(57)【要約】【課題】反応機関の運転始動時に、ウォーターハンマーが生じるのを回避し、反応装置を安全に運転できる超臨界流体等による反応装置始動時の制御方法を提供することである。【解決手段】圧縮プランジャー４を動作させシリンダ３内に導入した被処理材を伴う流体蒸気を圧縮し、この圧縮による被処理材の化学反応の終了後に圧縮プランジャを逆方向に動作させて流体蒸気の温度及び圧力を下げ、生成物を含む流体等をシリンダ内から取り出し新たな流体蒸気をシリンダ内に吹き込み周期的に吸排気行程を行う反応機関２において、この反応機関２にシリンダ３の内部を非圧縮状態にするためのデコンプ機構２１を設けてなり、圧縮運転開始前にデコンプ機構２１によりシリンダ３の内部を非圧縮状態で運転しシリンダ３の内部等における流体を除去しシリンダ３の壁面温度を概ね流体蒸気の凝縮による液化が防止できるレベルにまで高め後圧流運転に入る始動制御方法を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとこのシリンダに設けられた圧縮プランジャとからなり、圧縮プランジャを動作させることによりシリンダ内に導入した被処理材を伴う流体蒸気を圧縮し、この圧縮による被処理材の化学反応が終了した後に圧縮プランジャを逆方向に動作させて流体蒸気の温度及び圧力を下げ、得られた生成物を含む流体をシリンダ内から取り出して新たな流体蒸気をシリンダ内に吹き込むことにより周期的に吸排気行程を行う反応機関において、この反応機関にシリンダ内を非圧縮状態にするためのデコンプ機構を設けてなり、前記反応機関の圧縮運転開始前にシリンダ内壁温が概ね流体蒸気の液化を抑える温度になるまで前記デコンプ機構によりシリンダ内を非圧縮状態で運転する始動制御方法を特徴とする超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応装置始動時の制御方法。
【請求項２】
シリンダとこのシリンダに設けられた圧縮プランジャとからなり、圧縮プランジャを動作させることによりシリンダ内に導入した被処理材を伴う流体蒸気を圧縮し、この圧縮による被処理材の化学反応が終了した後に圧縮プランジャを逆方向に動作させて流体蒸気の温度及び圧力を下げ、得られた生成物を含む流体をシリンダ内から取り出して新たな流体蒸気をシリンダ内に吹き込むことにより周期的に吸排気行程を行う反応機関において、前記シリンダ壁部の暖機機構として加熱用ヒーターがシリンダ壁面に設けられてなり、この加熱用ヒーターにより強制的にシリンダ壁面を加熱することを特徴とする超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応装置における装置始動時の非圧縮運転時間短縮及び流体蒸気の温度低下を防止する構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応装置始動時の制御方法及び同装置始動時の非圧縮運転時間短縮及び流体蒸気の温度低下を防止する構成に関するものである。具体的には、バイオマスなどの有機物質等を被処理材として、この被処理材を超臨界流体又は亜臨界流体により分解処理やガス化処理等を安全に行うことができる反応装置の反応機関において、そのシリンダ内を非圧縮状態にするためのデコンプ機構とシリンダ壁部の暖機機構とを設け、前記反応機関においてウォーターハンマーが発生するのを回避する制御方法と、同装置始動時の非圧縮運転時間短縮及び流体蒸気の温度低下を防止する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスなどの有機物質等の被反応物質に対する処理方法としては、かつての薬品酸化法、光酸化法、燃焼法に代えて、超臨界水又は亜臨界水による分解の方法や装置が開発されている（特許文献１）。
【０００３】
さらに、超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応方法及び反応装置として、例えば、水の臨界条件、すなわち、臨界温度３７４℃、臨界圧力２１８気圧を超えた条件の超臨界水がその温度と圧力で制御可能となって、パラフィン系炭化水素やベンゼン等の被処理材を分解処理する方法も知られている（特許文献２）。
【０００４】
特許文献２では、例えば、木粉等の有機物質の被処理材を分散させた高圧流体を急加熱して超臨界又は亜臨界の状態を保つことにより、流体蒸気の超臨界又は亜臨界の状態での化学反応により、木粉等を糖への糖化反応を行なわせることができる反応装置が開示されている。すなわち、圧縮して超臨界流体又は亜臨界流体を得る手段と、この超臨界流体又は亜臨界流体を有機物等の被処理材に接触させて化学反応を行わせる手段と、この化学反応によって生じる生成物を含む流体を膨張させて減圧させる手段とからなる反応装置である。
【０００５】
特許文献２においては、さらに、流体蒸気を圧縮して超臨界流体又は亜臨界流体を得る手段と、この超臨界流体又は亜臨界流体を有機物等の被処理材に接触させて化学反応を行わせる手段と、及びこの化学反応によって生じる生成物を含む流体を膨張させて減圧させる手段として、シリンダとこのシリンダに設けられたピストン（圧縮プランジャ）とからなり、このピストン（圧縮プランジャ）を動作させることにより流体蒸気を圧縮し、化学反応の終了後にピストン（圧縮プランジャ）を逆方向に動作させて温度及び圧力を下げ、得られた生成物を含む流体をシリンダ内から取り出して新たな流体蒸気をシリンダ内に吹き込むことにより周期的に動作させる方法、及びその装置が開示されている。
【特許文献１】特公平１−３８５３２号公報
【特許文献２】特開２００２−２６３４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、反応機関の始動時の冷状態時には、シリンダ内や配管内の流体蒸気が凝縮して流体に戻り、この流体が流体蒸気と共にシリンダ内に吸入されたり、シリンダ内で液化した流体蒸気がシリンダ内に溜まり、反応機関の運転始動時の圧縮圧力が極端に高くなり、時にはウォーターハンマーが生じる。反応機関においてこのようなウォーターハンマーが生じると、反応機関の焼付きや破損を招き大変危険を伴うことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、反応機関の運転始動時において、ウォーターハンマーが生じるのを回避し、超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応装置を安全に運転する始動時の制御方法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本発明の超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応装置始動時の制御方法は、シリンダとこのシリンダに設けられた圧縮プランジャとからなり、圧縮プランジャを動作させることによりシリンダ内に導入した被処理材を伴う流体蒸気を圧縮し、この圧縮による被処理材の化学反応が終了した後に圧縮プランジャを逆方向に動作させて流体蒸気の温度及び圧力を下げ、得られた生成物を含む流体をシリンダ内から取り出して新たな流体蒸気をシリンダ内に吹き込むことにより周期的に吸排気行程を行う反応機関において、この反応機関にシリンダ内を非圧縮状態にするためのデコンプ機構を設けてなり、前記反応機関の圧縮運転開始前に前記デコンプ機構によりシリンダ内を非圧縮状態とし十分に配管やシリンダ内等の液体の除去と配管や反応室壁の温度を高める始動制御方法を提供する。また、シリンダ内壁外周部に暖機機構を設け、暖機運転時間を短縮すると共に、圧縮運転の流体蒸気の温度の低下を防止することを特徴とする。
【０００９】
上記した本発明の反応装置始動時の制御方法によれば、反応機関の圧縮運転開始前に反応機関を非圧縮状態で運転することにより、シリンダ内や配管に存在する流体を除去すると共に、前記暖機機構によりシリンダ壁部の温度を高めることができる。これによって、反応機関におけるウォーターハンマーの発生を防止し、より安全に反応機関の運転を行うことが可能となる。
【００１０】
本発明は、前記反応機関において、暖機機構として前記シリンダ壁部の暖機機構として加熱用ヒーターがシリンダ壁面に設けられてなり、この加熱用ヒーターにより強制的にシリンダ壁面を加熱することを特徴とする超臨界流体又は亜臨界流体による有機物質等の反応装置における装置始動時の非圧縮運転時間短縮及び流体蒸気の温度低下を防止する構成を含む。また前記暖機機構として流体蒸気の一部をシリンダ壁面に送り流体蒸気の熱によりシリンダ壁面を加熱する構成としてもよい。
【００１１】
上記の加熱用ヒーターによりシリンダ壁部を加熱して、シリンダ壁部の温度を高めることができる。これにより、冷状態での始動時の暖機運転時間内の短縮とシリンダ壁部と導入する流体蒸気との温度差を小さくすることにより、安定した超臨界又は亜臨界状態を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように本発明の超臨界流体又は亜臨界流体による有機反応物質の反応装置は構成されるので、次のような効果が発揮される。本発明の反応装置は、反応機関にデコンプ機構及びシリンダの暖機機構を設けられているので、前記デコンプ機構により反応機関のシリンダに導入した流体蒸気に対する圧縮運転前に反応機関を非圧縮状態にすると共に、前記暖機機構によりシリンダ壁部の温度を高めることにより、シリンダ壁部と新たに導入される流体蒸気との温度差を効果的に小さくし、反応機関におけるウォーターハンマーの発生を防止できる。このウォーターハンマーの発生防止により、反応装置を安全に運転することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の装置始動時の非圧縮運転時間短縮及び流体蒸気の温度低下防止構成において、その暖機機構として、加熱用ヒーターがシリンダ壁部に設けられていると、適時にかつ迅速に、しかも強制的にシリンダを効果的に加熱し、シリンダ壁温度を制御することが可能となり、これにより、シリンダ壁部と新たに導入される流体蒸気との温度差を効果的に小さくし、安定した超臨界又は亜臨界状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。本発明に係る超臨界流体又は亜臨界流体による有機反応物質等の反応装置１の構成を図１に示した。以下、この反応装置１では超臨界流体又は亜臨界流体を得るための流体として水を使用するが、この流体として、その他に二酸化炭素、亜酸化窒素、フレオン１２、フレオン１３、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、ヘキサン、メタノール、ベンゼン、トルエン、アンモニア、その他多様な物質を選択して使用することも可能である。
【００１５】
反応装置１には、（蒸気発生用ボイラや配管更には反応生成物の液化装置等（いずれも図示していない）以外に、シリンダ３と、シリンダ３に設けられた圧縮プランジャ４等とからなる反応機関２が設けられている。圧縮プランジャ４とは、ピストンを含む広い概念である。  反応機関２において、圧縮プランジャ４を動作させることによりボイラー等からの水蒸気を導入すると共に、この水蒸気を圧縮して超臨界又は亜臨界状態とする。この超臨界又は亜臨界状態の水蒸気を被反応物質に接触させて、被処理材に化学反応を生じさせる。次いで、被処理材における化学反応の終了後に圧縮プランジャ４を逆方向に動作させて蒸気の温度及び圧力を下げて反応を凍結した被処理材の生成物を含む流体蒸気をシリンダ３内から取出し、液化させることにより被処理材を含む液体を取出す。再度、圧縮プランジャ４を前記同様に動作させることにより、新たな蒸気をシリンダ３内に吹き込む。反応機関２においては、このような吸排気行程を行程的に動作させることができる。
【００１６】
圧縮プランジャ４には、その頂部４ａの付近にシール部材４ｂが周設され、シリンダ３の内周面との間の気密性が保たれている。さらに、頂部４ａに対面して反応室５がシリンダ３内の上部に設けられている。また、シリンダ３内の上部にシリンダヘッド１０が設けられており、シリンダヘッド１０の下部には、吸気弁６及び排気弁７が設けられた吸気孔１１及び排気孔１２が形成されている。
【００１７】
吸気弁６及び排気弁７は図示されていないバネにより閉状態に付勢されており、吸気弁６及び排気弁７の開閉は、それぞれ設けられているタペット１４を介して上下方向に上下動するようになっている。
【００１８】
シリンダヘッド１０には、カム軸１５が圧縮プランジャ４が移動する向きと直交する向きに設けられている。カム軸１５には角度が異なる２つのカム１６が軸上に設けられている。カム軸１５が軸回転することにより、各カム１６が各タペット１４とそれぞれ異なるタイミングで当接するようになっている。カム１６が対応する位置のタペット１４と当接することにより、吸気弁６又は排気弁７が開閉される。
【００１９】
カム軸１５は、シリンダヘッド１０の上に取り付けたカム取付台１８によって支持されている。カム軸１５の一端には、プーリー１９がフランジ１７を介して設けられている。プーリー１９にはタイミングベルト２１が設けられており、タイミングベルト２１によってカム軸１５が軸廻りに回転される。
【００２０】
反応機関２は、冷状態始動時において、新たに導入された高温の流体蒸気がシリンダ３の壁部と接触すると、シリンダ３の壁部が低い温度であるために、流体蒸気がシリンダ３の壁部に接触して凝縮して液体に戻り、この凝縮液体が反応機関２におけるシリンダ３の内部に溜まる。また配管途中に凝縮した凝縮液体もシリンダ３内に運び込まれる。この凝縮液体を含む蒸気を圧縮すると、反応機関２のシリンダ内圧は異常に高くなり、時にはウォーターハンマーが生じて、シリンダ３等の破損を招くので大変危険である。
【００２１】
このようなウォーターハンマーの発生に基づく危険を防止するため、支軸２２に支持されているデコンプレバー２１がカム取付台１８に設けられている。デコンプレバー２１が支軸２２の回りに下向きに回動されると、排気弁用タペット１４に圧入したピン２３を介し排気弁を強制的に開状態にするため、シリンダ３の内部を非圧縮状態にすることができる。シリンダ３の内部が非圧縮状態で反応機関２が運転されると、シリンダ３内に溜まった凝縮液体は、導入する蒸気と共にシリンダ３外へ排出される。また導入する水蒸気の熱によりシリンダ３は加熱され蒸気の凝縮が起こり難くなる。これによりウォーターハンマーが発生するのを防止できる。
【００２２】
さらに、シリンダ３には、その外壁部に強制的に加熱するための加熱用ヒーター２４が取り巻き状態で設置されている。前記したように、シリンダ３の内部が非圧縮状態にある状態で、加熱ヒータ２４によりシリンダ３の壁部が加熱されると、シリンダ３の壁部の温度状態と導入される水蒸気の温度状態との差を少なくすることができるので、シリンダ３内での流体蒸気の凝縮が防止できウォーターハンマーの発生を回避すると共に安定した反応処理が可能となる。
【００２３】
上記した運転開始前の初動操作の後に、デコンプレバー２１を元に戻し、反応機関２を通常運転させると、カム軸１５の回転でカム１６がタペット１４を押接することによって、吸気弁６を開放して水蒸気をシリンダ３の反応室５内に導入し、その後プランジャ４が動作して、流体蒸気を圧縮し超臨界又は亜臨界状態とし反応処理を行う。次に圧縮プランジャ４が下降し反応処理を凍結し、排気弁７が開放され被処理材の生成物を含んだ流体蒸気がシリンダ３外に排出される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施するための最良の形態の超臨界流体又は亜臨界流体による有機反応物質等の反応装置における反応機関の部分縦断正面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  反応装置（図示されていない蒸気発生部や配管等を含む全体）
２  反応機関
３  シリンダ
４  圧縮プランジャ
４ａ  頂部
４ｂ  シール部材
５  反応室
６  吸気弁
７  排気弁
１０  シリンダヘッド
１１  吸気孔
１２  排気孔
１４  タペット
１５  カム軸
１６  カム
１７  フランジ
１８  カム軸取付台
１９  プーリー
２０  フランジ
２１  デコンプ機構
２２  支軸
２３  ピン
２４  加熱用ヒーター
【図１】
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