(57)【要約】【課題】反応容器のメンテナンスを容易にする。【解決手段】超臨界水による有機物の分解において反応容器内面に付着した無機残渣を、前記反応容器の外部から超音波振動を与えて衝撃波作用により剥離する。超臨界水による有機物の分解を行う反応容器と、前記反応容器の外側に位置し、前記反応容器内面に付着した無機残渣を検出する付着物検出手段と、前記反応容器の外側に位置し、前記反応容器内面に付着した無機残渣を衝撃波作用により剥離する超音波振動剥離手段とを備えた。【選択図】      図１
2004267890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界水による有機物の分解において反応容器内面に付着した無機残渣を、前記反応容器の外部から超音波振動を与えて衝撃波作用により剥離することを特徴とする反応容器の残渣除去方法。
【請求項２】
超臨界水による有機物の分解を行う反応容器の外側から前記反応容器内面に付着した無機残渣の有無を検出し、前記無機残渣の付着する部位に前記反応容器の外部から超音波振動を与えて衝撃波作用により前記無機残渣を剥離することを特徴とする反応容器の残渣除去方法。
【請求項３】
超臨界水による有機物の分解を行う反応容器と、
前記反応容器の外側に位置し、前記反応容器内面に付着した無機残渣を検出する付着物検出手段と、
前記反応容器の外側に位置し、前記反応容器内面に付着した無機残渣を衝撃波作用により剥離する超音波振動剥離手段と
を備えたことを特徴とする反応容器の残渣除去装置。
【請求項４】
請求項３記載の反応容器の残渣除去装置において、
前記付着物検出手段と超音波振動剥離手段とは、前記反応容器の外周を回動するとともに、前記反応容器の長手方向に移動自在に配設されている
ことを特徴とする反応容器の残渣除去装置。
【請求項５】
請求項３記載の反応容器の残渣除去装置において、
前記反応容器は、外周にヒータを設けるとともに、前記ヒ−タの外周を断熱材で被覆しており、
前記超音波振動剥離手段は、前記断熱材および前記ヒータを貫通して前記反応容器に直に超音波振動を与える振動子を備えている
ことを特徴とする反応容器の残渣除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界水による有機物の分解において反応容器内に付着する無機塩類を除去する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超臨界水によって有機物を分解する際に反応容器内に付着した無機塩類を除去する方法としては、反応容器内に設けた装置により機械的に掻き落とす方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平１０−１５５６６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法では、掻き落とし装置の駆動部分のメンテナンス、掻き落とし部分の清掃等の際に反応容器の開閉が必要となり、反応容器のメンテナンスが困難なうえ、反応容器の形状も限定されるという問題があった。
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、反応容器のメンテナンスが容易な反応容器の残渣除去方法およびその装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、超臨界水による有機物の分解において反応容器内面に付着した無機残渣を、前記反応容器の外部から超音波振動を与えて衝撃波作用により剥離することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、超臨界水による有機物の分解を行う反応容器の外側から前記反応容器内面に付着した無機残渣の有無を検出し、前記無機残渣の付着する部位に前記反応容器の外部から超音波振動を与えて衝撃波作用により前記無機残渣を剥離することを特徴とする。
【０００５】
請求項３に係る発明は、超臨界水による有機物の分解を行う反応容器と、前記反応容器の外側に位置し、前記反応容器内面に付着した無機残渣を検出する付着物検出手段と、前記反応容器の外側に位置し、前記反応容器内面に付着した無機残渣を衝撃波作用により剥離する超音波振動剥離手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の反応容器の残渣除去装置において、前記付着物検出手段と超音波振動剥離手段とは、前記反応容器の外周を回動するとともに、前記反応容器の長手方向に移動自在に配設されていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項３記載の反応容器の残渣除去装置において、前記反応容器は、外周にヒータを設けるとともに、前記ヒ−タの外周を断熱材で被覆しており、前記超音波振動剥離手段は、前記断熱材および前記ヒータを貫通して前記反応容器に直に超音波振動を与える振動子を備えていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る反応容器の残渣除去装置を示す（請求項３〜請求項５に対応）。
本実施形態に係る反応容器の残渣除去装置１は、超臨界水による有機物の分解を行う反応容器１０と、反応容器１０の外側に位置し、周波数がＭＨｚレベル振動を反応容器１０に対して出力し反応容器１０の内面に付着した無機残渣を検出する付着物検出部材３０と、反応容器１０の外側に位置し、周波数がＫＨｚレベルの超音波を反応容器１０に出力して反応容器１０の内面に付着した無機残渣を衝撃波作用により剥離する超音波振動剥離部材４０とを備えている。
【０００８】
反応容器１０は、内面を所定の温度に保つためのヒータ１１を外周に設けるとともに、反応容器１０を高温に維持するための断熱材１２をヒータ１１の外周に被覆している。
ヒータ１１と断熱材１２とは、超音波振動剥離部材４０の振動子４１が反応容器１０の外周に直接当接できるように数箇所に針状の孔１１ａ、１２ａが設けて敷設されている。そして、断熱材１２の外周には、超音波振動剥離部材４０の振動子４１を案内するためのガイドレール１４を設けた外筒１３が取り付けてある。
【０００９】
ここで、超音波振動剥離部材４０の振動子４１による超音波振動を反応容器１０内面に伝達するためには、付着物検出部材３０の検出振動子３１および超音波振動剥離部材４０の振動子４１を反応容器１０の外壁面に密着する必要がある。しかし、反応容器１０は、超臨界水反応により３００〜６００℃の高温になるが、振動子４１はそのような高温には耐えられない。しかも、反応容器１０は高温を維持する断熱材１２で覆われているため、振動子４１は断熱材１２を貫通してその下の反応容器１０に密着しなければならない。
【００１０】
そこで、反応容器１０の保温を行う断熱材１２としては、例えば、熱伝導率が極めて小さく、柔軟性と復元性に優れたアルミナファイバー、セラミックスファイバー等の保温断熱材を使用している。断熱材１２の外周には針状の孔１２ａの部位にガイドレール１４が位置するように外筒１３が設けてある。
付着物検出部材３０は、検出振動子３１を反応容器１０の外筒１３に密着し、周波数がＭＨｚレベルの超音波を照射して反応容器１０の内面に付着した無機残渣の有無を探査する。
【００１１】
付着物検出部材３０による検出方法としては、パルス反射による方法および共振法等がある。どちらの方法も、検出振動子３１により超音波振動を反応容器１０に送り、反射してきた振動を電圧比較器等で検出し、信号を分析、残渣の有無を判断する。
超音波振動剥離部材４０は、例えば、図３に示すように、電圧を加えると伸縮するピエゾ素子３２，３３を金属製ホーン３４，３５で挟み込み、ピエゾ素子３２，３３と金属製ホーン３４，３５間に交流電圧を加え振動を発生させ、エネルギーを集中して、針状ホーンから成る振動子４１を高速に振動させるように構成されている。その時の発振周波数は、２０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚとする。
【００１２】
付着物検出部材３０と超音波振動剥離部材４０とは、反応容器１０に対して近接離間するとともに反応容器１０の円周方向を回動でき、かつ反応容器１０の長手方向に移動できる振動子支持手段２０に取り付けられている。
振動子支持手段２０は、反応容器１０の両端部に取り付けられたフランジ１５（図面では一方のみを示す）間に取り付けられた２本の棒状の案内部材２１と、反応容器１０および２本の棒状の案内部材２１と直交して反応容器１０および２本の棒状の案内部材２１を中心部に位置するように配されるリング部材２２と、２本の棒状の案内部材２１にそれぞれ取り付けられるとともに、内蔵する小型モータなどの駆動体によって案内部材２１に沿って移動自在に取り付けられた２つの摺動部材２３と、リング部材２２にそれぞれ取り付けられるとともに、内蔵する小型モータなどの駆動体によってリング部材２２に沿って移動自在に取り付けられた２つのリング回動部材２４と、摺動部材２３とリング回動部材２４とを各々連結する２つの連結部材２５と、リング回動部材２４に取り付けるとともに、付着物検出部材３０と超音波振動剥離部材４０とを小型モータなどの駆動体により反応容器１０に対して近接離間させる素子移動部材２６とによって構成されている。
【００１３】
付着物検出部材３０と超音波振動剥離部材４０とは、例えば、位置コントローラ５０に連絡し、位置コントローラ５０の指令により、それぞれ内蔵する駆動体が動作して所定の位置に移動するように構成されている。
次に、斯くして構成された本実施形態に係る反応容器の残渣除去装置１を用いた残渣除去方法について説明する（請求項１、請求項２に対応）。
【００１４】
図４に示すように、超臨界水による有機物の分解を行う超臨界水反応時には、付着物検出部材３０と超音波振動剥離部材４０とは、反応容器１０から離れた位置に移動している。
この超臨界水反応により反応容器１０の内面に無機塩類が付着する。
そこで、本実施形態では、付着物検出部材３０により反応容器１０の内面に付着した無機塩類の検出を行う。
【００１５】
先ず、図５に示すように、付着物検出部材３０を反応容器１０方向に移動し、振動子４１を反応容器１０を覆う外筒１３に密着させ、付着無機残渣の有無を検出する。
検出方法としては、パルス反射による方法および共振法等がある。どちらの方法も、振動子により超音波振動を反応容器１０を覆う外筒１３に送り、反射してきた振動を電圧比較器等で検出し、信号を分析、付着無機残渣の有無を判断する。
【００１６】
図６は、パルス反射法の場合について説明する。
パルス反射法は、物質にパルス状の超音波を入射すると、異なる物質との界面において反射が起こることを利用するものである。
図６は、その様子を模式的に表したものである。
パルス状の超音波を入射すると、先ず検出振動子３１の端面からの反射が起こる。これは入射波形とほとんど等しい。さらに反射せず先へ進んだ成分は、反応容器１０の壁面とその内部空間との界面で反射を起こす。これらを横軸を時間、縦軸を電圧として記録すると、図６（ａ）のようになる。入射位置から遠い位置で反射した反射波ほど遅く現れ、また途中の反射や吸収により減衰するため、電圧が低く、小さい波形として現れる。
【００１７】
反応容器１０の内部に付着物があるときは、さらに付着物と水との界面からの反射が起こる。また、付着物が均質でない場合には、性状が変わる面でその都度反射が起こる。こうして近い位置で複数の反射が起こるため、これらが重なり合って図６（ｂ）のような波形となる。
図７は、共振法の場合について説明する。
【００１８】
共振法は、物質に超音波を入射すると、物質の厚みが半波長の整数倍であるときに、物質内部で反射を繰り返して共振することを利用するものである。
周波数可変式の発振機を用いて入射波の周波数を連続的に変化させると、反射波の電圧は共振を起こす周波数で大きくなる。これを横軸を周波数、縦軸を電圧として模式的に表したものが図７である。
【００１９】
付着残渣がない場合には、共振は反応容器１０の壁体等の内部でのみ起こり、厚みは一定であるので、常に同一スペクトルとなる。このときのスペクトルを図７（ａ）とすると、反応容器１０の内部に付着物があるときには、付着物内でも共振が起こり、反射波スペクトルは反応容器１０の壁体、付着残渣等の共振周波数のピークが重なり、図７（ｂ）のように多数のピークを持つものとなる。
【００２０】
本実施形態では、振動子支持手段２０を回転および反応容器１０の長手方向に対して垂直に移動させ、反応容器１０に沿って付着物検出部材３０の振動子３１の位置を変えながら付着無機残渣の検出をおこない、付着無機残渣の付着位置を特定する。このデータを位置コントローラ５０に格納する。
次に、付着無機残渣を検出した場合、付着無機残渣の剥離を行う。
【００２１】
図８および図９に示すように、位置コントローラ５０の制御により所定の位置に超音波振動剥離部材４０をセットし、振動子４１を反応容器１０のガイドレール１４に沿って針状の孔１１ａ、１２ａを垂直に移動し、振動子４１を反応容器１０に密着させ、図１０に示すように、周波数がｋＨｚオーダーの超音波を照射する。超音波の照射による衝撃波により反応容器１０内面の急激な振動が起こり、応容器１０内面に付着した無機残渣は、その振動に追随できず剥離する。
【００２２】
無機残渣の剥離が終了したら、振動子４１をヒータ１１の孔１１ａおよび断熱材１２の孔１２ａより抜き出す。断熱材１２の復元性により、孔１２ａは塞がり、断熱効果を維持する。
振動子４１が反応容器１０から離れることにより、超臨界水による有機物分解時の熱が超音波振動剥離部材４０に伝わらず振動子４１の劣化を防ぐことができる。
【００２３】
次に、反応容器１０内の付着無機残渣の剥離が終ると、例えば、反応容器１０内に亜臨界水またはさらに低温の高温高圧水を流通させ、剥離した無機物を反応容器１０外へ洗い出す。一般に、塩化ナトリウム等の無機塩類の水に対する溶解度は、水の臨界点を超える温度、圧力では極端に小さくなり、ほとんど不溶性となる。臨界点以下まで水の温度、圧力を下げることにより、溶解度を大きくすることができる。
【００２４】
その場所の剥離作業が終了後、位置コントローラ５０からの指令により振動子支持手段２０が駆動し、付着物検出部材３０と超音波振動剥離部材４０とを次の場所に設置し、同様に付着無機残渣の除去を行う。
以上のように、本実施形態によれば、反応容器１０内面に付着した無機残渣を付着物検出部材３０により検出し、超音波振動剥離部材４０の振動子４１を付着物のある位置に移動させ、反応容器１０外表面から超音波振動を与えて反応容器１０内壁面に付着する無機残渣を剥離させ、亜臨界水等の通水により剥離した無機残渣を溶解させ、反応容器外に排出し、除去することができる。
【００２５】
従って、従来の装置のように、付着する無機残渣の剥離時に反応容器を開閉するということが不必要となる。
図１１は、本発明の別の実施形態に係る反応容器の残渣除去装置６０を示す（請求項３〜請求項５に対応）。
本実施形態に係る反応容器の残渣除去装置６０は、振動子支持手段２０の案内部材２１を反応容器１０以外の装置に設けるとともに摺動部材２３、リング回動部材２４および連結部材２５を１つの摺動部材６１とした点で、上述の一実施形態に係る反応容器の残渣除去装置１とは相違する。
【００２６】
本実施形態では、摺動部材６１が摺動部材２３とリング回動部材２４との動作を兼ねるため、案内部材２１に沿って移動し、リング部材２２を回動させることが可能となる。
ただし、本実施形態においても、付着物検出部材３０および超音波振動剥離部材４０の動作は同じである。
【００２７】
本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により、超臨界水による有機物ガス化装置の反応容器のメンテナンスを反応容器の外側より行うことができ、実用的な装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る反応容器の残渣除去装置を示す斜視図である。
【図２】図１の反応容器の残渣除去装置の要部を示す拡大断面図である。
【図３】図１の反応容器の残渣除去装置に用いる超音波振動剥離手段の平面図である。
【図４】図１の反応容器の残渣除去装置の主要構成を示す説明図である。
【図５】図４の反応容器の残渣除去装置により付着無機残渣を検出する状態を示す説明図である。
【図６】図１の反応容器の残渣除去装置においてパルス反射法を用いて付着無機残渣を検出する際の波形図である。
【図７】図１の反応容器の残渣除去装置において共振法を用いて付着無機残渣を検出する際の波形図である。
【図８】図４の反応容器の残渣除去装置により付着無機残渣を剥離する状態を示す説明図である。
【図９】図４の反応容器の残渣除去装置により付着無機残渣を剥離する状態を示す説明図である。
【図１０】図４の反応容器の残渣除去装置により付着無機残渣を剥離する状態を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る反応容器の残渣除去装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、６０  反応容器の残渣除去装置
１０  反応容器
１１  ヒータ
１１ａ  孔
１２  断熱材
１２ａ  孔
１３  外筒
１４  ガイドレール
２０  振動子支持手段
２１  案内部材
２２  リング部材
２３  摺動部材
２４  リング回動部材
２５  連結部材
２６  素子移動部材
３０  付着物検出部材
３１  付着物検出部材３０の検出振動子
４０  超音波振動剥離部材
４１  超音波振動剥離部材４０の振動子
５０  位置コントローラ
６１  摺動部材
【図１】
2004267890.tif 000003
【図２】
2004267890.tif 000004
【図３】
2004267890.tif 000005
【図４】
2004267890.tif 000006
【図５】
2004267890.tif 000007
【図６】
2004267890.tif 000008
【図７】
2004267890.tif 000009
【図８】
2004267890.tif 000010
【図９】
2004267890.tif 000011
【図１０】
2004267890.tif 000012
【図１１】
2004267890.tif 000013