装置において、上記駆動部は、回転力を発生させる駆動源と、該駆動源により発生された回転力を上記ピストンの往復運動に変換するカム機構と、を備えていてもよい。

このような構成であれば、駆動源により発生された回転力を用いてピストンを動作させることができるが、カムによってその往復運動の移動の程度やタイミング等を調整することができる。よって、反応室の環境を、反応対象物の処理に適した状態とすることが容易になる。
なお、上述したカム機構は、溝カムを備えていてもよい。これにより、ピストンの動作をより高度に制御することができる。

本開示の他の一つの態様は、シリンダ、及び、シリンダヘッドを備えるシリンダユニットと、上記シリンダ内を移動可能に構成されたピストンと、上記ピストンを上記シリンダの軸方向に移動させることにより、上記シリンダユニットと上記ピストンとにより形成される反応室に導入される溶媒及び処理対象物の圧力及び温度を変化させるように構成された駆動部と、を備える処理装置であって、上記駆動部は、回転力を発生させる駆動源と、該駆動源により発生された回転力を上記ピストンの往復運動に変換するように構成された溝カム機構と、を備える。
このような構成であれば、溝カム機構によりピストンの往復運動の制御を高度に行うことができ、反応室の圧力及び温度の調整を容易に行うことができる。

また、上述した各処理装置は、上記反応室に流入する前の溶媒の温度を制御する熱源装置を備えていてもよい。これにより、ピストン往復運動時の反応室の圧力及び温度の組み合わせの設定を行えるようになる。

なお、上述した本開示の一つの態様の処理装置及び他の一つの態様の処理装置は、上記ピストンの駆動によって、上記反応室内を超臨界状態及び亜臨界状態の少なくともいずれか一方とするように構成されていてもよい。

第１実施形態の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 処理装置のシリンダユニットが動作した状態を説明する図である。 第１実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第１実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第１実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第１実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第１実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第１実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第２実施形態の処理装置を示す模式的な正面部分断面図である。 第２実施形態の処理装置を示す模式的な側面部分断面図である。 第２実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。 第２実施形態の変形例の処理装置を示す模式的な部分断面図である。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１に、本開示の処理装置１を示す。この処理装置１は、超臨界状態又は亜臨界状態において処理対象物たる有機物質等の反応処理を行う装置である。

処理装置１では、超臨界状態又は亜臨界状態を構成する溶媒として、例えば、二酸化炭素、水、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、ブタン、ヘキサン、メタノール、ベンゼン、トルエン、アンモニアなど、多様な物質を採用することができ、その具体的な物質は特に限定されない。なお、以下は水の場合で説明する。

なお、ここでいう溶媒とは、超臨界状態又亜臨界状態を構成し、それにより処理対象物を分解処理等する物質を意味するものである。
なお図１は処理装置１を模式的に表すものであり、各部分の大きさやその比率、具体的な形状等は図示される構成に何ら限定されない。また、蒸気発生部や反応生成物回収のための復水器等の本開示と直接的な関連の薄い部分の図は省略されている。

処理装置１は、シリンダユニット１１と、ピストン１２と、駆動部１３と、備えている。
シリンダユニット１１は、シリンダ２１、シリンダヘッド２２及びクランクケース２３を備える。クランクケース２３が上方に位置し、シリンダヘッド２２が下端に位置する。

シリンダ２１は、側壁面における軸方向の一部の範囲が２層に形成されており、内側に位置する内シリンダ２１ａと、外側に位置する外シリンダ２１ｂと、を備える。以下、単にシリンダ２１と記載する場合には、内シリンダ２１ａと外シリンダ２１ｂとを含み得るものとする。なお軸方向とは、シリンダ２１を１つの筒とみたときの中心軸の長さ方向であり、ピストン１２の移動可能な方向でもある。

内シリンダ２１ａは、クランクケース２３に連接される。クランクケース２３は、内部に駆動部１３が配置される。
外シリンダ２１ｂは、シリンダヘッド２２に連接される。シリンダヘッド２２は、外シリンダ２１ｂの軸方向の一方の端部を塞ぐ。

ピストン１２は、シリンダ２１内を移動可能に構成されている。より具体的には、ピストン１２は、内シリンダ２１ａの内径とほぼ同一の径を有する円柱形状であり、内シリンダ２１ａ内を摺動する。なおピストン１２は、シリンダ内にほぼ隙間なく配置され、シリンダ内を往復移動可能な形状であれば、その具体的な形状、構成は任意に設定することができる。例えば、いわゆるプランジャのような形態であってもよい。

駆動部１３は、回転力を発生させるエンジンやモータ等の駆動源３１と、該駆動源により発生された回転力をピストン１２の往復運動に変換するクランク機構と、を備える。クランク機構は、駆動源３１の回転力を受けてクランク軸３２を中心に回転するクランク３３、クランク３３とピストン１２を接続するコネクティングロッド３４などを備える。

駆動部１３は、クランク機構により、ピストン１２をシリンダ２１の軸方向に、周期的に、上下に移動させる。
上述したシリンダユニット１１と、ピストン１２と、により、超臨界状態等が生成される反応室１４が形成される。反応室１４は、シリンダ２１の内側壁面とピストン１２の頂面１２ａ、及びシリンダヘッド２２により形成される。反応室１４はピストン１２の位置によってその大きさが変化し、ピストン１２が上死点（シリンダヘッド２２に最も近づいた位置）に移動したとき、反応室１４が最小となる。図示しないが、例えばシリンダヘッド２２の内側などの反応室１４を構成する面に、圧力センサ及び温度センサのいずれか一方又は両方を設けてもよい。

シリンダユニット１１の内部空間のうち、反応室１４となる部分には、吸入流路４１、排出流路４２などが接続される。
吸入流路４１は、溶媒である水（図示しないボイラー等からの蒸気）を反応室１４に導入するための流路である。この吸入流路４１の内部には、処理対象物を反応室１４に導入するための投入流路４３が接続される。排出流路４２は、溶媒及び処理対象物を反応室１４から排出するための流路である。なお、吸入流路４１が第１流路に相当し、排出流路４２が第３流路に相当し、投入流路４３が第２流路に相当する。

また、吸入流路４１には吸気弁４５が設けられ、排出流路４２には排気弁４６が設けられる。吸気弁４５及び排気弁４６の開閉は、例えばカム機構を用いて上下に動作することにより実現される。吸気弁４５及び排気弁４６は、図示しないバネにより常に閉状態になるように付勢されている。

投入流路４３を吸入流路４１内に配置し、吸気弁４５の開弁時期に概ね同期して、図示しないポンプ等を用いて処理対象物を導入することができる。
ところで、吸入流路４１よりシリンダ内に吸入された蒸気は、ピストン１２により高圧に圧縮されるため、ピストン１２と内シリンダ２１ａの間、及び、内シリンダ２１ａと外シリンダ２１ｂの間には、充分なシール性が必要である。これは、様々な手法を取り得るが、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、複数のリングとオイルによりシールすることができる。後述する変形例や他の実施形態も同様に、様々な方法でシールすることができる。

処理装置１では、ピストン１２を動作させて反応室１４を動作させると共に図示しないポンプ等を用いて処理装置１に併設した図示しないボイラーから吸入流路４１を介して水蒸気を導入すると共に、反応室１４を縮小することで水蒸気を圧縮して、反応室１４内に超臨界水又は亜臨界水を得ることができる。この超臨界状態又は亜臨界状態の水蒸気に処理対象物が接触することにより、処理対象物に化学反応を生じさせる。次いで、ピストン１２を逆方向に動作させて該超臨界水又は該亜臨界水の圧力及び温度を下げ水蒸気とし、処理対象物の生成物の含まれた水蒸気を排出流路４２を介してシリンダ２１から排出する。再度、ピストン１２とポンプを前記同様に動作させることにより、新たな水蒸気がシリンダ２１に吹き込まれる。処理装置１においては、このような吸排気行程を周期的に動作させることができる。

なお、スーパーチャージャー等の過給機のように、副次的に、反応室１４に供給する溶媒を加圧する装置を吸入流路４１に接続して、処理時の圧力を調整することとしてもよい。

［１−２．容積変更機構］
駆動部１３は、上述したようにピストン１２をシリンダ２１の軸方向に移動させることにより、シリンダ２１の内壁面やピストン１２等により形成される反応室１４に導入される溶媒及び処理対象物の圧力及び温度を変化させる。したがって、反応室１４が最も小さく圧縮されたときの反応室１４の大きさにより、最高圧力及び最高温度が変化する。

処理装置１は、ピストン１２の移動によって反応室１４が最小となるときの反応室１４の容積を変更可能に構成されている。具体的には、該２層に形成された内シリンダ２１ａ、外シリンダ２１ｂがシリンダ２１の軸方向に相対的に移動することで、シリンダ２１の形態を変化させ、上述した反応室１４の容積変更を実現する。なお内シリンダ２１ａ及び外シリンダ２１ｂによる２層構造が、本開示の容積変更機構に相当する。

処理装置１が設置される壁面５１には、クランクケース２３が固定されている。また、その固定箇所の下方には張出部５２が設けられている。外シリンダ２１ｂの外側面にはラックギア５３が設けられている。ラックギア５３と噛合うように、回転軸が張出部５２に固定されたピニオンギア５４が配置されており、図示しないモータ等によりピニオンギア５４を回転させることで、図２に示すように、ラックギア５３とピニオンギア５４との位置関係が相対的に変化する。これにより、外シリンダ２１ｂが、クランクケース２３と一体に構成される内シリンダ２１ａに対して相対的に移動し、反応室１４の容積が変化する。

なお、ここでいう一体とは、位置関係が変化しないように接続されていることを意味し、必ずしも一体形成されていることに限る意味ではない。以下の記載においても同様である。

処理装置１は、上述したモータ等が動作することにより、シリンダ２１の形態が変化し、反応室の容積を変更可能となっている。上述したシリンダ２１の形態変化は、モータ以外の駆動装置を用いて実現してもよいし、ハンドル等を用いて手動で実現される構成であってもよい。

［１−３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本開示の処理装置１では、超臨界状態又は亜臨界状態を生成できる。よって、そのような環境下において好適に反応する有機物等の処理対象物の反応処理を実現できる。ここで、処理装置１は反応室１４の最小となるときの容積を変更可能であるため、その反応室１４内の溶媒等の圧力、温度を容易に調整することができる。よって、処理対象物それぞれの反応処理に、より高度に適合した環境を生成することができる。またこれにより、様々な処理対象物に対して反応処理に適した環境を提供することができるようになるため、処理装置１の汎用性を高めることができる。

（１ｂ）本開示の処理装置１では、２層に形成されたシリンダ２１の側壁面をスライドさせることでシリンダ２１の長さを変更でき、それにより反応室１４の容積を変更することができる。そしてそのスライド量を調整することで、適切な容積に変更することができる。

［１−４．第１実施形態の変形例］
上記実施形態の処理装置１では、シリンダユニット１１において、クランクケース２３と内シリンダ２１ａとが一体である構成を例示した。これに対して、図３に示す処理装置１０１は、シリンダユニット１１１において、クランクケース１２３と外シリンダ１２１ｂとが一体であり、内シリンダ１２１ａにシリンダヘッド１２２が設けられている。また、ラックギア５３は内シリンダ１２１ａに設けられている。このような構成であっても、上記処理装置１と同様に、反応室１４の容積を調整することで圧力及び温度の調整が可能となる。

また、上記実施形態では、シリンダ２１が２層である構成を例示したが、シリンダ２１におけるスライド可能な部分は３層以上に構成されていてもよい。また、上記実施形態では、シリンダ２１の軸方向の略全体が２層に形成される構成を例示したが、軸方向のうちの一部分のみが２層又はそれ以上に形成されていてもよい。

また、上記実施形態ではラックアンドピニオン機構によってシリンダ２１の２層部分をスライドさせる構成を例示したが、ラックアンドピニオン機構以外の機構により内シリンダ２１ａと外シリンダ２１ｂとをスライドさせてもよい。また、スライドさせた後に、内シリンダ２１ａと外シリンダ２１ｂとの位置関係を固定するためのロック機構をさらに設けてもよい。

また、上述した以外の機構によって、反応室１４の容積を変更可能に構成してもよい。例えば、シリンダユニット１１を多重構造にせず、その代わりに、クランクケース２３を多重構造にして、クランクケース２３における多重構造を構成する複数の筒状体のうち、クランク軸３２を保持する筒状体が、シリンダ２１の軸方向にスライド可能に構成されていてもよいし、クランク軸３２自体がシリンダ２１の軸方向に移動・固定可能に構成されていてもよい。

また、図４に示すように、シリンダ１４１には反応室１４を拡張するためのサブシリンダ１４２が設けられており、そのサブシリンダ１４２の内部には、サブシリンダ１４２を自在に移動可能であり、また所望の位置で固定可能に構成されたサブピストン１４３が設けられていてもよい。サブピストン１４３の位置を変更することにより、反応室１４の容積を連続的に調整することができる。なお、サブシリンダ１４２の設けられる位置は特に限定されないが、ピストン１２の移動を妨げず、また溶媒や処理対象物の吸入、排出を妨げない位置に設けてもよい。

また、図５に示すように、シリンダ１５１に開口１５２が設けられ、その開口１５２を介して反応室１４の容積を変更可能な挿入物１５３を挿入可能に構成されていてもよい。この挿入物１５３の挿入の有無及びその大きさを変更することで、反応室１４の容積を調整することができる。

なお、上述した例では反応室１４の大きさを連続的に調整できる構成を例示したが、反応室１４の大きさを調整可能であれば、反応室１４が取り得る大きさの段階の数は特に限定されない。例えば、シリンダには反応室１４を拡張するための空間を備える拡張部が接続されており、さらに拡張部と反応室１４との接続路を開閉する開閉部が設けられていてもよい。この開閉部によって接続路を開閉することで、反応室１４の大きさを２段階に調整することができる。

また、シリンダ２１のような円筒形の多重構造を有する部分では、多重構造を構成する内側部材の外側面と外側部材の内側面とにネジを切って各部材を組み合わせ、内側部材と外側部材とを相対的に回転変位させることにより多重構造部分全体の長さが伸縮可能となるように構成してもよい。

具体的には、図６に示されるように、クランクケース１６１の下端側に設けられたクランクケース側外シリンダ１６２と、シリンダヘッド側外シリンダ１６３と、内シリンダ１６４と、を備えるように構成できる。クランクケース側外シリンダ１６２の内側には、雌ネジ１６５が形成される。また、シリンダヘッド側外シリンダ１６３はシリンダヘッド２２と一体となり、吸入流路４１、排出流路４２、吸気弁４５、排気弁４６などが接続されており、筒状部分の内側には、雌ネジ１６６が形成される。内シリンダ１６４は、筒状形状であって、ピストン１２が内側を上下に往復運動可能である。また、内シリンダ１６４の上部分の外側には雌ネジ１６５と噛合う雄ネジ１７５が形成され、下部分の外側には雌ネジ１６６と噛合う雄ネジ１７６が形成される。

雌ネジ１６５と雄ネジ１７５の組み合わせに対し、雌ネジ１６６と雄ネジ１７６の組み合わせは逆ネジが切られている。雌ネジ１６６と雄ネジ１７６の組み合わせに対し、雌ネジ１６５と雄ネジ１７５の組み合わせが逆ネジになっていてもよい。また、シリンダヘッド側外シリンダ１６３には突起１７８が形成され、クランクケース１６１に形成された上下方向に延びる溝１７９の内部を上下に限り移動可能に構成されている。つまり、シリンダヘッド側外シリンダ１６３は、クランクケース１６１に対して上下方向にのみ相対的に移動可能である。

使用者が、内シリンダ１６４の把持部１７７を掴んで回転させると、クランクケース１６１に対してシリンダヘッド側外シリンダ１６３が上下する。つまり、このような構成では、内シリンダ１６４を回転させることによりシリンダ全体を伸縮でき、それにより反応室１４の大きさを調整できる。モータ等によって内シリンダ１６４の回転が実現される構成であってもよい。

上記の構成は、上述したサブシリンダ１４２等でも適用可能である。
また、図５における挿入物１５３をボルトにし、開口１５２に雌ネジを切って、挿入物１５３を回転させることにより、反応室１４の大きさを調整することもできる。

また、クランク軸３２を共有する複数の処理装置１を並べて設けてもよい。その場合、いわゆる多気筒エンジンのように、クランク軸３２に対するクランク３３の角度をずらして、圧縮行程と膨張行程の圧力相殺で、クランク軸３２の回転に必要な動力を低く抑えるように構成することができる。

また、処理装置がピストンの可動範囲を変更可能な機構を備えていてもよい。例えば、図７に示す処理装置２０１のように構成してもよい。
処理装置２０１は、シリンダユニット２１１と、ピストン１２と、駆動部２１２と、を備える。なお図７は、他の図と同様、処理装置２０１を模式的に表すものであり、その大きさの比率等は図示するものに限定されず、適宜調整することができる。シリンダユニット２１１自体は、反応室１４の容積調整機能を有していない。

駆動部２１２は、回転力を発生させる駆動源３１と、該駆動源３１により発生された回転力をピストン１２の往復運動に変換しつつ、ピストン１２の可動範囲を可変にするリンク機構２２１を備える。このリンク機構２２１が容積変更機構に相当する。

リンク機構２２１は、クランク３３とコネクティングロッド３４とを連結する第１リンクロッド２２２と、第１リンクロッド２２２と連結する第２リンクロッド２２３と、を備える。

第１リンクロッド２２２は、棒状の部材であって、第１軸２３１によりクランク３３に回転可能に連結されており、第２軸２３２によりコネクティングロッド３４に回転可能に連結されている。また第１リンクロッド２２２は、長さ方向に沿って長穴２３３が形成されている。

第２リンクロッド２２３は、ロッド保持部２４１により、その位置を変更可能に保持されている。第２リンクロッド２２３の一端には連結部２４２が設けられている。連結部２４２は、長穴２３３に連結され、長穴２３３の内部をその長手方向にスライド可能となっている。

次に、リンク機構２２１の機能を説明する。ロッド保持部２４１は、第２リンクロッド２２３を保持することで、連結部２４２の位置を設定する。ロッド保持部２４１の構成は特に限定されず、第２リンクロッド２２３の位置の変位と保持が可能であれば様々な構成とすることができる。例えばステッピングモータ、ソレノイド、油圧機構等にて動作させてもよい。連結部２４２の位置は処理装置２０１の作動中（処理中）には変更不能であってもよいし、変更可能であってもよい。

クランク３３が回転すると、第１リンクロッド２２２が変位し、コネクティングロッド３４を介してピストン１２の位置を変化させる。ここで、第１リンクロッド２２２の変位する範囲は、連結部２４２の位置によって変化し、その結果、ピストン１２の移動する範囲も変化する。ピストン１２の可動範囲が変化すれば、反応室１４が最も小さく圧縮されたときの反応室１４の大きさが変化する。

即ち、第２リンクロッド２２３の位置を変化させることにより、反応室１４が最も小さく圧縮されたときの反応室１４の大きさを変化させることができる。
ピストン１２の可動範囲は、クランク軸３２、クランク３３、第１軸２３１、第１リンクロッド２２２、長穴２３３、連結部２４２、第２軸２３２などにより構成される複合リンクによって定められる。そして、リンク部材（クランク３３、第１リンクロッド２２２）のうち、従動部品（第１リンクロッド２２２）の移動を規定するための部材（連結部２４２）の位置を変更可能とすることで、従動部品の移動可動な範囲が変更可能となり、それによりピストンの可動範囲を変更できるようになる。

ここでいう移動可能な範囲とは、ジョイントを中心としたリンク部材の回転可能な角度の範囲ではなく、リンク部材が実際に存在する位置の範囲を意味する。

このように構成された処理装置２０１であれば、シリンダユニットが容積変更機構としての機能を有していなくとも、ピストン１２の可動範囲をリンク機構２２１により可変とすることで、反応室１４の大きさを変化させ、反応室１４の最高圧力、最高温度を調整することができる。

ピストンの可動範囲を調整可能であれば、上記の形態に記載した構成に限定されず、様々な構成を採用することができる。例えば、図８に示されるように、長穴２３３ａが第２リンクロッド２２３ａに設けられ、連結部２４２ａが第１リンクロッド２２２ａに設けられていてもよい。
また、クランク軸３２の位置を移動可能に構成して、クランク３３の移動可動な範囲を変更可能とし、それにより、ピストン１２の可動範囲を可変としてもよい。

［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態の処理装置は、第１実施形態の処理装置１と比較して、シリンダユニットの構造は同様である。しかしながら、駆動部の構造が相違するため、その相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

図９及び図１０に示すように、処理装置３０１は、シリンダユニット１１と、ピストン１２と、駆動部３１１と、を備える。なお図９及び図１０は、他の図と同様、処理装置３０１を模式的に表すものであり、その大きさの比率等は図示するものに限定されず、適宜調整することができる。

駆動部３１１は、回転力を発生させる駆動源３１と、該駆動源３１により発生された回転力をピストン１２の往復運動に変換する溝カムを備えるカム機構を備える。
カム機構は、駆動源３１の回転力を受けてクランク軸３２１を中心に回転する一対の円板３２２や、ピストン１２に連接されるロッド３２３などを備える。

円板３２２には、クランク軸３２１を囲うように環状の溝３２４が形成されている。そして、ロッド３２３におけるピストン１２とは逆の端部には、溝３２４に挿入される突起３２５が形成されている。このロッドはその移動が上下方向に制限されている。

円板３２２が回転して、溝３２４における突起３２５が挿入された部分の高さが変化すると、ロッド３２３が上下に動作し、これによってピストン１２も上下に変化する。ここで、溝３２４の形状を調整することにより、ピストン１２が反応室１４を圧縮する強さや時間を適宜調整することができる。

以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）、（１ｂ）に加え、反応室１４の大きさをより高度に制御でき、処理対象物の反応に適した環境をより容易に生成することができる。

［２−２．第２実施形態の変形例］
上述した処理装置３０１では、２枚の円板３２２を用いる構成を例示したが、１枚のみ用いる構成であってもよい。

また、図１１に示されるように、３枚の円板３２２（３２２ａ、３２２ｂ）によって、２つのピストン１２を動作させるように構成してもよい。中心の円板３２２ａは、両面に溝３２４が形成されており、当該円板３２２ａが２つのピストン１２の動作を制御するように構成されている。この場合、２つのピストン１２の駆動タイミングをずらしたり、２つのピストン全く異なる動きをさせたりすることができる。なお図１１では３枚の円板３２２を用いる構成を例示したが、より多くの円板３２２を用いて、多数のピストン１２を同時に制御するように構成してもよい。多数のピストン１２を動作させる場合には、圧縮行程と膨張行程の圧力相殺で、円板３２２の回転に必要な動力を低く抑えるように構成することができる。また、複数の円板を用いる構成において、両面に溝が形成される円板の厚さは、片面にのみ溝が形成される円板よりも厚く構成することができる。図１１においては、中央の円板３２２ａよりも、両側の円板３２２ｂの厚さが小さくなっている。これにより、片面にのみ溝が形成される円板を不要に厚くすることを抑制できる。

また、上記実施形態では溝カム（正面カム）を利用する構成を例示したが、これ以外のカム機構を利用してもよい。例えば板カム（周縁カム）を利用してもよいし、斜板カムなどの立体カムを利用してもよい。

なお、上記第１実施形態にて説明した変形例は、第２実施形態でも適用することができる。

また、図７に示される複合リンク機構に、カム機構による反応室１４の大きさの高度な制御を加えてもよい。例えば、図１２に記載される処理装置４０１のように、第２リンクロッド２２３の位置を、カム４５１により設定するように構成されていてもよい。カム４５１は、軸４５２を中心として回転する円板であって、軸４５２からの距離が一定ではない溝４５３が形成されている。カム４５１が回転すると、第２リンクロッド２２３に設けられた突起４５４が溝４５３に沿って移動することで、第２リンクロッド２２３の位置を調整する。この場合、カム４５１は、反応処理中に回転する構成としてもよい。

この構成では、反応室１４の容積調整を自在に行うことができる。例えばクランク軸３２と軸４５２を同期して回転させつつ、カム４５１の溝形状を調整することにより、反応室１４の最小容積を一定時間一定に保つことができ、第２実施形態と同様の効果が得られるようにすることが可能である。
即ち、上述した、従動部品の移動を規定するための部材（連結部２４２）は、カムを利用してその位置が可動するように構成されていてもよい。

さらに、この処理装置４０１は、シリンダユニット４１１が、図３に示すシリンダユニット１１１と同様の反応室１４の容積調整機能を有している。そのため、シリンダユニット４１１と、リンク機構２２１と、の両方により、反応室１４の最小容積を一定に保つことと、容積を調整することが同時に達成できる。もちろん、シリンダユニットによる容積調整機能を備えていなくともよいし、図１のシリンダユニット１１のように、異なる構成のシリンダユニットであってもよい。

［３．その他の実施形態］
以上本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

（３ａ）上記各実施形態では、超臨界状態及び亜臨界状態のいずれかを構成する処理装置を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、超臨界、亜臨界以外の状態を生成するものであってもよい。例えば、それらの状態が成立するよりも低い圧力、温度において処理を行うものであってもよい。またそのような構成において、具体的な処理対象物の投入や排出のための構成は特に制限されず、処理対象物に応じて適宜設定することができる。

（３ｂ）上記各実施形態では、投入流路４３は吸入流路４１に接続される構成を例示したが、吸入流路４１や排出流路４２と同様にシリンダ２１の内部空間に直接接続されていてもよい。その場合には、反応室１４からの圧力漏れを抑制するため、プランジャポンプ等を介して投入流路４３を直接、反応室１４に接続されていてもよい。

（３ｃ）上記各実施形態では、吸入流路４１、排出流路４２、投入流路４３を下方に位置するように処理装置を設置する構成を例示したが、処理装置の設置態様は特に限定されない。例えば、上下が逆に配置されてもよい。

（３ｄ）ピストン１２により圧縮された反応室１４内の溶媒蒸気等の最高温度を調整するため、熱源装置を用いて反応室１４に流入する前の溶媒の温度を制御するように構成してもよい。これにより、最高圧力と、最高温度と、の組み合わせが調整可能となる。

（３ｅ）投入される処理対象物の状態は特に限定されないが、処理対象物を粉末化しておくことで、流体として扱い易くなるうえ、反応処理に必要な時間を短縮させたり、処理を容易にしたりすることができる。処理対象物がプラスチックの場合、破砕機である程度細かくした後、石臼による摩砕粉砕で粉末化することができる。石臼による摩砕粉砕をすることにより、熱による融着等を防ぎつつ粉末化することができる。

（３ｆ）上記各実施形態では、駆動部は回転力をクランク機構やカム機構により往復運動に変換してピストン１２を動作させる構成を例示した。しかしながら、上述した構成以外の構成によりピストン１２を動作させる構成であってもよい。例えば、油圧駆動装置を用いてピストンを駆動させるように構成されていてもよい。

（３ｇ）容積変更機構は、処理装置の運転中にも、容積を変更する動作を実行できるように構成されていてもよい。上述した運転中とは、ピストンが移動しているタイミングを含むものであるが、容積を変更する場合に一時的にピストンが停止してもよい。

［４．産業上の利用可能性］
本開示の処理装置であれば、例えば、廃プラスチック・ダイオキシン・ＰＣＢ等の産業廃棄物の処理や、廃木材等のセルロースをバイオ燃料の原料に加工処理に用いることができる。廃プラスチックの処理の目的で使用した場合は、焼却処分によるＣＯ_２排出量削減が期待でき、地球温暖化防止に多大な貢献が想定できる。そのうえ、処理し油化した廃棄物を新たなプラスチックの原料として利用することが期待でき、資源の循環化にも多大な貢献が想定できる。

なお、処理に必要なエネルギーを抑制するため、処理装置稼働のための動力源を、水力・風力等の自然エネルギーによってまかなうことも考えられる。
また、溶媒の温度を上げるために、太陽光反射を集中させ主熱源として利用することが考えられ、温度を安定させるために他の熱源を副熱源とすることも考えられる。

また、一度に大量の処理を可能とするため、大型船舶用のディーゼルエンジン等の製造技術を応用し、大型の処理装置を開発することも考えられる。
また、処理圧力や処理温度の設定を変更した複数の処理装置を連続的に配置し、処理対象物が複数の処理装置を順に移動して内部で反応がなされるようなプラントを製造することもできる。このようなプラントでは、複数の物質が混在したゴミの処理や、セルロース（木質繊維）のバイオ燃料の原料化のように、多段階の処理が必要な場合において反応処理を行うことができるようになる。

また、本開示の処理装置では、反応室１４内の溶媒等の圧力、温度を容易に調整することができ、また反応室１４内の圧力や温度をセンサで測定することにより、処理条件の調整を容易に行うことができるようになる。

１…処理装置、１１…シリンダユニット、１２…ピストン、１２ａ…頂面、１３…駆動部、１４…反応室、２１…シリンダ、２１ａ…内シリンダ、２１ｂ…外シリンダ、２２…シリンダヘッド、２３…クランクケース、３１…駆動源、３２…クランク軸、３３…クランク、３４…コネクティングロッド、４１…吸入流路、４２…排出流路、４３…投入流路、４５…吸気弁、４６…排気弁、５１…壁面、５２…張出部、５３…ラックギア、５４…ピニオンギア、１０１…処理装置、１１１…シリンダユニット、１２１ａ…内シリンダ、１２１ｂ…外シリンダ、１２２…シリンダヘッド、１２３…クランクケース、１４１…シリンダ、１４２…サブシリンダ、１４３…サブピストン、１５１…シリンダ、１５２…開口、１５３…挿入物、１６１…クランクケース、１６２…クランクケース側外シリンダ、１６３…シリンダヘッド側外シリンダ、１６４…内シリンダ、１６５，１６６…雌ネジ、１７５，１７６…雄ネジ、１７７…把持部、１７８…突起、１７９…溝、２０１…処理装置、２１１…シリンダユニット、２１２…駆動部、２２１…リンク機構、２２２…第１リンクロッド、２２３…第２リンクロッド、２３１…第１軸、２３２…第２軸、２３３…長穴、２４１…ロッド保持部、２４２…連結部、３０１…処理装置、３１１…駆動部、３２１…クランク軸、３２２…円板、３２２ａ…円板、３２３…ロッド、３２４…溝、３２５…突起、４０１…処理装置、４１１…シリンダユニット、４５１…カム、４５２…軸、４５３…溝、４５４…突起

Claims (13)

1. シリンダ、及び、シリンダヘッドを備えるシリンダユニットと、
   前記シリンダ内を移動可能に構成されたピストンと、
   前記ピストンを前記シリンダの軸方向に移動させることにより、前記シリンダユニットと前記ピストンとにより形成される反応室に導入される溶媒及び処理対象物の圧力及び温度を変化させるように構成された駆動部と、
   前記ピストンの移動によって前記反応室が最小となるときの該反応室の容積を変更可能に構成された容積変更機構と、を備える、処理装置。
2. 請求項１に記載の処理装置であって、
   前記容積変更機構は、前記シリンダの形態を変化させる機構を含む、処理装置。
3. 請求項２に記載の処理装置であって、
   前記シリンダは、側壁面における前記軸方向の一部の範囲が少なくとも２層に形成されており、該２層に形成された部分が前記軸方向に相対的に移動することで前記シリンダの形態を変化可能に構成されている、処理装置。
4. 請求項１に記載の処理装置であって、
   前記容積変更機構は、前記ピストンの可動範囲を変化させる機構を含む、処理装置。
5. 請求項４に記載の処理装置であって、
   前記容積変更機構は、前記ピストンの可動範囲を定めるリンク機構を備えており、
   前記リンク機構は、該リンク機構の含む複数のリンク部材のうちの少なくとも１つについて、その移動可能な範囲の変更が可能に構成されており、該変更により、前記ピストンの可動範囲が変化するように構成されている、処理装置。
6. 請求項５に記載の処理装置であって、
   前記移動可能な範囲の変更は、カム機構を利用して実現される、処理装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の処理装置であって、
   前記溶媒を前記反応室に導入するための流路である第１流路と、前記処理対象物を前記反応室に導入するための流路である第２流路と、前記溶媒及び前記処理対象物を前記反応室から排出するための流路である第３流路と、を備え、
   前記第１流路及び前記第３流路は、前記シリンダユニットの内部空間に接続されており、
   前記第２流路は、前記第１流路に接続されている、処理装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の処理装置であって、
   前記駆動部は、回転力を発生させるように構成された駆動源と、該駆動源により発生された回転力を前記ピストンの往復運動に変換するように構成されたクランク機構と、を備える、処理装置。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の処理装置であって、
   前記駆動部は、回転力を発生させるように構成された駆動源と、該駆動源により発生された回転力を前記ピストンの往復運動に変換するように構成されたカム機構と、を備える、処理装置。
10. 請求項９に記載の処理装置であって、
    前記カム機構は、溝カムを備える、処理装置。
11. シリンダ、及び、シリンダヘッドを備えるシリンダユニットと、
    前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
    前記ピストンを前記シリンダの軸方向に移動させることにより、前記シリンダユニットと前記ピストンとにより形成される反応室に導入される溶媒及び処理対象物の圧力及び温度を変化させるように構成された駆動部と、を備え、
    前記駆動部は、回転力を発生させるように構成された駆動源と、該駆動源により発生された回転力を前記ピストンの往復運動に変換するように構成された溝カム機構と、を備える、処理装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の処理装置であって、
    前記反応室に流入する前の前記溶媒の温度を制御するように構成された熱源装置を備える、処理装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の処理装置であって、
    前記ピストンの移動によって、前記反応室内を超臨界状態及び亜臨界状態の少なくともいずれか一方とする、処理装置。

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