(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】5997482
(24)【登録日】2016年9月2日
(45)【発行日】2016年9月28日
(54)【発明の名称】有機物処理装置
(51)【国際特許分類】
F23G 5/027 20060101AFI20160915BHJP
B09B 3/00 20060101ALI20160915BHJP
B01D 53/86 20060101ALI20160915BHJP
B01J 27/224 20060101ALI20160915BHJP
F23D 14/18 20060101ALI20160915BHJP
【FI】
F23G5/027 Z
B09B3/00 302Z
B01D53/36 GZAB
B01J27/224 A
F23D14/18 B
【請求項の数】4
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2012-87201(P2012-87201)
(22)【出願日】2012年4月6日
(65)【公開番号】特開2013-217544(P2013-217544A)
(43)【公開日】2013年10月24日
【審査請求日】2015年4月3日
(73)【特許権者】
【識別番号】597073807
【氏名又は名称】株式会社日省エンジニアリング
(74)【代理人】
【識別番号】100095739
【弁理士】
【氏名又は名称】平山 俊夫
(72)【発明者】
【氏名】平久井 健三
【審査官】
藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】
特開2001−254919(JP,A)
【文献】
特開2010−270980(JP,A)
【文献】
特開昭57−174608(JP,A)
【文献】
特開2010−163293(JP,A)
【文献】
特開2001−137714(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F23G 5/027
F23G 5/10
F23G 5/16
F23D 14/18
F23L 7/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
投入された有機物を加熱するとともに磁化空気を抑制的に供給して熱分解する処理槽に接続され有機物から分解され発生したガスを燃焼処理する燃焼処理機構を備えた有機物処理装置において、前記処理槽と燃焼処理機構との間にはガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられ、前記燃焼処理機構は処理槽の上部にガスを下方から上方へ上昇させる煙突形に立上げられ内部に炭化ケイ素を主成分として多孔質のブロック体に焼結された触媒材が積層され触媒材よりも下方に外気を導入する外気導入口が設けられていることを特徴とする有機物処理装置。
【請求項2】
請求項1の有機物処理装置において、燃焼処理機構は外気導入口付近に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられていることを特徴とする有機物処理装置。
【請求項3】
請求項1または2の有機物処理装置において、燃焼処理機構の触媒材は炭化ケイ素60重量%以上,酸化アルミニウム28重量%以下,二酸化ケイ素10重量%以上が含まれていることを特徴とする有機物処理装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかの有機物処理装置において、燃焼処理機構と処理槽とに熱交換部が設けられ燃焼処理機構側から処理槽側に流れる給水経路が配設された給湯機構が付設されていることを特徴とする有機物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、木材,合成樹脂材等の有機物を熱分解する有機物処理装置に係る技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
最近、有機物を比較的低温で熱分解させる処理技術が開発され、有機物系の廃棄物をダイオキシン等の有害物質を発生させることなく廃棄処理することができるようになってきている。この処理技術は、有機物を外気を遮断した処理槽に投入し、有機物を加熱するとともに処理槽に磁化された空気(磁化空気)を抑制的に供給するものである。磁化空気は、磁力によって酸素が活性化されて大量のマイナスイオンを発生させるものであることから、有機物の炭素分子と激しく熱分解反応を起こさせるという特性がある。この結果、有機物は、水,灰化物(無機物,カーボン等),ガス(二酸化炭素,炭化水素等)に酸化分解されることになる。
【0003】
この処理技術を実現する装置を構成するには、処理槽の内部に保留しておくことができず連続的に排出されることになるガスを法的環境基準等に適応するように無害化,無臭化する必要がある。
【0004】
従来、有機物から分解されが発生したガスを無害化,無臭化する技術を備えた有機物処理装置としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。
【0005】
特許文献1には、投入された有機物を加熱するとともに磁化空気を抑制的に供給して熱分解する処理槽に接続され有機物から分解され発生したガスを燃焼処理するオイルバーナを有した燃焼処理機構を備えた有機物処理装置が記載されている。
【0006】
特許文献1に係る有機物処理装置は、有機物から分解され発生したガスを燃焼処理機構のオイルバーナの火炎による燃焼処理で無害化,無臭化するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2010−5581号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1に係る有機物処理装置では、燃焼処理機構のオイルバーナの燃料コストが掛かるため、運転コストが高くなってしまうという問題点がある。
【0009】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、運転コストの低い有機物処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前述の課題を解決するため、本発明に係る有機物処理装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。
【0011】
即ち、請求項1では、投入された有機物を加熱するとともに磁化空気を抑制的に供給して熱分解する処理槽に接続され有機物から分解され発生したガスを燃焼処理する燃焼処理機構を備えた有機物処理装置において、
前記処理槽と燃焼処理機構との間にはガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられ、前記燃焼処理機構は処理槽の上部にガスを下方から上方へ上昇させる煙突形に立上げられ内部に炭化ケイ素を主成分として多孔質のブロック体に焼結された触媒材が積層され触媒材よりも下方に外気を導入する外気導入口が設けられていることを特徴とする。
【0012】
この手段では、
燃焼処理機構の前にガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられることで、燃焼処理の障害となる水分の燃焼処理機構への流入が減少される。
また、前記燃焼処理機構において、ガスを下方から上方へ上昇させる煙突形の内部に積層された発熱(炭化ケイ素)する触媒材でガスを燃焼させるとともに、燃焼処理の補助材となる酸素(外気)を外気導入口から導入することで、燃料がなくとも燃焼処理機構でガスの燃焼処理が行われるようになって、燃料コストが掛からなくなる。
【0013】
また、請求項2では、請求項1の有機物処理装置において、燃焼処理機構は外気導入口付近に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられていることを特徴とする。
【0014】
この手段では、燃焼処理機構に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられることで、燃焼処理の補助材となる酸素が確実に導入される。
【0017】
また、請求項
3では、請求項
1または2の有機物処理装置において、燃焼処理機構の触媒材は炭化ケイ素60重量%以上,酸化アルミニウム28重量%以下,二酸化ケイ素10重量%以上が含まれていることを特徴とする。
【0018】
この手段では、燃焼処理機構の触媒材に発熱を助勢する触媒である酸化アルミニウム,二酸化ケイ素を一定の重量比で加えることで、高熱下における燃焼処理を確実に行わせる。
【0019】
また、請求項
4では、請求項1〜
3のいずれかの有機物処理装置において、燃焼処理機構と処理槽とに熱交換部が設けられ燃焼処理機構側から処理槽側に流れる給水経路が配設された給湯機構が付設されていることを特徴とする。
【0020】
この手段では、相対的に低温である処理槽側に対して燃焼処理で相対的に高温となる燃焼処理機構側から給水が流れることで、効率的な加熱が行われる給湯機構が構成される。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る有機物処理装置は、
前記燃焼処理機構の前にガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられることで、燃焼処理の障害となる水分の燃焼処理機構への流入が減少されるため、燃焼処理機構におけるガスの燃焼処理が確実に行われる効果がある。
また、燃焼処理機構において、ガスが下方から上方へ上昇させる煙突形の内部に積層された発熱する触媒材でガスを燃焼させるとともに、燃焼処理の補助材となる酸素(外気)を外気導入口から導入することで、燃料がなくとも燃焼処理機構でガスの燃焼処理が行われるようになって、燃料コストが掛からなくなるため、運転コストが低くなる効果がある。
【0022】
さらに、請求項2として、燃焼処理機構に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられることで、燃焼処理の補助材となる酸素が確実に導入されるため、燃焼処理機構におけるガスの燃焼処理が確実に行われる効果がある。
【0024】
さらに、請求項
3として、燃焼処理機構の触媒材に自動車の排気ガス用の触媒として汎用されている酸化アルミニウム,二酸化ケイ素を加えることで、高熱下における燃焼処理に信頼性が確保されるため、燃焼処理機構におけるガスの燃焼処理が確実に行われる効果がある
【0025】
さらに、請求項
4として、相対的に低温である処理槽側に対して燃焼処理で相対的に高温となる燃焼処理機構側から給水が流れることで、効率的な加熱が行われる給湯機構が構成されるため、有機物の処理で発生した熱を有効利用した給湯機能を備えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【
図1】本発明に係る有機物処理装置を実施するための形態の断面図である。
【
図7】本発明に係る有機物処理装置を実施するための形態の既存の給湯設備への接続を示す給湯流路図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明に係る有機物処理装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【0028】
この形態では、処理対象物である有機物Pを上部から投入する上部投入タイプからなるものを示してある。
【0029】
この形態は、
図1,
図7に示すように、処理槽1,ヒータ2,燃焼処理機構3,熱交換器4,磁化空気供給機構5,電磁バルブ6,温度センサ7,コントローラ8,ガス流動機構9,給湯機構10の各部で構成されている。
【0030】
処理槽1は、
図1に詳細に示されるように、外気を遮断した状態で有機物Pを熱分解するもので、外部の周囲の温度が上昇しないように断熱材を介装した上面部,下面部,側面部からなる壁面材で円筒形に形成され、軸中心が垂直になるように設置される。上面部には、有機物Pが投入される投入口11が設けられている。この投入口11は、上扉,下扉が選択的に開閉される二重扉構造になっている。側面部の下部には、有機物Pが熱分解されて生成される灰化物を排出する排出口12が設けられている。内部の下部寄りには、熱分解中の有機物Pを堆積させておくロストル13が水平に配設されている。
【0031】
ヒータ2は、処理槽1のロストル13に堆積された有機物Pを加熱するもので、石英ガラス管からなる保護管を有した電熱ヒータが採用されて、処理槽1のロストル13の少し上方に設置されている。
【0032】
燃焼処理機構3は、
図1,
図4に詳細に示されるように、有機物Pが熱分解されて生成されるガスGを燃焼処理によって無害化,無臭化するもので、処理槽1の上面部に煙突形に立上げられ処理槽1の内部に連通するように接続され、箱形の燃焼室31の内部に耐火材32で囲まれた触媒材33が収容されている。燃焼室31は、大量の触媒材33を収容することができるようにある程度の容積をもった大きさに形成されている。耐火材32は、1000℃異常の高温に耐えることができ断熱性を有したセラミックス材等からなるもので、燃焼室31のガスGが上昇する上下面の一部を除く内側全面を覆っている。触媒材33は、炭化ケイ素(SiC)を主成分として多孔質のブロック体に焼結されたものである。この触媒材33については、発熱体となる炭化ケイ素(60重量%以上)に発熱を助勢する触媒として酸化アルミニウム(Al
20
3,28重量%以下),二酸化ケイ素(SiO
2,10重量%以上)を加えたもので板形に形成し、燃焼室31の上下方向に厚さ方向を一致させて積層するのが好ましい。触媒材33の天然材料としては、イタリアのベスビオ火山の火山灰が好適である。なお、触媒材33の焼結については、泡沫間隙率を75〜85%とし、体積密度を0.35〜0.65g/cm
3とするのが好ましい。また、燃焼室31の下部(熱交換器4)には、燃焼処理の補助剤となる酸素(外気)を導入する外気導入口34が設けられている。また、燃焼室31の近くには、外気導入口34に外気を強制的に吸入導入するブロア35が設けられている。
【0033】
熱交換器4は、
図2,
図5に詳細に示されるように、ガスGに含まれている水分を分離除去するもので、ドラム形に形成されて軸線が燃焼処理機構3の軸線と直交する格好で処理槽1と燃焼処理機構3との間に設けられている。この熱交換器4は、ドラム形の本体部41の外周面に放熱フィン42が取付けられたもので、本体部41の端面の下部と処理槽1との間にドレン用パイプ43が接続されている。なお、前述の燃焼処理機構3の外気導入口34は、本体部41の端面の上部に穿孔された小孔として設けられている。また、前述の燃焼処理機構3のブロア35は、本体部41の外周面に接続されている。
【0034】
磁化空気供給機構5は、
図3に詳細に示されるように、処理槽1の内部に磁化空気Aを供給するもので、処理槽1の側面部に処理槽1の軸中心に向けて放射状(
図3参照)に配置されて接続され処理槽1の内部とロストル13よりも上方で外部に連通された円筒形の複数個のノズル51と、各ノズル51の処理槽1の外部側で空気の流通路に相対されて取付けられ磁力によって空気を磁化して磁化空気Aとするマグネット52とからなる。ノズル51は、磁化空気Aの供給口となる先端部51aが下方へ向いたテーパ形の端口とされて処理槽1の内部に突出され、磁化空気Aの供給元となる基端部51bが処理槽1の外部にL字形に屈曲されて突出されている。マグネット52は、相対される磁極について制約はされないものである。なお、この磁化空気供給機構5は、供給動力源を備えておらず、有機物Pの熱分解の進行による処理槽1の内外部の圧力差によって磁化空気Aが処理槽1の内部に吸入されるようになっている。
【0035】
電磁バルブ6は、磁化空気供給機構5から処理槽1の内部への磁化空気Aの供給量を調整するもので、流量調整バルブタイプが採用されて、磁化空気供給機構5のノズル51のマグネット52よりも外部側である基端部51b付近に取付けられている。
【0036】
温度センサ7は、処理槽1の内部の温度を検出するもので、熱伝対構造からなるものが採用されて、処理槽1の内部の上下の2箇所に設置されている。上方に設置された上部温度センサ71は、処理槽1の上面部に近接され、有機物Pが熱分解されて生成されるガスGの温度を検出する。下方に設置された下部温度センサ72は、ヒータ2よりも少し上方に位置され熱分解されている有機物Pの温度を検出する。
【0037】
コントローラ8は、接続された電磁バルブ6,温度センサ7を連係制御するもので、マイクロプロセッサを有して、処理槽1の内部が一定の温度を超えたことを温度センサ7によって検出された際に、磁化空気供給機構5における磁化空気Aの供給量を減少させるように電磁バルブ6を動作させる設定がなされている。このコントローラ8は、処理槽1の外部に設置されたコントロールボックスの内部に収容されている(
図2参照)。
【0038】
ガス流動機構9は、有機物Pから分解され生成されたガスGを処理槽1の上方から下方へ流動させるもので、処理槽1の外部で上下方向に配設され上下部で処理槽1に連通するように接続されたコ字形のダクト91と、ダクト91の中途部に設けられたブロア92とからなる。ダクト91は、流動されるガスGの拡散を阻止して流動方向を規制するもので、上部で処理槽1に接続される吸入口91aが処理槽1の内部に突出され、下部で処理槽1に接続される吐出口91bが磁化空気供給機構5のノズル51の設置高さ付近に位置されて処理槽1の軸中心に向けられている。ブロア92は、ダクト91の内部を流動するガスGに上方から下方へ向けて強制力を加える。
【0039】
給湯機構10は、
図7に詳細に示されるように、処理槽1の側面部に設けられたジャケットタイプの熱交換部101と燃焼処理機構3に設けられたコイル形の熱交換部102とが給水経路103によって貯湯タンク104に循環回路で接続されている。貯湯タンク104と燃焼処理機構3に設けられた熱交換部102との間の給水経路103には、ポンプ105,逆止弁106,補助タンク107,開閉弁108が接続され、燃焼処理機構3に設けられた熱交換部102から処理槽1に設けられた熱交換部101に向けて流れる経路が構成されている。
【0040】
この給湯機構10は、ポンプ109,逆止弁1010を介して既存の給湯設備20と接続されている。既存の給湯機構20は、水道水等の原水Wを収容する給水タンク201と、原水Wを加熱するボイラ202と、加熱された原水Wである湯を貯溜する貯湯タンク203とからなる。既存の給湯機構20の貯湯タンク203は、給湯ラインと循環回路で接続されるとともに、給湯機構10に接続されて給湯機構10の貯湯タンク104から補助的に給湯を受けることができるようになっている。なお、給湯機構10の貯湯タンク104は、既存の給湯機構20の給水タンク201に接続されて原水Wの供給を受けることができるようになっている。
【0041】
この形態を運転するには、処理槽1の投入口11からロストル13の上に有機物Pを投入して、ヒータ2に通電することになる。
【0042】
このとき、コントローラ8によって電磁バルブ6が開放されて、磁化空気供給機構5から処理槽1の内部へ磁化空気Aを大量に供給することができる状態になっている。
【0043】
ヒータ2で加熱された有機物Pは、磁化空気供給機構5のノズル51からの磁化空気Aの供給の下で水,灰化物(無機物,カーボン等),ガス(二酸化炭素,炭化水素等)に熱分解されていく。
【0044】
このとき、磁化空気供給機構5のノズル51の先端部51aが下方へ向いたテーパ形の端口とされているため、磁化空気Aの上昇が規制され処理槽1のロストル13に堆積されている有機物Pの内部に確実に供給される。また、磁化空気供給機構5の複数個のノズル51が円筒形の処理槽1に放射状に配置されて処理槽1の軸中心に向けられているため、磁化空気Aが有機物Pへ内部の全体に均等に供給されることになる。従って、有機物Pの熱分解が確実,効率的に進行する。
【0045】
有機物Pの熱分解が進行して、処理槽1の内部が一定の温度を超えたことを温度センサ7が検出した際には、コントローラ8が電磁バルブ6を閉鎖したり開度を絞ったりして、磁化空気供給機構5から処理槽1の内部へ磁化空気Aの供給量を減少させる。
【0046】
この結果、処理槽1の内部が酸素過剰になって有機物Pが燃焼状態になることがなく、しかも前述の有機物Pの熱分解が確実に継続される。
【0047】
なお、磁化空気Aの供給量を減少させる処理槽1の内部の温度としては、温度センサ7の上部温度センサ71が検出するガスGの温度が180〜230℃、温度センサ7の下部温度センサ72が検出する有機物Pの温度が300〜500℃が適当である。ただし、これ等の温度については、運転初期や有機物Pが追加投入された際にはガスGの温度が低くても有機物Pの温度が高くなったり、有機物Pの分解で灰化物が多くなった際には有機物Pの温度が低くてもガスGの温度が高くなったりすることがある。従って、温度センサ7の上部温度センサ71,下部温度センサ72の検出温度に基づくコントローラ8の電磁バルブ6の制御については、熱分解の進行等に対応できるように詳細にプログラミングする必要がある。
【0048】
有機物Pの熱分解で生成されたガスGは、処理槽1の内部で上昇して一部が熱交換器4を介して燃焼処理機構3に排出され残る一部がガス流動機構9に流動される。
【0049】
このとき、ガス流動機構9のダクト91の吸入口91aが処理槽1の内部へ突出されているため、上昇するガスGの一部を確実にガス流動機構9に捕集することができる。
【0050】
熱交換器4に上昇したガスG(180〜230℃)は、本体部41の内部で冷却されてガスGに含まれている水分(水蒸気)が液化される。液化によってガスGから分離除去された水は、熱交換器4のドレン用パイプ43から処理槽1の内部に戻される。
【0051】
熱交換器4で乾質化されたガスGは、燃焼処理機構5に上昇する。
【0052】
燃焼処理機構3に上昇したガスGは、発熱する触媒材33によって1000℃以上の温度に加熱されて燃焼処理され無害化,無臭化される。なお、燃焼処理機構3の触媒材33の発熱は、耐火材32によって外部への漏出が阻止される。従って、ガスGの燃焼処理に燃料が不要で運転コストが低くなる。
【0053】
燃焼処理機構3におけるガスGの燃焼処理では、補助剤となる酸素が外気導入口34,ブロア35によって積極的に供給される。従って、燃焼処理されるガスGが熱交換器4で乾質化されていることとの相乗で確実な燃焼処理が行われる。また、燃焼処理機構3の触媒材33として主成分の発熱材である炭化ケイ素に発熱を助勢する触媒として酸化アルミニウム,二酸化ケイ素が前述の重量比で加えられていることで、高熱下における燃焼処理が確実に行われる。
【0054】
なお、燃焼処理機構3の触媒材33が多孔質であって外気導入口34,ブロア35から外気が供給されることから、触媒材33においてガスGの上昇が確保される。
【0055】
捕集されガス流動機構9を流動したガスGは、ダクト91の吐出口91bから処理槽1のロストル13に堆積している有機物Pの内部に吹込まれるように吐出される。
【0056】
このとき、ガス流動機構9のダクト91の吐出口91bが磁化空気供給機構5のノズル51の設置高さ付近に位置されて処理槽1の軸中心に向けられているため、吐出口91bから吐出されたガスGがノズル51から供給される磁化空気Aに助勢されて処理槽1の軸中心に向かうように付勢される。
【0057】
この結果、処理槽1においてガスGの対流が形成され、処理槽1の内部の温度の均等化が図られることになる。従って、温度センサ7による処理槽1の内部の温度の把握が正確になって、電磁バルブ6を動作させるタイミングが正確になる。即ち、有機物Pを熱分解するに好適な環境を確実に実現することができることになる。
【0058】
さらに、有機物Pの処理が行われる際には、処理給湯機構10によって発生した熱を有効利用した給湯が行われる。この給湯では、相対的に低温である処理槽1側に対して燃焼処理で相対的に高温となる燃焼処理機構3側から給水が流されることで、原水Wの効率的な加熱が行われる。なお、給湯機構10は、一定の温度,量の湯を長時間継続的に供給するのに適している。従って、給湯機構10を既存の給湯設備20と接続することで、湯の使用量の多いときには本格的な給湯を行う既存の給湯設備20に対して給湯機構10を補助的な給湯を担わせ、湯の使用量の少ないときには既存の給湯設備20を停止させ給湯機構10を本格的な給湯を担わせることができる。この結果、廃棄物である有機物Pの処理の熱を利用して、給湯の熱エネルギを低減することができる。
【0059】
以上、図示した形態の外に、有機物Pを側部から投入する側部投入タイプとすることも可能である。
【0060】
さらに、ガス流動機構9を複数基設けることも可能である。
【0061】
さらに、燃焼処理機構3のブロア35を処理槽1の投入口11の上扉,下扉の間にも接続して、有機物Pの追加投入の際に処理槽1の投入口11の上扉,下扉の間に漏出したガスGを吸入してパージすることもできる。
【符号の説明】
【0062】
1 処理槽
3 燃焼処理機構
33 触媒材
34 外気導入口
35 ブロア
4 熱交換器
5 磁化空気供給機構
6 電磁バルブ
9 ガス流動機構
10 給湯機構
A 磁化空気
G ガス
P 有機物