(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-16
(45)【発行日】2023-03-27
(54)【発明の名称】粒子を有する流体物の分解方法
(51)【国際特許分類】
B01J 19/24 20060101AFI20230317BHJP
H05B 6/10 20060101ALI20230317BHJP
B01J 19/00 20060101ALI20230317BHJP
【ＦＩ】
B01J19/24 Z
H05B6/10 371
B01J19/00 301A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021577530
(86)(22)【出願日】2020-06-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-09
(86)【国際出願番号】 US2020039259
(87)【国際公開番号】W WO2020263905
(87)【国際公開日】2020-12-30
【審査請求日】2021-12-24
(31)【優先権主張番号】62/865,620
(32)【優先日】2019-06-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521566092
【氏名又は名称】ディーエイチエフ アメリカ，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】平山 鋼太郎
(72)【発明者】
【氏名】梅田 勇
(72)【発明者】
【氏名】木村 壮次郎
【審査官】小久保 勝伊
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－０９４４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０８１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２３３３２７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０６６５４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－１００９２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／００６３２７１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ ３／００－３／０８、１９／０－１９／３２
Ｈ０５Ｂ ６／１０
Ｂ０９Ｂ ３／４５、Ｃ０８Ｊ１１／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の粒子（１１２）を有する流体物（１１０）を分解する方法であって、前記方法は、
第１加熱誘導コイル（１３４）によって流体物（１１０）が、少なくとも１つの金属パイプ（１２４）が流体物（１１０）の流路として機能するように、少なくとも１つの前記金属パイプ（１２４）から形成された第１加熱領域を有する温度上昇部（１３８）を流体物（１１０）が流れる間、前記流体物（１１０）を第１所定温度で誘導加熱し、
第２の加熱誘導コイル（１３６）によって前記流体物（１１０）が、少なくとも１つの金属パイプ（１２４）が前記流体物（１１０）の流路として機能するように少なくとも１つの前記金属パイプ（１２４）から形成された第２加熱領域を有する温度保持部（１４０）を流れる間、該温度保持部（１４０）を第２誘導コイル（１３６）で誘導加熱して、前記流体物（１１０）を所定反応時間概略第１所定温度で保持し、
前記温度上昇部（１３８）内の少なくとも１つの前記金属パイプ（１２４）、及び前記温度保持部（１４０）内と、前記温度上昇部（１３８）と前記温度保持部（１４０）の間との、少なくとも１つの前記金属パイプ（１２４）、のうちの少なくとも１つ内に内部乱流を発生させるように構成した少なくとも１つの曲げ領域（１４２）を有し、
複数の粒子（１１２）を有する流体物（１１０）を前記温度上昇部（１３８）と前記温度保持部（１４０）に所定反応時間流して分解することを特徴とする分解方法。
【請求項2】
複数の粒子（１１２）を有する流体物（１１０）の前記温度上昇部（１３８）と前記温度保持部（１４０）での流速を脈動させることを特徴とする請求項１に記載の分解方法。
【請求項3】
前記温度上昇部（１３８）と前記温度保持部（１４０）の少なくとも１つに、エルボーレス部のある少なくとも１つの曲げ領域（１４２）を有することを特徴とする請求項１に記載の分解方法。
【請求項4】
さらに、少なくとも１つの金属パイプ（１２４）の内径より大きく、かつ前記温度上昇部（１３８）と前記温度保持部（１４０）の少なくとも１つにある金属パイプ（１２４）の内径（１２４）より３倍まで大きい曲げ直径である少なくとも１つの曲げ領域（１４２）を有することを特徴とする請求項３に記載の分解方法。
【請求項5】
前記第１所定温度を１００～３５０℃の間に設定することを特徴とする請求項１に記載の分解方法。
【請求項6】
前記温度上昇部（１３８）にある少なくとも１つの金属パイプ（１２４）を、前記温度保持部（１４０）にある少なくとも１つの金属パイプ（１２４）よりも低い位置に配置することを特徴とする請求項１に記載の分解方法。
【請求項7】
少なくとも１つの曲げ領域（１４２）は、前記温度上昇部（１３８）と前記温度保持部（１４０）の少なくとも１つに、第１曲線部（１４２Ａ）、第２曲線部（１４２Ｂ）および直線部（１４２Ｃ）を有することを特徴とする請求項１に記載の分解方法。
【請求項8】
少なくとも一つの曲げ領域（１４２）のそれぞれに、前記第１曲線部（１４２Ａ）と前記第２曲線部（１４２Ｂ）の間に、直線部（１４２Ｃ）を配置することを特徴とする請求項７に記載の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は分解反応の反応器に係り、より詳しくは反応器を通過する間に水性懸濁液を加熱及び加圧するための分解反応器に関する。
【背景技術】
【0002】
既存の分解反応器は、粒子を有する水溶液を１つ以上の化学反応で分解して処理生成物とするために使用される。ある場合には、水溶液の粒子は、繊維（例えば、綿）粒子のような生物物質、または場合によっては、プラスチック粒子などの有機物である。稼働中、分解反応器内の水溶液は、水溶液中の生物物質および／または有機物に化学反応を起こさせるために反応容器中で攪拌、加熱される。分解反応器は、水溶液中で生物物質および／または有機物の化学反応により処理生成物を生成する。
【0003】
既存の分解反応器の欠点は、水溶液の反応レベルが、粒子の化学反応をコントロールするのに一貫していないことである。具体的に、図１に、既存の化学反応器を用いた水溶液の反応レベル１２の代表的な図１０を示している。図１において、Ｘ軸は水溶液の反応レベル１２を表し、Ｙ軸は水溶液の反応量１４を表している。
【0004】
例えば、反応レベル１２は、粒子を有する水溶液中で起こる化学反応（処理生成物に変わる）の進行度であり、反応量１４は、粒子を有する水溶液の容量または重量である。図１に示すように、水溶液の反応レベル１２は、反応量１４に対して一定でない。
【0005】
既存の分解反応器のもう１つの欠点は、点１６での最適反応レベルまたは反応量を正確に決定するのに時間がかかり、それにより運転経費が大きくなることである。より具体的には、既存の分解反応器を用いて達成することができる水溶液の所望反応レベルおよび／または反応量を表す点１６が最適反応レベルおよび／または反応量であるが、点１８で不十分な反応レベルまたは点２０で過剰反応レベルも分解中に起こり得る。
【0006】
徐々に上昇または下降するスロープ上にある点１８および２０でのこのような望ましくない反応レベルおよび／または反応量は、水溶液の最適な反応量および／またはレベルを決定するのを難しくしている。水溶液の適切な分解は、最適な反応量および／またはレベルを正確に決定しなければ達成できないことがある。
【0007】
このように、既存の分解反応器の１つ以上の上述した欠点を克服できる分解反応器を開発する必要がある。
【発明の概要】
【0008】
本発明の１つの実施形態において、複数の粒子を有する流体物を分解する方法を開示する。この方法は、流体物が、少なくとも１つの金属パイプの中空部が流体物の流路として機能するように、少なくとも１つの金属パイプから形成された第１加熱領域を有する温度上昇部を流れるとき、第１加熱領域を囲む第１加熱誘導コイルによって流体物を第１所定温度で誘導加熱することと、流体物（１１０）が少なくとも１つの金属パイプ（１２４）の中空部が流体物（１１０）の流路として機能するように少なくとも１つの金属パイプ（１２４）から形成された第２加熱領域を有する温度保持部（１４０）を流れるとき、温度保持部（１４０）を第２加熱領域を囲む第２誘導コイル（１３６）で誘導加熱して、流体物（１１０）を所定反応時間概略第１所定温度で保持することと、そして、複数の粒子を有する流体物を、温度上昇部と温度保持部に所定反応時間流して分解すること、からなっている。
【0009】
１つの例で、この方法は、さらに、第１加熱領域を囲む第１加熱誘導コイルに第１所定電力を印加し、第２加熱領域を囲む第２加熱誘導コイルに第２所定電翼を印加する方法を含んでいる。１つの変形として、この方法は、第１所定電力より低い第２所定電力を選択する方法を含んでいる。
【0010】
別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部内の少なくとも１つの金属パイプと、温度保持部内の少なくとも１つの金属パイプとを、温度上昇部と温度保持部の間でシームレスに接続することを含んでいる。変形例として、この方法は、温度上昇部内と温度保持部内の少なくとも一方に少なくとも１つのシームレス曲げ領域を有していることを含んでいる。
【0011】
さらに別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプの中空部に取付けたスタティックミキサーで、複数の粒子を有する流体物を送ることを含んでいる。変形例として、この方法は、少なくとも１つの金属パイプの中空部に取り付けたスタティックミキサーとしてスクリューフィーダーを用いることを含んでいる。
【0012】
さらに別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部と温度保持部の少なくとも１つにある金属パイプ内の複数の粒子を有する流体物の流速を脈動させ、少なくとも１つの金属パイプ中で複数の粒子が沈降するのを避けることを含んでいる。
【0013】
さらに別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部にエルボーレス部がある少なくとも１つのシームレス曲げ領域を有するようにしている。１つの変形で、この方法は、さらに、少なくとも１つの金属パイプの内径より大きく、かつ温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプの内径より３倍まで大きい曲げ直径の少なくとも１つのシームレス曲げ領域を有すようにしている。
【0014】
さらなる例で、この方法は、温度保持部にエルボーレス部を有する少なくとも１つのシームレス曲げ領域を有するようにしている。１つの変形で、この方法は、少なくとも１つの金属パイプの内径より大きく、かつ温度保持部にある少なくとも１つの金属パイプの内径より最大３倍大きい曲げ直径を有する少なくとも１つのシームレス曲げ領域を有するようにしている。
【0015】
さらに１つの例で、この方法は、さらに、高周波電源装置を用いて第１加熱誘導コイルを駆動して、温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプの温度を第１所定温度迄上げるように構成している。１つの変形で、この方法は、さらに、高周波電源装置を用いて第２加熱誘導コイルを駆動して、温度保持部にある少なくとも１つの金属パイプの温度を第１所定温度よりも高い第２所定温度迄上昇させる構成である。
【0016】
さらに１つの例で、この方法は、さらに、第１所定温度を１００～３５０℃に設定することを含んでいる。
【0017】
さらなる例で、この方法は、さらに、複数の粒子の物質のタイプに依って所定反応時間を変えることを含んでいる。１つの変形で、この方法は、さらに、複数の粒子の物質タイプとして少なくとも生物物質および有機物からの１つであることを含んでいる。さらなる例で、この方法は、さらに、温度上昇部と温度保持部の少なくとも１つにある少なくとも１つの金属パイプの長さを、所定反応時間に基づいて決定することを含んでいる。別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部と関連した第１冷媒通路を用いて第１加熱誘導コイルを冷却する方法を含んでいる。
【0018】
さらに別の例で、この方法は、さらに、温度保持部に関連した第２冷媒通路を用いて第２加熱誘導コイルを冷却する方法を含んでいる。
【0019】
さらに別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプを、水平面に対して所定角度で配置することを含んでいる。
【0020】
さらに別の例で、この方法は、さらに、温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプを、温度保持部にある少なくとも１つの金属パイプよりも低い位置にすることを含んでいる。
【0021】
さらなる例で、この方法は、さらに、温度上昇部と温度保持部の少なくとも１つに、第１曲線部、第２曲線部および直線部があるシームレス曲げ領域を少なくとも１つ有することを含んでいる。１つの変形で、この方法は、さらに第１曲線部と第２曲線部との間に直線部を有することを含んでいる。
【0022】
本発明の別の実施形態で、複数の粒子を有する流体物を分解するシステムを開示している。このシステムは、コントローラが、少なくとも１つの金属パイプの中空部が流体物の流路として機能するように少なくとも１つの金属パイプに形成された第１加熱領域をもつ温度上昇部を流れるとき、流体物を第１加熱誘導コイルにより第１所定温度で誘導加熱するように構成した誘導加熱アセンブリに連通して接続されている。このコントローラは、誘導加熱アセンブリに対し、少なくとも１つの金属パイプの中空部が流体物の流路として機能するように少なくとも１つの金属パイプから形成された第２加熱領域をもつ温度保持部を流れるとき、温度保持部を第２誘導コイルで誘導加熱して、流体物を所定反応時間、概略第１所定温度で保持するように指示する構成である。このコントローラは、誘導加熱アッセンブリに対し、複数の粒子を有する流体物を、温度上昇部と温度保持部に所定反応時間流して分解する指示を出す構成である。
【0023】
１つの例で、コントローラは、電源に対し、第１加熱領域を囲む第１加熱誘導コイルに第１所定電力を印加し、第２加熱領域を囲む第２加熱誘導コイルに第２所定電力を印加するように指示する構成である。１つの変形で、コントローラは、第２所定電力が第１所定電力より低く選択する構成である。
【0024】
別の例で、コントローラは、ポンプに対し、温度上昇部と温度保持部の少なくとも１つで流体物の流速が変化するようにポンプ出力を脈動するよう指示する構成である。
【0025】
さらに別の例で、このシステムは、温度上昇部と温度保持部の少なくとも１つにエルボーレス部のあるシームレス曲げ領域を有している。１つの変形で、少なくとも１つのシームレス領域は、少なくとも１つの金属パイプの内径より大きく、かつ温度上昇部と温度保持部の少なくとも１つにある金属パイプの内径より３倍まで大きい曲げ直径を有している。
【0026】
さらに別の例で、コントローラは、第１所定温度を１００～３５０℃に設定する構成である。
【0027】
さらに別の例で、温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプは、水平面に対して所定角度に位置している。
【0028】
さらなる例で、温度上昇部にある少なくとも１つの金属パイプは、温度保持部にある少なくとも１つの金属パイプよりも低い位置にしている。
【0029】
さらなる例で、第１曲線部、第２曲線部および直線部を有する少なくとも１つのシームレス曲げ領域は、温度上昇部と温度保持部のうちの少なくとも１つにある。１つの変形で、直線部が第１曲線部と第２曲線部との間に配置している。
【0030】
ここに開示した方法、システム、および装置は、種々の側面を達成するためのあらゆる手段で実施することができる。その他特徴は、添付の図面と以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0031】
実施例は、代表で示しており、添付図面の図に制限するものではない。ここで、参照番号は類似した要素を示している。
【0032】
【図1】既存の化学反応器を用いての粒子を有する水溶液の反応レベルおよび反応量の代表的なグラフを示している。
【0033】
【図2】本発明の実施形態に対応した誘導加熱アセンブリを有する代表的分解システムの概略図である。
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
本実施形態の他の特徴は、添付図面および以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0041】
本発明の実施形態を、添付図面を参照して以下にその詳細を説明する。
【0042】
図２は、本発明の実施形態の誘導加熱アセンブリ１０２を有する代表的分解システム１００を示している。図示した実施形態で、分解システム１００は、原料供給ゾーン１０４、加熱処理ゾーン１０６、及び処理生成物取出しゾーン１０８を有している。分解システム１００は、複数の粒子１１２を有する水溶液１１０を処理生成物１１４に変換する分解処理を行い、その後に取出しを行う処理生成物取出しゾーン１０８に保存する。
【0043】
代表的な粒子１１２は、生物物質および／または有機物である。１つ例で、生物物質は、綿、わら、トウモロコシ、ピーナッツ副産物等の農業廃棄物があり、有機物は、樹脂、プラスチック、ポリマー、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等である。無機物などの他の適切な物質も、適用に合わせて粒子１１２として含めることができる。
【0044】
その他の代表的な粒子１１２は、種々の繊維物であってもよい。１つの例で、繊維物は、プラスチック系繊維、セルロース系繊維、および／またはタンパク質系繊維などである。例えば、プラスチック系繊維は、ポリエステル、ナイロン、アクリル、エラスタン繊維、綿、ビスコース、リヨセル、および靭皮繊維（例えば、リネン、麻、またはジュート材）を含むセルロース系繊維、およびウールおよびシルク繊維を含むタンパク質系繊維である。
【0045】
それぞれのゾーン１０４、１０６、１０８は、図２に示す順に配置し、水溶液１１０をそれぞれ連続的に流して、誘導加熱アセンブリ１０２で処理する。例えば、水溶液１１０は、誘導加熱アセンブリ１０２にあるパイプ本体１１６の中空部を通して注入する。１つの実施形態で、パイプ体１１６は、ステンレス鋼のような任意の適切な金属材料で作成される。
【0046】
図２で、原料供給ゾーン１０４は、誘導加熱アセンブリ１０２で処理される水溶液１１０を適量貯蔵するタンク１１８を有している。金属パイプ（例えば、ステンレス鋼）で作成された注入路１２０は、一端をタンク１１８に接続し、他端を誘導加熱アセンブリ１０２に接続する。タンク１１８の典型的な例は、タンク容量が１０００リットル（Ｌ）、排出圧力が０．１メガパスカル（ＭＰａ）、および流速が毎分１０～４０リットル（Ｌ／分）である。しかしながら、タンク容量、排出圧力および流速は、異なる適用に合わせて変えてよい。例えば、ポンプ１２２は、注入路１２０に接続して、水溶液１１０の排出圧力を高め、注入路１２０内の水溶液１１０の流速を強制的に高めることができる。
【0047】
図２に示すように、加熱処理ゾーン１０６には、パイプ本体１１６を有する誘導加熱アセンブリ１０２がある。水溶液１１０中で化学反応を起させるために、誘導加熱アセンブリ１０２は、水溶液１０がパイプ本体１１６に注入され、水溶液１１０を所定処理温度に誘導加熱する。具体的に、加熱処理ゾーン１０６のパイプ本体１１６は、注入加熱炉として機能する１つ以上の金属パイプ１２４を有している。代表的な処理温度は、概略１００～３５０℃の範囲である。
【0048】
また、誘導加熱アセンブリ１０２は、金属パイプ１２４の少なくともその一部を囲むように構成した１つ以上の加熱誘導コイル１２６と、この加熱誘導コイル１２６を誘導駆動するように構成した高周波電源装置１２８を有している。金属パイプ１２４の中空部を水溶液１１０の流路として用いるために、金属パイプ１２４は、一端を原料供給ゾーン１０４の注入路１２０の出口に連通して接続され、ステンレス鋼で作成されて、加熱誘導コイル１２６によって誘導加熱される。
【0049】
金属パイプ１２４それぞれの代表的な内径は概略５０ミリメートル（ｍｍ）または２インチであり、金属パイプ１２４それぞれの代表的な長さは概略１０メートルである。実施形態で、金属パイプ１２４それぞれの内径は２～４インチの範囲であり、金属パイプ１２４それぞれの長さは、水溶液１１０内の粒子１１２のタイプに応じて１０～８０メートルの範囲である。例えば、綿の粒子では、長さが概略１０メートルとするが、プラスチック粒子では、長さが概略５０メートルである。しかしながら、内径と長さは、異なる適用に合わせて変えることができる。
【0050】
１つの実施形態で、誘導加熱アセンブリ１０２に用いられる金属パイプ１２４の全長は、水溶液１１０と関連した所定反応時間に基づいて決定される。所定反応時間は、粒子１１２を有する水溶液１１０の最適反応レベルおよび／または反応量を得るために、水溶液１１０の誘導加熱アセンブリ１０２内滞留時間である（例えば、図３、第１加熱領域１３８及び／又は第２加熱領域１４０を参照）。
【0051】
１つの実施形態で、金属パイプ１２４は、上向き傾斜に配置して、処理される水溶液１１０の注入を容易にしている。しかしながら、別の実施形態で、注入路１２０が下向き傾斜に配置して、水溶液１１０の注入を容易にしている。適用に合わせて、他の適切な配置も考えられる。
【0052】
図２、３、および４に示すとおり、加熱誘導コイル１２６それぞれは、電導体、例えば銅パイプを巻いて作成され、絶縁体１３０で支持して加熱誘導コイル１２６と金属パイプ１２４の外周面との間に実質的に一定のスペースを作るようにする。加熱誘導コイル１２６の巻線ピッチは、一定であってもよいし、適用に応じて変えてもよい。１つの実施形態で、絶縁体１３０が、金属パイプ１２４と加熱誘導コイル１２６との間に配置されている。
【0053】
高周波電源装置１２８は、金属パイプ１２４の温度が加熱誘導コイル１２６を用いて処理される水溶液１１０の所定処理温度、例えば、１００～３５０℃に上げるに充分な高周波電流を発生して流す。高周波電源装置１２８の代表的な通電周波数は概略２０キロヘルツ（ＫＨｚ）、最大出力は概略２７０キロワット（ＫＷ）である。しかしながら、高周波電源装置１２８の周波数および最大出力は、異なる適用に合わせて変えてよい。
【0054】
誘導加熱アセンブリ１０２内の金属パイプ１２４の代表的な配置は、水平、垂直、または対角線形状であり、異なる適用に合わせることができる。しかしながら、対角線形状は、粒子１１２のタイプ及び／又は水溶液１１０の注入を考慮して選ばれる。例えば、図４に示すように、金属パイプ１２４は、金属パイプ１２４の長さ方向軸Ｌが水平面１３２（例えば、地表面）に対して斜め方向に向くように設置されるのが好ましい。
【0055】
金属パイプ１２４の代表的な角度は、水平面１３２に対して概略３～３０度の範囲である。このように、金属パイプ１２４の両端間の高さに差があり、水溶液１１０は金属パイプ１２４の下端から金属パイプ１２４の上端に移動していく。
【0056】
図２及び３に戻り、誘導加熱アセンブリ１０２の加熱誘導コイル１２６は、第１加熱領域１３８を囲む第１加熱誘導コイル１３４を有し、誘導加熱アセンブリ１０２の温度上昇部にある金属パイプ１２４を誘導加熱する。図示した実施形態で、温度上昇部は第１加熱領域１３８である。高周波電源装置１２８を用いて、第１加熱誘導コイル１３４を誘導駆動する。例えば、高周波電源装置１２８は、第１加熱領域１３８にある第１加熱誘導コイル１３４に作用し、水溶液１１０の温度を所定処理温度まで上昇させる。
【0057】
また、誘導加熱アセンブリ１０２の加熱誘導コイル１２６は、第２加熱領域１４０を囲む第２加熱誘導コイル１３６を有し、誘導加熱アセンブリ１０２の温度保持部にある金属パイプ１２４を誘導加熱する。図示した実施形態で、温度保持部は、第２加熱領域１４０である。高周波電源装置１２８を用いて、第２加熱誘導コイル１３６を誘導駆動する。
【0058】
例えば、高周波電源装置１２８は、第２加熱領域１４０にある第２加熱誘導コイル１３６を駆動し、水溶液１１０の温度を、第１加熱領域１３８内とほぼ同じ所定処理温度に維持する。
【0059】
より具体的に、第２加熱誘導コイル１３６は、水溶液が温度保持部１４０を流れている所定反応時間、水溶液１１０をほぼ同じ所定処理温度に保持する。この所定反応時間は、粒子１１２を有する水溶液１１０を最適反応レベルおよび／または反応量を得るための、水溶液１１０の誘導加熱アセンブリ１０２内での滞留時間である。１つの実施形態で、温度保持部１４０に用いられる金属パイプ１２４の全長は、所定反応時間に基づいて決定される。
【0060】
別の実施形態で、高周波電源装置１２８は、第２加熱誘導コイル１３６を駆動し、温度保持部１４０にある金属パイプ１２４内の水溶液温度を、第１所定温度（例えば、２００℃）より高い第２所定温度（例えば、２５０℃）に上昇させる。１つの例で、第１所定の温度は、温度上昇部１３８にある金属パイプ１２４内の水溶液１１０の温度である。
【0061】
ある実施形態で、加熱処理ゾーン１０６にあるパイプ本体１１６は、温度上昇部１３８と関連した第１冷媒通路１５０を用いて、第１加熱誘導コイル１３４を冷却する構成の第１冷媒通路１５０（図２）を有している。同様に、加熱処理ゾーン１０６にあるパイプ本体１１６は、温度保持部１４０と関連した第２冷媒通路１５２を用いて、第２冷媒誘導コイル１３６を冷却するように構成した第２冷媒通路１５２（図２）を有している。
【0062】
実施形態で、第１加熱誘導コイル１３４には第１所定電力が印加され、第２加熱誘導コイル１３６には第２所定電力が印加される。ここで、第２所定電力は、第１所定電力よりも低い。例えば、第１所定電力が概略１００ＫＷであり、第２所定電力が概略５ＫＷである。異なる適用に合わせて、他の適切な電力量を印加してよい。
【0063】
実施形態で、所定反応時間は、粒子１１２中の物質のタイプに依って変えることができる。例えば、粒子１１２中の物質のタイプが綿粒子のような生物物質であるとき、所定反応時間は概略１分である。別の例で、粒子１１２中の物質のタイプがプラスチック粒子のような有機物であるとき、所定反応時間は概略４０分である。
【0064】
所定反応時間に、粒子１１２を有する水溶液１１０は、温度上昇部１３８と温度保持部１４０を流れている間に分解され、粒子１１２に対する最適反応レベルおよび／または反応量となる。例えば、既存の分解反応器とは異なり、本開示では、水溶液１１０の反応レベルは、反応量に対して一定である。本開示の反応レベルおよび反応量の詳細な説明は、下記の図５に関した項に示す。
【0065】
実施形態で、温度上昇部１３８に１つ以上の金属パイプ１２４があり、同様に温度保持部１４０に１つ以上の金属パイプ１２４がある。図３の温度上昇部１３８と温度保持部１４０には、１つの金属パイプ１２４を示しているが、複数の金属パイプ１２４を並列に接続しても使用して、温度上昇部１３８および／または温度保持部１４０における熱伝達面積および／または流速を増加させることができる。ある実施形態で、温度上昇部１３８にある金属パイプ１２４を、温度保持部１４０にある金属パイプ１２４よりも低い位置にしている。
【0066】
さらに、別の実施形態で、温度上昇部１３８と温度保持部１４０との間に少なくとも１つの金属パイプ１２４がシームレスに接続されている。例えば、図３に示すように、温度上昇部１３８と温度保持部１４０との間に、少なくとも１つの金属パイプ１２４のシームレス曲げ領域１４２がある。別の実施形態で、温度保持部１４０内に、少なくとも１つの金属パイプ１２４のシームレス曲げ領域１４２がある。同様に、温度上昇部１３８内に、少なくとも１つの金属パイプ１２４のシームレス曲げ領域１４２がある。温度上昇部１３８及び／又は温度保持部１４０内に、シームレス曲げ領域１４２の任意の組み合わせが適用に合わせて考えられる。
【0067】
図５に示すとおり、誘導加熱アセンブリ１０２は、水溶液１１０を粒子１１２の適切な化学反応を起させる反応レベルにする。図５には、誘導加熱アセンブリ１０２を用いたときの、水溶液１１０の反応レベル及び反応量の代表的なグラフ表示３０を示している。図５で、Ｘ軸は水溶液１１０の反応レベル３２を表し、Ｙ軸は水溶液１１０の反応量３４を表している。
【0068】
例えば、反応レベル３２は、水溶液１１０に起きた化学反応（処理生成物１１４に変わる）の割合であり、反応量３４は、水溶液１１０の容量または重量である。図５に示すように、水溶液１１０の反応レベル３２は、反応量３４に対して一定である。
【0069】
実施形態で、金属パイプ１２４それぞれは、水溶液１１０に対して実質的に一定反応量を生じさせる一定の断面形状である。図示した実施形態で、高圧配管に金属パイプ１２４の組み合わせのみが使用されるため、誘導加熱アセンブリ１０２を製造するのは、既存の分解反応器より遥かに簡単かつ安価である。
【0070】
また、水溶液１１０の所望反応レベルである点３６での最適反応量は、誘導加熱アセンブリ１０２を用いて容易に達せられる。点３８での不十分な反応レベルまたは点４０での過剰反応レベルは、粒子１１２の分解時に所望反応レベル３６と容易に区別することができる。そのため、本発明は、運転時間と関連費用を削減することになる。
【0071】
図６に示すとおり、ある実施形態で、金属パイプ１２４それぞれの中空部に、水溶液１１０を送達するための１つ以上の管腔１４４を有することができる。１つの実施形態で、金属パイプ１２４の中空部の少なくとも１つの管腔１４４に搭載したスタティックミキサー１４６を用い、複数の粒子１１２を有する水溶液１１０を温度上昇部１３８に送っている。
【0072】
実施形態で、隣接する金属パイプ１２４は、金属パイプ１２４それぞれの両端に配置された連結部材１４８を用いて接続されている。例えば、接続部材１４８は、１つ以上のファスナーと対応するナット（図示していない）を使用して接続および締付けする。
【0073】
ある実施形態で、図６に示したスタティックミキサー１４６のようなスクリューフィーダーが、金属パイプ１２４の中空部に取付けられている。異なる適用に適するように、他の適切なスタティックミキサーが使用できる。ある実施形態で、少なくとも１つの温度上昇部１３８および温度保持部１４０内で水溶液１１０の流速を脈動させ、金属パイプ１２４内に粒子１１２の望ましくない沈降を回避させている。１つの実施形態で、コントロールシステム１５４（図２）がネットワーク１５６を介してポンプ１２２に接続され（図２）、ポンプ１２２に指示してポンプ１２２の出力を脈動させ、金属パイプ１２４内の水溶液１１０の流速を変化させている。
【0074】
実施例で、水溶液１１０の流速は、金属パイプ１２４の任意の部分で脈動させている。金属パイプ１２４内での懸濁として知られる粒子１１２の沈降は、望ましくない分解結果を招くことがある。このように、金属パイプ１２４内の水溶液１１０の流速は、粒子１１２の懸濁が析出しない所定流速に設定できる。
【0075】
１つの実施形態で、スタティックミキサー１４６を金属パイプ１２４の中空部の管腔１４４に挿入し、シームレス曲げ領域１４２に内部乱流を発生させている。１つ以上の攪拌翼、例えば、スタティックミキサー１４６と共に用い、稼働中に金属パイプ１２４内の水溶液を攪拌または混合するに使用することができるが、金属パイプ１２４のシームレス曲げ領域１４２が、特にシームレス曲げ領域１４２内に内部乱流を発生させるように構成することができる。
【0076】
図３および７に示すとおり、実施形態で、シームレス曲げ領域１４２は、温度上昇部１３８と温度保持部１４０との間にエルボーレス部がある。ある実施形態で、シームレス曲げ領域１４２は、温度上昇部１３８および／または温度保持部１４０にエルボーレス部がある。
【0077】
エルボーレス部は、エルボーまたはスリーブコネクタを用いない２つの隣接する金属パイプ１２４間の接続領域である。例えば、エルボーレス部は、金属パイプ１２４を誘導加熱そして曲げて作成される。実施形態で、シームレス曲げ領域１４２は、温度上昇部１３８および／または温度保持部１４０内にある。
【0078】
図７に示すように、ある実施形態で、シームレス曲げ領域１４２は、金属パイプ１２４の内径Ｒ２より大きく、かつ金属パイプ１２４の内径Ｒ２よりも最大３倍大きい曲げ直径Ｒ１を有している。例えば、曲げ直径Ｒ１は、シームレス曲げ領域１４２にある金属パイプ１２４の中央長さ方向軸Ｃの少なくともその一部で定義される。Ｒ１とＲ２の代表的な数学的関係は、数式１で以下に示される。
〔式１〕 Ｒ２＜Ｒ１≦３＊Ｒ２
〔式１〕 Ｒ２＜Ｒ１≦３＊Ｒ２
【0079】
この構成で、金属パイプ１２４内の水溶液１１０の流速により、シームレス曲げ領域１４２の金属パイプ１２４内に自動的に内部乱流が発生する。金属パイプ１２４の断面積と流速は、水溶液１１０および／または粒子１１２中の物質のタイプによって変えることができる。稼働している間、図示した構成は、金属パイプ１２４内に水溶液１１０の高速流を起こす内部乱流を作り、これにより誘導加熱アセンブリ１０２内での詰まりを回避し、また望ましくない析出または沈殿を防止する。
【0080】
実施形態で、シームレス曲げ領域１４２には、第１曲線部１４２Ａ、第２曲線部１４２Ｂ、および直線部１４２Ｃがある。具体的に、第１曲線部１４２Ａと第２曲線部１４２Ｂは、金属パイプ１２４を誘導加熱で曲げて作成され、第１曲線部１４２Ａと第２曲線部１４２Ｂとの間に直線部１４２Ｃができる。
【0081】
このように、第１曲線部１４２Ａ、直線部１４２Ｃ、および第２曲線部１４２Ｂは、いかなるエルボーまたはスリーブコネクタも使用せず互いに順次かつシームレスに接続される。第１曲線部１４２Ａと第２曲線部１４２Ｂの少なくともその一方は、曲げ直径Ｒ１が、金属パイプ１２４の内径Ｒ２より大きく、金属パイプ１２４の内径Ｒ２よりも最大３倍大きい。
【0082】
実施形態で、金属パイプ１２４それぞれには、第１所定長さＬ１の第１直線部と、第２所定長さＬ２の第２直線部、および第３所定長さＬ３の第３直線部がある。図示した実施形態で、Ｌ１はＬ２より長く、かつＬ２はＬ３よりも長い。例えば、Ｌ２はシームレス曲げ領域１４２の直線部１４２Ｃとなり得る。別の実施形態では、Ｌ１はＬ２およびＬ３よりも長く、かつＬ３はＬ２よりも長い。他の適切な配置も、適用に合わせて考えられる。Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３の間の代表的な数学的関係を、数式２に示す。
〔式２〕 Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１
Ｌ２，Ｌ３＜Ｌ１；Ｌ２＜Ｌ３
〔式２〕 Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１
Ｌ２，Ｌ３＜Ｌ１；Ｌ２＜Ｌ３
【0083】
図８に示すとおり、本発明の実施形態に従って粒子１１２のような複数の粒子を有する水溶液１１０などの流体物を分解する代表的な方法２００を、フローチャートで示している。この方法２００を、図１～７と関連して示す。
【0084】
方法２００は、ネットワーク１５６を介して誘導加熱アセンブリ１０２に連通して接続されたコントロールシステム１５４により実施できる（図２）。１つの実施形態で、方法２００を実施するステップは、コントロールシステム１５４内のエレクトロニックコントローラのメモリの１つに記憶され、エレクトロニックコントローラのそれぞれのプロセッサ、またはその他コンピュータ使用可能用媒体によって実行されるコンピュータ読み取り可能プログラム指示の形体である。
【0085】
別の実施形態で、方法２００を実施するステップは、コントロールシステム１５４のようなモジュールまたはコントローラに保存され実行される。コントロールシステム１５４は、分解システム１００のエレクトロニックコントローラの１つから独立していてもよいし、あるいは独立していなくともよい。方法２００は、連続的であってもよいし、または初めにスタートボタン（図示してない）を押すような１つ以上の所定行動に応じて開始してもよい。方法２００の任意のステップは、適用するに適した任意の順序で実行することができる。
【0086】
方法２００は、ステップ２０２で始まる。ステップ２０４において、コントロールシステム１５４は、第１加熱誘導コイル１３４に対し、水溶液１１０が温度上昇部１３８を流れるときに第１所定温度（例えば、２００℃）で誘導加熱するように指示する。図３に示すように、温度上昇部１３８は、金属パイプ１２４の中空部が水溶液１１０の流路として機能するような方法で、少なくとも１つの金属パイプ１２４から形成された第１加熱領域を有している。
【0087】
ステップ２０６において、コントロールシステム１５４は、第１加熱誘導コイル１３４に対し、温度上昇部１３８を誘導加熱するように指示する。１つの実施形態で、第１加熱誘導コイル１３４は、温度上昇部１３８の第１加熱領域を囲んでいて、第１加熱誘導コイル１３４を駆動する高周波電源装置１２８を用いて温度上昇部１３８を誘導加熱する。
【0088】
ステップ２０８において、コントロールシステム１５４は、第２加熱誘導コイル１３６に対し、水溶液１１０が温度保持部１４０を流れるときの所定反応時間（例えば、５分）の間、ほぼ第１所定温度（例えば、２００°Ｃ）で保持または維持するように指示する。図３に示すように、温度保持部１４０は、金属パイプ１２４の中空部が水溶液１１０の流路として機能するような方法で、少なくとも１つの金属パイプ１２４から形成された第２加熱領域を有している。
【0089】
ステップ２１０において、コントロールシステム１５４は、第２加熱誘導コイル１３６に対し、温度保持部１４０を誘導加熱するように指示する。１つの実施形態で、第２加熱誘導コイル１３６は、温度保持部１４０の第２加熱領域を囲んでいて、第２加熱誘導コイル１３６を駆動する高周波電源装置１２８を用いて温度保持部１４０を誘導加熱する。
【0090】
ステップ２１２で、コントロールシステム１５４は、第２加熱誘導コイル１３６に対し、温度保持部１４０で連続的または断続的に加熱し、所定反応時間、第１所定温度に保持して、水溶液１１０中の粒子１２を適切に分解するように指示する。１つの実施形態で、粒子１１２は、所定反応時間、温度上昇部１３８及び温度保持部１４０を流れている。
【0091】
方法２００は、ステップ２１４でエンドとし、そしてコントロールは、ステップ２０２に戻ってよい。所望により、ステップ２０４～２１２の１つ以上を繰り返すことができる。
【0092】
ここに記載した方法２００の任意のステップは、コントロールシステム１５４のプロセスコントローラ、または他の同様のコンポーネントによって実施することができることは理解できる。具体的に、プロセスコントローラは、方法２００の１つまたは複数のステップを実行するためにコンピュータ読み取り可能な命令をするように構成してもよい。１つの実施形態で、プロセスコントローラは、また、多くの操作が行われている稼働状態から、限られた数の操作が行われスリープ状態に移行して、分解システム１００の電力源の静止電力を低減するように構成してもよい。
【0093】
本発明は、本発明の代表である上記に挙げた具体的な実施形態、実施例および図面を参照してより容易に理解できる。しかしながら、説明の目的で同じものを挙げられ、本発明が、その精神と範囲から逸脱することなく、具体的に挙げた方法以外の方法で実施できることは理解しなければならない。実現されるとき、本発明は、他の種々の実施形態が可能であり、そのいくつかの構成要素及び関連する詳細は、全て本発明の基本概念から逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【0094】
したがって、記載は、本質的に説明のためとみなされ、いかなる形態も制限しない。ここに記載したシステム、方法、および装置の改変および変形は、当業者には明らかである。このような改変と変形は、添付したクレームの範囲内に入るものであることを意図している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】