(57)【要約】【課題】流体の線流速を加圧手段等によって高める必要がなく、簡易な構成によって熱の対流を防止し、容器内の各領域の温度を保持することができる熱の対流防止装置を提供する。【解決手段】流体が連続して流通する容器であって、容器３の内部温度を領域により異なる設定とし、容器の内周面側に、流体ａの線流速を瞬間的に高める邪魔部材５を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する容器であって、前記容器の内部温度を領域により異なる設定としたものにおいて、前記容器の内周面側に、前記流体の線流速を瞬間的に高める邪魔部材を設けたことを特徴とする熱の対流防止装置。
【請求項２】
前記容器が外容器と内容器とを有し、前記内容器の外周側と内周側とに流路が形成されており、前記邪魔部材は、前記外容器の内周面側のみに設けられている請求項１記載の熱の対流防止装置。
【請求項３】
前記容器が外容器と内容器とを有し、前記内容器の外周側と内周側とに流路が形成されており、前記邪魔部材は、前記内容器の外周面側のみに設けられている請求項１記載の熱の対流防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超臨界水等のプロセス流体を適用する反応容器等における熱の対流防止装置に係り、特に内部温度が流体の流通方向等で異なる直列複数段構成の反応容器等に好適な熱の対流防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜臨界水や超臨界水雰囲気下では、例えば有機物と水と酸素含有流体を混合し、水の臨界点を超える超臨界状態で、有機物を酸化分解するようなプロセスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このときの反応速度は、反応容器内の温度により制御される。
【０００３】
ところで、容器内の上流側領域と下流側領域とで温度が異なる例えば直列２段反応容器においては、加熱器により反応容器内の各領域の温度をそれぞれ加熱しているが、この場合に反応容器内で高温側から低温側に熱の対流が起こり、温度差を保持できなくなり、反応に過不足が生じる問題がある。
【０００４】
そこで従来では、温度差を保つ手段として、加圧ラインから高圧を容器内に導入する等の手段により、反応容器内のプロセス流体の線流速を高める技術が提案されている（例えば、特許文献２、３、４等参照）。
【特許文献１】特許第１５５１８６２号公報
【特許文献２】特開２００１−７４８２２号公報
【特許文献３】特開２００２−１０７４３６号公報
【特許文献４】特開２００２−１７４６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の技術では、反応容器内の設定温度を保つ為の必要加熱量（もしくは冷却量）が多くなり、またプロセス流体が反応容器内を滞留する時間、即ち反応時間を確保するために反応容器の容量を大きくしなければならず、構成が大型化、複雑化する等の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、温度の異なる複数の領域が存在する容器において、流体の線流速を加圧手段等によって高める必要がなく、したがって容器の容量を大きくする必要もなく、簡易な構成によって熱の対流を防止し、容器内の各領域の温度を保持することができる熱の対流防止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明では、流体が連続して流通する容器であって、前記容器の内部温度を領域により異なる設定としたものにおいて、前記容器の内周面側に、前記流体の線流速を瞬間的に高める邪魔部材を設けたことを特徴とする熱の対流防止装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、容器内に邪魔部材を設けることにより、流体が邪魔部材の設置箇所を通過する際に線流速が一時的に速くなるため、流体の線流速を加圧手段等によって高める必要がなく、したがって容器の容量を大きくする必要もなく、簡易な構成によって熱の対流を防止して、容器内の各領域の温度を確実に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、超臨界水処理装置等のプロセス流体反応装置に適用する熱の対流防止装置を例として説明する。
【００１０】
［第１実施形態（図１）］
図１は、本発明の第１実施形態による熱の対流防止装置を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態のプロセス流体反応装置１は、プロセス流体ａを供給するプロセス流体供給ライン２と、このプロセス流体供給ライン２から供給されるプロセス流体ａにより反応を行わせる反応容器３と、この反応容器３から反応後の流体ｂを抜き出す流体抜き出しライン４とを備えている。
【００１２】
反応容器３は密閉容器として構成されており、例えば水平軸心をもつ筒状または管状として構成されている。プロセス流体供給ライン２は、例えば水平な横向き配管として構成され、反応容器３の軸方向一端側の中心位置に接続されている。また、流体抜き出しライン４も水平な横向き配管として構成されており、反応容器３の軸方向他端側の中心位置に接続されている。
【００１３】
このような構成において、本実施形態では、反応容器３の内部温度が反応領域によって異なる設定とされている。例えば、図に仮想線「イ」で示したように、上流側が第１反応領域Ａとして設定され、下流側が第２反応領域Ｂとして設定されている。
【００１４】
そして、反応容器３の内周面側には、プロセス流体ａの線流速を瞬間的に高める邪魔部材５が設けられている。この邪魔部材５は、反応容器３の周壁の内周面に沿って設けられ、例えば螺旋状の線材、板材等により構成され、反応容器３の流体入口７から流体出口８に亘って略全体的に設けられている。なお、邪魔部材５の断面形状は、図１において例えば矩形状として示しているが、この形状は任意に設定することができる。
【００１５】
反応時においては、プロセス流体ａをプロセス流体供給ライン２により反応容器３に供給し、流体抜き出しライン４より抜き出す。そして、反応容器３内では、温度が異なる第１反応領域Ａと第２反応領域Ｂとを設定し、反応容器３の内周面側に邪魔部材５を設けたことにより、流路の断面が狭くなる部分にて瞬間的に流速が高まるため、逆流が有効に防止され、ひいては熱の対流が防止され、各領域Ａ，Ｂがそれぞれ異なる設定温度に保持される。
【００１６】
次に、実施例として、反応容器３に水を連続供給し、反応容器３に温度差を設定した試験結果について説明する。
【００１７】
この試験では、反応容器３として、内径１０ｍｍ、長手方向の長さ１５００ｍｍの筒状容器を製作し、その外周部には軸方向に沿って三分割のヒータ（図示省略）を配設し、これらを流体入口側から順に一段目、二段目、三段目ヒータとした。
【００１８】
この容器内に、水を１０ｇ／ｍｉｎの条件で連続して流通させ、容器入口から３００ｍｍ（入口付近）、８００ｍｍ（中央付近）、１３００ｍｍ（出口付近）の位置における水の温度を測定した。下記の表１は、この試験結果を示している。
【表１】
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【００１９】
表１の上欄に示したように、設定温度は流体入口側から順に３００℃、６００℃、５００℃とした。圧力は容器全体に亘って３０ＭＰａに統一した。邪魔部材を設置しない場合には、表１の中欄（試料Ｎｏ．１）に示したように、中央付近の温度が５００℃と設定値まで上昇せず、また入口付近の温度は設定値よりも高く４００℃となった。これは、熱の容器内での対流により、中央付近の熱流束が低温側である容器入口付近へ向って伝わり、入口付近の温度が上昇した結果、一段目ヒータの電源が切れ、容器入口付近と中央付近の温度を二段目ヒータのみで高める状態となったためである。
【００２０】
一方、邪魔部材５を設置した本実施形態の構成とした場合には、表１の下欄（試料Ｎｏ．２）に示したように、設定値通りの温度で制御することが認められた。これにより、本実施形態では邪魔部材５を設けることで、邪魔部材５の箇所を通過する際に水の線流速が一時的に高くなり、熱が対流するのを防止する為であることが確認された。
【００２１】
以上のように、本実施形態によれば、装置の小型化が図れることにより、省エネルギー化が図れ、また反応容器内で温度差を設けて制御制御することができるため、化学反応を過不足なく進行させることができる。
【００２２】
［第２実施形態（図２）］
図２は、本発明の第２実施形態による熱の対流防止装置を示す断面図である。
【００２３】
本実施形態では、外容器としての反応容器３内に内容器６を設けることにより、二重構造とされている。そして、内容器６の外周側に第３の流路が形成されており、邪魔部材５は、外容器としての反応容器３内の内周面側のみに設けられている。なお、内容器６は反応容器３に対して着脱可能となっている。
【００２４】
この第２実施形態では、外側流路に均圧流体ａ１を供給する均圧流体供給ライン２ａと、内側流路にプロセス流体ａ２を供給するプロセス流体供給ライン２ｂとが設けられている。また、反応後の流体ｂ２を流体出口８ａから抜き出す流体抜き出しライン４ｂと、均一流体ｂ１を流体出口８ｂから抜き出す均一流体抜き出しライン４ａとが設けられている。そして、内容器６の周壁外面と、外容器としての反応容器３との間に、均圧流体９を均圧流体供給ライン２ａを通して供給し、均圧流体抜き出しライン４ａより抜き出すようになっている。
【００２５】
このような構成において、外容器としての反応容器３を高圧に耐えられる材料で作製し、内容器６を耐食性の高い材料で作製することにより、プロセス流体自身もしくはプロセス流体の処理により腐食性の高い物質が発生するプロセスに対して、有効に適用することができる。この場合、邪魔部材５を外容器の内周面側のみに設けることにより、内容器６の周壁外面と外容器としての反応容器３との間に均圧流体９を均圧流体供給ライン２ａを介して供給し、均圧流体抜き出しライン４ａから抜き出すことにより、均圧流体９の線流速のみが一時的に速くなって熱が対流することを防止することができる。したがって、プロセス流体ａ２の流動状態を乱すことなく、運転することができる。
【００２６】
本実施形態によっても、装置の小型化が図れることにより、省エネルギー化が図れ、また反応容器内で温度差を設けて制御制御することができ、化学反応を過不足なく進行させることができる。
【００２７】
［第３実施形態（図３）］
図３は、本発明の第３実施形態による熱の対流防止装置を示す断面図である。
【００２８】
本実施形態においても、外容器としての反応容器３内に内容器６を設けることにより、プロセス液体反応装置１が二重構造とされている。そして、内容器６の外周側に第３の流路が形成されており、邪魔部材５は、内容器６の外周面側のみに設けられている。なお、内容器６は反応容器３に対して着脱可能となっている。
【００２９】
この第２実施形態においても、第２実施形態と同様に、外側流路に均圧流体ａ１を供給する均圧流体供給ライン２ａと、内側流路にプロセス流体ａ２を供給するプロセス流体供給ライン２ｂとが設けられている。
【００３０】
また、反応後の流体ｂ２を流体出口８ａから抜き出す流体抜き出しライン４ｂと、均一流体ｂ１を流体出口８ｂから抜き出す均一流体抜き出しライン４ａとが設けられている。そして、内容器６の周壁外面と、外容器としての反応容器３との間に、均圧流体９を均圧流体供給ライン２ａを通して供給し、均圧流体抜き出しライン４ａより抜き出すようになっている。
【００３１】
このような構成において、外容器としての反応容器３を高圧に耐えられる材料で作製し、内容器６を耐食性の高い材料で作製することにより、プロセス流体自身もしくはプロセス流体の処理により腐食性の高い物質が発生するプロセスに対して、有効に適用することができる。
【００３２】
そして、本実施形態でも、邪魔部材５の作用により内容器６の周壁外面と、外容器としての反応容器３との間に、均圧流体９を均圧流体供給ライン２ａを介して供給し、均圧流体抜き出しライン４ａより抜き出すことにより、均圧流体９の線流速のみが一時的に速くなって熱が対流することを防止することができ、プロセス流体ａ２の流動状態を乱すことなく、運転することができる。
【００３３】
そして、装置の小型化が図れることにより、省エネルギー化が図れ、また反応容器内で温度差をつけて制御制御することができ、化学反応を過不足なく進行させることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、邪魔部材５を内容器６の外周面側にのみ設けることにより、外容器の内壁に邪魔部材５を設けた場合に比べて、内容器６の交換を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態による熱の対流防止装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態による熱の対流防止装置の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態による熱の対流防止装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１  プロセス流体反応装置
２  プロセス流体供給ライン
３  反応容器
４  流体抜き出しライン
５  邪魔部材
６  内容器
７  流体入口
８  流体出口
ａ  プロセス流体
ａ１  均圧流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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