(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界状態または亜臨界状態での水熱反応で使用する耐圧反応装置であって、
内部に円柱状の反応用空間部が形成され、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部を有し、下端部分に反応生成物を排出する排出口が設けられた耐圧反応容器と、
前記円筒部の上部に被反応物を供給する供給管と、
前記円筒部の内側に付着した反応生成物を掻き取るスクレーパーと、
前記円筒部内に一部が臨むように前記耐圧反応容器に設けられ、前記スクレーパーを駆動する可動軸と、
この可動軸を保持する軸保持機構と、
前記可動軸と前記耐圧反応容器との間をシールするシール部材と、
前記可動軸を駆動する駆動機構と、
前記シール部材で一端側が閉塞され、他端側が前記排出口に連通する空間に流体を供給し、前記空間内から前記反応生成物を排出するのを補助する流体供給手段とからなる、
ことを特徴とする耐圧反応装置。
【請求項２】
超臨界状態または亜臨界状態での水熱反応で使用する耐圧反応装置であって、
内部に円柱状の反応用空間部が形成され、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部を有し、下端部分に反応生成物を排出する排出口が設けられた耐圧反応容器と、
前記円筒部の上部に被反応物を供給する供給管と、
前記円筒部の内側に付着した反応生成物を掻き取るスクレーパーと、
前記円筒部内に一部が臨むように前記耐圧反応容器に設けられ、前記スクレーパーを駆動する可動軸と、
この可動軸を保持する軸保持機構と、
前記可動軸と前記耐圧反応容器との間をシールするシール部材と、
前記可動軸を駆動する駆動機構と、
前記シール部材で一端側が閉塞され、他端側が前記排出口に連通する空間に流体を供給し、前記空間内から前記反応生成物を排出するのを補助する第１流体供給手段と、
前記シール部材、前記可動軸に設けた孔を通じて前記円筒部内の下部へ流体を供給し、前記排出口から前記反応生成物を排出するのを補助する第２流体供給手段とからなる、
ことを特徴とする耐圧反応装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の耐圧反応装置において、
前記流体は塩を溶解する流体である、
ことを特徴とする耐圧反応装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の耐圧反応装置において、
前記可動軸に、前記反応生成物を粉砕する粉砕手段、または前記反応生成物を攪拌する攪拌手段、または前記反応生成物を前記排出口に搬送する搬送手段を設けた、
ことを特徴とする耐圧反応装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の耐圧反応装置において、
前記排出口に移送手段を設けた、
ことを特徴とする耐圧反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物分解、エネルギー生成または化学物質製造の目的のための水熱処理を行う水熱処理システムで使用するのに好適な耐圧反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被反応物を水熱処理して酸化分解したり、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処理方法および水熱処理システムは、３０年以上に亘って研究され、利用されてきている。特に近年、３７４℃以上、２２０気圧以上の超臨界状態で、または、例えば３７４℃以上、２５気圧以上２２０気圧未満、あるいは３７４℃未満、２２０気圧以上、あるいは３７４℃未満、２２０気圧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、被反応物と酸化剤を含んだ水とを反応させることにより、燃焼を含む酸化反応（以下、反応と言うことがある。）を生じさせる水熱処理が注目されている。
【０００３】
このように水熱処理して被反応物を酸化分解する場合、酸化剤を含んだ水を加熱、加圧したものと、被反応物を加圧したものとを耐圧反応容器からなる耐圧反応装置へ供給し、反応させる。その結果得られた反応生成物は、灰分分離装置によって灰分を除去した後、常温、常圧に戻して処分するか、または灰分が除去された高温高圧流体が有用エネルギー源として回収される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超臨界状態または亜臨界状態での水熱反応においては、耐圧反応容器内へ被反応物を供給して反応させると、被反応物が塩を含む場合、あるいは反応により生じる塩は温度によって溶解度に変化が生じるため、耐圧反応容器の内側に付着したり、反応生成物である灰分とともに耐圧反応容器下部に堆積する。
耐圧反応容器の内側に付着した塩は、反応の経過に伴って付着量が多くなるとともに部分的に粗大化するため、反応領域が狭くなって反応効率を低下させる原因となる。したがって、定期的にスクレーパー等で塩を掻き取り、耐圧反応容器下部から排出する。
【０００５】
このように耐圧反応容器下部に塩や反応生成物が堆積すると、耐圧反応容器内のスクレーパーを駆動するための可動軸の一部が耐圧反応容器内に臨むように配設されている場合、耐圧反応容器と可動軸との間の空間に塩や反応生成物が浸入することにより、または反応生成物の排出補助手段として供給される冷却水等で溶解して空間に浸入した一部の塩が再び析出することにより、可動軸が回転または回動しなくなったり、耐圧反応容器と可動軸との間に配設されたシール部材を損傷させる。
【０００６】
なお、耐圧反応容器内に一部が臨むように可動軸を配設し、この可動軸に耐圧反応容器内に付着した反応生成物を掻き取るスクレーパーを取り付けた耐圧反応装置が、例えば米国特許第５１００５６０号に記載されているものの、概念だけで具体性に欠けるとともに、耐圧反応容器と可動軸との間に反応生成物が浸入するのを阻止する手段が設けられていない。
【０００７】
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、耐圧反応容器と可動軸との間に塩や反応生成物が浸入するのを阻止あるいは浸入しても容易に排出可能とすることにより、信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスが容易になる耐圧反応装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、超臨界状態または亜臨界状態での水熱反応で使用する耐圧反応装置であって、内部に円柱状の反応用空間部が形成され、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部を有し、下端部分に反応生成物を排出する排出口が設けられた耐圧反応容器と、この耐圧反応容器の円筒部の上部に被反応物を供給する供給管と、耐圧反応容器の円筒部の内側に付着した反応生成物を掻き取るスクレーパーと、円筒部内に一部が臨むように耐圧反応容器に設けられ、スクレーパーを駆動する可動軸と、この可動軸を保持する軸保持機構と、可動軸と耐圧反応容器との間をシールするシール部材と、可動軸を駆動する駆動機構と、シール部材で一端側が閉塞され、他端側が耐圧反応容器の排出口に連通する空間に流体を供給し、空間内から反応生成物を排出するのを補助する流体供給手段とを備えるものである。
また、この発明は、超臨界状態または亜臨界状態での水熱反応で使用する耐圧反応装置であって、内部に円柱状の反応用空間部が形成され、下端部分が漏斗状に中心へ向けて狭まっている円筒部を有し、下端部分に反応生成物を排出する排出口が設けられた耐圧反応容器と、この耐圧反応容器の円筒部の上部に被反応物を供給する供給管と、耐圧反応容器の円筒部の内側に付着した反応生成物を掻き取るスクレーパーと、円筒部内に一部が臨むように耐圧反応容器に設けられ、スクレーパーを駆動する可動軸と、この可動軸を保持する軸保持機構と、可動軸と耐圧反応容器との間をシールするシール部材と、可動軸を駆動する駆動機構と、シール部材で一端側が閉塞され、他端側が耐圧反応容器の排出口に連通する空間に流体を供給し、空間内から反応生成物を排出するのを補助する第１流体供給手段と、シール部材、可動軸に設けた孔を通じて耐圧反応容器の円筒部内の下部へ流体を供給し、耐圧反応容器の排出口から反応生成物を排出するのを補助する第２流体供給手段とを備えるものである。
【０００９】
【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はこの発明の一実施形態である耐圧反応装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００１０】
図１において、１は耐圧反応装置を示し、耐圧反応容器１１と、可動軸４１と、この可動軸４１を耐圧反応容器１１に、例えば回転可能に保持する軸保持機構５１と、可動軸４１を回転させる駆動機構６１と、可動軸４１と密着して耐圧反応容器１１との間をシールするシール部材７１と、可動軸４１に取り付けられた掻き取り手段としてのスクレーパー８１と、流体供給孔２３，２４，２７とで構成されている。
【００１１】
流体供給孔２３，２４，２７には、弁が配設された配管を介して流体、例えば水を加圧して送るポンプが接続されており、それぞれ流体供給手段が構成されている。
なお、流体供給孔２３，２４，２７から供給される流体は、超臨界状態または亜臨界状態での反応が数１００℃になるので、その温度以下であれば冷却効果を発揮できるため、例えば常温の水であってもよい。
また、各流体供給手段のポンプ、配管および弁は図示を省略したが、各流体として水を利用するので、各手段のポンプを１台にして共用したり、弁も１つにして共用する構成にしてもよい。
【００１２】
２は耐圧反応装置１内へ被反応物を供給する供給管を示し、耐圧反応容器１１の上部の中心または中心近傍に軸方向へ向けて配設されている。
【００１３】
耐圧反応容器１１は、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１２と、耐圧反応容器１１の内面を腐食から保護する目的で、円筒部１２の内面に配設されたライナー１４と、円筒部１２が載置される基台１５とで構成されている。
そして、円筒部１２の下部には、円筒部１２のほぼ中心を上下方向へ貫通する円形の孔１３が設けられている。
【００１４】
基台１５は、この実施形態の場合、３層の基台分割部分１６，１７，１８で構成され、いずれの基台分割部材１６，１７，１８にも孔１３と同心で孔１３に連通する孔２１が設けられており、孔２１内に可動軸４１が収容されている。
まず、一番上の基台分割部分１６には、孔１３に連通する反応生成物の排出口２２および反応生成物の排出を補助する流体供給孔２３、および基台１５と可動軸４１との間に形成された空間に流体を供給する流体供給孔２４が設けられている。
【００１５】
また、基台分割部分１６には孔２１と同心の下面が開放した段部２５が周回方向に設けられ、段部２５と上から二番目の基台分割部分１７の上面とが一体となって可動軸４１の外側を周回する凹部を形成し、この凹部に流体供給口２７に連通したシール部材７１が収容されている。
次に、二番目の基台分割部分１７には、孔２１に内側が開放して周回する凹部２８が形成され、この凹部２８にブシュ５２が収容されている。
【００１６】
最後に、一番下の基台分割部分１８には、可動軸４１を駆動するチェーン等が挿入される開口２９と、孔２１に内側が開放して周回する凹部３０とが設けられ、凹部３０にブシュ５３が収容されている。
このように構成された基台１５において、可動軸４１は、前述のブシュ５２，５３および可動軸４１の下面を支持するスラストワッシャ５４とで構成される軸保持機構５１により回転可能に支持されている。
なお、ブシュ５２，５３は、図示を省略するが、基台分割部分１７，１８の肉厚方向、かつブシュ５２，５３の上側をブシュ固定用リング等の嵌め合い構造にする等して着脱可能にする。
【００１７】
また、可動軸４１の上側には、反応生成物を粉砕攪拌するとともに、可動軸４１の中心から外側へ向けて遠心力で反応生成物を押し出し、排出口２２への搬送を補助する粉砕・攪拌・搬送手段としてのフィン４３が放射状に設けられている。
また、図示は省略されているが、可動軸４１の開口２９に対応する高さの位置には、歯車が設けられており、耐圧反応容器１１の外に配置されたモータと、このモータと可動軸４１の歯車とに張架されたチェーン６２とで駆動機構６１が構成されている。
なお、駆動機構６１はオーバートルク時に作動する安全機構を備えている。
【００１８】
さらに、可動軸４１にはノズル４４が設けられ、ノズル４４および可動軸４１の内部に設けられた連通孔４２を介して一端が流体供給孔２７に連通し、供給された流体を放射状に孔１３へ向けて噴出するようになされている。
連通孔４２はシール部材７１を介して流体供給孔２７に連通しているが、シール部材７１は、縦断面が縦長の矩形をした環状に、例えば金属環の外周にテフロン（商標名）等をコーティングした構成とされている。
【００１９】
スクレーパー８１は、耐圧反応容器１１内側の付着物を掻き取るように耐圧反応容器１１の内面に下側から上側へ沿う形状に形成されている。このスクレーパー８１としては、可動軸４１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。
【００２０】
次に、動作について説明する。
上記のように構成した耐圧反応装置１内へ供給管２から被反応物を供給すると、耐圧反応容器１１内で被反応物は反応し、反応生成物は孔１３を通して排出口２２から排出される。
運転を継続すると、耐圧反応装置１の稼働時間の経過に伴って耐圧反応容器１１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、下方に塩や反応生成物が堆積するので、耐圧反応装置１の稼働とともに駆動機構６１を作動させる。可動軸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８１で耐圧反応容器１１の内側に付着した塩が掻き落とされ、回転する可動軸４１のフィン４３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２２へ向けて搬送される。
【００２１】
また、流体供給孔２３へ水を供給すると、供給された水は反応生成物を排出口２２へと搬送して、より排出し易くする。
さらに、流体供給孔２７へ水を供給すると、ノズル４４から孔１３へ向けて噴出される水は、堆積した反応生成物がブリッジを組むことを阻止し、排出口２２への搬送を補助して排出する。
このように流体供給孔２３，２７へ水を供給すると、堆積していた塩の一部が溶解したり、塩や反応生成物がスラリー化したり、溶解しないまでも粒体状、粉体状の塩や反応生成物が流動化する。
【００２２】
そこで、流体供給孔２４へ水を供給すると、基台１５の孔２１と可動軸４１との間に形成された、一端がシール部材７１で閉塞された空間を水が下側から上側へ上昇して排出口２２へと流出する。
これにより、この空間に塩が溶解した水やスラリー化した、あるいは粒体状、粉体状の塩や反応生成物が浸入するのを阻止することができる。また、浸入しても容易に排出が行われるとともに、塩が析出しても、流体供給孔２４からの水で再度溶解させて排出することが可能となる。
【００２３】
したがって、耐圧反応容器１１と可動軸４１との間の空間に塩や反応生成物が浸入しなくなることにより、また、浸入しても容易に排出できることにより、さらには浸入して析出しても再溶解できることにより、可動軸４１を安定して回転させることができ、シール部材７１が損傷しなくなるので、シール部材７１の信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
【００２４】
また、流体供給孔２３，２７から流体を供給する構成にしたので、耐圧反応容器１１下部に堆積する塩や反応生成物を効率よく排出することができる。
したがって、この点からも、信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
さらに、流体供給孔２４，２７から耐圧反応容器１１内の温度より低い温度の流体を供給することにより、可動軸４１およびシール部材７１を冷却することができるので、信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
【００２５】
また、流体供給孔２７からシール部材７１を介して連通孔４２へ流体を供給し、流体通路側にシール部材７１の凹部が面するようにシール部材７１を配置する構造としたため、流体の圧力でシール部材７１の凹部が広がってシール性が向上するので、シール部材７１の信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
さらに、可動軸４１に粉砕・攪拌・搬送手段としてのフィン４３を設けたので、塩や反応生成物を攪拌しながら粉砕し搬送することができる。
したがって、排出口２２から確実に塩や反応生成物を排出させることができるので、この点からも、信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
【００２６】
上記した実施形態では、流体供給孔２３，２４，２７へ供給する流体を水としたが、その量は塩を全部溶解して排出したり、塩を部分的に溶解してスラリー状で排出したり、掻き落とした粒体状あるいは粉体状の塩を押し流す補助をする量のいずれでもよい。
また、シール部材７１で一端側が閉塞され、他端側が耐圧反応容器１１内に連通する空間へ流体供給孔２４から流体を供給し排出口２２へ排出させたが、空間に連通する排出口２２と別の排出口を基台１５に設け、この排出口から流体を排出させてもよい。
【００２７】
さらに、基台１５を円筒部１２の下側に設けたが、基台１５を円筒部１２の上側に設けてもよい。この場合は、排出口２２や排出補助用の流体供給孔２３は別途下側に設ける。
そして、可動軸４１は回転することで説明したが、可動軸４１を正逆方向に回動させたり、上下動させたり、可動軸４１を回転または回動させながら、例えばカム機構を利用して上下動させたり、またはバイブレータを利用して振動させてもよい。
【００２８】
また、粉砕手段および攪拌手段および搬送手段としてフィン４３を可動軸４１に設けたが、同様に機能する他の構成を有する手段のいずれか１つ以上を設けてもよい。
さらに、排出口２２にスクリューなどからなる移送手段を配設すると、塩や反応生成物をさらに効率よく排出口２２から排出することができる。
なお、上記の反応生成物とは被反応物にもともと含まれる灰分等の無機固形物を含むものであることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、耐圧反応容器と可動軸との間に形成された空間に流体供給手段（第１流体供給手段）で流体を供給して空間に塩や反応生成物が浸入するのを阻止あるいは空間から塩や反応生成物を容易に排出可能としたので、シール部材が損傷しなくなるため、シール部材の信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
そして、流体を、塩を溶解する流体としたので、耐圧反応容器と可動軸との間に塩が溶解した水が浸入し、塩が析出しても再溶解させて排出することができる。
【００３０】
さらに、流体供給手段から耐圧反応容器内の温度より低い温度の流体を供給することにより、可動軸およびシール部材を冷却することができるので、信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
また、可動軸に設けた粉砕手段、攪拌手段、または搬送手段により、耐圧反応容器の円筒部の内側から掻き取った反応生成物を粉砕または攪拌して効率よく排出できる。
【００３１】
また、排出口に設けた移送手段で反応生成物を搬送して効率よく排出できる。
また、第２流体供給手段から供給する流体で耐圧反応容器の円筒部内の下部に堆積する塩や反応生成物を効率よく排出できるので、この点からも、信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
また、第２流体供給手段で耐圧反応容器の円筒部内の下部へ流体を供給することにより、流体の圧力でシール部材が広がってシール性が向上するので、シール部材の信頼性が向上し、安定した運転を行うことができ、メンテナンスも容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である耐圧反応装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１          耐圧反応装置
２          供給管
１１        耐圧反応容器
１２        円筒部
１３        孔
１４        ライナー
１５        基台
１６〜１８  基台分割部分
２１        孔
２２        排出口
２３，２４  流体供給孔
２５        段部
２７        流体供給孔
２８，３０  凹部
２９        開口
４１        可動軸
４２        連通孔
４３        フィン
４４        ノズル
５１        軸保持機構
６１        駆動機構
７１        シール部材
８１        スクレーパー
【図１】
0003921002.tif 000002