二酸化炭素の分離方法および分離装置ならびに洗浄装置
【課題】低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法を提供する。
【解決手段】洗浄装置１の分離装置２００に用いられる二酸化炭素の分離方法は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする。
【解決手段】洗浄装置１の分離装置２００に用いられる二酸化炭素の分離方法は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を不純物から分離する方法と、二酸化炭素を不純物から分離する装置と、二酸化炭素を用いて被洗浄対象物の洗浄を行なう洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、洗浄方法としては、水、有機溶剤、酸、アルカリなどの溶媒を利用する湿式洗浄方式があるが、このような湿式洗浄方式に変わって、加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素を溶媒とする洗浄方式が環境配慮型の洗浄方式として普及しつつある。加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素は、高精度の洗浄が求められる半導体材料などの電子デバイス部品の洗浄に応用されている。
【０００３】
近年では、加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素を用いる洗浄方式は、半導体以外の被洗浄対象物として衣類洗浄にも応用されている。これは、従来の衣類洗浄においては、ドライクリーニング溶剤が洗浄後の被洗浄対象物に残ることによって、健康に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。また、洗浄後の廃溶剤によって環境汚染が引き起こされるからである。
【０００４】
加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素を用いる洗浄においては、洗浄後に、二酸化炭素を減圧することによって、二酸化炭素を気化させて被洗浄対象物から取り除くことが可能である。そのため、被洗浄対象物に洗浄溶媒が残留する心配がない。また、洗浄後に被洗浄対象物の乾燥を必要としないので、乾燥のためのエネルギーを必要としないなど環境面に対する利点がある。
【０００５】
また、洗浄後に減圧して気化させた二酸化炭素は、再加圧することによって洗浄溶媒として再利用することが可能である。このように、二酸化炭素は、有機溶媒等と比較して、簡単に、低エネルギーで再利用が可能であり、環境に対する影響を抑えることができる。また、洗浄後の二酸化炭素を、廃棄せずに溶媒として繰り返し使用することができるので、地球温暖化防止の観点からも利点が大きい。
【０００６】
上述のように、加圧された液体二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素を溶媒とする洗浄方式は、環境負荷低減に優れた方法であるが、環境負荷の低減のためには、二酸化炭素を回収・再利用することが前提となる。したがって、二酸化炭素の回収の効率を高めることと、回収のための必要エネルギーを抑えることが重要になる。
【０００７】
また、洗浄装置としては二酸化炭素を循環させ、被洗浄対象物からの汚れ成分を二酸化炭素から取り除き、常に清浄な二酸化炭素で洗浄を行うことが望ましい。この点から、二酸化炭素の分離回収速度も重要となってくる。
【０００８】
二酸化炭素の回収方法は、大きくは以下の２つの方法に分類される。すなわち、ガス吸収法と、気液分離法（蒸留）である。
【０００９】
ガス吸収法は、二酸化炭素の溶解度の高いアルカリ吸収液を用い、吸収液に二酸化炭素を溶解させて分離をする方法である。吸収法では、吸収液と二酸化炭素を接触させる操作で簡単に分離が可能である。
【００１０】
気液分離法は、加圧された液体状態又は超臨界状態の二酸化炭素を減圧、気化させることにより、低圧下（大気圧下）では液体又は固体で存在する汚れ成分から分離する方法である。気液分離法では、減圧し、二酸化炭素を気化させることで汚れ成分から分離することが可能であり、簡単な手法である。例えば、特開２００６−２８１０１４号公報（特許文献１）には、気液分離法によって二酸化炭素を汚染物質から分離して、二酸化炭素を循環させる洗浄装置と洗浄方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２８１０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ガス吸収法では、吸収液から二酸化炭素を分離するための加熱冷却装置が必要となり、装置が複雑化する。また、二酸化炭素を溶媒として用いる洗浄装置の場合は、使用する二酸化炭素の量が多く、その分必要とする吸収液量も多くなる。このため、装置が大型化するとともに、吸収液から二酸化炭素を分離するための加熱冷却に必要なエネルギーが大きくなってしまう欠点を持つ。
【００１２】
また、気液分離法では、二酸化炭素の分離・回収速度を高めるために、減圧・気化される二酸化炭素の物質量を多くした際、気化は大きな体積膨張を伴うため、分離容器内の気相二酸化炭素の流速が速くなり、除去すべき汚れ成分が二酸化炭素に同伴してしまう。汚れ成分の同伴を防ぐためには、装置の大型化が必要となる。また、分離する不純物が高粘性物質や固体である場合、管路を閉塞させる問題も出てくる。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法を提供することである。また、この発明の目的は、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離装置を提供することである。さらに、この発明の目的は、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に従った二酸化炭素の分離方法は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に従った二酸化炭素の分離装置は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離する遠心分離手段を備える。
【００１６】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離することにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、二酸化炭素を分離するための装置を大型化する必要がなくなる。
【００１７】
また、遠心力を用いて二酸化炭素を分離することによって、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再利用したりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるだけでなく、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、二酸化炭素の分離において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００１８】
このようにすることにより、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法と分離装置を提供することができる。
【００１９】
この発明に従った洗浄装置は、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物を洗浄するための洗浄槽と、洗浄槽において洗浄に用いられた二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離するための遠心分離手段と、遠心分離手段において不純物から分離された二酸化炭素を洗浄槽に供給するための流路とを備える。
【００２０】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離することにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、洗浄装置を大型化する必要がなくなる。
【００２１】
また、遠心力を用いて二酸化炭素の分離を行なうことによって、洗浄に用いられた超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再び洗浄槽に循環させたりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるだけでなく、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、洗浄装置において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００２２】
また、遠心分離手段において不純物から分離された二酸化炭素を、流路を介して洗浄槽に供給することによって、二酸化炭素を洗浄装置の外部に放出せずに、不純物から分離された二酸化炭素を流路内に回収して、繰り返し使用することができる。
【００２３】
このようにすることにより、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な洗浄装置を提供することができる。
【００２４】
この発明に従った洗浄装置は、遠心分離手段によって不純物から分離された二酸化炭素を液体状態にするための凝縮手段を備えることが好ましい。
【００２５】
このようにすることにより、洗浄後に遠心分離手段内において二酸化炭素が気化した場合にも、凝縮手段において二酸化炭素を液化することによって、二酸化炭素を回収することが容易になる。
【００２６】
この発明に従った洗浄装置は、凝縮手段において液体状態にされた二酸化炭素を収容するための収容容器を備えることが好ましい。
【００２７】
このようにすることにより、洗浄に用いられた二酸化炭素を凝縮した後、収容容器内に収容しておいて、洗浄時に二酸化炭素が必要になれば、収容容器から取出して再利用することができるので、二酸化炭素を外部から洗浄装置に供給する必要がなくなる。
【００２８】
この発明に従った洗浄装置は、洗浄槽に向かって二酸化炭素を送出するための送出手段を備えることが好ましい。
【００２９】
このようにすることにより、二酸化炭素を洗浄槽に供給する速度を高めることができる。
【００３０】
この発明に従った洗浄装置は、遠心分離手段の内部の圧力と温度とを制御するための制御部と、遠心分離手段の内部において二酸化炭素を減圧するための減圧手段と、遠心分離手段の内部において二酸化炭素の温度を調整するための温度調節手段とを備え、制御部は、遠心分離手段の内部における二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、減圧手段および／または温度調節手段を制御するように構成されていることが好ましい。
【００３１】
このようにすることにより、不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することが可能となる。不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することによって、遠心分離手段の後段での二酸化炭素液化操作の際に必要なエネルギーを削減することができる。このようにして、洗浄装置全体として低エネルギーで二酸化炭素の分離回収が可能となる。
【００３２】
また、このようにすることにより、遠心分離手段内において二酸化炭素の密度を調整することができるので、遠心分離により、固体、液体のいずれの不純物からも二酸化炭素を分離することが可能である。固体、液体のいずれの状態の不純物からも二酸化炭素を遠心力によって分離して、遠心分離手段内に固定化することによって、減圧により析出した固体、液体状態の不純物による遠心分離手段の出口の配管等の閉塞を防ぐことができる。
【００３３】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離する場合には、二酸化炭素が減圧される際の体積膨張を、不純物の分離の駆動力とすることができる。遠心分離手段は、二酸化炭素と不純物とを遠心力によって分離するので、二酸化炭素の流速が速ければそれだけ不純物の分離性能が上がる。したがって、二酸化炭素の分離回収速度を高めても、洗浄装置を大型化する必要がなくなる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、この発明によれば、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法を提供することができる。また、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離装置と洗浄装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、この発明の一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【００３７】
図１に示すように、洗浄装置１は、被洗浄対象物２０を収容するための洗浄槽１００と、遠心分離手段としてサイクロン（遠心分離装置）２０１を備える分離装置２００と、凝縮手段として凝縮部３００と、二酸化炭素１０を収容する収容容器として液化二酸化炭素タンク４００と、送出手段としてポンプ５００と、減圧手段として減圧バルブ６００と、温度調節手段として温度調節器７００と、制御部とを備える。液化二酸化炭素タンク４００には、液化二酸化炭素タンク４００の内部の温度を調節するための温度調節器４１０が配置されている。洗浄槽１００、減圧バルブ６００、サイクロン２０１、凝縮部３００、液化二酸化炭素タンク４００、ポンプ５００、洗浄槽１００は、順に、流路によって接続されている。温度調節器７００は、サイクロン２０１の外周面上に配置されている。分離装置２００は、サイクロン２０１と温度調節器７００と、汚れ成分廃棄流路２２０と、バルブ２２１と、バルブ２１１を有する流路２１０とから構成されている。
【００３８】
洗浄槽１００には、被洗浄対象物２０として、例えば、衣類などの繊維構造体が収容される。洗浄装置１で洗浄される被洗浄対象物２０は、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素で洗浄されるものであれば、繊維構造体に限られない。洗浄槽１００には、温度調節器１１０が配置される。温度調節器１１０は、洗浄槽１００の内部の温度を調節する。洗浄槽１００には、バルブ１２１を備えた二酸化炭素パージ流路１２０と、流路１３０が接続されている。洗浄槽１００は、流路１３０、減圧バルブ６００、流路６１０を介して、サイクロン２０１と接続されている。
【００３９】
サイクロン２０１の底部には、バルブ２２１を備えた汚れ成分廃棄流路２２０が接続されている。また、サイクロン２０１の上部には、バルブ２１１を備えた流路２１０が接続されている。サイクロン２０１は、流路２１０を介して凝縮部３００と接続されている。
【００４０】
凝縮部３００は、コンプレッサー３１０と、冷却器３２０と、バルブ３３０と、冷却器出口流路３３１とを含む。コンプレッサー３１０は、バルブ２１１を備える流路２１０によってサイクロン２０１と接続されている。コンプレッサー３１０は、流路３１１によって冷却器３２０に接続されている。冷却器３２０は、バルブ３３０を有する冷却器出口流路３３１によって、液化二酸化炭素タンク４００に接続されている。
【００４１】
液化二酸化炭素タンク４００は、バルブ４２１を備える流路４２０によってポンプ５００に接続されている。ポンプ５００は、流路５１０によって洗浄槽１００に接続されている。
【００４２】
図２は、洗浄装置のサイクロンの内部とサイクロンの周辺を模式的に示す図である。
【００４３】
図２に示すように、サイクロン２０１は、上部で径が大きく、下部に向かって径が次第に小さくなるように形成されている略円錐形状を有する。サイクロン２０１の外周面には、温度調節器７００が配置されている。減圧バルブ６００を有する流路６１０は、サイクロン２０１の上部に接続されている。流路６１０は、流路６１０を流れる二酸化炭素が円錐形状のサイクロン２０１の周壁面の接線方向に沿って流れるように、接続されている。流路６１０からサイクロン２０１の内部に流入した二酸化炭素は、図中に二点鎖線で示すように、サイクロン２０１の内部で旋回する旋回流となる。このとき、この旋回流による遠心力と、二酸化炭素と不純物の密度差によって、二酸化炭素と不純物とが分離される。
【００４４】
図３は、洗浄装置の制御関連の構成を示すブロック図である。
【００４５】
図３に示すように、制御部８００は、減圧バルブ６００と温度調節器７００に制御信号を送信する。制御部８００は、サイクロン２０１（図１、図２）の内部の二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、減圧バルブ６００と温度調節器７００の少なくともいずれか一方を制御する。制御部８００から送信された制御信号に基づいて、減圧バルブ６００が開閉されると、サイクロン２０１の内部の圧力が調節される。また、制御部８００から送信された制御信号に基づいて温度調節器７００が駆動されると、サイクロン２０１の内部の温度が調節される。
【００４６】
以下、図１から図３に基づいて、洗浄装置１の運転について説明する。
【００４７】
使用者が、洗浄槽１００内に被洗浄対象物２０を収容した後、バルブ４２１が開かれ、ポンプ５００が駆動されて、加圧された液体状態の二酸化炭素１０が洗浄槽１００に供給される。液体状態の二酸化炭素１０は、ポンプ５００によってさらに加圧されて、超臨界状態の二酸化炭素として洗浄槽１００に供給されてもよい。洗浄槽１００の内部では、被洗浄対象物２０が超臨界または液体状態の二酸化炭素１０によって洗浄される。洗浄槽１００の内部は、圧力がｐ１、温度がＴ１となるように設定されている。圧力ｐ１、温度Ｔ１の条件下においては、二酸化炭素１０は、液体状態または超臨界状態として存在する。
【００４８】
このとき、二酸化炭素パージ流路１２０のバルブ１２１は閉じられている。一方、減圧バルブ６００は、減圧バルブ６００を通過する二酸化炭素１０が所定の圧力ｐ２に減圧されるように設定されている。圧力ｐ２は、圧力ｐ１よりも小さい圧力である。サイクロン２０１とコンプレッサー３１０とを接続する流路２１０のバルブ２１１は開かれている。
【００４９】
洗浄に用いられた二酸化炭素１０は、被洗浄対象物２０から不純物として汚れ成分を取り除く。二酸化炭素１０には、不純物が溶解または混合される。不純物を含んだ二酸化炭素１０は、洗浄槽１００から、減圧バルブ６００を通って圧力ｐ２に減圧されて、サイクロン２０１に供給される。
【００５０】
サイクロン２０１の内部の圧力ｐ２は、洗浄槽１００の内部の圧力ｐ２よりも低い圧力に設定されている。そのため、サイクロン２０１の内部と洗浄槽１００の内部との圧力差によって、洗浄槽１００からサイクロン２０１に二酸化炭素１０が流入する。二酸化炭素１０は、流路６１０を通って、サイクロン２０１の周壁面の周方向の接線方向に沿って流れるように、サイクロン２０１の上部からサイクロン２０１の内部に流入する。二酸化炭素１０は、サイクロン２０１の内部において、サイクロン２０１の周壁面の形状に沿って旋回しながら、下方向に向かって流れる。サイクロン２０１の底部では、二酸化炭素１０は、サイクロン２０１に接続されている流路２１０内に流入する。流路２１０内に流入した二酸化炭素１０は凝縮部３００に向かって流れる。
【００５１】
このようにして、サイクロン２０１において二酸化炭素１０の旋回流が発生し、二酸化炭素１０と不純物とが遠心分離される。制御部８００は、二酸化炭素１０の温度がＴ２になるように温度調節器７００を制御する。温度Ｔ２は、圧力ｐ２の二酸化炭素１０の密度が所定の密度ρになる温度に設定されている。所定の密度ρは、二酸化炭素１０から取り除く不純物の密度と異なる密度である。したがって、圧力ｐ２、温度Ｔ２の条件下では、二酸化炭素１０と不純物の密度に差がある。
【００５２】
遠心力による分離を行うためには二酸化炭素と汚れ成分である不純物の密度に差がなければならない。逆に言えば、密度差があれば分離可能である。そのため、遠心力による分離においては、従来の方法のように、汚れ成分を液体または固体の状態で相分離させて析出させるために、二酸化炭素が完全に気化する圧力まで減圧する必要はない。遠心力によって二酸化炭素と不純物とを分離する洗浄装置１では、二酸化炭素と不純物に密度差が生じる圧力、例えば二酸化炭素と汚れ成分が液−液相分離する圧力、液−固相分離する圧力までの減圧に留めても、密度差が生じれば遠心力で不純物と二酸化炭素とを分離ことが可能となる。このようにすることにより、二酸化炭素が液体の状態でも分離回収することが可能となるので、超臨界または液体状態の二酸化炭素を一旦、気体状態にして洗浄に用いて、分離回収後に二酸化炭素を再び気体状態から圧縮、冷却して液化させる必要がなくなり、洗浄装置１の全体として低エネルギーでの回収が可能となる。
【００５３】
従来の気液分離法では、気化させる二酸化炭素の物質量を多くすると、その分、気液分離手段内の流速が速くなり、気液分離手段内から出て行く二酸化炭素に汚れ成分が同伴してしまう。そのため、二酸化炭素の分離回収速度を高めるためには気液分離手段の体積増大が必要であった。しかし、洗浄装置１では、二酸化炭素と不純物の分離は遠心力によって行われるため、流速が速くなることは、遠心力が大きくなり分離性能が高まることになり好都合である。したがって、洗浄装置１では、二酸化炭素の物質量が多くなっても、装置体積を大きくすることなく二酸化炭素の分離回収速度を高めることができて、二酸化炭素への汚れ成分の同伴も防ぐことができる。
【００５４】
二酸化炭素１０から分離された不純物は、サイクロン２０１の下部に接続されている汚れ成分廃棄流路２２０に廃棄される。不純物を取り除かれた二酸化炭素１０は、図２中に二点鎖線で示すように、サイクロン２０１の中央部分を通って上方に抜けて、流路２１０内に流出する。このように、二酸化炭素１０から取り除かれた不純物は、分離装置２００の汚れ成分廃棄流路２２０に固定され、流路２１０内に流出しない。
【００５５】
不純物と分離された二酸化炭素１０は、バルブ２１１を備える流路２１０を通って凝縮部３００に流入する。凝縮部３００では、まず、コンプレッサー３１０によって、汚れが分離された清浄な二酸化炭素１０が圧力ｐ３まで圧縮される。圧力ｐ３は、冷却器３２０で冷却可能な温度Ｔｃにおける飽和蒸気圧よりも高い圧力であるように設定される。圧力ｐ３に圧縮された清浄な二酸化炭素１０は、次に、冷却器３２０で温度Ｔｃまで冷却される。冷却された二酸化炭素１０は、冷却器出口流路３３１内で液体になり、液化二酸化炭素タンク４００に供給される。液化二酸化炭素タンク４００に供給された二酸化炭素１０は、ポンプ５００によって、洗浄槽１００に供給される。二酸化炭素１０は、このようなサイクルによって洗浄装置１内を循環する。洗浄装置１は、このサイクルを連続的に運転する。
【００５６】
以上のように、洗浄装置１の分離装置２００に用いられる二酸化炭素の分離方法は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする。
【００５７】
また、二酸化炭素の分離装置２００は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離するサイクロン２０１を備える。
【００５８】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離することにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、二酸化炭素を分離するためのサイクロン２０１を大型化する必要がなくなる。
【００５９】
また、遠心力を用いて二酸化炭素の分離を行なうことによって、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再利用したりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるとともに、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、二酸化炭素の分離において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００６０】
このようにすることにより、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法と分離装置２００を提供することができる。
【００６１】
また、洗浄装置１は、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物２０を洗浄するための洗浄槽１００と、洗浄槽１００において洗浄に用いられた二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物を分離するためのサイクロン２０１と、サイクロン２０１において不純物から分離された二酸化炭素を洗浄槽１００に供給するための流路とを備える。
【００６２】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素の分離を行うことにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、洗浄装置１を大型化する必要がなくなる。
【００６３】
また、遠心力を用いて二酸化炭素の分離を行なうことによって、洗浄に用いられた超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再び洗浄槽１００に循環させたりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるとともに、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、洗浄装置１において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００６４】
また、サイクロン２０１において不純物から分離された二酸化炭素を、流路を介して洗浄槽１００に供給することによって、二酸化炭素を洗浄装置１の外部に放出せずに、不純物から分離された二酸化炭素を流路内に回収して、繰り返し使用することができる。
【００６５】
このようにすることにより、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な洗浄装置１を提供することができる。
【００６６】
また、洗浄装置１は、サイクロン２０１によって不純物から分離された二酸化炭素を液体状態にするための凝縮部３００を備える。
【００６７】
このようにすることにより、洗浄後にサイクロン２０１内において二酸化炭素が気化した場合にも、凝縮部３００において二酸化炭素を液化することによって、二酸化炭素を回収することが容易になる。
【００６８】
また、洗浄装置１は、凝縮部３００において液体状態にされた二酸化炭素を収容するための液化二酸化炭素タンク４００を備える。
【００６９】
このようにすることにより、洗浄に用いられた二酸化炭素を凝縮した後、液化二酸化炭素タンク４００内に収容しておいて、洗浄時に二酸化炭素が必要になれば、液化二酸化炭素タンク４００から取出して再利用することができるので、二酸化炭素を外部から洗浄装置１に供給する必要がなくなる。
【００７０】
また、洗浄装置１は、洗浄槽１００に向かって二酸化炭素を送出するためのポンプ５００を備える。
【００７１】
このようにすることにより、二酸化炭素を洗浄槽１００に供給する速度を高めることができる。
【００７２】
また、洗浄装置１は、サイクロン２０１の内部の圧力と温度とを制御するための制御部８００と、サイクロン２０１の内部において二酸化炭素を減圧するための減圧バルブ６００と、サイクロン２０１の内部において二酸化炭素の温度を調整するための温度調節器７００とを備え、制御部８００は、サイクロン２０１の内部における二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、減圧バルブ６００および／または温度調節器７００を制御するように構成されている。
【００７３】
このようにすることにより、不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することが可能となる。不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することによって、サイクロン２０１の後段での二酸化炭素液化操作の際に必要なエネルギーを削減することができる。このようにして、洗浄装置１全体として低エネルギーで二酸化炭素の分離回収が可能となる。
【００７４】
また、このようにすることにより、サイクロン２０１内において二酸化炭素の密度を調整することができるので、遠心分離により、固体、液体のいずれの不純物からも二酸化炭素を分離することが可能である。固体、液体のいずれの状態の不純物からも二酸化炭素を遠心力によって分離して、サイクロン２０１内に固定化することによって、減圧により析出した固体、液体状態の不純物によるサイクロン２０１の出口の配管等の閉塞を防ぐことができる。
【００７５】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離する場合には、二酸化炭素が減圧される際の体積膨張を、不純物の分離の駆動力とすることができる。サイクロン２０１は、二酸化炭素と不純物とを遠心力によって分離するので、二酸化炭素の流速が速ければそれだけ不純物の分離性能が上がる。したがって、二酸化炭素の分離回収速度を高めても、洗浄装置１を大型化する必要がなくなる。
【００７６】
なお、上述のように、溶媒となる二酸化炭素と分離されるべき物質の間に密度の差が有れば、不純物から二酸化炭素を分離することが可能である。この発明に従った洗浄装置１における二酸化炭素の分離方法は、例えば、二酸化炭素の超臨界状態を応用する物質抽出技術の分離工程に使用することが可能である。例えば、大豆からのビタミンＥ抽出、土中のダイオキシン抽出、高分子中の添加剤抽出を行った後に、この発明の二酸化炭素の分離方法によって、二酸化炭素からビタミンＥ、ダイオキシン、添加剤を分離するとことができる。特に二酸化炭素の相状態を調節して分離されるべき物質を溶解状態から析出させて行うと分離が効果的になる。
【００７７】
図４は、この発明のもう一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【００７８】
図４に示すように、洗浄装置２が図１に示す洗浄装置１と異なる点としては、液化二酸化炭素タンク４００は、バルブ４２１を有する流路４２０によって洗浄槽１００に直接、接続されている。洗浄槽１００は、流路１３０によって、ポンプ５００に接続されている。ポンプ５００は、流路５１０によって、減圧バルブ６００に接続されている。洗浄装置２のその他の構成は、洗浄装置１と同様である。
【００７９】
このように、洗浄装置２においては、ポンプ５００が、二酸化炭素の流れにおいて洗浄槽１００の下流側に配置されている。このような構成の洗浄装置２であっても、ポンプ５００が駆動されると、液化二酸化炭素タンク４００から超臨界または液体状態の二酸化炭素１０が洗浄槽１００内に送出される。
【００８０】
洗浄装置２のその他の構成と効果は、洗浄装置１と同様である。
【００８１】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
この発明に従った二酸化炭素の分離方法は、二酸化炭素の超臨界状態を応用する物質抽出技術の分離工程に使用することが可能である。例えば、大豆からのビタミンＥ抽出、土中のダイオキシン抽出、高分子中の添加剤抽出を行った後に、この発明の二酸化炭素の分離方法によって、二酸化炭素からビタミンＥ、ダイオキシン、添加剤を分離することができる。特に二酸化炭素の相状態を調節して分離されるべき物質を溶解状態から析出させて行うと分離が効果的になる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【図２】洗浄装置のサイクロンの内部とサイクロンの周辺を模式的に示す図である。
【図３】洗浄装置の制御関連の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明のもう一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，２：洗浄装置１０：二酸化炭素、２０：被洗浄対象物、１００：洗浄槽、２００：分離装置、２０１：サイクロン、３００：凝縮部、４００：液化二酸化炭素タンク、５００：ポンプ、６００：減圧バルブ、７００：温度調節器、８００：制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を不純物から分離する方法と、二酸化炭素を不純物から分離する装置と、二酸化炭素を用いて被洗浄対象物の洗浄を行なう洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、洗浄方法としては、水、有機溶剤、酸、アルカリなどの溶媒を利用する湿式洗浄方式があるが、このような湿式洗浄方式に変わって、加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素を溶媒とする洗浄方式が環境配慮型の洗浄方式として普及しつつある。加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素は、高精度の洗浄が求められる半導体材料などの電子デバイス部品の洗浄に応用されている。
【０００３】
近年では、加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素を用いる洗浄方式は、半導体以外の被洗浄対象物として衣類洗浄にも応用されている。これは、従来の衣類洗浄においては、ドライクリーニング溶剤が洗浄後の被洗浄対象物に残ることによって、健康に悪影響を及ぼすおそれがあるためである。また、洗浄後の廃溶剤によって環境汚染が引き起こされるからである。
【０００４】
加圧された液体状態または超臨界状態の二酸化炭素を用いる洗浄においては、洗浄後に、二酸化炭素を減圧することによって、二酸化炭素を気化させて被洗浄対象物から取り除くことが可能である。そのため、被洗浄対象物に洗浄溶媒が残留する心配がない。また、洗浄後に被洗浄対象物の乾燥を必要としないので、乾燥のためのエネルギーを必要としないなど環境面に対する利点がある。
【０００５】
また、洗浄後に減圧して気化させた二酸化炭素は、再加圧することによって洗浄溶媒として再利用することが可能である。このように、二酸化炭素は、有機溶媒等と比較して、簡単に、低エネルギーで再利用が可能であり、環境に対する影響を抑えることができる。また、洗浄後の二酸化炭素を、廃棄せずに溶媒として繰り返し使用することができるので、地球温暖化防止の観点からも利点が大きい。
【０００６】
上述のように、加圧された液体二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素を溶媒とする洗浄方式は、環境負荷低減に優れた方法であるが、環境負荷の低減のためには、二酸化炭素を回収・再利用することが前提となる。したがって、二酸化炭素の回収の効率を高めることと、回収のための必要エネルギーを抑えることが重要になる。
【０００７】
また、洗浄装置としては二酸化炭素を循環させ、被洗浄対象物からの汚れ成分を二酸化炭素から取り除き、常に清浄な二酸化炭素で洗浄を行うことが望ましい。この点から、二酸化炭素の分離回収速度も重要となってくる。
【０００８】
二酸化炭素の回収方法は、大きくは以下の２つの方法に分類される。すなわち、ガス吸収法と、気液分離法（蒸留）である。
【０００９】
ガス吸収法は、二酸化炭素の溶解度の高いアルカリ吸収液を用い、吸収液に二酸化炭素を溶解させて分離をする方法である。吸収法では、吸収液と二酸化炭素を接触させる操作で簡単に分離が可能である。
【００１０】
気液分離法は、加圧された液体状態又は超臨界状態の二酸化炭素を減圧、気化させることにより、低圧下（大気圧下）では液体又は固体で存在する汚れ成分から分離する方法である。気液分離法では、減圧し、二酸化炭素を気化させることで汚れ成分から分離することが可能であり、簡単な手法である。例えば、特開２００６−２８１０１４号公報（特許文献１）には、気液分離法によって二酸化炭素を汚染物質から分離して、二酸化炭素を循環させる洗浄装置と洗浄方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２８１０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ガス吸収法では、吸収液から二酸化炭素を分離するための加熱冷却装置が必要となり、装置が複雑化する。また、二酸化炭素を溶媒として用いる洗浄装置の場合は、使用する二酸化炭素の量が多く、その分必要とする吸収液量も多くなる。このため、装置が大型化するとともに、吸収液から二酸化炭素を分離するための加熱冷却に必要なエネルギーが大きくなってしまう欠点を持つ。
【００１２】
また、気液分離法では、二酸化炭素の分離・回収速度を高めるために、減圧・気化される二酸化炭素の物質量を多くした際、気化は大きな体積膨張を伴うため、分離容器内の気相二酸化炭素の流速が速くなり、除去すべき汚れ成分が二酸化炭素に同伴してしまう。汚れ成分の同伴を防ぐためには、装置の大型化が必要となる。また、分離する不純物が高粘性物質や固体である場合、管路を閉塞させる問題も出てくる。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法を提供することである。また、この発明の目的は、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離装置を提供することである。さらに、この発明の目的は、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に従った二酸化炭素の分離方法は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に従った二酸化炭素の分離装置は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離する遠心分離手段を備える。
【００１６】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離することにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、二酸化炭素を分離するための装置を大型化する必要がなくなる。
【００１７】
また、遠心力を用いて二酸化炭素を分離することによって、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再利用したりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるだけでなく、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、二酸化炭素の分離において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００１８】
このようにすることにより、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法と分離装置を提供することができる。
【００１９】
この発明に従った洗浄装置は、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物を洗浄するための洗浄槽と、洗浄槽において洗浄に用いられた二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離するための遠心分離手段と、遠心分離手段において不純物から分離された二酸化炭素を洗浄槽に供給するための流路とを備える。
【００２０】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離することにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、洗浄装置を大型化する必要がなくなる。
【００２１】
また、遠心力を用いて二酸化炭素の分離を行なうことによって、洗浄に用いられた超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再び洗浄槽に循環させたりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるだけでなく、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、洗浄装置において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００２２】
また、遠心分離手段において不純物から分離された二酸化炭素を、流路を介して洗浄槽に供給することによって、二酸化炭素を洗浄装置の外部に放出せずに、不純物から分離された二酸化炭素を流路内に回収して、繰り返し使用することができる。
【００２３】
このようにすることにより、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な洗浄装置を提供することができる。
【００２４】
この発明に従った洗浄装置は、遠心分離手段によって不純物から分離された二酸化炭素を液体状態にするための凝縮手段を備えることが好ましい。
【００２５】
このようにすることにより、洗浄後に遠心分離手段内において二酸化炭素が気化した場合にも、凝縮手段において二酸化炭素を液化することによって、二酸化炭素を回収することが容易になる。
【００２６】
この発明に従った洗浄装置は、凝縮手段において液体状態にされた二酸化炭素を収容するための収容容器を備えることが好ましい。
【００２７】
このようにすることにより、洗浄に用いられた二酸化炭素を凝縮した後、収容容器内に収容しておいて、洗浄時に二酸化炭素が必要になれば、収容容器から取出して再利用することができるので、二酸化炭素を外部から洗浄装置に供給する必要がなくなる。
【００２８】
この発明に従った洗浄装置は、洗浄槽に向かって二酸化炭素を送出するための送出手段を備えることが好ましい。
【００２９】
このようにすることにより、二酸化炭素を洗浄槽に供給する速度を高めることができる。
【００３０】
この発明に従った洗浄装置は、遠心分離手段の内部の圧力と温度とを制御するための制御部と、遠心分離手段の内部において二酸化炭素を減圧するための減圧手段と、遠心分離手段の内部において二酸化炭素の温度を調整するための温度調節手段とを備え、制御部は、遠心分離手段の内部における二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、減圧手段および／または温度調節手段を制御するように構成されていることが好ましい。
【００３１】
このようにすることにより、不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することが可能となる。不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することによって、遠心分離手段の後段での二酸化炭素液化操作の際に必要なエネルギーを削減することができる。このようにして、洗浄装置全体として低エネルギーで二酸化炭素の分離回収が可能となる。
【００３２】
また、このようにすることにより、遠心分離手段内において二酸化炭素の密度を調整することができるので、遠心分離により、固体、液体のいずれの不純物からも二酸化炭素を分離することが可能である。固体、液体のいずれの状態の不純物からも二酸化炭素を遠心力によって分離して、遠心分離手段内に固定化することによって、減圧により析出した固体、液体状態の不純物による遠心分離手段の出口の配管等の閉塞を防ぐことができる。
【００３３】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離する場合には、二酸化炭素が減圧される際の体積膨張を、不純物の分離の駆動力とすることができる。遠心分離手段は、二酸化炭素と不純物とを遠心力によって分離するので、二酸化炭素の流速が速ければそれだけ不純物の分離性能が上がる。したがって、二酸化炭素の分離回収速度を高めても、洗浄装置を大型化する必要がなくなる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、この発明によれば、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法を提供することができる。また、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離装置と洗浄装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
図１は、この発明の一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【００３７】
図１に示すように、洗浄装置１は、被洗浄対象物２０を収容するための洗浄槽１００と、遠心分離手段としてサイクロン（遠心分離装置）２０１を備える分離装置２００と、凝縮手段として凝縮部３００と、二酸化炭素１０を収容する収容容器として液化二酸化炭素タンク４００と、送出手段としてポンプ５００と、減圧手段として減圧バルブ６００と、温度調節手段として温度調節器７００と、制御部とを備える。液化二酸化炭素タンク４００には、液化二酸化炭素タンク４００の内部の温度を調節するための温度調節器４１０が配置されている。洗浄槽１００、減圧バルブ６００、サイクロン２０１、凝縮部３００、液化二酸化炭素タンク４００、ポンプ５００、洗浄槽１００は、順に、流路によって接続されている。温度調節器７００は、サイクロン２０１の外周面上に配置されている。分離装置２００は、サイクロン２０１と温度調節器７００と、汚れ成分廃棄流路２２０と、バルブ２２１と、バルブ２１１を有する流路２１０とから構成されている。
【００３８】
洗浄槽１００には、被洗浄対象物２０として、例えば、衣類などの繊維構造体が収容される。洗浄装置１で洗浄される被洗浄対象物２０は、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素で洗浄されるものであれば、繊維構造体に限られない。洗浄槽１００には、温度調節器１１０が配置される。温度調節器１１０は、洗浄槽１００の内部の温度を調節する。洗浄槽１００には、バルブ１２１を備えた二酸化炭素パージ流路１２０と、流路１３０が接続されている。洗浄槽１００は、流路１３０、減圧バルブ６００、流路６１０を介して、サイクロン２０１と接続されている。
【００３９】
サイクロン２０１の底部には、バルブ２２１を備えた汚れ成分廃棄流路２２０が接続されている。また、サイクロン２０１の上部には、バルブ２１１を備えた流路２１０が接続されている。サイクロン２０１は、流路２１０を介して凝縮部３００と接続されている。
【００４０】
凝縮部３００は、コンプレッサー３１０と、冷却器３２０と、バルブ３３０と、冷却器出口流路３３１とを含む。コンプレッサー３１０は、バルブ２１１を備える流路２１０によってサイクロン２０１と接続されている。コンプレッサー３１０は、流路３１１によって冷却器３２０に接続されている。冷却器３２０は、バルブ３３０を有する冷却器出口流路３３１によって、液化二酸化炭素タンク４００に接続されている。
【００４１】
液化二酸化炭素タンク４００は、バルブ４２１を備える流路４２０によってポンプ５００に接続されている。ポンプ５００は、流路５１０によって洗浄槽１００に接続されている。
【００４２】
図２は、洗浄装置のサイクロンの内部とサイクロンの周辺を模式的に示す図である。
【００４３】
図２に示すように、サイクロン２０１は、上部で径が大きく、下部に向かって径が次第に小さくなるように形成されている略円錐形状を有する。サイクロン２０１の外周面には、温度調節器７００が配置されている。減圧バルブ６００を有する流路６１０は、サイクロン２０１の上部に接続されている。流路６１０は、流路６１０を流れる二酸化炭素が円錐形状のサイクロン２０１の周壁面の接線方向に沿って流れるように、接続されている。流路６１０からサイクロン２０１の内部に流入した二酸化炭素は、図中に二点鎖線で示すように、サイクロン２０１の内部で旋回する旋回流となる。このとき、この旋回流による遠心力と、二酸化炭素と不純物の密度差によって、二酸化炭素と不純物とが分離される。
【００４４】
図３は、洗浄装置の制御関連の構成を示すブロック図である。
【００４５】
図３に示すように、制御部８００は、減圧バルブ６００と温度調節器７００に制御信号を送信する。制御部８００は、サイクロン２０１（図１、図２）の内部の二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、減圧バルブ６００と温度調節器７００の少なくともいずれか一方を制御する。制御部８００から送信された制御信号に基づいて、減圧バルブ６００が開閉されると、サイクロン２０１の内部の圧力が調節される。また、制御部８００から送信された制御信号に基づいて温度調節器７００が駆動されると、サイクロン２０１の内部の温度が調節される。
【００４６】
以下、図１から図３に基づいて、洗浄装置１の運転について説明する。
【００４７】
使用者が、洗浄槽１００内に被洗浄対象物２０を収容した後、バルブ４２１が開かれ、ポンプ５００が駆動されて、加圧された液体状態の二酸化炭素１０が洗浄槽１００に供給される。液体状態の二酸化炭素１０は、ポンプ５００によってさらに加圧されて、超臨界状態の二酸化炭素として洗浄槽１００に供給されてもよい。洗浄槽１００の内部では、被洗浄対象物２０が超臨界または液体状態の二酸化炭素１０によって洗浄される。洗浄槽１００の内部は、圧力がｐ１、温度がＴ１となるように設定されている。圧力ｐ１、温度Ｔ１の条件下においては、二酸化炭素１０は、液体状態または超臨界状態として存在する。
【００４８】
このとき、二酸化炭素パージ流路１２０のバルブ１２１は閉じられている。一方、減圧バルブ６００は、減圧バルブ６００を通過する二酸化炭素１０が所定の圧力ｐ２に減圧されるように設定されている。圧力ｐ２は、圧力ｐ１よりも小さい圧力である。サイクロン２０１とコンプレッサー３１０とを接続する流路２１０のバルブ２１１は開かれている。
【００４９】
洗浄に用いられた二酸化炭素１０は、被洗浄対象物２０から不純物として汚れ成分を取り除く。二酸化炭素１０には、不純物が溶解または混合される。不純物を含んだ二酸化炭素１０は、洗浄槽１００から、減圧バルブ６００を通って圧力ｐ２に減圧されて、サイクロン２０１に供給される。
【００５０】
サイクロン２０１の内部の圧力ｐ２は、洗浄槽１００の内部の圧力ｐ２よりも低い圧力に設定されている。そのため、サイクロン２０１の内部と洗浄槽１００の内部との圧力差によって、洗浄槽１００からサイクロン２０１に二酸化炭素１０が流入する。二酸化炭素１０は、流路６１０を通って、サイクロン２０１の周壁面の周方向の接線方向に沿って流れるように、サイクロン２０１の上部からサイクロン２０１の内部に流入する。二酸化炭素１０は、サイクロン２０１の内部において、サイクロン２０１の周壁面の形状に沿って旋回しながら、下方向に向かって流れる。サイクロン２０１の底部では、二酸化炭素１０は、サイクロン２０１に接続されている流路２１０内に流入する。流路２１０内に流入した二酸化炭素１０は凝縮部３００に向かって流れる。
【００５１】
このようにして、サイクロン２０１において二酸化炭素１０の旋回流が発生し、二酸化炭素１０と不純物とが遠心分離される。制御部８００は、二酸化炭素１０の温度がＴ２になるように温度調節器７００を制御する。温度Ｔ２は、圧力ｐ２の二酸化炭素１０の密度が所定の密度ρになる温度に設定されている。所定の密度ρは、二酸化炭素１０から取り除く不純物の密度と異なる密度である。したがって、圧力ｐ２、温度Ｔ２の条件下では、二酸化炭素１０と不純物の密度に差がある。
【００５２】
遠心力による分離を行うためには二酸化炭素と汚れ成分である不純物の密度に差がなければならない。逆に言えば、密度差があれば分離可能である。そのため、遠心力による分離においては、従来の方法のように、汚れ成分を液体または固体の状態で相分離させて析出させるために、二酸化炭素が完全に気化する圧力まで減圧する必要はない。遠心力によって二酸化炭素と不純物とを分離する洗浄装置１では、二酸化炭素と不純物に密度差が生じる圧力、例えば二酸化炭素と汚れ成分が液−液相分離する圧力、液−固相分離する圧力までの減圧に留めても、密度差が生じれば遠心力で不純物と二酸化炭素とを分離ことが可能となる。このようにすることにより、二酸化炭素が液体の状態でも分離回収することが可能となるので、超臨界または液体状態の二酸化炭素を一旦、気体状態にして洗浄に用いて、分離回収後に二酸化炭素を再び気体状態から圧縮、冷却して液化させる必要がなくなり、洗浄装置１の全体として低エネルギーでの回収が可能となる。
【００５３】
従来の気液分離法では、気化させる二酸化炭素の物質量を多くすると、その分、気液分離手段内の流速が速くなり、気液分離手段内から出て行く二酸化炭素に汚れ成分が同伴してしまう。そのため、二酸化炭素の分離回収速度を高めるためには気液分離手段の体積増大が必要であった。しかし、洗浄装置１では、二酸化炭素と不純物の分離は遠心力によって行われるため、流速が速くなることは、遠心力が大きくなり分離性能が高まることになり好都合である。したがって、洗浄装置１では、二酸化炭素の物質量が多くなっても、装置体積を大きくすることなく二酸化炭素の分離回収速度を高めることができて、二酸化炭素への汚れ成分の同伴も防ぐことができる。
【００５４】
二酸化炭素１０から分離された不純物は、サイクロン２０１の下部に接続されている汚れ成分廃棄流路２２０に廃棄される。不純物を取り除かれた二酸化炭素１０は、図２中に二点鎖線で示すように、サイクロン２０１の中央部分を通って上方に抜けて、流路２１０内に流出する。このように、二酸化炭素１０から取り除かれた不純物は、分離装置２００の汚れ成分廃棄流路２２０に固定され、流路２１０内に流出しない。
【００５５】
不純物と分離された二酸化炭素１０は、バルブ２１１を備える流路２１０を通って凝縮部３００に流入する。凝縮部３００では、まず、コンプレッサー３１０によって、汚れが分離された清浄な二酸化炭素１０が圧力ｐ３まで圧縮される。圧力ｐ３は、冷却器３２０で冷却可能な温度Ｔｃにおける飽和蒸気圧よりも高い圧力であるように設定される。圧力ｐ３に圧縮された清浄な二酸化炭素１０は、次に、冷却器３２０で温度Ｔｃまで冷却される。冷却された二酸化炭素１０は、冷却器出口流路３３１内で液体になり、液化二酸化炭素タンク４００に供給される。液化二酸化炭素タンク４００に供給された二酸化炭素１０は、ポンプ５００によって、洗浄槽１００に供給される。二酸化炭素１０は、このようなサイクルによって洗浄装置１内を循環する。洗浄装置１は、このサイクルを連続的に運転する。
【００５６】
以上のように、洗浄装置１の分離装置２００に用いられる二酸化炭素の分離方法は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする。
【００５７】
また、二酸化炭素の分離装置２００は、不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離するサイクロン２０１を備える。
【００５８】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離することにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、二酸化炭素を分離するためのサイクロン２０１を大型化する必要がなくなる。
【００５９】
また、遠心力を用いて二酸化炭素の分離を行なうことによって、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再利用したりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるとともに、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、二酸化炭素の分離において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００６０】
このようにすることにより、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、簡単に二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な二酸化炭素の分離方法と分離装置２００を提供することができる。
【００６１】
また、洗浄装置１は、超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物２０を洗浄するための洗浄槽１００と、洗浄槽１００において洗浄に用いられた二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物を分離するためのサイクロン２０１と、サイクロン２０１において不純物から分離された二酸化炭素を洗浄槽１００に供給するための流路とを備える。
【００６２】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素の分離を行うことにより、二酸化炭素の流速を分離の駆動力として利用することができる。そのため、二酸化炭素の分離速度を高めた場合であっても、洗浄装置１を大型化する必要がなくなる。
【００６３】
また、遠心力を用いて二酸化炭素の分離を行なうことによって、洗浄に用いられた超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素を気体状態にまで減圧する必要がない。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままであっても、不純物と二酸化炭素の密度に差があれば、遠心力によって不純物から二酸化炭素を分離することができる。二酸化炭素が超臨界または液体状態のままで不純物から分離されるので、分離した後の二酸化炭素を貯留しておいたり、そのまま再び洗浄槽１００に循環させたりするときにも、不純物から分離するために二酸化炭素を気化させる工程が不要になるとともに、二酸化炭素を再び加圧して液化する工程も不要になる。このように、二酸化炭素を超臨界または加圧された液体状態から気化させ、分離回収後に再度液化させる工程が不要になるので、洗浄装置１において消費されるエネルギーを低減することができる。
【００６４】
また、サイクロン２０１において不純物から分離された二酸化炭素を、流路を介して洗浄槽１００に供給することによって、二酸化炭素を洗浄装置１の外部に放出せずに、不純物から分離された二酸化炭素を流路内に回収して、繰り返し使用することができる。
【００６５】
このようにすることにより、装置を大型化することなく、低エネルギーで不純物から二酸化炭素を分離させることが可能であって、二酸化炭素の分離速度を高めることが可能な洗浄装置１を提供することができる。
【００６６】
また、洗浄装置１は、サイクロン２０１によって不純物から分離された二酸化炭素を液体状態にするための凝縮部３００を備える。
【００６７】
このようにすることにより、洗浄後にサイクロン２０１内において二酸化炭素が気化した場合にも、凝縮部３００において二酸化炭素を液化することによって、二酸化炭素を回収することが容易になる。
【００６８】
また、洗浄装置１は、凝縮部３００において液体状態にされた二酸化炭素を収容するための液化二酸化炭素タンク４００を備える。
【００６９】
このようにすることにより、洗浄に用いられた二酸化炭素を凝縮した後、液化二酸化炭素タンク４００内に収容しておいて、洗浄時に二酸化炭素が必要になれば、液化二酸化炭素タンク４００から取出して再利用することができるので、二酸化炭素を外部から洗浄装置１に供給する必要がなくなる。
【００７０】
また、洗浄装置１は、洗浄槽１００に向かって二酸化炭素を送出するためのポンプ５００を備える。
【００７１】
このようにすることにより、二酸化炭素を洗浄槽１００に供給する速度を高めることができる。
【００７２】
また、洗浄装置１は、サイクロン２０１の内部の圧力と温度とを制御するための制御部８００と、サイクロン２０１の内部において二酸化炭素を減圧するための減圧バルブ６００と、サイクロン２０１の内部において二酸化炭素の温度を調整するための温度調節器７００とを備え、制御部８００は、サイクロン２０１の内部における二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、減圧バルブ６００および／または温度調節器７００を制御するように構成されている。
【００７３】
このようにすることにより、不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することが可能となる。不純物の密度に応じて、分離される二酸化炭素の密度または相状態を調整することによって、サイクロン２０１の後段での二酸化炭素液化操作の際に必要なエネルギーを削減することができる。このようにして、洗浄装置１全体として低エネルギーで二酸化炭素の分離回収が可能となる。
【００７４】
また、このようにすることにより、サイクロン２０１内において二酸化炭素の密度を調整することができるので、遠心分離により、固体、液体のいずれの不純物からも二酸化炭素を分離することが可能である。固体、液体のいずれの状態の不純物からも二酸化炭素を遠心力によって分離して、サイクロン２０１内に固定化することによって、減圧により析出した固体、液体状態の不純物によるサイクロン２０１の出口の配管等の閉塞を防ぐことができる。
【００７５】
遠心力を用いて不純物から二酸化炭素を分離する場合には、二酸化炭素が減圧される際の体積膨張を、不純物の分離の駆動力とすることができる。サイクロン２０１は、二酸化炭素と不純物とを遠心力によって分離するので、二酸化炭素の流速が速ければそれだけ不純物の分離性能が上がる。したがって、二酸化炭素の分離回収速度を高めても、洗浄装置１を大型化する必要がなくなる。
【００７６】
なお、上述のように、溶媒となる二酸化炭素と分離されるべき物質の間に密度の差が有れば、不純物から二酸化炭素を分離することが可能である。この発明に従った洗浄装置１における二酸化炭素の分離方法は、例えば、二酸化炭素の超臨界状態を応用する物質抽出技術の分離工程に使用することが可能である。例えば、大豆からのビタミンＥ抽出、土中のダイオキシン抽出、高分子中の添加剤抽出を行った後に、この発明の二酸化炭素の分離方法によって、二酸化炭素からビタミンＥ、ダイオキシン、添加剤を分離するとことができる。特に二酸化炭素の相状態を調節して分離されるべき物質を溶解状態から析出させて行うと分離が効果的になる。
【００７７】
図４は、この発明のもう一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【００７８】
図４に示すように、洗浄装置２が図１に示す洗浄装置１と異なる点としては、液化二酸化炭素タンク４００は、バルブ４２１を有する流路４２０によって洗浄槽１００に直接、接続されている。洗浄槽１００は、流路１３０によって、ポンプ５００に接続されている。ポンプ５００は、流路５１０によって、減圧バルブ６００に接続されている。洗浄装置２のその他の構成は、洗浄装置１と同様である。
【００７９】
このように、洗浄装置２においては、ポンプ５００が、二酸化炭素の流れにおいて洗浄槽１００の下流側に配置されている。このような構成の洗浄装置２であっても、ポンプ５００が駆動されると、液化二酸化炭素タンク４００から超臨界または液体状態の二酸化炭素１０が洗浄槽１００内に送出される。
【００８０】
洗浄装置２のその他の構成と効果は、洗浄装置１と同様である。
【００８１】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
この発明に従った二酸化炭素の分離方法は、二酸化炭素の超臨界状態を応用する物質抽出技術の分離工程に使用することが可能である。例えば、大豆からのビタミンＥ抽出、土中のダイオキシン抽出、高分子中の添加剤抽出を行った後に、この発明の二酸化炭素の分離方法によって、二酸化炭素からビタミンＥ、ダイオキシン、添加剤を分離することができる。特に二酸化炭素の相状態を調節して分離されるべき物質を溶解状態から析出させて行うと分離が効果的になる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【図２】洗浄装置のサイクロンの内部とサイクロンの周辺を模式的に示す図である。
【図３】洗浄装置の制御関連の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明のもう一つの実施の形態として、洗浄装置の全体を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，２：洗浄装置１０：二酸化炭素、２０：被洗浄対象物、１００：洗浄槽、２００：分離装置、２０１：サイクロン、３００：凝縮部、４００：液化二酸化炭素タンク、５００：ポンプ、６００：減圧バルブ、７００：温度調節器、８００：制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする、二酸化炭素の分離方法。
【請求項２】
不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離する遠心分離手段を備える、二酸化炭素の分離装置。
【請求項３】
超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物を洗浄するための洗浄槽と、
前記洗浄槽において洗浄に用いられた二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離するための遠心分離手段と、
前記遠心分離手段において不純物から分離された二酸化炭素を前記洗浄槽に供給するための流路とを備える、洗浄装置。
【請求項４】
前記遠心分離手段によって不純物から分離された二酸化炭素を液体状態にするための凝縮手段を備える、請求項３に記載の洗浄装置。
【請求項５】
前記凝縮手段において液体状態にされた二酸化炭素を収容するための収容容器を備える、請求項４に記載の洗浄装置。
【請求項６】
前記洗浄槽に向かって二酸化炭素を送出するための送出手段を備える、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の洗浄装置。
【請求項７】
前記遠心分離手段の内部の圧力と温度とを制御するための制御部と、
前記遠心分離手段の内部において二酸化炭素を減圧するための減圧手段と、
前記遠心分離手段の内部において二酸化炭素の温度を調整するための温度調節手段とを備え、
前記制御部は、前記遠心分離手段の内部における二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、前記減圧手段および／または前記温度調節手段を制御するように構成されている、請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の洗浄装置。
【請求項１】
不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離することを特徴とする、二酸化炭素の分離方法。
【請求項２】
不純物が含まれる超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離する遠心分離手段を備える、二酸化炭素の分離装置。
【請求項３】
超臨界または加圧された液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物を洗浄するための洗浄槽と、
前記洗浄槽において洗浄に用いられた二酸化炭素に遠心力を与えることによって不純物から二酸化炭素を分離するための遠心分離手段と、
前記遠心分離手段において不純物から分離された二酸化炭素を前記洗浄槽に供給するための流路とを備える、洗浄装置。
【請求項４】
前記遠心分離手段によって不純物から分離された二酸化炭素を液体状態にするための凝縮手段を備える、請求項３に記載の洗浄装置。
【請求項５】
前記凝縮手段において液体状態にされた二酸化炭素を収容するための収容容器を備える、請求項４に記載の洗浄装置。
【請求項６】
前記洗浄槽に向かって二酸化炭素を送出するための送出手段を備える、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の洗浄装置。
【請求項７】
前記遠心分離手段の内部の圧力と温度とを制御するための制御部と、
前記遠心分離手段の内部において二酸化炭素を減圧するための減圧手段と、
前記遠心分離手段の内部において二酸化炭素の温度を調整するための温度調節手段とを備え、
前記制御部は、前記遠心分離手段の内部における二酸化炭素の密度が所定の密度になるように、前記減圧手段および／または前記温度調節手段を制御するように構成されている、請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２６２０１６（Ｐ２００９−２６２０１６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１２１５１（Ｐ２００８−１１２１５１）
【出願日】平成２０年４月２３日（２００８．４．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２３日（２００８．４．２３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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