JP6793102B2

JP6793102B2 - 混練装置

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Publication number: JP6793102B2
Application number: JP2017188463A
Authority: JP
Inventors: 孝祐東; 和久福谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP2019063687A

Description

本発明は、超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において材料の混練を行う混練装置に関する。

この種の技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、超臨界流体または亜臨界流体の存在下において、未架橋ゴムとフィラーとを混練機を用いて混練するゴム製品の製造方法が記載されている。

特許第５２５９２０３号公報

特許文献１には、二軸押出混練機を用いて混練を行うことが記載されているが、混練機以外の機器構成については特に何も記載されていない。ここで、超臨界流体または亜臨界流体を生成するには、冷却器、加温器などが必要であり、且つ多くのエネルギーを消費する。すなわち、超臨界流体または亜臨界流体を用いる混練においては、混練機に加えて、冷却器、加温器などが必要となり、且つ多くのエネルギーが必要となる。

ここで、混練機、冷却器、加温器などから構成される従来の混練装置では、超臨界流体または亜臨界流体を生成する際のエネルギーロスが大きく、プロセス全体のエネルギー利用効率が低いものであった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超臨界流体または亜臨界流体を用いて材料の混練を行う混練装置において、プロセス全体のエネルギー利用効率を向上させることである。

本発明に係る混練装置は、超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において材料を混練する混練機と、前記混練機の上流側に配置され、作動流体を冷却することで作動流体を気体から液体へ相変化させる冷却器と、前記冷却器と前記混練機との間に配置され、前記冷却器にて液体とされた作動流体を昇圧して前記混練機へ移送する昇圧ポンプと、前記昇圧ポンプと前記混練機との間に配置され、前記昇圧ポンプにて昇圧された作動流体を加温して、作動流体を超臨界状態または亜臨界状態とする加温器と、を備える。この混練装置は、前記冷却器と、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方との間を結ぶ熱媒循環経路と、前記熱媒循環経路に設けられ、前記熱媒循環経路の中で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプと、を備え、前記熱媒により前記冷却器で回収された温熱が、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方に供給される。

本発明に係る混練装置によれば、熱媒循環経路を循環する熱媒により冷却器で回収された温熱をプロセス内で有効利用することができる。これに対し、従来の装置では、冷却器で発生した温熱は捨てられていた。すなわち、本発明によると、超臨界流体または亜臨界流体を用いて材料の混練を行う混練装置において、プロセス全体のエネルギー利用効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る混練装置を示すブロック図である。図１に示す混練装置の動力低減制御フローの一例を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る混練装置を示すブロック図である。本発明の第３実施形態に係る混練装置を示すブロック図である。本発明の第４実施形態に係る混練装置を示すブロック図である。図５に示す混練装置の動力低減制御フローの一例を示すフローチャートである。本発明の第５実施形態に係る混練装置を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態として以下に示す混練装置１００〜１０４は、ゴムや樹脂などの高分子材料からなる材料を、超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において混練する装置である。なお、混練対象は、食品材料などであってもよい。また、以下に示す混練装置１００〜１０４では、材料と添加剤とを混練しているが、添加剤は必須ではない。本発明の混練装置によって、添加剤無しで材料が混練されてもよい。

ここで、超臨界状態とは、温度がその流体の臨界温度以上で且つ圧力がその流体の臨界圧力以上である状態をいう。亜臨界状態とは、温度および圧力の一方のみが臨界状態に達し且つ他方が臨界状態に達していない状態、または、温度および圧力の両方が臨界状態に達していないが、温度および圧力の少なくとも一方が常温常圧より十分高く臨界状態に近い状態をいう。

超臨界状態または亜臨界状態にして用いる流体（作動流体）としては、二酸化炭素、窒素、水素、キセノン、エタン、アンモニア、メタノール、水などが挙げられる。これら流体のうち、ゴムや樹脂の混練には、二酸化炭素および窒素が適している。

（混練装置の構成）
まず、図１、３、４、６、７を適宜参照しつつ、各混練装置１００〜１０４の構成について説明する。なお、各混練装置１００〜１０４において、作動流体として、ＣＯ₂（二酸化炭素）が用いられているが、作動流体は、二酸化炭素に限定されるものではなく、上記のような様々な流体を作動流体として用いることが可能である。

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の混練装置１００は、超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において材料を混練する混練機１と、混練機１の上流側に配置され、作動流体を冷却することで作動流体を気体から液体へ相変化させる冷却器２と、冷却器２と混練機１との間に配置され、冷却器２にて液体とされた作動流体を昇圧して混練機１へ移送する昇圧ポンプ３と、昇圧ポンプ３と混練機１との間に配置され、昇圧ポンプ３にて昇圧された作動流体を加温して、作動流体を超臨界状態または亜臨界状態とする加温器４と、を備えている。

また、本実施形態の混練装置１００は、混練機１を出て減圧されて気体となった作動流体を冷却器２に戻す作動流体戻し経路１１を備え、作動流体戻し経路１１には、作動流体を加温する補助加温器８が設置されている。

混練機１は、少なくとも１本以上の混練軸が内部に収容されてなるものであって、連続式またはバッチ式の混練機である。混練機１の内部には、上流側から順に、ヒーター１ａ、ヒーター１ｂ、およびクーラー１ｃが設置されている。これらヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃは、混練機１内の超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の温度をコントロールして、混練機１内の作動流体を超臨界状態または亜臨界状態に維持するためのものである。また、混練機１の内部の上流側端部には、温度計Ｔ３（混練機上流部温度計）および圧力計Ｐ３が設置され、混練機１の内部の下流側端部には、温度計Ｔ４（混練機下流部温度計）および圧力計Ｐ４が設置されている。

冷却器２は、作動流体を冷却するクーラー２ａを備える。また、加温器４および補助加温器８は、それぞれ、作動流体を加温するヒーター４ａ、ヒーター８ａを備える。

ここで、冷却器２と昇圧ポンプ３との間の液体化経路１７には、温度計Ｔ１（冷却器出口側温度計）および圧力計Ｐ１が設置されている。また、加温器４と混練機１との間の臨界化経路１８には、温度計Ｔ２（加温器出口側温度計）および圧力計Ｐ２が設置されている。

超臨界状態または亜臨界状態の作動流体を用いた材料の混練は、以下のようにしてなされる。なお、以下では、作動流体がＣＯ₂（二酸化炭素）である場合を例にして説明する。また、冷却器２のクーラー２ａ、昇圧ポンプ３などの各機器は、コントローラ２０により制御される。

冷却器２にてＣＯ₂ガスが冷却され、ＣＯ₂ガスは、気体から液体へ相変化させられる。ＣＯ₂ガスを液体にするのは、次の昇圧ポンプ３にてＣＯ₂を効率よく昇圧させるためである。次に、ＣＯ₂は、昇圧ポンプ３にて昇圧されて、加温器４を経由して混練機１に入れられる。ここで、昇圧されたＣＯ₂は、加温器４にて加温され、超臨界状態（超臨界流体）または亜臨界状態（亜臨界流体）とされる。一方、加温器４と混練機１との間の臨界化経路１８には、材料および添加剤が供給され、材料および添加剤は、超臨界状態または亜臨界状態のＣＯ₂とともに混練機１内へ移送される。そして、混練機１の内部にて、超臨界状態または亜臨界状態のＣＯ₂の存在下において材料と添加剤とが混練される。材料および添加剤は、超臨界状態または亜臨界状態のＣＯ₂に溶解するので、迅速に混練される。

混練が完了すると、材料と添加剤との混練物は、超臨界状態または亜臨界状態のＣＯ₂ともに混練機１から出され、ＣＯ₂分離機６に導入される。超臨界状態または亜臨界状態のＣＯ₂は、混練機１とＣＯ₂分離機６との間の減圧弁１５にて減圧されてＣＯ₂ガスとなり、ＣＯ₂分離機６にて、混練物から分離される。

混練物から分離されたＣＯ₂ガスは、減圧弁１６、分離フィルター７を経由して補助加温器８に導入される。ＣＯ₂ガスの中に残存する添加剤は、分離フィルター７にて分離される。補助加温器８に導入されたＣＯ₂ガスは、当該補助加温器８にて加温される。補助加温器８を用いてＣＯ₂ガスが加温されることで、作動流体戻し経路１１の外表面の凍結や、外表面での結露が防止される。なお、作動流体戻し経路１１、液体化経路１７、臨界化経路１８などの機器間の経路は、例えば、配管である。臨界化経路１８に供給される添加剤は、分離フィルター７にて分離された添加剤だけでなく、適宜、新たに補充される。

ここで、本実施形態の混練装置１００は、冷却器２と、加温器４および補助加温器８との間を結ぶ熱媒循環経路１０を備える。また、熱媒循環経路１０には、当該熱媒循環経路１０の中で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプ５、および流量調整弁１２が設けられている。熱媒循環経路１０を循環させる熱媒としては、これに限定されるものではないが、例えば、Ｒ２４５ｆａが用いられる。

熱媒循環ポンプ５を運転すると、熱媒循環経路１０内を熱媒が循環する。熱媒は、加温器４および補助加温器８にて作動流体であるＣＯ₂の加温に用いられ、加温に用いられたことで逆に冷やされて熱媒により回収された冷熱は、冷却器２でのＣＯ₂ガスの冷却に用いられる。また、冷却に用いられたことで逆に温められて熱媒により回収された温熱は、加温器４および補助加温器８にてＣＯ₂の加温に用いられる。このように、熱媒循環経路１０内を熱媒が循環させられることで、各機器間において熱がやり取りされ、熱の循環利用がなされる。すなわち、混練装置１００によると、プロセス全体のエネルギー利用効率を向上させることができる。

その結果、ＣＯ₂の液化（冷却器２）、超臨界化または亜臨界化（加温器４）、および加温（補助加温器８）に要する必要エネルギーの一部を、熱媒循環経路１０を循環する熱で賄うことが可能となり、冷却器２のクーラー２ａの能力、加温器４および補助加温器８のヒーター４ａ、ヒーター８ａの能力を、抑えたものとすることができる。すなわち、外部熱源の使用量を低減することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態を示す図である。第２実施形態の混練装置１０１を構成する各機器に関し、第１実施形態の混練装置１００を構成する各機器と同様の機器については、同一の符号を付している（他の実施形態についても同様）。

第２実施形態の混練装置１０１と、第１実施形態の混練装置１００との違いは、第２実施形態の混練装置１０１では、補助加温器８が設置されていない点である。

また、第１実施形態と第２実施形態とは、熱媒循環経路１０の構成も異なる。第２実施形態の混練装置１０１を構成する熱媒循環経路１０は、冷却器２と、加温器４との間を結ぶ熱媒循環経路とされている。熱媒循環経路１０には、熱媒循環ポンプ５、および流量調整弁１３が設けられている。

上記により、第１実施形態では、熱媒により冷却器２で回収された温熱は、加温器４に加えて補助加温器８にも供給されるが、第２実施形態では、冷却器２で回収された温熱は、補助加温器８には供給されない。

ここで、第１実施形態の場合と同じく、混練装置１０１は、混練機１を出て減圧されて気体となった作動流体を冷却器２に戻す作動流体戻し経路１１を備えている。図中に記載の温度は、あくまで例示であるが、冷却器２に戻るＣＯ₂ガス（作動流体）の温度は、例えば−１７℃である。なお、第１実施形態（図１）では、例えば２０℃である。作動流体戻し経路１１があることで、作動流体を循環使用することができ、冷却器２での作動流体の液化が容易となる。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態を示す図である。第３実施形態の混練装置１０２と、第１実施形態の混練装置１００との違いは、熱媒循環経路１０の構成である。第３実施形態の混練装置１０２を構成する熱媒循環経路１０は、冷却器２と、混練機１との間を結ぶ熱媒循環経路とされている。熱媒循環経路１０には、熱媒循環ポンプ５、および流量調整弁１４が設けられている。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態を示す図である。第４実施形態の混練装置１０３と、第１実施形態の混練装置１００との違いは、熱媒循環経路１０の構成である。第４実施形態の混練装置１０３を構成する熱媒循環経路１０は、冷却器２と、加温器４、混練機１、および補助加温器８との間を結ぶ熱媒循環経路とされている。熱媒循環経路１０には、熱媒循環ポンプ５、および流量調整弁１４が設けられている。

（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態を示す図である。第５実施形態の混練装置１０４と、第１実施形態の混練装置１００との違いは、第５実施形態の混練装置１０４では、発電機９が設置されている点である。

発電機９は、混練機１を出て減圧されて気体となった作動流体のエネルギーを電力に変換するものであって、混練機１の下流側に配置される。発電機９は、膨張機９ａと、膨張機９ａに接続される発電機本体９ｂとを備える。混練機１を出て減圧されて気体となった作動流体のエネルギーで膨張機９ａが回転させられ、当該エネルギーは、発電機本体９ｂにて電気エネルギーに変換される。得られた電気エネルギーは、例えば、昇圧ポンプ３など混練装置１０４を構成する機械の動力や、混練装置１０４が設置される工場の電気エネルギーとして利用される。これにより、電気使用量を低減することができる。

（混練装置の動力低減制御）
図２は、図１に示す混練装置１００において、クーラー２ａ、およびヒーター４ａの動力を低減するための制御方法を示すフローチャートである。

前提として、液体化経路１７に設置された温度計Ｔ１および圧力計Ｐ１によって、昇圧ポンプ３に供給されるＣＯ₂が液体であることを判定し、且つ、臨界化経路１８に設置された温度計Ｔ２および圧力計Ｐ２によって、混練機１に供給されるＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを判定する。

そして、昇圧ポンプ３に供給されるＣＯ₂が液体であること、および混練機１に供給されるＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを満足させつつ、クーラー２ａ、およびヒーター４ａの動力を低減するための制御を行う。具体的な制御としては、例えば、（１）流量調整弁１２の開度制御、（２）熱媒循環ポンプ５の回転数制御、（３）ヒーター４ａ・クーラー２ａの設定温度制御（出力制御）、という３つの制御を用いる。これら３つの制御を、例えば、（１）→（２）→（３）→（１）・・・というように、繰り返し行うことで、昇圧ポンプ３に供給されるＣＯ₂が液体であること、および混練機１に供給されるＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを満足させつつ、クーラー２ａ、およびヒーター４ａの動力を低減する。

なお、上記（１）、（２）、および（３）の制御を全て行う必要は必ずしもなく、上記（１）〜（３）のうちの少なくとも１つを行えばよい。また、ヒーター４ａ、およびクーラー２ａの出力制御に関しては、いずれか一方のみを行えばよい。

すなわち、コントローラ２０は、液体化経路１７においてＣＯ₂（作動流体）が液体となるように、温度計Ｔ１の計測値に基づいて、流量調整弁１２の開度を制御する。また、コントローラ２０は、液体化経路１７においてＣＯ₂（作動流体）が液体となるように、温度計Ｔ１の計測値に基づいて、熱媒循環ポンプ５の回転数を制御する。さらには、コントローラ２０は、液体化経路１７においてＣＯ₂（作動流体）が液体となるように、温度計Ｔ１の計測値に基づいて、冷却器２および加温器４のうちの少なくともいずれか一方の出力を制御する。これらの制御により、混練装置１００の消費動力を低減させることができ、エネルギー利用効率が向上する。

また、コントローラ２０は、臨界化経路１８においてＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態となるように、温度計Ｔ２の計測値に基づいて、流量調整弁１２の開度を制御する。また、コントローラ２０は、臨界化経路１８においてＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態となるように、温度計Ｔ２の計測値に基づいて、熱媒循環ポンプ５の回転数を制御する。さらには、コントローラ２０は、臨界化経路１８においてＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態となるように、温度計Ｔ２の計測値に基づいて、冷却器２および加温器４のうちの少なくともいずれか一方の出力を制御する。これらの制御により、混練装置１００の消費動力を低減させることができ、エネルギー利用効率が向上する。

詳細な制御フローの一例は、以下の通りである。
混練機１に、材料および添加剤が投入されているとする。図２に示すように、コントローラ２０は、クーラー２ａ、１ｃ、およびヒーター４ａ、１ａ、１ｂをＯＮにし、昇圧ポンプ３および熱媒循環ポンプ５の運転を開始させる（ステップ１、以下「Ｓ１」と記載する。他のステップも同様）。

コントローラ２０は、ｔ１´＝ｔ１−αと記憶する（Ｓ２）。ここで、ｔ１は、温度計Ｔ１の計測値であり、αは、任意の正の数値である。

コントローラ２０は、ｔ１´＜ｔ１であるか否か判定し（Ｓ３）、Ｓ３においてＹＥＳならば、ｔ１´＝ｔ１と記憶する（Ｓ４）。次に、コントローラ２０は、圧力計Ｐ１の計測値：ｐ１、温度計Ｔ１の計測値：ｔ１より、ＣＯ₂が液体であるか否か判定する（Ｓ５）。

コントローラ２０は、Ｓ５においてＮＯ、且つ流量調整弁１２が全閉でなければ（Ｓ６においてＮＯ）、流量調整弁１２の開度を小さくする（Ｓ７）。流量調整弁１２の開度が小さくなると、加温器４に循環導入される温熱（熱媒）の量が増える。コントローラ２０は、上記Ｓ７によっても、ＣＯ₂が液体であると判断されない場合（Ｓ５においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数が最小でなければ（Ｓ８においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数を減少させる（Ｓ９）。熱媒循環ポンプ５の回転数が減少すると、熱媒循環経路１０の熱媒の循環量が減少する。コントローラ２０は、Ｓ３においてＮＯの場合、ヒーター４ａの設定温度を上げる（Ｓ１０）。

Ｓ５においてＹＥＳの場合、コントローラ２０は、ｔ２´＝ｔ２＋βと記憶する（Ｓ１１）。ここで、ｔ２は、温度計Ｔ２の計測値であり、βは、任意の正の数値である。

コントローラ２０は、ｔ２＜ｔ２´であるか否か判定し（Ｓ１２）、Ｓ１２においてＹＥＳならば、ｔ２´＝ｔ２と記憶する（Ｓ１３）。次に、コントローラ２０は、圧力計Ｐ２の計測値：ｐ２、温度計Ｔ２の計測値：ｔ２より、ＣＯ₂が超臨界状態（超臨界流体）であるか否か判定する（Ｓ１４）。

コントローラ２０は、Ｓ１４においてＮＯ、且つ流量調整弁１２が全閉でなければ（Ｓ１５においてＮＯ）、流量調整弁１２の開度を小さくする（Ｓ１６）。なお、Ｓ１４においてＹＥＳの場合、Ｓ２に戻る。

コントローラ２０は、Ｓ１６によっても、ＣＯ₂が超臨界状態であると判断されない場合（Ｓ１４においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数が最小でなければ（Ｓ１７においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数を減少させる（Ｓ１８）。コントローラ２０は、Ｓ１２においてＮＯの場合、クーラー２ａの設定温度を下げる（Ｓ１９）。

次に、図６は、図５に示す混練装置１０３において、ヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃの動力を低減するための制御方法を示すフローチャートである。なお、図６に示す制御フローは、混練機１内部の作動流体を、超臨界状態または亜臨界状態に維持するための温度調整の制御フローでもある。本制御では、化学反応などにより、混練機１内部で温度変化が生じた際に、混練機１内部の温度が、超臨界状態または亜臨界状態を作動流体が維持できる範囲内に収まるようにする。

前提として、混練機１内部の上流側端部に設置された温度計Ｔ３および圧力計Ｐ３によって、混練機１内部のＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを判定する。混練機１内部の下流側端部に設置された温度計Ｔ４および圧力計Ｐ４についても同様であり、当該温度計Ｔ４および圧力計Ｐ４によって、混練機１内部のＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを判定する。

そして、混練機１内部のＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを維持しつつ、ヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃの動力を低減するための制御を行う。具体的な制御としては、例えば、（１）流量調整弁１４の開度制御、（２）熱媒循環ポンプ５の回転数制御、（３）ヒーター１ａ、１ｂ、・クーラー１ｃの設定温度制御（出力制御）、という３つの制御を用いる。これら３つの制御を、例えば、（１）→（２）→（３）→（１）・・・というように、繰り返し行うことで、混練機１内部のＣＯ₂が超臨界状態または亜臨界状態であることを維持しつつ、ヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃの動力を低減する。

なお、上記（１）、（２）、および（３）の制御を全て行う必要は必ずしもなく、上記（１）〜（３）のうちの少なくとも１つを行えばよい。また、ヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃの出力制御に関しては、いずれか一方のみを行えばよい。

すなわち、コントローラ２０は、混練機１内部の上流側端部において、ＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、温度計Ｔ３の計測値に基づいて、流量調整弁１４の開度を制御する。また、コントローラ２０は、混練機１内部の上流側端部において、ＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、温度計Ｔ３の計測値に基づいて、熱媒循環ポンプ５の回転数を制御する。さらには、コントローラ２０は、混練機１内部の上流側端部において、ＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、温度計Ｔ３の計測値に基づいて、ヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃのうちの少なくともいずれか一方の出力を制御する。これらの制御により、混練装置１０３の消費動力を低減させることができ、エネルギー利用効率が向上する。

また、コントローラ２０は、混練機１内部の下流側端部において、ＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、温度計Ｔ４の計測値に基づいて、流量調整弁１４の開度を制御する。また、コントローラ２０は、混練機１内部の下流側端部において、ＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、温度計Ｔ４の計測値に基づいて、熱媒循環ポンプ５の回転数を制御する。さらには、コントローラ２０は、混練機１内部の下流側端部において、ＣＯ₂（作動流体）が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、温度計Ｔ４の計測値に基づいて、ヒーター１ａ、１ｂ、およびクーラー１ｃのうちの少なくともいずれか一方の出力を制御する。これらの制御により、混練装置１０３の消費動力を低減させることができ、エネルギー利用効率が向上する。

詳細な制御フローの一例は、以下の通りである。
混練機１に、材料および添加剤が投入されているとする。図６に示すように、コントローラ２０は、クーラー２ａ、１ｃ、およびヒーター４ａ、１ａ、１ｂをＯＮにし、昇圧ポンプ３および熱媒循環ポンプ５の運転を開始させる（ステップ１、以下「Ｓ１」と記載する。他のステップも同様）。

コントローラ２０は、ｔ３´＝ｔ３＋γと記憶する（Ｓ２）。ここで、ｔ３は、温度計Ｔ３の計測値であり、γは、任意の正の数値である。

コントローラ２０は、ｔ３＜ｔ３´であるか否か判定し（Ｓ３）、Ｓ３においてＹＥＳならば、ｔ３´＝ｔ３と記憶する（Ｓ４）。次に、コントローラ２０は、圧力計Ｐ３の計測値：ｐ３、温度計Ｔ３の計測値：ｔ３より、ＣＯ₂が超臨界状態（超臨界流体）であるか否か判定する（Ｓ５）。

コントローラ２０は、Ｓ５においてＮＯ、且つ流量調整弁１４が全閉でなければ（Ｓ６においてＮＯ）、流量調整弁１４の開度を小さくする（Ｓ７）。流量調整弁１４の開度が小さくなると、加温器４および補助加温器８に循環導入される温熱（熱媒）の量が増える。コントローラ２０は、上記Ｓ７によっても、ＣＯ₂が超臨界状態（超臨界流体）であると判断されない場合（Ｓ５においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数が最小でなければ（Ｓ８においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数を減少させる（Ｓ９）。熱媒循環ポンプ５の回転数が減少すると、熱媒循環経路１０の熱媒の循環量が減少する。コントローラ２０は、Ｓ３においてＮＯの場合、ヒーター１ａ、１ｂの設定温度を下げる（Ｓ１０）。

Ｓ５においてＹＥＳの場合、コントローラ２０は、ｔ４´＝ｔ４−δと記憶する（Ｓ１１）。ここで、ｔ４は、温度計Ｔ４の計測値であり、δは、任意の正の数値である。

コントローラ２０は、ｔ４´＜ｔ４であるか否か判定し（Ｓ１２）、Ｓ１２においてＹＥＳならば、ｔ４´＝ｔ４と記憶する（Ｓ１３）。次に、コントローラ２０は、圧力計Ｐ４の計測値：ｐ４、温度計Ｔ４の計測値：ｔ４より、ＣＯ₂が超臨界状態（超臨界流体）であるか否か判定する（Ｓ１４）。

コントローラ２０は、Ｓ１４においてＮＯ、且つ流量調整弁１４が全閉でなければ（Ｓ１５においてＮＯ）、流量調整弁１４の開度を小さくする（Ｓ１６）。なお、Ｓ１４においてＹＥＳの場合、Ｓ２に戻る。

コントローラ２０は、Ｓ１６によっても、ＣＯ₂が超臨界状態であると判断されない場合（Ｓ１４においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数が最小でなければ（Ｓ１７においてＮＯ）、熱媒循環ポンプ５の回転数を減少させる（Ｓ１８）。コントローラ２０は、Ｓ１２においてＮＯの場合、クーラー１ｃの設定温度を上げる（Ｓ１９）。

（変形例）
前記した制御では、混練装置を構成する熱媒循環ポンプ５などの各機器の制御をコントローラ２０によって自動で行っている。これに代えて、混練装置を構成する各機器の制御を人が手動で行ってもよい。

前記した実施形態では、冷却器２と昇圧ポンプ３との間の液体化経路１７に、温度計Ｔ１および圧力計Ｐ１が１つずつ設置されているが、当該液体化経路１７に、複数の温度計、および複数の圧力計が設置されてもよい。加温器４と混練機１との間の臨界化経路１８、混練機１内部の上流側端部、および混練機１内部の下流側端部についても同様である。温度計の数を増やしたり、圧力計の数を増やしたりすることで、作動流体の液化や、超臨界化・亜臨界化の制御の精度を向上させることができる。

１：混練機
１ａ、１ｂ：混練機内部のヒーター
１ｃ：混練機内部のクーラー
２：冷却器
３：昇圧ポンプ
４：加温器
５：熱媒循環ポンプ
８：補助加温器
９：発電機
９ａ：膨張機
９ｂ：発電機本体
１０：熱媒循環経路
１１：作動流体戻し経路
１２〜１４：流量調整弁
１７：液体化経路
１８：臨界化経路
１００〜１０４：混練装置
Ｔ１：温度計（冷却器出口側温度計）
Ｔ２：温度計（加温器出口側温度計）
Ｔ４：温度計（混練機下流部温度計）

Claims

超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において材料を混練する混練機と、
前記混練機の上流側に配置され、作動流体を冷却することで作動流体を気体から液体へ相変化させる冷却器と、
前記冷却器と前記混練機との間に配置され、前記冷却器にて液体とされた作動流体を昇圧して前記混練機へ移送する昇圧ポンプと、
前記昇圧ポンプと前記混練機との間に配置され、前記昇圧ポンプにて昇圧された作動流体を加温して、作動流体を超臨界状態または亜臨界状態とする加温器と、
を備える、混練装置において、
前記冷却器と、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方との間を結ぶ熱媒循環経路と、
前記熱媒循環経路に設けられ、前記熱媒循環経路の中で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプと、を備え、
前記熱媒により前記冷却器で回収された温熱が、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方に供給され、
前記混練機の内部の下流側端部に、混練機下流部温度計が設置されており、
前記熱媒循環経路に、流量調整弁が設置されており、
前記下流側端部において、作動流体が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、前記混練機下流部温度計の計測値に基づいて、前記流量調整弁の開度が制御される、混練装置。
超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において材料を混練する混練機と、
前記混練機の上流側に配置され、作動流体を冷却することで作動流体を気体から液体へ相変化させる冷却器と、
前記冷却器と前記混練機との間に配置され、前記冷却器にて液体とされた作動流体を昇圧して前記混練機へ移送する昇圧ポンプと、
前記昇圧ポンプと前記混練機との間に配置され、前記昇圧ポンプにて昇圧された作動流体を加温して、作動流体を超臨界状態または亜臨界状態とする加温器と、
を備える、混練装置において、
前記冷却器と、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方との間を結ぶ熱媒循環経路と、
前記熱媒循環経路に設けられ、前記熱媒循環経路の中で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプと、を備え、
前記熱媒により前記冷却器で回収された温熱が、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方に供給され、
前記混練機の内部の下流側端部に、混練機下流部温度計が設置されており、
前記下流側端部において、作動流体が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、前記混練機下流部温度計の計測値に基づいて、前記熱媒循環ポンプの回転数が制御される、混練装置。
超臨界状態または亜臨界状態の作動流体の存在下において材料を混練する混練機と、
前記混練機の上流側に配置され、作動流体を冷却することで作動流体を気体から液体へ相変化させる冷却器と、
前記冷却器と前記混練機との間に配置され、前記冷却器にて液体とされた作動流体を昇圧して前記混練機へ移送する昇圧ポンプと、
前記昇圧ポンプと前記混練機との間に配置され、前記昇圧ポンプにて昇圧された作動流体を加温して、作動流体を超臨界状態または亜臨界状態とする加温器と、
を備える、混練装置において、
前記冷却器と、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方との間を結ぶ熱媒循環経路と、
前記熱媒循環経路に設けられ、前記熱媒循環経路の中で熱媒を循環させる熱媒循環ポンプと、を備え、
前記熱媒により前記冷却器で回収された温熱が、前記加温器および前記混練機のうちの少なくともいずれか一方に供給され、
前記混練機の内部に、ヒーターおよびクーラーが設置されており、
前記混練機の内部の下流側端部に、混練機下流部温度計が設置されており、
前記下流側端部において、作動流体が超臨界状態または亜臨界状態を維持するように、前記混練機下流部温度計の計測値に基づいて、前記ヒーターおよび前記クーラーのうちの少なくともいずれか一方の出力が制御される、混練装置。