特許 7583473 分解処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】分解処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/08 20060101AFI20241107BHJP

   H05H 1/34 20060101ALI20241107BHJP

   H05H 1/28 20060101ALI20241107BHJP

   B09B 5/00 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

B01J19/08 E

H05H1/34

H05H1/28

B09B5/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023190479

(22)【出願日】2023-11-08

【審査請求日】2023-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】516005636

【氏名又は名称】株式会社ＨＥＬＩＸ

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】矢口 博文

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 秀知

【審査官】太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１１５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１８１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１５７９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０１７８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６２４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２３６２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｊ １０／００ － １２／０２

Ｂ０１Ｊ １４／００ － １９／３２

Ｈ０５Ｈ １／００ － １／５４

Ｂ０９Ｂ １／００ － ５／００

Ｂ０９Ｃ １／００ － １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

渦水流の内部にアーク放電を通過させて水プラズマを噴射する水プラズマ発生装置と、
前記水プラズマに分解対象物を供給する供給部とを備え、前記水プラズマによって前記分解対象物を分解処理する分解処理装置であって、
前記水プラズマ発生装置は、内部に供給される水によって前記渦水流を形成して噴射口から前記水プラズマを噴射するするチャンバと、前記チャンバ内の前記渦水流を通過するアーク放電を発生させる陽極及び陰極とを備え、前記陽極は前記チャンバの外側における前記噴射口の近傍位置に設けられ、
前記チャンバは、前記噴射口を形成し、該チャンバの内部に供給される水によって冷却される噴射口形成体を備え、
前記供給部は、前記噴射口形成体に配置され、前記噴射口形成体との熱伝達によって冷却されることを特徴とする分解処理装置。

【請求項2】

前記供給部は、前記分解対象物を噴出するノズル口を備え、
前記供給部における前記ノズル口の形成面と、前記噴射口形成体における前記噴射口の形成面とは略平行とされることを特徴とする請求項１に記載の分解処理装置。

【請求項3】

前記供給部は、前記分解対象物を噴出するノズル口を備え、
前記ノズル口からの前記分解対象物の噴出方向の角度は、該ノズル口を通過して前記水プラズマの中心軸と平行な仮想線に対し、０°より大きく４５°より小さい範囲内に設定されることを特徴とする請求項１に記載の分解処理装置。

【請求項4】

前記ノズル口は、前記噴射口の中心軸位置と前記噴射口形成体の外縁とが通過する線上にて、該外縁より前記噴射口の中心軸位置に近い位置に配置されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分解処理装置。

【請求項5】

前記噴射口から噴射される前記水プラズマの中心軸方向から見て、前記ノズル口が前記噴射口の斜め上方に位置することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分解処理装置。

【請求項6】

前記供給部は、前記ノズル口を複数備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分解処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、陰極と陽極との間で発生するアーク放電により水プラズマを噴射して分解対象物を分解処理する分解処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水プラズマを利用して廃棄物を処理する装置として、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１の装置では、プラズマ安定化媒体として水を用い、アーク放電により発生される水プラズマジェット気流に焼却灰を供給して当該焼却灰を溶解している。特許文献１では、水プラズマジェット気流が水プラズマバーナの噴射口より放出され、噴射口から所定距離離れた位置には、水プラズマジェット気流の上方から焼却灰を供給する供給手段が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３４０８７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の装置では、水プラズマジェット気流によって供給手段が溶解したり損傷したりすることを回避するため、供給手段に冷却構造を設ける必要がある。特に、水プラズマジェット気流は極めて高温となるので、過酷な条件で安定して冷却するため、冷却構造が複雑化したりメンテナンス等の作業負担が大きくなる、という問題がある。

【0005】

ここで、供給手段を水プラズマジェット気流から遠ざければ、供給手段を高温になり難くして冷却構造を簡略化できるが、水プラズマジェット気流の高温となる中心領域に焼却灰が到達し難くなる。このため、焼却灰が水プラズマジェット気流の熱で十分に分解処理できなくなって分解能力が低下することとなる。よって、分解能力の低下を防止することと、冷却構造の簡略化を図ることとは、トレードオフの関係と言える。

【0006】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、水プラズマによる分解能力を良好に発揮でき、且つ、冷却用の構造を簡略化できる分解処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明における一態様の分解処理装置は、渦水流の内部にアーク放電を通過させて水プラズマを噴射する水プラズマ発生装置と、前記水プラズマに分解対象物を供給する供給部とを備え、前記水プラズマによって前記分解対象物を分解処理する分解処理装置であって、前記水プラズマ発生装置は、内部に供給される水によって前記渦水流を形成して噴射口から前記水プラズマを噴射するするチャンバと、前記チャンバ内の前記渦水流を通過するアーク放電を発生させる陽極及び陰極とを備え、前記陽極は前記チャンバの外側における前記噴射口の近傍位置に設けられ、前記チャンバは、前記噴射口を形成し、該チャンバの内部に供給される水によって冷却される噴射口形成体を備え、前記供給部は、前記噴射口形成体に配置され、前記噴射口形成体との熱伝達によって冷却されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、チャンバの冷却構造を利用して噴射口形成体と共に供給部を冷却でき、供給部だけを冷却する構成を不要として構造の簡略化を図ることができる。また、噴射口形成体に配置した供給部を冷却可能としたので、噴射口に供給部を接近させることができ、水プラズマにて特に高温となる噴射口に近い位置にて供給部から分解対象物を供給できる。これにより、水プラズマのより高温な領域に分解対象物を供給可能として、分解処理の確実性が高まり、水プラズマによる分解能力を良好に発揮することができる。このように、本発明によれば、トレードオフの関係となる、冷却用構造の簡略化と、水プラズマによる分解能力の良好な発揮とを同時に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態の分解処理装置を一部側断面した説明図である。

【図2】チャンバの側断面図である。

【図3】チャンバの平面断面図である。

【図4】チャンバの縦断面図である。

【図5】水プラズマ発生装置によって水プラズマ噴射した状態を示す説明図である。

【図6】図６Ａは、水プラズマ発生装置の一部構成の正面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ部拡大図である。

【図7】図７Ａは、供給部の概略斜視図であり、図７Ｂは、供給部の正面図であり、図７Ｃは、供給部の縦断面図である。

【図8】図８Ａは、反応管の拡大断面図であり、図８Ｂは、反応管の斜視図である。

【図9】図９Ａは、変形例に係る供給部の概略斜視図であり、図９Ｂは、変形例に係る供給部の正面図であり、図９Ｃは、変形例に係る供給部の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態に係る各構成は、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。また、以下の図においては、説明の便宜上、一部の構成を省略することがある。なお、以下の説明において、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」は、各図において矢印で示した方向を基準として用いる。但し、以下の実施の形態での各構成の向きは、一例にすぎず、任意の向きに変更することができる。

【0011】

図１は、実施の形態の分解処理装置を一部側断面した説明図である。図１に示すように、分解処理装置１０は、水プラズマ発生装置１１と、供給部１２と、反応管１３と、反応炉１４とを備えて構成されている。

【0012】

水プラズマ発生装置１１は、スタンド１５を介して所定の高さ位置に支持されている。水プラズマ発生装置１１は、前後に延びる陰極１６と、陰極１６の前端側が挿入されるチャンバ１７と、チャンバ１７の外側であって斜め下前方に設けられる鉄製円板状の陽極１８と、陽極１８を支持する陽極支持部１９とを備えて構成されている。

【0013】

陰極１６は、炭素からなる丸棒によって形成され、送りねじ軸機構２１を介して前後方向に変位してチャンバ１７への挿入量を調整可能となっている。チャンバ１７は、陽極支持部１９の上方に支持板２２を介して支持されている。陽極支持部１９の後端には、前後に延びる延長筒体２３が連結され、延長筒体２３の後端にはモータ２４が設けられている。モータ２４の駆動力は、延長筒体２３及び陽極支持部１９を通じて陽極１８に伝達され、陽極１８が回転可能に設けられている。

【0014】

チャンバ１７の内部には、供給ポンプ２６を介して冷却水が供給され、また、高圧ポンプ２７を介してプラズマ用水が供給される。プラズマ用水の一部は、チャンバ１７の前端側から水プラズマＪ（図５参照）として噴射される。チャンバ１７に供給された冷却水と、噴射されなかったプラズマ用水とは、真空ポンプ２８を介して吸引される。陽極支持部１９においても、陽極１８の内部を流す冷却水が供給ポンプ２６を介して供給され、陽極１８にて吸熱を行った冷却水が真空ポンプ２８を介して吸引される。チャンバ１７の詳細な構成については後述する。

【0015】

水プラズマ発生装置１１の前方には壁体３０が配置され、この壁体３０によって水プラズマ発生装置１１が設置される空間と、水プラズマＪによってガス化した対象物を処理する処理空間３１との間での気密性を維持している。処理空間３１では、図示省略したが、例えば、シャワー装置により高アルカリ性水を噴射し、ガス化した酸性ガスを中和させている。壁体３０には、筒状の反応炉１４が貫通して設けられている。

【0016】

次いで、チャンバ１７の内部構造について図２ないし図４を参照して説明する。図２は、チャンバの側断面図、図３は、チャンバの平面断面図、図４は、チャンバの縦断面図である。

【0017】

図２及び図３に示すように、水プラズマ発生装置１１を構成するチャンバ１７は、前後方向に延びる円筒内周面を形成するチャンバ本体４０と、チャンバ本体４０の前方に装着された前壁部４１とを備え、それらの内側に水プラズマＪを発生させるための内部空間４２を形成している。前壁部４１には内部空間４２に連通する開口が形成され、この開口を前方から塞ぐように噴射口形成体４４が取り付けられている。

【0018】

噴射口形成体４４には水プラズマＪを噴射する噴射口４５及び噴射流路４６が形成されている。噴射流路４６は、中心軸方向が前後方向に向けられて噴射口形成体４４を貫通する丸穴状に形成され、前端にて噴射口４５を形成している。噴射口４５は噴射口形成体４４の前面（上下及び左右方向に平行な面）に形成される。言い換えると、噴射口形成体４４の前面が噴射口４５の形成面とされる。なお、噴射口形成体４４及び噴射口４５は、前後方向から見て同一中心の円形に形成されている（図６Ａ参照）。

【0019】

チャンバ本体４０の内部には、前方寄りの位置に周方向に延びるリブ４０ａが形成され、このリブ４０ａより前側にプラズマ用水供給路４７が形成されている。また、前壁部４１には、その開口内に流れ込むプラズマ用水を排出するプラズマ用水排出路４８が形成されている。プラズマ用水供給路４７には、高圧ポンプ２７から高圧なプラズマ用水が供給され、プラズマ用水排出路４８からは真空ポンプ２８の負圧によってプラズマ用水が吸引される。プラズマ用水は、冷却用水としても用いられる。更に述べると、プラズマ用水は、水プラズマＪの発生に用いられるだけでなく、プラズマ用水供給路４７からプラズマ用水排出路４８に流れる経路上の噴射口形成体４４を含む各構成を冷却している。

【0020】

チャンバ本体４０のリブ４０ａより後側には冷却水供給路５０及び冷却水排出路５１（図３では不図示）が形成されている。冷却水供給路５０には、供給ポンプ２６から冷却水が供給され、冷却水排出路５１からは真空ポンプ２８の負圧によって冷却水が吸引される。プラズマ用水供給路４７、冷却水供給路５０及び冷却水排出路５１は、円筒内周面となる丸穴状に形成されている。

【0021】

図４に示すように、プラズマ用水供給路４７は、縦断面視で円形となる内部空間４２の下部で連通して左右方向に延出している。具体的には、内部空間４２の下部接線方向にプラズマ用水供給路４７が延在している。これにより、プラズマ用水供給路４７から流れ込むプラズマ用水が内部空間４２の周方向に沿って滑らかに流れる。

【0022】

水プラズマ発生装置１１は、チャンバ１７内に収容される概略筒状の渦水流発生器６０を備えている。渦水流発生器６０は、内部空間４２と中心軸Ｃ１の位置が一致するように配置されている。なお、この中心軸Ｃ１は、上述した噴射口４５及び噴射流路４６の中心軸とも一致する。よって、噴射口４５及び噴射流路４６の説明においても、符号Ｃ１を付した「中心軸Ｃ１」を用いる。縦断面視で内部空間４２は、その内周面と渦水流発生器６０の外周面との間で円状の空間を形成し、上述のように内部空間４２に流れ込んだプラズマ用水は、円状の空間を旋回するように流れる。

【0023】

渦水流発生器６０には、内外で連通するように貫通する複数の通路６１が形成されている。通路６１は、渦水流発生器６０の周方向に等角度毎（本実施の形態では１２０°毎）に形成されている。また、通路６１は、前後方向に所定間隔毎に形成されている（図２及び図３参照）。各通路６１は、渦水流発生器６０の厚さ方向に対して傾斜する方向に延出している。具体的には、各通路６１は、連通位置における渦水流発生器６０の内周接線方向に延在している。また、通路６１の外部から内部にプラズマ用水が流れる方向と、渦水流発生器６０の外部でプラズマ用水が旋回して流れる方向とでなす角度θは鋭角となっている。

【0024】

上記のように通路６１を形成したので、渦水流発生器６０の外部でチャンバ本体４０の内周面に沿って流れるプラズマ用水は、通路６１を通過して渦水流発生器６０の内部に流れ込む。そして、プラズマ用水が渦水流発生器６０の内周面に沿って滑らかに流れるようになり、縦断面視で中心軸Ｃ１の位置に空洞を形成するように円状に旋回する渦水流が形成される。

【0025】

水プラズマ発生装置１１は、チャンバ１７内において、渦水流発生器６０の後方に更に種々の構成を備えている。かかる構成によって、渦水流発生器６０の位置決め、陰極１６の冷却、保持及び移動制御、陰極１６への電力供給等が実施されるが、ここでは説明を省略する。

【0026】

図５は、水プラズマ発生装置によって水プラズマ噴射した状態を示す説明図である。図５に示すように、チャンバ１７の内部にて、上述したように空洞を備えた渦水流が形成された状態で、陰極１６及び陽極１８に直流電力が供給されると、それらの間にアーク放電ＡＲが発生される。このとき、アーク放電ＡＲは渦水流の空洞の内部を通過するように発生される。このアーク放電ＡＲの発生によって、渦水流を形成するプラズマ用水が解離、電離されて高エネルギーなジェット気流となる水プラズマＪが噴射口４５から噴射される。

【0027】

噴射口４５から噴射される水プラズマＪは極めて高温で超高速な流体となる。水プラズマＪの噴射方向は後から前に向かう方向となり、噴射口４５及び噴射流路４６の中心軸Ｃ１方向と平行な前後方向となる。更に述べると、水プラズマＪは、噴射口４５及び噴射流路４６の中心軸Ｃ１と同じ中心軸Ｃ１を備えた概ね紡錘形や円錐形となって噴射され、噴射口４５から離れるに従って次第に広がる形状を備えている。水プラズマＪは、中心軸Ｃ１が相対的に高温となり、中心軸Ｃ１から離れるに従って温度低下する。

【0028】

次に、供給部１２の構成について、図５に加え、図６及び図７を参照して説明する。図６Ａは、水プラズマ発生装置の一部構成の正面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ部拡大図である。 図７Ａは、供給部の概略斜視図であり、図７Ｂは、供給部の正面図であり、図７Ｃは、供給部の縦断面図である。なお、図５は、図６ＡのＡ－Ａ線断面図である。

【0029】

図６Ａに示すように、供給部１２は、チャンバ１７にて噴射口４５を形成する噴射口形成体４４に配置されている。具体的には、供給部１２は、前後方向（図６Ａの紙面直交方向）から見て、噴射口形成体４４の前面（図６Ａにて手前側の面）における噴射口４５の近傍位置に面接触するようねじ部材７１及びピン７２を介して取り付けられる。

【0030】

よって、供給部１２は、噴射口形成体４４との接触によって、噴射口形成体４４との間で熱伝達可能に設けられる。これにより、噴射口形成体４４がチャンバ１７内を流れるプラズマ用水（冷却用水）によって冷却されることで、その冷却熱が供給部１２に伝達して冷却される。言い換えると、供給部１２の熱が噴射口形成体４４によって吸熱される。なお、チャンバ１７の外側における噴射口４５の斜め下前方の近傍に、陽極１８の上端が位置するように設けられる。

【0031】

供給部１２は、前後方向から見て概略長方形状に形成され、上下方向に対し、長辺及び短辺が約４５°傾いた向きに設けられている。供給部１２は、配管７３を介して送出装置７４に接続されており、送出装置７４から分解対象物が供給される。供給部１２は、水プラズマ発生装置１１から噴射される水プラズマＪに対し、分解対象物を噴出して供給可能に設けられる。

【0032】

なお、分解対象物は、廃油、ＰＣＢ、硫酸ピッチ、アスベスト、フロン、ハロン、タイヤ、各種ゴミ等の有害廃棄物としたり、特に有害でない無害のものとすることを例示でき、液状や、粒状や粉状として供給部１２を介して供給される。

【0033】

図７Ａ～図７Ｃに示すように、供給部１２は、前後方向に厚みを有する片状またはブロック状に形成された本体７６を備えている。また、供給部１２は、本体７６における図７Ｂ中右半部領域に上下に並んで形成されるねじ挿通穴７７及びピン挿通穴７８を備えている。更に、供給部１２は、本体７６における図７Ｂ中左下コーナー部近傍にてノズル口８０を形成するノズル流路８１と、下端側にてノズル流路８１に連通する供給流路８２とを備えている。供給流路８２は、配管７３を介して送出装置７４（図６Ａ参照）に接続される。

【0034】

ねじ挿通穴７７には、皿ねじとなるねじ部材７１（図６Ｂ参照）が挿通され、ピン挿通穴７８には、ピン７２（図６Ｂ参照）が挿通される。

【0035】

ノズル流路８１は、中心軸方向が前後方向に沿う方向に延出する丸穴状に形成され、前端にてノズル口８０を形成している。ノズル口８０は本体７６の前面（上下及び左右方向に平行な面）に形成され、言い換えると、本体７６の前面がノズル口８０の形成面とされる。ノズル口８０の形成面となる本体７６の前面と、噴射口４５の形成面となる噴射口形成体４４の前面とは略平行となっている（図５参照）。ここで、「略平行」は、完全に平行なる状態の他、平行を意図して製造しつつ加工精度や公差、尤度等によって若干角度変化した状態も含む意味である。

【0036】

ノズル口８０は、配管７３から供給されて供給流路８２及びノズル流路８１を経た分解対象物を後から前に向かう噴出方向Ｓ１（図５及び図７Ｃ参照）に沿って噴出する。ここで、ノズル口８０から噴出される分解対象物は、軸状またはノズル口８０から離れるに従って広がる錘状となる。なお、分解対象物の噴出形態が軸状及び錘状の何れになる場合も、噴出方向Ｓ１は、それらの中心軸方向を意味する。

【0037】

図５にて、噴出方向Ｓ１の説明にあたり、ノズル口８０を通過し、且つ、噴射口４５から噴射される水プラズマＪの中心軸Ｃ１と平行な仮想線Ｌ１を設定する。かかる仮想線Ｌ１に対する噴出方向Ｓ１の傾斜角度αは、０°より大きく４５°より小さい範囲内（０°＜α＜４５°）にて設定され、より好ましくは、１０°より大きく３０°より小さい範囲内（１０°＜α＜３０°）にて設定される。

【0038】

ノズル流路８１の延出方向は、噴出方向Ｓ１に応じて設定され、本実施の形態では、本体７６の厚さ方向となる前後方向に対して傾斜した方向に設定される。これにより、噴出方向Ｓ１をノズル流路８１の延出方向と同一方向として前後方向に対して傾斜させることができる。

【0039】

図６Ａ及び図６Ｂに戻り、前後方向（噴射口４５から噴射される水プラズマＪの中心軸Ｃ１方向）から見て、ノズル口８０は、噴射口４５の斜め右上方向に位置するよう設けられる。より具体的には、噴射口４５の中心軸Ｃ１とノズル口８０とを通過する仮想線Ｌ２が左右方向（水平方向）に対して約４５°となるように供給部１２が配設されている。かかる仮想線Ｌ２にて、噴射口形成体４４の外縁を通過する点を通過位置Ｐ１とすると、該通過位置Ｐ１からノズル口８０までの距離に比べ、噴射口４５の中心軸Ｃ１からノズル口８０までの距離の方が短くなっている。よって、仮想線Ｌ２上にて、ノズル口８０は、噴射口形成体４４の外縁の通過位置Ｐ１より噴射口４５の中心軸Ｃ１位置に近い位置に配置される。

【0040】

図５に戻り、供給部１２にて送出装置７４から分解対象物が供給されると、ノズル口８０から分解対象物が噴出され、水プラズマＪに分解対象物が供給される。供給された分解対象物は、高エネルギーで極めて高温な水プラズマＪによって分解処理される。分解対象物が有害廃棄物であれば、該有害廃棄物を無害化した廃棄物に分解することができる。

【0041】

ここで、噴射口４５を形成する噴射口形成体４４を含むチャンバ１７にあっては、水プラズマＪによって加熱されるが、上述のプラズマ用水や冷却用水で冷却され、極めて高温になることが抑制される。供給部１２においても、水プラズマＪによって加熱されるが、噴射口形成体４４と熱伝達されるので、噴射口形成体４４と共にプラズマ用水等によって冷却される。これにより、供給部１２専用の冷却構造をなくすことができ、構造の簡略化、管理やメンテナンス等の作業負担の軽減を図ることができる。

【0042】

更に、上述のように供給部１２を冷却可能としたので、噴射口４５に供給部１２を接近させた構成を採用することが可能となる。これにより、水プラズマＪにて特に高温となる噴射口４５に近い位置にて、供給部１２から分解対象物を供給できるので、水プラズマＪの高温な領域を有効利用して分解対象物を分解処理する確実性を高めることができる。この結果、水プラズマＪによる分解能力を良好に発揮することが可能となる。従って、本実施の形態によれば、トレードオフの関係となる、冷却用構造の簡略化と、水プラズマＪによる分解能力の良好な発揮とを同時に実現することができる。

【0043】

また、供給部１２が噴射口形成体４４に取り付けられるので、供給部１２の支持構造を省略して構造の簡略化を図ることができる。更には、噴射口形成体４４に対する供給部１２の相対位置を安定して維持でき、水プラズマＪの噴射による振動等によって、水プラズマＪに対する分解対象物の噴出位置が経時的にずれることを防止することができる。

【0044】

また、本実施の形態にて、ノズル口８０からの分解対象物の噴出方向Ｓ１は、図５に示す傾斜角度αが０°より大きく４５°より小さい範囲内となっている。なお、仮に、傾斜角度αを０°以下すなわち噴出方向Ｓ１が水プラズマＪの中心軸方向と平行ないし斜め上方に設定されると、水プラズマＪが噴出する勢いで分解対象物が水プラズマＪの内部に入らずに吹き飛ばされ易くなる。

【0045】

一方、仮に傾斜角度αを９０°に近い角度にすると、水プラズマＪに分解対象物を供給できるものの、水プラズマＪの噴射範囲が小さいところに供給されるので、条件によっては水プラズマＪによる分解処理が追い付かず分解対象物が下方に突き抜け易くなる。このため、突き抜けた分解対象物が分解されずに堆積されたり、不完全燃焼して煤として堆積する場合がある。

【0046】

本実施の形態のように傾斜角度αを０°より大きく４５°より小さい範囲内とすると、水プラズマＪの噴射範囲にて分解対象物が通過する長さを長くしつつ、分解対象物が水プラズマＪにより吹き飛ばされないよう内部に供給可能となる。これにより、煤の堆積等を回避できるようにしつつ、高エネルギーな水プラズマＪによって分解対象物を効率良く分解処理することができる。

【0047】

また、水プラズマＪの噴射口４５と分解対象物のノズル口８０は、両方とも上下及び左右方向に平行となる面に形成されている。これにより、分解対象物の噴出方向Ｓ１の傾斜角度αを上述した範囲に設定でき、噴出された分解を水プラズマＪの中心軸Ｃ１に徐々に近付けつつ、水プラズマＪにおける噴射口４５に近い高温な領域に分解対象物を供給可能となる。

【0048】

図６Ａに示す仮想線Ｌ２上にて、ノズル口８０は、噴射口形成体４４の外縁の通過位置Ｐ１より噴射口４５の中心軸Ｃ１位置の方が近くなるよう配置され、噴射口４５に対しノズル口８０を近付けることができる。このようにノズル口８０が噴射口４５に近付くことによっても、水プラズマＪにおける噴射口４５に近い高温な領域に分解対象物を供給可能となる。

【0049】

続いて、図１に示した反応管１３及び反応炉１４について説明する。

【0050】

反応管１３は、反応炉１４の内部にて所定の支持構造（図示省略）を介して支持され、水プラズマＪの噴射方向となる前後方向に延びる筒状体１００によって形成される。筒状体１００は、水プラズマ発生装置１１の前方に隣り合う位置に設けられる第１管部材１０１と、第１管部材１０１の前端側に設けられる第２管部材１０２とを備えている。各管部材１０１、１０２は、例えば配管用炭素鋼鋼管等が用いられ、厚さが単一の層構造で形成される金属製の円筒部材とされる。

【0051】

図８Ａは、反応管の拡大断面図であり、図８Ｂは、反応管の斜視図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第１管部材１０１は、その後端位置にて、水プラズマＪが後から前へ流れる断面領域より大きい開口サイズ（径寸法）となるよう形成されている。これにより、第１管部材１０１の後端側（一端側）にて、水プラズマＪと共に第１管部材１０１の内部に空気を導入する導入口１０３を形成している。円形に形成される導入口１０３における内周の直径寸法は、１１０ｍｍより大きく２００ｍｍより小さい範囲内で設定することが例示できる。

【0052】

第２管部材１０２は、第１管部材１０１より大きい開口サイズ（径寸法）に形成され、後端側（一端側）にて、第１管部材１０１の前端側（他端側）を所定の前後幅に亘って受容している。第２管部材１０２は、第１管部材１０１と同一の中心軸線上に設けられる。よって、第２管部材１０２の後端側内面と、第１管部材１０１の前端側外面との間には、中心軸回りの周方向にて３６０°全域に空間が形成され、該空間が流路１０５として形成される。流路１０５は、筒状体１００の外部空間と内部空間とを連通している。

【0053】

第１管部材１０１の前端側と第２管部材１０２の後端側との間には、それらの径方向に延びる複数の支持軸１０７が架け渡されて設けられる。これにより、複数の支持軸１０７を介し、第１管部材１０１と第２管部材１０２とが連結され、且つ、それらの径方向における流路１０５の幅が維持される。支持軸１０７は、ボルトやねじ部材等によって構成される。支持軸１０７は、各管部材１０１、１０２の中心軸回りの周方向にて、９０°間隔毎に設けられる。

【0054】

図１に戻り、反応炉１４は、水プラズマ発生装置１１の前方に配置され、反応管１３を囲う位置に設けられる。反応炉１４は、壁体３０を貫通して設けられる。壁体３０における反応炉１４の貫通部分は全溶接され、壁体３０によって反応炉１４が保持されるとともに、それらの間での気密性が保たれる。

【0055】

反応炉１４は、冷却容器１１０と、冷却容器１１０の後方に設けられて段付き円筒形状をなす後方形成部１１１と、冷却容器１１０の内周に沿って設けられる耐熱層１１２とを備えている。後方形成部１１１の内側に、反応管１３の後方領域が受容される。耐熱層１１２は、例えば、耐火煉瓦によって構成される。

【0056】

冷却容器１１０は、円筒状に形成される筒本体部１１５と、筒本体部１１５の前端側（水プラズマ発生装置１１と反対側）に形成される前方開口形成部１１６とを備えている。筒本体部１１５の軸線方向は、水プラズマ発生装置１１から離れるに従って低くなるように傾斜している。

【0057】

冷却容器１１０の形成壁を構成する筒本体部１１５及び前方開口形成部１１６は、二重構造となっており、その厚み内に冷却水が流れる単一の空間１１７を形成している。この空間１１７には、冷却水用の供給路１１８と排出路１１９とが連通している。供給路１１８は、前方開口形成部１１６の下端側に設けられ、排出路１１９は、筒本体部１１５の後方上端側に形成されている。

【0058】

冷却容器１１０では、図示しないポンプを介して供給路１１８から冷却水が供給され、空間１１７内に導入される。そして、空間１１７において供給路１１８から排出路１１９に流れる冷却水によって、水プラズマＪによって発生した熱が吸収され、冷却容器１１０の冷却作用が得られる。

【0059】

上述のように水プラズマ発生装置１１のチャンバ１７から水プラズマＪを噴射すると、図８Ａに示すように、導入口１０３から反応管１３の内部に水プラズマＪを導入した状態にすることができる。この状態では、水プラズマＪの噴射直後において噴射領域の周辺に熱が拡散することを反応管１３により抑制でき、水プラズマＪの噴射領域を反応管１３で覆うようにして高温状態に維持することができる。これにより、水プラズマＪによる分解対象物の分解処理を、高温状態となる反応管１３の内部で確実且つ効率良く実施可能となる。

【0060】

しかも、水プラズマＪによる分解処理においては、導入口１０３から第１管部材１０１の内部に向かって水プラズマＪと共に空気（酸素）を導入することができる。これにより、分解処理での不完全燃焼を抑制することができ、煤の発生を減少させることができる。

【0061】

更に、第１管部材１０１と第２管部材１０２との間に流路１０５を形成したので、水プラズマＪの噴射位置近傍となる導入口１０３だけでなく、水プラズマＪの噴射方向中間部においても筒状体１００の外部から空気を導入することができる。これにより、分解処理での不完全燃焼や、煤の発生をより一層良好に抑制することができる。しかも、流路１０５での空気の流れによって、第１管部材１０１と第２管部材１０２の連結部分やその周辺を冷却することもできる。

【0062】

また、第１管部材１０１より第２管部材１０２の方が開口サイズを大きくなるので、噴射口４５から次第に広がって噴射される水プラズマＪの形態に応じて筒状体１００を形成することができる。

【0063】

各管部材１０１、１０２は、径寸法が小さ過ぎると熱が籠りすぎて水プラズマＪと分解対象物との反応熱の影響を受け易くなり、径寸法が大き過ぎると内部の熱が外部に逃げてしまって高温維持効果が減少する。よって、各管部材１０１、１０２の径寸法は、水プラズマＪの能力等の各種条件に応じて適正に設定する必要があり、これを考慮し、上記のように導入口１０３における内周の直径寸法を１１０ｍｍより大きく２００ｍｍより小さい範囲内で設定するとよい。

【0064】

分解対象物の分解処理中において、反応炉１４の厚み内に冷却水を通過させることで冷却して利用することができる。反応炉１４における冷却容器１１０の内周に沿って耐熱層１１２が設けられるので、気化した分解対象物が反応炉１４の内周面付近で急速に冷却され、該内周面に液状となって付着して汚れることを防止することができる。

【0065】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

【0066】

例えば、上記実施の形態では、供給部１２において、ノズル口８０及びノズル流路８１をそれぞれ単一としたが、これに限られるものでなく、図９に示すように変更してもよい。図９Ａは、変形例に係る供給部の概略斜視図であり、図９Ｂは、変形例に係る供給部の正面図であり、図９Ｃは、変形例に係る供給部の縦断面図である。図９Ａ～図９Ｃの変形例では、供給部１２がノズル口８６及びノズル流路８７を複数（図示では５つ）備えている。変形例の構成によれば、ノズル口８６が複数となることで、分解対象物の供給量を略同一に維持しつつ、表面積に対する体積比率を小さくでき、水プラズマＪからの熱吸収量を増やして温度上昇し易くすることができる。

【0067】

なお、図９Ａ～図９Ｃの変形例は、同図中上下方向延出する長孔状にねじ挿通穴８８が形成され、ねじ挿通穴８８の上方にピン挿通穴８９が形成される。

【0068】

更に、前方から見た噴射口形成体４４への供給部１２の配設位置は、ノズル口８０から分解対象物を水プラズマＪに噴出できる限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、噴射口４５よりノズル口８０を下方に配設してもよく、図６Ａの仮想線Ｌ２の角度を左右方向に対して４５°以外の任意の角度（例えば、９０°や６０°等）としてもよい。但し、噴射口４５から真上方向に向かう位置には、水プラズマＪを発生させる準備段階で、アーク放電ＡＲを発生させるためのアルミ棒を設置する場合があるので、該アルミ棒を避けるように供給部１２を配設するとよい。また、噴射口４５を挟む両側に供給部１２を設ける場合には、両側の供給部１２それぞれの左右方向に対する角度を同一としてもよいし、相違させてもよい。

【0069】

また、上記実施の形態では、噴射口形成体４４に供給部１２を取り付ける構成としたが、噴射口形成体４４に供給部１２を一体的に連なるよう形成してもよい。更には、噴射口形成体４４と供給部１２との間で熱伝達可能であれば、それらの間にスペーサ等の構造物が介在してもよい。

【0070】

また、水プラズマ発生装置１１は、廃棄物処理に利用することに限定されるものでなく、溶射等の水プラズマを利用した任意の処理に利用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、水プラズマ発生装置から噴射された水プラズマによる分解能力を良好に発揮でき、且つ、冷却用の構造を簡略化できる、という効果を得る。

【符号の説明】

【0072】

１０ ：分解処理装置
１１ ：水プラズマ発生装置
１２ ：供給部
１３ ：反応管
１４ ：反応炉
１６ ：陰極
１７ ：チャンバ
１８ ：陽極
４４ ：噴射口形成体
４５ ：噴射口
８０ ：ノズル口
１００ ：筒状体
１０１ ：管部材
１０１ ：第１管部材
１０２ ：第２管部材
１０２ ：管部材
１０３ ：導入口
１０５ ：流路
１０７ ：支持軸
１１０ ：冷却容器
１１２ ：耐熱層
ＡＲ ：アーク放電
Ｊ ：水プラズマ

【要約】

【課題】水プラズマによる分解能力を良好に発揮でき、且つ、冷却用の構造を簡略化できるようにすること。
【解決手段】分解処理装置（１０）は、水プラズマ発生装置（１１）が噴射する水プラズマに分解対象物を供給する供給部（１２）を備えている。水プラズマ発生装置は、内部で渦水流を形成して噴射口（４５）から水プラズマ（Ｊ）を噴射するするチャンバ（１７）と、チャンバ内の渦水流を通過するアーク放電（ＡＲ）を発生させる陽極（１８）及び陰極（１６）とを備えている。陽極はチャンバの外側における噴射口の近傍位置に設けられる。チャンバは、噴射口を形成し、チャンバの内部に供給される水によって冷却される噴射口形成体（４４）を備えている。供給部は、噴射口形成体に配置され、噴射口形成体との熱伝達によって冷却される。
【選択図】図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】