JP6189650B2 - 超臨界処理装置 - Google Patents

Description

本発明は超臨界炭酸ガスを用いて微細構造を持つ電気電子部品、繊維、樹脂、多孔体を用いる多分野の製品等の洗浄、乾燥、反応、機能性付加処理、浸透処理等のいずれかを行なう超臨界処理装置に関する。

従来、超臨界炭酸ガスの溶媒性と浸透性、拡散性を利用して、微細構造から不純物を超臨界炭酸ガスに溶解させて洗浄や乾燥を行なうことが知られている。

また、ヘキサン等の有機溶媒に代わる反応場として、超臨界炭酸ガス中で反応を行なうことが知られている。

さらに、超臨界炭酸ガスを高分子材料へ浸透させて発泡体を作ったり、染色または撥水性、導電性や紫外線吸収性等の機能を付加する物質を溶解させて、対象物へ機能を付加する技術が知られている。

これらは超臨界炭酸ガスの溶媒性と浸透性、拡散性を利用して得られる加工技術である。

前述の用途においては、処理容器内の超臨界炭酸ガスを用いて、ばらつきのない安定した処理を行なうためには、キャンドモーターポンプを用いて処理容器の超臨界炭酸ガスを循環させることが有効な手段であることが知られている。

一般にキャンドモーターポンプは液体である流体に用いられ、キャビテーション等、気体を巻き込むと早期に破損する。

これは気体の混入によって、キャンドモーターポンプのシャフト姿勢が不安定になるとともに、ポンプ内部の除熱不良や潤滑不良を引き起こすため、ポンプ破損の原因となる。
液体がもつ密度や熱容量に対して、気体がもつ密度や熱容量は前述のようにキャンドモーターポンプを安定的に稼働させるには小さい。

したがって、気体平衡状態の流体を貯蔵する貯槽等の容器に対するキャンドモーターポンプの配管接続は、容器下部とキャンドモーターポンプの入口配管を接続し、確実に液体をキャンドモーターポンプへ送り込むように接続している。

しかしながら、キャンドモーターポンプを用いて処理容器の超臨界炭酸ガスを循環させる場合、炭酸ガスは気体平衡状態でなく超臨界状態にあるため、処理容器内部に気相や液相は存在せず、ポンプに対して混入する気体も存在しないが、キャンドモーターポンプの入口配管を通過する流体が、常時充分な密度や熱容量をもたなければ、上述と同様にキャンドモーターポンプのシャフト姿勢を不安定ならびに除熱不良や潤滑不良を引き起こし、ポンプ破損の原因となるため、処理容器の超臨界炭酸ガスを循環させるキャンドモーターポンプを常時安定稼働させることが求められていた。

特表２００７−５１２４７２号公報 特表２０１２−５３１５５１号公報

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、処理容器の超臨界炭酸ガスを循環させるキャンドモーターポンプを常時安定稼働させて、キャンドモーターポンプの破損を効率よく防止することができる超臨界処理装置を提供することを目的としている。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は超臨界炭酸ガスを用いて洗浄、乾燥、反応、機能性付加処理、浸透処理のいずれかを行なう処理容器と、この処理容器へ超臨界炭酸ガスを充填する超臨界炭酸ガス供給ラインと、前記処理容器から超臨界炭酸ガスを排出させる超臨界炭酸ガス排出ラインと、前記処理容器に充填された超臨界状態の炭酸ガスを循環させるキャンドモーターポンプが介装された循環ラインとからなる超臨界処理装置において、前記循環ラインのキャンドモーターポンプの１次側に介装された１次側熱交換器と、前記循環ラインのキャンドモーターポンプの２次側に介装された２次側熱交換器とを設け、前記１次側熱交換器は、前記１次側熱交換器と前記キャンドモータポンプとの間に介装された密度計測器により、前記キャンドモーターポンプ内部の超臨界炭酸ガスの密度が３５０ｇ／Ｌ以上となるように制御されている超臨界処理装置を構成している。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１により、循環ラインのキャンドモーターポンプの１次側に熱交換器を介装しているので、キャンドモーターポンプを通過する超臨界炭酸ガスに常時充分な密度や熱容量をもたせることができる。
したがって、キャンドモーターポンプの破損を効率よく阻止することができる。
（２）前記（１）によって、循環ラインのキャンドモーターポンプの２次側に熱交換器を介装しているので、循環ラインの温度変化を処理容器へ伝えることなく超臨界炭酸ガスを処理容器へ戻すことができる。
（３）請求項２も前記（１）、（２）と同様な効果が得られるとともに、流体密度計測部によって、さらにキャンドモーターポンプを常時安定稼働させることができる。
（４）請求項３も前記（１）、（２）と同様な効果が得られるとともに、２次側温度センサーと１次側温度センサーの制御でキャンドモーターポンプの２次側の熱交換器の出口温度と１次側の熱交換器の入口温度を同じにできる。
したがって、処理容器で効率よく処理作業を行なうことができる。

本発明を実施するための第１の形態の概略説明図。 本発明を実施するための第２の形態の概略説明図。 本発明を実施するための第３の形態の概略説明図。

以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。

図１に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は超臨界炭酸ガスを用いて微細構造をもつ電気電子部品、繊維、樹脂、多孔体を用いる多分野の製品等の洗浄、乾燥、反応、機能性付加処理、浸透処理等のいずれかを行なう本発明の超臨界処理装置で、この超臨界処理装置１は洗浄、乾燥、反応、機能性付加処理、浸透処理等のいずれかを行なうことができる処理容器２と、この処理容器２の上部へ超臨界炭酸ガスを充填する液化炭酸ガス貯槽３からの１〜７ＭＰａの低圧炭酸ガスを超臨界状態にする超臨界発生部４および供給弁５を備える超臨界炭酸ガス供給ライン６と、前記処理容器２の下部より超臨界炭酸ガスを排出する排出弁７を有する超臨界炭酸ガス排出ライン８と、前記処理容器２に充填された超臨界状態の炭酸ガスを循環させるキャンドモーターポンプ９が介装された循環ライン１０と、この循環ライン１０のキャンドモーターポンプ９の１次側の前記処理容器２の下部側に接続された１次側ライン１１に設けた温度センサー１２、前記キャンドモーターポンプ９を通過する超臨界炭酸ガスに常時充分な密度や熱容量をもたせるためのプレート式、コイル式、二重管式の第１の熱交換器１３およびコリオリ式質量流量計等の密度計測器１４と、前記循環ライン１０のキャンドモーターポンプ９の２次側の前記処理容器２の上部側に接続された２次側ライン１５に順次設けた前記第１の熱交換器１３の入口温度と同じ温度にする第２の熱交換器１６、温度センサー１７とで構成されている。

なお、前記１次側ライン１１に設置される密度計測器１４は、より正確に循環させる超臨界炭酸ガスをキャンドモーターポンプ９の最適状態へと近づけることができる。

すなわち、圧力一定とみなされる状態で超臨界炭酸ガスの温度を変化させることで密度と熱容量を、キャンドモーターポンプ９を常時安定稼働させる範囲とすることができるため、密度計測器１４で密度が３５０ｇ／Ｌ以上、好ましくは４００ｇ／Ｌ以上となるように、キャンドモーターポンプ９の１次側ライン１１に設置される第１の熱交換器１３を制御するとよい。

第１の熱交換器１３の制御温度は運転圧力と目標密度から物性表等により求めることができるが、運転圧力を連続的に変化させなければならないプロセスの場合は、各運転圧力において目標密度となる第１の熱交換器１３の制御温度の連続的にプログラミングすることが複雑になるため、密度計測器１４で超臨界炭酸ガスの密度を計測しながら第１の熱交換器１３を制御することで、より正確にキャンドモーターポンプ９を常時安定稼働させる。

なお、循環ライン１０の２次側ライン１５に設けられた第２の熱交換器１６、温度センサー１７は処理容器２へ戻る超臨界炭酸ガスを１次側ライン１１へ排出させる状態と同じようになるように制御装置（図示せず）で制御されている。

上記構成の超臨界処理装置１は循環ライン１０の温度センサー１２、第１の熱交換器１３、密度計測器１４を設けた１次側ライン１１によって、キャンドモーターポンプ９の破損が阻止され、効率よく稼働するとともに、２次側ライン１５の第２の熱交換器１６と温度センサー１７によって、処理容器２で効率よく処理できる超臨界炭酸ガスにして循環させることができる。

[発明を実施するための異なる形態]
次に、図２および図３に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図２に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、循環ライン１０Ａの１次側ライン１１Ａに温度センサー１２、第１の熱交換器１３、温度センサー１８を設けた点で、このような循環ライン１０Ａを用いた超臨界処理装置１Ａにしても、キャンドモーターポンプ９を通過する超臨界炭酸ガスに常時充分な密度や熱容量をもたせることができる。

図３に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、温度センサーを設けない１次側ライン１１Ｂと２次側ライン１５Ａとからなる循環ライン１０Ｂを用いた超臨界処理装置１Ｂにした点で、このように構成した両臨界処理装置１Ｂは処理容器２の内部の温度がわかっている場合に使用されるもので、本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。
また、循環ライン１０の１次側ライン１１の温度センサーを不要としてもよい。

本発明は微細構造をもつ電気電子部品、繊維、樹脂、多孔体を用いる多分野の製品等の洗浄、乾燥、反応、機能性付加処理、浸透処理等のいずれかを行なう超臨界処理装置を製造する産業で利用される。

１、１Ａ、１Ｂ：超臨界処理装置、
２：処理容器、 ３：液化炭酸ガス貯槽、
４：超臨界発生部 ５：供給弁、
６：超臨界炭酸ガス供給ライン、 ７：排出弁、
８：超臨界炭酸ガス排出ライン、 ９：キャンドモーターポンプ、
１０、１０Ａ、１０Ｂ：循環ライン、
１１、１１Ａ、１１Ｂ：１次側ライン、
１２：温度センサー、 １３：第１の熱交換器、
１４：密度計測器、 １５、１５Ａ：２次側ライン、
１６：第２の熱交換器、 １７：温度センサー、
１８：温度センサー。

Claims (3)

1. 超臨界炭酸ガスを用いて洗浄、乾燥、反応、機能性付加処理、浸透処理のいずれかを行なう処理容器と、この処理容器へ超臨界炭酸ガスを充填する超臨界炭酸ガス供給ラインと、前記処理容器から超臨界炭酸ガスを排出させる超臨界炭酸ガス排出ラインと、前記処理容器に充填された超臨界状態の炭酸ガスを循環させるキャンドモーターポンプが介装された循環ラインとからなる超臨界処理装置において、前記循環ラインのキャンドモーターポンプの１次側に介装された１次側熱交換器と、前記循環ラインのキャンドモーターポンプの２次側に介装された２次側熱交換器とを設け、前記１次側熱交換器は、前記１次側熱交換器と前記キャンドモータポンプとの間に介装された密度計測器により、前記キャンドモーターポンプ内部の超臨界炭酸ガスの密度が３５０ｇ／Ｌ以上となるように制御されていることを特徴とする超臨界処理装置。
2. 循環ラインのキャンドモーターポンプの１次側で、１次側熱交換器とキャンドモーターポンプとの間に流体密度計測部を介装したことを特徴とする請求項１記載の超臨界処理装置。
3. 循環ラインのキャンドモーターポンプの２次側熱交換器の出口温度を測定できるように設けられた２次側温度センサーと、キャンドモーターポンプの１次側熱交換器の入口温度を測定できるように設けられた１次側温度センサーとを設け、前記２次側熱交換器の出口温度が前記１次側熱交換器の入口温度となるように制御することを特徴とする請求項１記載の超臨界処理装置。

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