JP4659387B2 - 超臨界水又は亜臨界水の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力が２２ＭＰａ以上で温度が３７４℃以上の超臨界条件にして成る超臨界水、又はこの超臨界水に近い状態の亜臨界水を製造する方法と、その装置とに関するものである。

内燃機関における排気ガスのクリーン化を図るために、その燃焼室に、超臨界水又は亜臨界水を供給することが行われており、また、ダイオキシン等の有害物質を分解することに、超臨界水又は亜臨界水を使用することが行われている。

この場合、従来は、例えば、特許文献１及び特許文献２等に記載されているように、原料水を、ポンプ等の加圧手段にて所定の圧力まで加圧したのち、集光した大陽光、内燃機関からの排気ガス等を熱源として、所定の温度に間接的に加熱することによって、超臨界水又は亜臨界水に状態変化するように構成していることが良く知られている。
特開２０００−２６３６３４号公報 特開２００３−１４８２５４号公報

しかし、従来は、前記特許文献１及び２に記載されているように、前記加圧箇所を経て前記加熱箇所において間接的に加熱することで製造した超臨界水又は亜臨界水に状態変化したものを、そのまま、当該超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所に送り出すようにしている。

このために、前記超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所において、当該超臨界水又は亜臨界水の使用量に変動があると、この変動がそのまま、常温の原料水から超臨界水又は亜臨界水に状態変化させなければならなくなり、圧力及び温度の変化が瞬時に系全体に及ぶことになるから、原料水を所定の超臨界水又は亜臨界水にする状態を、一定に維持するようにコントロールすることがきわめて困難であり、超臨界水又は亜臨界水を安定して製造することができないという問題があった。本発明は、この問題を解消した製造方法と装置とを提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の製造方法は、
「原料水を加圧手段で所定の圧力に加圧し、次いで、加熱手段で所定の温度に間接加熱するようにした超臨界水又は亜臨界水の製造方法において、
前記加熱手段からの超臨界水又は亜臨界水のうち一部を前記超臨界水又は亜臨界水の使用箇所へ取り出し、残りの前記超臨界水又は亜臨界水を前記加圧手段に戻す。」
ことを特徴としている。

次に、本発明の製造装置は、
「原料水を所定の圧力に加圧する加圧手段と、この加圧手段で加圧した原料水を所定の温度に間接加熱する加熱手段とを備えて成る超臨界水又は亜臨界水の製造装置において、
前記加熱手段からの超臨界水又は亜臨界水を前記加圧手段に戻すようにした戻し循環管路を設けて、前記加熱手段と前記加圧手段との間を循環経路に構成し、更に、前記加熱手段から前記加圧手段に至る超臨界水又は亜臨界水の一部を前記戻し循環管路から前記超臨界水又は亜臨界水の使用箇所へ取り出すようにした取出管路と、原料水を前記加圧手段に供給するようにした供給管路とを備えている。」
ことを特徴としている。

前記した方法によると、原料水は、加圧手段と加熱手段との間を循環する間に超臨界水又は亜臨界水に状態変化し、そして、この超臨界水又は亜臨界水の一部が取り出されてその使用箇所に供給される。

つまり、所定の使用箇所に供給される超臨界水又は亜臨界水は、加圧手段と加熱手段との間を循環する超臨界水又は亜臨界水の一部であることにより、この超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所における使用量の変動が、原料水を超臨界水又は亜臨界水に状態変化する箇所に圧力及び温度の変化として及ぶことを確実に低減できるから、原料水を所定の超臨界水又は亜臨界水にする状態を、一定に維持するようにコントロールすることが容易になり、超臨界水又は亜臨界水を安定して製造することができる。

特に、製造装置において、請求項４に記載したように、バッファタンクを設けることにより、循環経路に保有される超臨界水又は亜臨界水の量が多くなるから、超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所における使用量の変動が、原料水を超臨界水又は亜臨界水にする箇所に圧力及び温度の変化として及ぶことを更に確実に低減できて、前記した効果を、より助長できる。

また、製造装置において、請求項５に記載したように、前記戻し循環管路のうち前記取出管路と前記供給管路との間に、前記加熱手段から加圧手段への方向にのみ開くようにした逆止弁を設けることにより、前記供給管路から供給した原料水が、前記取出管路から取り出される超臨界水又は亜臨界水に混ざることを前記逆止弁にて確実に阻止できるから、超臨界水又は亜臨界水の製造を確実に達成できる。

更にまた、製造装置において、請求項６に記載したように、前記循環経路のうち前記加圧手段から前記加熱手段に至る部位に、この方向にのみ開くようにした逆止弁を設けることにより、前記加熱手段において状態変化した超臨界水又は亜臨界水がこの加熱手段から前記加圧手段への方向に逆流することを前記逆止弁にて確実に阻止できるから、正規の流れ方向への循環を確保できる利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、図１の図面について説明する。

この図において、符号１は、加圧手段としての加圧ポンプを、符号２は、加熱手段としての間接熱交換式の加熱器を各々示す。

前記加圧ポンプ１の吐出側と前記加熱器２の入り口側との間を行き循環管路３を介して接続する一方、前記加熱器２の出口側と前記加圧ポンプ１の吸い込み側との間を戻し循環管路４を介して接続することにより、前記加圧ポンプ１で２２ＭＰａ以上の圧力に加圧した原料水を行き循環管路３を介して前記加熱器２に送り、ここで、例えば、集めた太陽光、又は、内燃機関における排気ガス等を熱源として、３７４℃以上の温度に間接加熱して超臨界水又は亜臨界水にし、次いで、前記加熱器２の出口側からの超臨界水又は亜臨界水を、戻し循環管路４を介して前記加圧ポンプ１に吸い込ませるというように、前記加圧ポンプ１と、前記加熱器２との間を原料水の循環経路に構成する。

前記循環経路のうち前記加圧ポンプ１から前記加熱器２に至る前記行き循環管路３の途中には、この方向にのみ開くようにした第１逆止弁５が設けられている。

一方、前記循環経路のうち前記加熱器２から前記加圧ポンプ１に至る前記戻し循環管路４の途中には、この方向にのみ開くようにした第２逆止弁６が設けられている。

また、前記戻し循環管路４には、前記第２逆止弁６よりも上流側の部位に、適宜内容積のバッファタンク７を備えているほか、超臨界水又は亜臨界水の取出管路８を備えている。

この取出管路８は、その途中に開閉弁９を備え、図示のように、前記バッファタンク７に接続するという構成にするか、或いは、前記戻し循環管路４に直接接続するという構成にしても良い。

次に、符号１０は、原料水を入れたタンクを示し、このタンク１０内の原料水を管路１１を介して供給ポンプ１２にてくみ出し、この供給ポンプ１２において、前記した２２ＭＰａ以上の圧力、又は、これに近い圧力に加圧するようにしている。

前記供給ポンプ１２の吐出側からの管路は、前記戻し循環管路４のうち前記第２逆止弁６よりも下流側の部位への供給管路１３と、前記タンク１０内への戻り管路１４とに分岐されており、前記供給管路１３の途中には、前記戻し循環管路４への方向にのみ開くようにした逆止弁１５が設けられている一方、前記戻り管路１４の途中には、流量制御弁１６が設けられている。

前記流量制御弁１６は、前記戻し循環管路４のうち前記第２逆止弁６よりも上流側の部位に位置する圧力センサー１７に関連し、前記圧力センサー１７の箇所における圧力が前記した２２ＭＰａに近づくように下がると、これに運動して閉じるように構成されており、この流量制御弁１６の閉により、前記供給管路１３内の圧力が高くなるから、前記戻し循環管路４に対して、原料水が、当該戻し循環管路４における圧力が下がった分だけ供給されるという構成になっている。

なお、戻し循環管路４には、安全弁１８が設けられている。この安全弁１８は、前記循環経路内における圧力が異常に高くなった場合に、この圧力で自動的に開いて超臨界水又は亜臨界水を大気中に放出し圧力を下げることにより、前記加圧ポンプ１、加熱器２及び循環管路３，４の全体を含む循環経路の全体の破損を回避するという働きを成す。

この構成において、前記加圧ポンプ１における吸い込み側に供給管路１３から供給された原料水は、前記加圧ポンプ１において、２２ＭＰａ以上の圧力に加圧したのち、行き循環管路３を介して加熱器２に送られる。

次いで、この加熱器２において、３７４℃以上の温度になるように間接加熱されることにより、超臨界水又は亜臨界水に状態変化する。

このようにして状態変化した超臨界水又は亜臨界水は、バッファタンク７内に一時的に溜められ、その一部が、取出管路８から当該超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所に送出される一方、残りの超臨界水又は亜臨界水は、戻し循環管路４を介して前記加圧ポンプ１に戻り、この加圧ポンプ１から前記加熱器２に送られるという循環を行う。

つまり、原料水は、加圧ポンプ１と加熱器２との間を循環する間に超臨界水又は亜臨界水に状態変化し、そして、この超臨界水又は亜臨界水の一部が取り出されてその使用箇所に供給されるもので、所定の使用箇所に供給される超臨界水又は亜臨界水は、加圧ポンプ１と加熱器２との間を循環する超臨界水又は亜臨界水の一部であることにより、この超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所における使用量の変動が、原料水を超臨界水又は亜臨界水に状態変化する箇所に圧力及び温度の変化として及ぶことを確実に低減できる。

この場合において、前記超臨界水又は亜臨界水の加圧ポンプ１への戻し循環管路４にバッファタンク７を設けることにより、循環経路に保有される超臨界水又は亜臨界水の量が多くなるから、超臨界水又は亜臨界水を使用する箇所における使用量の変動が、原料水を超臨界水又は亜臨界水にする箇所に圧力及び温度の変化として及ぶことを更に確実に低減できる。

また、前記戻し循環管路４には、当該戻し循環管路４に対する原料水の供給管路１３の接続箇所よりも上流側の部位に、前記加熱器２から加圧ポンプ１への方向のみに開くようにした第２逆止弁６が設けられていることにより、前記供給管路１３から供給した原料水が、前記取出管路８から取り出される超臨界水又は亜臨界水に混ざることを確実に阻止できる。

更にまた、前記循環経路のうち加圧ポンプ１から加熱器２への行き循環管路３には、この方向にのみ開くようにした第１逆止弁５が設けられていることにより、前記加熱器２において状態変化した超臨界水又は亜臨界水がこの加熱器２から前記加圧ポンプ１への方向に逆流することを確実に阻止できる。

これに加えて、前記供給管路１３には、前記戻し循環管路４への方向にのみ開くようにした逆止弁１５が設けられていることにより、前記戻し循環管路４における超臨界水又は亜臨界水が、この供給管路１３の上流側に逆流することを確実に阻止できる。

本発明の実施の形態を示すフローシートである。

１ 加圧手段としての加圧ポンプ
２ 加熱手段としての加熱器
３ 行き循環管路
４ 戻し循環管路
５ 第１逆止弁
６ 第２逆止弁
７ バッファタンク
８ 超臨界水又は亜臨界水の取出管路
１０ 原料水タンク
１２ 原料水の供給ポンプ
１３ 原料水の供給管路

Claims (6)

1. 原料水を加圧手段で所定の圧力に加圧し、次いで、加熱手段で所定の温度に間接加熱するようにした超臨界水又は亜臨界水の製造方法において、
   前記加熱手段からの超臨界水又は亜臨界水のうち一部を前記超臨界水又は亜臨界水の使用箇所へ取り出し、残りの前記超臨界水又は亜臨界水を前記加圧手段に戻すことを特徴とする超臨界水又は亜臨界水の製造方法。
2. 前記請求項１の記載において、前記加圧手段には、当該加圧手段に戻す前記超臨界水又は亜臨界水の圧力が下がった分だけ原料水が供給されることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水の製造方法。
3. 原料水を所定の圧力に加圧する加圧手段と、この加圧手段で加圧した原料水を所定の温度に間接加熱する加熱手段とを備えて成る超臨界水又は亜臨界水の製造装置において、
   前記加熱手段からの超臨界水又は亜臨界水を前記加圧手段に戻すようにした戻し循環管路を設けて、前記加熱手段と前記加圧手段との間を循環経路に構成し、更に、前記加熱手段から前記加圧手段に至る超臨界水又は亜臨界水の一部を前記戻し循環管路から前記超臨界水又は亜臨界水の使用箇所へ取り出すようにした取出管路と、原料水を前記加圧手段に供給するようにした供給管路とを備えていることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水の製造装置。
4. 前記請求項３の記載において、前記戻し循環管路に前記加熱手段からの超臨界水又は亜臨界水を一時溜めるようにしたバッファタンクを設けることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水の製造装置。
5. 前記請求項３又は４の記載において、前記戻し循環経路の途中に、前記加熱手段から加圧手段への方向にのみ開くようにした逆止弁を設け、前記戻し循環経路のうち前記逆止弁よりも上流側の部位に前記取出管路を備え、前記戻し循環経路のうち前記逆止弁よりも下流側の部位に前記供給管路を備えていることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水の製造装置。
6. 前記請求項３、４又は５のいずれかの記載において、前記循環経路のうち前記加圧手段から前記加熱手段に至る部位に、この方向のみに開くようにした逆止弁を設けることを特徴とする超臨界水又は亜臨界水の製造装置。

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