(57)【要約】【課題】シース管の腐食を経済的な構成によって防止することにより、熱応答性を損なうことなく寿命を向上させることのできる熱電対を提供する。【解決手段】熱電対部をシース管３３で覆ったシース熱電対部３２を、保護管３６内に収容した熱電対３１において、シース管３３の先端よりもさらに先端側の保護管３６の先端に開口３６ａを設け、シース管３３と開口３６ａとの間隔Ｌを、開口３６ａの内径の２倍以上にする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対部をシース管で覆ったシース熱電対部を、保護管内に収容した熱電対において、
前記シース管の先端よりもさらに先端側の前記保護管の部分に、開放端を設けた、
ことを特徴とする熱電対。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電対において、
前記シース管と前記開放端との間隔を、前記開放端の内径の２倍以上にした、
ことを特徴とする熱電対。
【請求項３】
熱電対部をシース管で覆ったシース熱電対部を、保護管内に収容した熱電対において、
前記保護管に開口を設け、
この開口と前記シース管との間隔を、前記開口の内径の２倍以上にした、
ことを特徴とする熱電対。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば廃棄物分解、エネルギー生成または化学物質製造を目的とする水熱酸化反応を、水の超臨界状態または亜臨界状態で行わせる、水熱反応処理装置の反応容器内の温度を計測する熱電対に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被処理物を処理して酸化分解や加水分解を行うことにより、廃棄物を分解したり、エネルギーを生成したり、または、化学物質を製造する水熱反応処理は、長年に亘って研究され、利用されてきている。
特に、近年、３７４℃以上、２２．１ＭＰａ（２２０気圧）以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２．５ＭＰａ（２５気圧）以上２２．１ＭＰａ未満、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ以上、あるいは３７４℃未満、２２．１ＭＰａ未満であっても臨界点に近い高温高圧状態である亜臨界状態で、被処理物と、酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む水熱酸化反応を生じさせ、被処理物中の有機物を短時間でほぼ完全に分解する水熱反応処理が注目されている。
【０００３】
図４は上記した水熱反応処理装置の概略構成を示す構成図、図５は図４に示した反応容器の概略構成を示す断面図である。
【０００４】
これらの図において、１は被処理物としての廃液を貯留する被処理物貯留槽、２は被処理物貯留槽１内の廃液を後述する反応容器２１内へ供給する供給管、３は供給管２に配設された高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ３は、廃液を、例えば２．５ＭＰａ（２５気圧）以上の高圧で反応容器２１内へ供給するものである。
４は補助燃料を貯留する補助燃料貯留槽、５は補助燃料貯留槽４内の補助燃料を高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ供給する供給管、６は供給管５に配設された高圧ポンプを示し、この高圧ポンプ６は、補助燃料を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で供給管２内へ供給するものである。
【０００５】
７は水を貯留する水槽、８は水槽７内の水を高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ供給する供給管、９は供給管８に配設された高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ９は、水を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で供給管２内へ供給するものである。
１０はエアーコンプレッサーを示し、酸化剤としての空気を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で高圧送液ポンプ３よりも下流の供給管２内へ、供給管１１を介して供給するものである。
１２は供給管１１に配設された予備加熱器を示し、エアーコンプレッサー１０からの空気を所定の温度に予備加熱するものである。
【０００６】
１３はクエンチ水を貯留するクエンチ水貯留槽、１４はクエンチ水貯留槽１３内のクエンチ水を反応容器２１内の下側（の冷却ゾーン）へ供給する供給管、１５は供給管１４に配設された高圧送液ポンプを示し、この高圧送液ポンプ１５は、クエンチ水を、例えば２．５ＭＰａ以上の高圧で反応容器２１内へ供給するものである。
なお、クエンチ水には、反応生成物を中和する中和剤、例えば水熱酸化反応によって酸が生成される場合は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などが添加され、アルカリが生成される場合は塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）などが添加されている。
【０００７】
２１は円筒状をした縦型の反応容器を示し、内部に円柱状をした反応用の空間部が形成され、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部２２と、この円筒部２２の内面に、腐食から保護する目的で配設されたライナー２３と、複数のブロックを積層して構成され、円筒部２２が載置される基台２４とで構成されている。
そして、円筒部２２の天井（上蓋）には、中心部分に、供給管２に接続され、円筒部２２内の上側（の混合ゾーン）へ廃液などを供給するノズル２７が円筒部２２の軸方向へ向けて中心部分に配設されるとともに、円筒部２２内の上側（の混合ゾーン）部分の温度を計測する熱電対３１が軸方向へ向けて配設されている。
【０００８】
さらに、円筒部２２の下側部分には、供給管１４を介して供給されるクエンチ水を円筒部２２内の下側（の冷却ゾーン）へ供給するためのクエンチ水供給孔２２ａが設けられている。
また、基台２４には、円筒部２２内の下側から反応生成物を排出管５１へ排出する排出口（孔）２４ａが上側部分に設けられ、後述する駆動機構４６のチェーン４７が挿入される開口２４ｂが下側部分に設けられている。
【０００９】
４１はスクレーパーを示し、基台２４に、回転可能に円筒部２２の軸方向へ配設され、上部が円筒部２２内の下側へ突出した回転軸４２と、この回転軸４２の上部に取り付けられ、ライナー２３の内側に付着した塩などを掻き取るようにライナー２３の内面に下側から上側へ沿う形状に形成されたスクレーパー本体４３とで構成されている。
なお、回転軸４２の上側には、固体（反応生成物）を粉砕、攪拌するとともに、回転軸４２の中心から外側へ向けて遠心力で固体を押し出し、排出口２４ａへの搬送を補助する粉砕・攪拌・搬送手段としてのフィン４２ａが放射状に設けられている。
【００１０】
また、回転軸４２の開口２４ｂに対応する高さの周面には、駆動機構４６のチェーン４７に噛合する歯車が設けられている。
上記したスクレーパー本体４３は、回転軸４２の周囲に所定間隔、例えば６０度間隔で６本取り付けられている棒状のものであったり、円筒状で円筒面の複数個所に開口を設けて刃を形成したもの等を用いることができる。
【００１１】
そして、駆動機構４６は、反応容器２１の外に配置されたモータと、このモータと回転軸４２の歯車とに張架され、開口２４ｂに配設されたチェーン４７とで構成されている。
なお、駆動機構４６はオーバートルク時に作動する安全機構を備えている。
そして、各部分は、シール材によってシールされている。
【００１２】
５１は反応容器２１の排出口２４ａに接続された排出管、５２は排出管５１に配設された冷却器を示し、この冷却器５２は、反応容器２１の排出口２４ａから排出される反応生成物を冷却するものである。
５３は排出管５１に接続された気液分離器を示し、排出管５１から供給される反応生成物を、気体と、固体を含む液体とに分離するものである。
５４は気液分離器５３に接続された気体排出管、５５は気体排出管５４に配設された減圧弁を示し、この減圧弁５５は、気液分離器５３で分離した気体を減圧して放出するためのものである。
５６は気液分離器５３に接続された液体排出管、５７は液体排出管５６に配設された減圧弁を示し、この減圧弁５７は、気液分離器５３で分離した液体を減圧して放出するためのものである。
【００１３】
図６は図５に示した従来の熱電対の、一例の先端部分を示す部分断面図、図７は図５に示した従来の熱電対の、他の例の先端部分を示す部分断面図である。
【００１４】
図６または図７において、熱電対３１は、熱電対部をシース管３３で覆ったシース熱電対部３２を、保護管３４，３５内に収容した構成とされている。
そして、図６に示す熱電対３１は、保護管３４の先端を開放させて開口３４ａを設け、シース管３３の先端と開口３４ａの先端とを同一面に位置させてある。また、図７に示す熱電対３１は、シース管３３が保護管３５で覆われている。
【００１５】
次に、水熱反応処理について説明する。
まず、高圧ポンプ６、高圧送液ポンプ９、エアーコンプレッサー１０および予備加熱器１２を作動させ、補助燃料などを反応容器２１内の混合ゾーンへノズル２７から供給して水熱酸化反応を起こさせ、反応容器２１内を所定の温度に上昇させる。
そして、反応容器２１内を所定の温度に上昇させた後、高圧送液ポンプ３も作動させ、被処理物貯留槽１内の廃液を反応容器２１内の混合ゾーンへノズル２７から供給し、水熱酸化反応させるとともに、高圧送液ポンプ１５も作動させ、クエンチ水貯留槽１３内のクエンチ水を反応容器２１のクエンチ水供給孔２２ａへ供給する。
【００１６】
このようにして廃液を反応容器２１内で水熱酸化反応させたとき、廃液が、例えば塩素を含有する有機性廃液であると、有機性廃液は水熱酸化反応により、水、二酸化炭素（ＣＯ２）、塩化水素（ＨＣｌ）の高温高圧流体、乾燥またはスラリー状の灰分や塩類等の固体からなる反応生成物が得られる。
なお、塩化水素は、混合ゾーン、および栓状平行流ゾーン（混合ゾーンの下側で、冷却ゾーンの上側に位置する。）で塩化水素ガスとして存在するため、それほど腐食性を持たないが、冷却ゾーンで水に溶けて塩酸となり、激しい腐食環境を形成するので、クエンチ水に添加した中和剤で中和する。
【００１７】
この運転（水熱酸化反応の処理）を継続すると、稼働時間の経過に伴って反応容器２１の内側への塩の付着量が多くなって反応領域が狭くなったり、反応容器２１の下方に塩や反応生成物が堆積するので、稼働とともに駆動機構４６でスクレーパー４１を低速（例えば１ｒｐｍ）で回転させると、回転するスクレーパー本体４３で反応容器２１（ライナー２３）の内側に付着した塩が掻き落とされ、回転する回転軸４２のフィン４２ａによって反応生成物は排出し易いように粉砕、攪拌され、排出口２４ａへ向けて搬送される。
【００１８】
また、クエンチ水供給孔２２ａからのクエンチ水は、堆積していた塩の一部を溶解したり、塩を含む反応生成物をスラリー化したり、溶解させないまでも粒体状にして反応生成物を流動化させ、排出口２４ａへと搬送し、気液分離器５３へ排出する。
そして、気液分離器５３へ供給された反応生成物は気体と、固定を含む液体とに分離され、分離された気体は減圧弁５５で減圧された後、気体排出管５４を介して排出され、分離された液体は減圧弁５７で減圧された後、液体排出管５６を介して排出される。
【００１９】
上記のようにして被処理物を水熱酸化反応させて処理する場合、その温度を計測するために熱電対３１を使用し、水熱酸化反応の温度を制御する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして水熱反応処理を継続すると、被処理物に含まれる無機成分から種々の塩が生成される。
そして、これらの塩は、金属の表面に付着し、高温であること、酸素が充分に存在する相乗効果により、多くの場合、金属を腐食させる。
【００２１】
したがって、図６に示す熱電対３１を使用して反応容器２１内の温度を計測する場合、シース管３３が露出し、シース管３３の先端が保護管３４の開口３４ａの先端に位置するので、熱応答性に優れるものの、シース管３３を耐食性に優れたステンレス、またはインコネル６００（商標名）などのニッケル系合金で構成しても、シース管３３が短時間の間に腐食によって損傷することにより、熱電対３１で温度計測ができなくなる。
【００２２】
そこで、シース管３３を、さらに耐食性に優れた白金で構成することが考えられるが、白金は非常に高価であり、経済的な理由により、実用性に欠ける。
また、図７に示すように、シース管３３を保護管３５で覆うことによってシース管３３の耐食性を向上させることが考えられるが、熱電対３１を製造するのは常圧の状態であり、シース管３３と保護管３４との間に常圧の気体が存在するため、熱電対３１の熱応答性が劣るという不都合がある。
【００２３】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、シース管の腐食を経済的な構成によって防止することにより、熱応答性を損なうことなく寿命を向上させることのできる熱電対を提供するものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、熱電対部をシース管で覆ったシース熱電対部を、保護管内に収容した熱電対において、シース管の先端よりもさらに先端側の保護管の部分に、開放端を設けたものである。
そして、シース管と開放端との間隔を、開放端の内径の２倍以上にするのが望ましい。
また、熱電対部をシース管で覆ったシース熱電対部を、保護管内に収容した熱電対において、保護管に開口を設け、この開口とシース管との間隔を、開口の内径の２倍以上にしたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１実施形態である熱電対の先端部分を示す部分断面図であり、図６または図７と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図１において、熱電対３１は、熱電対部をシース管３３で覆ったシース熱電対部３２を、保護管３６内に収容した構成とされ、シース管３３の先端よりもさらに先端側の保護管３６の部分に、開放端として内径Ｄが４．０ｍｍの開口３６ａを設け、シース管３３と開口３６ａ（の先端）との間隔Ｌを１０ｍｍにしたものである。
なお、保護管３６は、例えば板厚（肉厚）が１．２ｍｍの耐食性に優れたインコネル６００（商標名）で、外径が６．４ｍｍ、内径が４．０ｍｍの管に構成され、間隔Ｌが開口３６ａの内径の２倍以上（２．５倍）とされている。
【００２７】
図２はこの発明の第２実施形態である熱電対の先端部分を示す部分断面図であり、図１、図６または図７と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図２において、熱電対３１は、熱電対部をシース管３３で覆ったシース熱電対部３２を、保護管３７内に収容した構成とされ、シース管３３の先端よりもさらに先端側の保護管３７の部分に、開放端として内径Ｄが１．０ｍｍの開口３７ａを設け、シース管３３と開口３７ａ（の先端）との間隔Ｌを１０ｍｍにしたものである。
なお、保護管３７は、例えば板厚（肉厚）が１．２ｍｍの耐食性に優れたインコネル６００（商標名）で、外径が６．４ｍｍ、内径が４．０ｍｍの管で構成され、間隔Ｌが開口３６ａの内径の２倍以上（５．０倍）とされている。
【００２９】
次に、腐食、およびその比較について説明する。
まず、図１、図２および図６に示した３本の熱電対３１を、図５に示すように、反応容器２１の天井、および内周面（ライナー２３）からシース管３３の先端が等距離となるように取り付けた。
そして、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）を２ｗｔ％、および塩化カリウム（ＫＣｌ）を２ｗｔ％含有する水溶液を試料とし、この試料を６００℃、２３ＭＰａの水の超臨界状態で水熱酸化反応させて処理した。
【００３０】
上記した試料を水熱酸化反応させる運転を１００時間継続して行った後、水熱反応処理装置を停止させ、水熱反応処理装置を冷却させた。
そして、３本の熱電対３１を取り出して外観を観察した結果、図６の従来の熱電対３１の場合、保護管３４の周りと、シース熱電対部３２の先端部分とに塩が付着していたが、図１および図２のこの発明の熱電対３１の場合、保護管３６，３７の周りのみに塩が付着していた。
さらに、各保護管３４，３６，３７の内面を観察するため、各保護管３４，３６，３７の先端部分を切り出し、縦に二分割して内面を観察した結果、図１および図６の熱電対３１の場合、先端から５ｍｍ〜７ｍｍの部分まで塩の付着が見られたが、図２の熱電対３１の場合、開口３７ａ近傍に僅かに塩の付着が見られたが、その他の個所では塩の付着が見られなかった。
【００３１】
また、各シース管３３の外観を観察した結果、図６の熱電対３１の場合、先端から５ｍｍ〜７ｍｍの部分まで塩の付着が見られたが、図１および図２の熱電対３１の場合、塩の付着が見られなかった。
さらに、腐食状況を確認するため、各シース管３３を先端部分から２ｍｍの位置で切断し、断面を研磨した後、顕微鏡で表面の腐食状況を確認した結果、図６の熱電対３１の場合、０．３ｍｍあったシース管３３の肉厚が０．１ｍｍとなり、１００時間の試験で２／３の肉厚が腐食されたが、図１および図２の熱電対３１の場合、腐食は確認できなかった。
【００３２】
上述したように、この発明の実施形態によれば、シース管３３の先端よりもさらに先端側の保護管３６，３７の部分に、開口（開放端）３６ａ，３７ａを設け、シース管３３と開口３６ａ，３７ａとの間隔Ｌを、開口３６ａ，３７ａの内径Ｄの２倍以上にしたので、稼働初期に水と補助燃料とで昇温、昇圧しても、保護管３６，３７内に腐食性流体が流入することはない。
また、流体が保護管３６，３７内へ水熱反応処理装置の稼働初期に保護管３６，３７内外の気圧差がなくなるまで入るものの、シース管３３まで到達しないため、白金などの高価な材料を使うことなくシース管３３の腐食を経済的な構成によって防止することができ、熱応答性を損なうことなく熱電対３１の寿命を向上させることができる。
【００３３】
図３はこの発明の第３実施形態である熱電対の先端部分を示す部分断面図であり、図１、図２、図６または図７と同一または相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
図３において、熱電対３１は、熱電対部をシース管３３で覆ったシース熱電対部３２を、保護管３８内に収容した構成とされ、保護管３８に開口３８ａを設け、この開口３８ａ（外側：外面）とシース管３３との間隔Ｌを、開口３８ａの内径Ｄの２倍以上にしたものである。
なお、保護管３８は、例えば板厚（肉厚）が１．２ｍｍの耐食性に優れたインコネル６００（商標名）で構成され、開口３８ａの内径Ｄが１．０ｍｍとされ、間隔Ｌが開口３８ａの内径の２倍以上（５．０倍）の５ｍｍとされている。
【００３５】
この第３実施形態の熱電対３１においても、第１および第２実施形態の熱電対３１と同様な効果を得ることができる。
【００３６】
上記した実施形態において、内径は、開放端および開口が円形である場合、その直径、角孔のような場合、その最大開口径とする。
そして、開放端（開口）とシース管との間隔を、開放端（開口）の内径の２倍以上にしたが、熱電対が長くなりすぎたり、太くなりすぎる場合は、その間隔を開放端（開口）の内径の４倍、または３倍、さらには２．５倍以下、２倍以上にするとよい。
さらに、図３の第３実施態様の場合、開口を反応生成物の流れと直交させ、内径を１ｍｍにして腐食性流体（反応生成物）の流入を防止したが、開口の内径を大きくしたときは、図１および図２に示した熱電対のように、開口を反応生成物の流れの下流側へ開放させて使用するのが望ましい。
【００３７】
なお、熱電対の使用の過程で開放端および開口が付着する塩などによって閉塞されても、保護管内は保護管外と同じ気圧に保持されているので、熱電対の熱応答性が損なわれることはない。
また、熱電対を水熱反応処理装置に使用した例で説明したが、水熱反応処理装置に限定されず、他の装置にも使用できることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、シース管の先端よりもさらに先端側の保護管の部分に、開放端を設け、さらに、シース管と開放端との間隔を、開放端の内径の２倍以上にしたので、または、保護管に開口を設け、この開口とシース管との間隔を、開口の内径の２倍以上にしたので、腐食性の塩が保護管内へ入るものの、シース管まで到達しないため、白金などの高価な材料を使うことなくシース管の腐食を経済的な構成によって防止することができ、熱応答性を損なうことなく熱電対の寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態である熱電対の先端部分を示す部分断面図である。
【図２】この発明の第２実施形態である熱電対の先端部分を示す部分断面図である。
【図３】この発明の第３実施形態である熱電対の先端部分を示す部分断面図である。
【図４】水熱反応処理装置の概略構成を示す構成図である。
【図５】図４に示した反応容器の概略構成を示す断面図である。
【図６】図５に示した従来の熱電対の、一例の先端部分を示す部分断面図である。
【図７】図５に示した従来の熱電対の、他の例の先端部分を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　被処理物貯留槽
２，５，８　　　供給管
３，９，１５　　高圧送液ポンプ
４　　　　　　　補助燃料貯留槽
６　　　　　　　高圧ポンプ
７　　　　　　　水槽
１０　　　　　　エアーコンプレッサー
１１，１４　　　供給管
１２　　　　　　予備加熱器
１３　　　　　　クエンチ水貯留槽
２１　　　　　　反応容器
２２　　　　　　円筒部
２２ａ　　　　　クエンチ水供給孔
２３　　　　　　ライナー
２４　　　　　　基台
２４ａ　　　　　排出口
２４ｂ　　　　　開口
２７　　　　　　ノズル
３１　　　　　　熱電対
３２　　　　　　シース熱電対部
３３　　　　　　シース管
３４〜３８　　　保護管
３４ａ　　　　　開口
３６ａ〜３８ａ　開口（開放端）
４１　　　　　　スクレーパー
４２　　　　　　回転軸
４２ａ　　　　　フィン
４３　　　　　　スクレーパー本体
４６　　　　　　駆動機構
４７　　　　　　チェーン
５１　　　　　　排出管
５２　　　　　　冷却器
５３　　　　　　気液分離器
５４　　　　　　気体排出管
５５，５７　　　減圧弁
５６　　　　　　液体排出管
Ｄ　　　　　　　内径
Ｌ　　　　　　　間隔
【図１】
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【図２】
2004037381.tif 000004
【図３】
2004037381.tif 000005
【図４】
2004037381.tif 000006
【図５】
2004037381.tif 000007
【図６】
2004037381.tif 000008
【図７】
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