JP2005132867A - 炭化処理装置及び炭化終了判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炭化の終了時期を精度よく判定し、経済的な炭化処理を行うこと。
【解決手段】 炭化室加熱ヒータ２０にＨＩ状態とＬＯ状態とを設け、これらＨＩ状態とＬＯ状態とを制御することにより、炭化室温度を４００℃に制御して可燃性有機物を炭化処理する。炭化処理が完了すると、可燃性有機物中の水分、油分等が無くなるため、ＬＯ状態においても温度が上昇する。そして、ＬＯ状態においても炭化室内の温度が上昇して４３０℃に達したときに炭化終了と判定する。このようなＬＯ状態における温度上昇は、炭化の終了時に顕著に現れる特徴であるため、炭化の終了時期を精度よく判定することができ、経済的な炭化処理を行うことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、炭化処理方法、炭化処理装置に関するものであり、特に、炭化処理の終点を的確に判定する技術に係るものである。

従来、廃棄物の処理方法としては、焼却、埋め立て、リサイクル、固形燃料化等、様々な処理が行われているが、生ゴミの処理においては、堆肥にする技術が盛んに進められてきた。ところが、堆肥の需要は意外に低く、そのため新たに「炭化処理」技術が脚光を浴びはじめてきた。この「炭化処理」は、生ゴミのような可燃性有機物を「炭」にすることによりゴミのリサイクルを目指すもので、炭化処理により生成される炭は、堆肥に比べて需要が高い（吸着材、燃料、トナー等）。

炭化処理は、生ゴミのような可燃性の有機廃棄物を燃焼させずに蒸し焼き状態にすることにより炭化させるものであるが、蒸し焼きするための熱エネルギーが多量に必要となる。従って、如何にして熱エネルギーの消費を抑え、経済性を確保するかが、炭化処理における技術課題となっている。斯かる技術課題を解決するために、従来では、炭化室内の温度変化を見て炭化の終点を推定するものや（例えば特許文献１、特許文献２参照）、炭化室内の温度推移から温度上昇パターンを推定して燃焼の強弱を調整するもの（例えば特許文献３参照）が提案されている。これらの従来技術は、いち早く炭化終了時や炭化の推移を把握し、過不足なく廃棄物を加熱することで、余分な熱エネルギーの浪費を防止し、経済性を確保しようとしているものである。
特開２００１−９４３０号公報 特開２００１−５５５７７号公報 特開２０００−８０４６号公報

しかしながら、発明者等の実験では、炭化室内の温度変化は炭化終了と関係はあるものの、温度の測定場所によっては温度変化が炭化終了に伴って顕著に変化せず、炭化終了の判定がしずらい場合が起こり得る。このような場合には、確実に炭化を終了させるために明らかに温度が低下したと認められるまで加熱を継続するため、結果として実際の炭化終了後も所定時間加熱を行っている状態となり、必ずしも経済的とはいえないのが実情である。

ゆえに、本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、炭化の終了時期を精度よく判定し、経済的な炭化処理を行うことを、技術的課題とするものである。

上記技術的課題を解決するためになされた請求項１の発明は、
可燃性有機物が収容される炭化室と、
前記炭化室内に熱エネルギーを放出する高温熱源と、
前記炭化室内に前記高温熱源が放出する熱エネルギーよりも小さい熱エネルギーを放出する低温熱源と、
前記高温熱源が前記炭化室内に熱エネルギーを発生する温度上昇状態と、前記低温熱源が前記炭化室内に熱エネルギーを発生する温度下降状態とを制御することにより、前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度を前記可燃性有機物の炭化が開始される温度以上である第１温度に制御する温度制御手段と、
前記温度下降状態において前記炭化室内又は可燃性有機物の温度が前記第１温度よりも高い第２温度に達した場合に前記炭化室内の前記可燃性有機物の炭化が終了したと判定する炭化終了判定手段と、
を具備することを特徴とする炭化処理装置とすることである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、
前記高温熱源と前記低温熱源とは、一体に形成された一つの加熱手段で構成され、該加熱手段が前記高温加熱状態と前記低温加熱状態とを採り得ることを特徴としている。

また、請求項３の発明は、請求項１または２のいずれか１項の発明において、
前記高温熱源及び前記低温熱源は電気抵抗発熱体であることを特徴としている。

また、上記技術的課題を解決するためになされた請求項４の発明は、
炭化室内で可燃性有機物を加熱して該可燃性有機物を炭化する炭化処理方法における炭化終了判定方法であって、
前記炭化室内に熱エネルギーを供給する高温状態と該高温状態において供給される熱エネルギーよりも小さい熱エネルギーを前記炭化室に供給する低温状態とを制御して、前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度を前記可燃性有機物の炭化が開始される温度以上の第１温度に制御することにより、可燃性有機物を前記炭化室内で炭化させるとともに、前記低温状態において前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度が前記第１温度よりも高い第２温度に達した場合に前記炭化室内の前記可燃性有機物の炭化が終了したと判断することを特徴とする、炭化終了判定方法とすることである。

上記請求項１及び４の発明によれば、高温熱源が炭化室内に熱エネルギーを供給する高温状態（ＨＩ状態）と低温熱源が炭化室内に熱エネルギーを供給する低温状態（ＬＯ状態）とを温度制御手段が制御することにより、炭化室内温度が可燃性有機物の炭化開始温度以上である第１温度（例えば４００℃）となるように温度調節される。このような温度制御によって、ＨＩ状態においては炭化室内又は可燃性有機物の温度が上昇し、一方ＬＯ状態においては温度が低下し、これらの状態が交互に繰り返されることにより炭化室又は可燃性有機物の温度が第１温度に維持される。

炭化室温度（可燃性有機物温度）が上記第１温度に維持されると、可燃性有機物が加熱され、この加熱によって可燃性有機物中の水分が蒸発し、水蒸気となって放出されつつ炭化が進行する。従って、炭化中に供給される熱エネルギーは、炭化室内に放出されるほか、可燃性有機物中の水分を水蒸気に相変化させるためのエネルギーとしても消費される。ところが、可燃性有機物の炭化が完了に近づくにつれて可燃性有機物中の水分が減少していき、ほぼ炭化が完了すると、可燃性有機物中の水分がほぼ無くなる。このような状態であると、供給される熱エネルギーのうち、水分を水蒸気に相変化させるために消費されるエネルギーの割合が減少し、ほとんどの熱エネルギーが炭化室内に放出されて炭化室内温度の上昇に寄与するため、やがては上記ＬＯ状態においても炭化室又は可燃性有機物の温度が上昇してしまう。本発明ではこのようにして、ＬＯ状態においても温度が上昇する状態を炭化完了の判断基準とし、この温度が第１温度よりも高い第２温度に達したときに炭化終了と判定するものである。このようなＬＯ状態における温度上昇は、炭化の終了時に顕著に現れる特徴であるため、炭化の終了時期を精度よく判定することができ、経済的な炭化処理を行うことができる。

本発明は、上記作用効果を有するものであるため、定常的な炭化中において、ＨＩ状態では炭化室中の温度が上記第１温度以上に上昇する程度の熱エネルギーを、ＬＯ状態では上記第１温度以下に下降する程度の熱エネルギーを、それぞれ炭化室内に供給する必要がある。尚、炭化室では、炭化中に可燃性有機物中の水分を水蒸気に相変化させるために必要なエネルギー（Ｑ１）が消費されるほか、炭化室から外部に放出される熱エネルギー（Ｑ２）もある。従って、ＨＩ状態においては、上記第１温度においてＱ１＋Ｑ２よりも大きい熱エネルギーを供給する必要がある。一方、ＬＯ状態においては、上記第１温度においてＱ１＋Ｑ２よりも小さく、かつＱ２よりも大きい熱エネルギーを供給する必要がある。これらの各状態における供給熱エネルギーの具体的な量は、可燃性有機物の種類や炭化室の大きさ、炭化室を構成するハウジングの材質などによって変わるものであるため一概に定義することはできない。一般的には、設計された炭化室で実験等することにより決定される。

また、高温熱源が供給する熱エネルギーは、上記条件（Ｑ１＋Ｑ２よりも大きいという条件）を満たす限りにおいて、可変であっても良い。同様に、低温熱源が供給する熱エネルギーは、上記条件（Ｑ１＋Ｑ２よりも小さく、かつＱ２よりも大きいという条件）を満たす限りにおいて、可変であっても良い。尚、省電力化を考慮すると、これらの熱エネルギーを必要最小限とすることが望まれる。

上記「高温熱源」及び「低温熱源」は、熱エネルギーを発生するものであればどのようなものでも良く、例えば、ニクロム線ヒータ、セラミックヒータ等の電気抵抗体や、ガスバーナ等が挙げられる。これらにおいては、例えば電気抵抗体であれば供給電圧や抵抗値を変化させることにより、ガスバーナであれば供給ガス量を変化させることにより、高温熱源としたり、低温熱源としたりすることができる。

上記「温度制御手段」による温度制御は、高温状態と低温状態とを制御して炭化室内温度（可燃性有機物温度）を第１温度に維持する機能を有するものであれば、どのような制御であっても良い。例えば、上記第１温度を基準として高温熱源による発熱と低温熱源による発熱とを相互に切替える切り替え制御であっても良く、またＰＩＤ制御のようなものであっても良い。

上記「第１温度」は、炭化すべき可燃性有機物の材質などにより種々選択できるが、一般的に生ゴミ類であれば、４００℃程度としておくことにより確実に炭化でき、また炭化速度も比較的速いものとなる。

上記「第２温度」は、「第１温度」よりも高い温度であれば良いが、実験を繰り返した結果では、第１温度よりも「第１温度＋２０℃〜第１温度＋３０℃」の範囲であることが好ましい。「第２温度」が「第１温度＋２０℃」以下であると、炭化終了による温度上昇であるのか、単なる制御ハンチングやオーバーシュートであるのかの区別が難しくなり、誤検出の原因となる。一方、「第２温度」が「第１温度＋３０℃」以上であると、炭化終了後にも加熱する時間が長くなり、不経済となる。

上記請求項２の発明によれば、高温熱源と低温熱源とを一体に形成された一つの加熱手段で構成し、この加熱手段が高温加熱状態と低温加熱状態とを採り得るようにしたため、構成部品を少なくすることができるという効果を奏する。このような加熱手段として、少なくとも２つ以上の異なった抵抗値を採り得る抵抗発熱体、少なくとも２つ以上の異なった電圧が印加される電気抵抗体、供給ガス量を調整可能なガスバーナなどが挙げられる。

上記請求項３の発明によれば、高温熱源及び低温熱源をニクロム線ヒータ等の電気抵抗発熱体としたため、簡便に且つ安価に本発明を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態における炭化処理装置の構成概略図である。図１から分かるように、炭化処理装置１００は、炭化槽１０と、加熱手段としての炭化室加熱ヒータ２０と、凝縮槽４０と、排出ガス浄化装置６０とを備える。

炭化槽１０は、その外殻がセラミックファイバーを含有した耐火性材料で形成されている。また、炭化槽１０は、図に示すように内部に仕切り壁１３が立設されている。この仕切り壁１３によって、炭化槽１０内が、炭化室１４及び逆流溜室１５に区画されている。尚、炭化室１４と逆流溜室１５は、連通している必要があるが、必ずしも本例のように仕切り壁１３で仕切って一つの炭化槽に形成されている必要はなく、各室がそれぞれ別々に形成されていても、両室が連通してさえすれば良い。

また、炭化槽１０は、その側壁１０ａに形成された排気口１０ｂを除き、槽内の密閉状態を維持できるように、可燃性有機物の投入口（図示せず）や電気配線等の出入り口部がシール材（例えばゴムパッキン、シールテープ等）でシール処理されている。

炭化室１４の内部には、上部が開口したトレー１１が設置されている。このトレー１１の内側には炭化室加熱ヒータ２０が配設されている。本例では炭化室加熱ヒータ２０はセラミックヒータで構成されている。炭化室加熱ヒータ２０は、電気抵抗発熱体であり、通電して所定の電圧を印加することにより、印加電圧に応じた熱エネルギーを発生する。尚、炭化室加熱ヒータ２０は、トレー１１と別体に構成されていてもよく、また本例のようにトレー１１の内部に一体的に構成されていても良い。そして、生ゴミなどの可燃性有機物Ａは、トレー１１内に投入されるようになっている。

また、炭化槽１０の上壁１０ｃには炭化室温度センサー１２が取り付けられている。この炭化室温度センサー１２は、温度の検知部分が上壁１０ｃから炭化室１４内に突出されて、炭化室１４内の空間部分の温度が検出できるようになっている。

上述したように、炭化槽１０の側壁１０ａには、排気口１０ｂが形成されている。この排気口１０ｂに、排出通路３０が連通している。この排出通路３０は、その一端開口部３１が炭化槽１０の逆流溜室１５に開口しており、他端開口部３２が後述の凝縮槽４０に開口している。

凝縮槽４０は、その内部空間が排出通路３０によって炭化室１４内に連通されており、該内部空間において炭化室１４から排出されてきた気体（主に水蒸気）を凝縮させるための槽である。この凝縮槽４０には、その側壁４０ａに吸入口４０ｂが形成されているとともに、側壁４０ｃに排出口４０ｄが形成されている。そして、吸入口４０ｂには排出通路３０が、排出口４０ｄには連通路５０が接続されている。凝縮槽４０も炭化槽１０と同様密閉性を維持する必要があるので、吸入口４０ｂ及び排出口４０ｄを除き、密閉状態を保てるようにシール加工が施されている。

排出通路３０の他端開口部３２は、図１に示すように凝縮槽４０内で下向きに開口されている。一方、連通路５０の一端開口部５１は、図１に示すように凝縮槽４０内で上向きに開口されている。また、排出通路３０の他端開口部３２は、炭化室１４内に開口した一端開口部３１よりも高い位置若しくは同等の高さ位置になるように、その開口高さが調整されている。

また、凝縮槽４０内には、メッシュ状の金網４１が水平方向に配設されており、この金網４１によって、凝縮槽４０が上部空間４２及び下部空間４３に区画される。図に示すように、下部空間４３に排出通路３０の他端開口部３２が、上部空間４２に連通路５０の一端開口部５１が連通するようにされている。

また、図に示すように、凝縮槽４０の下部には凝縮槽加熱ヒータ４４が取付けられている。この凝縮槽加熱ヒータ４４は、凝縮槽４０内に溜まる液体を蒸発させたいときなどに使用する。さらに、凝縮槽４０には、上部空間４２の温度を測定するための凝縮槽温度センサー４５が配設されている。

排出ガス浄化装置６０は、水槽６１と、酸化剤発生装置としてのオゾン発生装置８０とを備えて構成されている。

水槽６１は、本体部６２と、循環通路６３と、循環ポンプ６４と、冷却手段としてのラジエター６５と、冷却ファン装置６６を備えて構成されている。

本体部６２は、内部が中空の筒状体であり、内部に水が貯留されている。貯留されている水は、本体部６２の所定の高さ位置に取り付けられた水位センサー６２ａによって水位が検知される。また、本体部６２の内部には紫外線ランプ６７が設置されている。この紫外線ランプ６７は、オゾン発生装置８０から導入されるオゾンの活性化を行うものであり、本例では紫外線ランプとしたが、これに限定されるものではなく、オゾンなどの酸化剤の活性化を行い得るものであれば、例えば超音波素子等でも良い。

また、本体部６２内には、乱流翼６８が設置されている。この乱流翼６８は、本体部６２に循環されてくる水や浮遊物を衝突させて攪拌させるためのものであり、攪拌が適当に生じるような形状をしているのが好ましいが、衝突の勢いや設置場所によっては単なる平板であっても良い。

本体部６２の上部の形状は、図に示すように、上に行くほど内部空間が狭められた円錐台形状に構成されてなり、最上部にはフィルター６９が取り付けられている。

本体部６２の下部からは、排水管７０が連通している。この排水管７０は、図に示すようにその先で分岐され、一方の端７１が外部に開放され、他方の端７２が本体部６２の上部空間に上向きに開口されている。また、この排水管７０には、補給水通路７３が連通している。補給水通路７３の途中には、循環水量調整手段としての水量調節用電磁弁７４が介装されており、水位センサー６２ａからの検知情報に応じて水量調節用電磁弁７４が開閉することにより、水槽６１中の水量の調整を行う。

循環通路６３は、図に示すように、本体部６２の略中間部に一端６３ａが接続され、本体部の下部に他端６３ｂが接続されてなる。この循環通路６３の途中には、循環ポンプ６４及びラジエター６５が介装されてなる。

循環ポンプ６４は、吸入ポート６４ａ及び吐出ポート６４ｂを有し、吸入ポート６４ａ側から吸入される水を吐出ポート６４ｂ側へと圧送するものである。したがって、本例では、循環ポンプ６４を駆動させることによって、循環通路６３内の水が図示矢印Ｂ方向に流れる。

ラジエター６５には冷却ファン装置６６が対向配置されており、冷却ファン装置６６が駆動することによりラジエター６５に通風されて、ラジエター６５内を流れる水が冷却されるものである。

また、循環通路６３には、オゾン発生装置８０が連通している。このオゾン発生装置８０は、オゾンを発生させるオゾン発生器８１と、該オゾン発生器８１に連通したオゾン導入通路８２を備えて構成され、オゾン導入通路８２が循環通路６３に連通することによって、オゾンが循環通路６３内に導入されるようになっている。尚、オゾン導入通路８２が循環通路６３に連通する部分Ｃは、図に示すように循環ポンプ６４の下流側が好ましい。このように配置することにより、発生したオゾンを効果的に水槽６１内に循環、攪拌することができる。

また、循環通路６３には、連通路５０も連通している。尚、連通路５０が循環通路６３に連通する部分Ｄは、図に示すようにオゾン導入通路８２が循環通路６３に連通する部分Ｃよりも下流側に配置することが好ましい。このように配置することにより、連通路５０から循環通路６３に排出されたガスにオゾンを効果的に作用させることができる。

また、図に示すように、連通路５０と本体部６２の上部空間とは、バイパス通路７５によって連通されており、さらにこのバイパス通路７５の途中には逆流防止用電磁弁７６が介装されている。この逆流防止用電磁弁７６は、通常時は閉成している常閉弁であり、装置停止時等に開成させるものである。逆流防止用電磁弁７６が開成することにより、循環通路６３内の水が凝縮槽４０を通じて炭化槽１０内に逆流するのを防止する。

尚、炭化室温度センサー１２、炭化室加熱ヒータ２０、凝縮槽温度センサー４５、凝縮槽加熱ヒータ４４、冷却ファン装置６６、循環ポンプ６４、オゾン発生器８１、逆流防止用電磁弁７６、紫外線ランプ６７、水位センサー６２ａ、水量調節用電磁弁７４は、それぞれコントローラ９０と電気的に接続されている。このコントローラ９０は電源Ｅに接続されており、各種機器に制御指令を与えたり、炭化が終了したか否かを判定する炭化終了判定手段として機能するものである。

上記構成の炭化処理装置１００において、以下にその作動について説明する。

まず、生ゴミや食品残渣などの可燃性有機物を、炭化室１４内のトレー１１内に投入する。次いで、コントローラ９０の運転スイッチ（図示略）を押圧して炭化処理装置１００を作動させる。すると、コントローラ９０は、まず水位センサー６２ａからの検知情報により排出ガス浄化装置６０の本体部６２内に貯留された水が所定の水位に達しているかどうかを判断する。所定の水位に達していないと判断された場合、即ち水位センサー６２ａが水を検知していない場合には、水量調節用電磁弁７４を開成作動させる。すると、補給水通路７３から水が排水管７０に流れ、排水管７０から本体部６２内に水が補給される。所定の水位に達していると判断された場合には、冷却ファン装置６６、循環ポンプ６４、紫外線ランプ６７、オゾン発生器８１、炭化室加熱ヒータ２０を作動させる。これにより炭化室１４が加熱され、トレー１１内に投入された可燃性有機物の炭化が開始されるとともに、排出ガス浄化装置６０が作動して本体部６２内の水が循環通路６３中を循環する。

炭化室加熱ヒータ２０による炭化室１４内の加熱温度は、本例では約４００℃となるように、炭化室温度センサー１２の検出温度に基づいて制御される。本例においては、炭化室加熱ヒータ２０は、少なくとも２種類の電圧が印加されるようになっており、高い方の電圧（例えば２００Ｖ）が印加された状態（ＨＩ状態）では、炭化室１４内に所定の熱エネルギーを放熱し、低い方の電圧（例えば１３０Ｖ）が印加された状態（ＬＯ状態）では、上記ＨＩ状態で放熱する熱エネルギーよりも小さい熱エネルギーを放熱する。尚、炭化室内で可燃性有機物を定常的に炭化している場合にＨＩ状態とした場合には、炭化室内の温度が４００℃を超えた温度、例えば４５０度程度にまで上昇する。一方、炭化室内で可燃性有機物を定常的に炭化している場合にＬＯ状態とした場合、炭化室内の温度が４００℃を下回る温度、例えば３５０度程度にまで下降する。

ＨＩ状態とするかＬＯ状態とするかは、コントローラ９０により決定される。コントローラ９０には、炭化室温度センサー１２の検出温度が入力され、その検出温度が４００℃よりも所定温度高い温度、例えば４１０℃以上である場合に、炭化室加熱ヒータ２０にＬＯ状態を採るように指令を出力する。一方、検出温度が４００℃よりも所定温度低い温度、例えば３９０℃以下である場合に、炭化室加熱ヒータ２０にＨＩ状態を採るように指令を出力する。尚、検出温度が４００℃よりも上記所定温度低い温度（例えば３９０℃）から上記所定温度高い温度（例えば４１０℃）の間の範囲である場合には、現在の状態を維持するようにする。従って、例えば炭化室温度が３９０℃以下となったときは、炭化室１４内の温度を上昇させるために炭化室加熱ヒータ２０がＨＩ状態とされ、これにより炭化室１４内の温度が上昇する。温度上昇によって炭化室内温度が４１０℃以上となったときは、炭化室内の温度を下降させるために炭化室加熱ヒータ２０がＬＯ状態とされ、これにより炭化室１４内の温度が下降する。このようにＨＩ状態とＬＯ状態とが交互に繰り返され、炭化室１４内の温度は、４００℃近傍の温度に維持される。

尚、本例においては、一つのヒータが少なくとも２種類の電圧を印加されることによって上記ＨＩ状態及びＬＯ状態を実現できるようにされているが、別々のヒータを用意し、それぞれがＨＩ状態及びＬＯ状態を実現できるようにしても良い。また、本例においては、電圧の大きさを変えることにより上記ＨＩ状態及びＬＯ状態を実現している例であるが、抵抗や電流値などを変えて行っても良い。さらに、本例では、電気抵抗発熱体をヒータとしているが、燃焼バーナのようなものでも良い。この場合には、燃焼バーナに供給する燃料の量を調整することにより、ＨＩ状態とＬＯ状態とを実現することができる。

上記のようにして炭化室１４内の温度が約４００℃付近に制御されると、炭化室１４内のトレー１１内の可燃性有機物は加熱され、水分を主体としたガスを発生する。この発生したガスは、排気口１０ｂから排出通路３０を通って炭化室１４から排出され、さらに凝縮槽４０へと導入される。凝縮槽４０では、排出通路３０から導入されてきたガスが凝縮し、液体となる。この場合において、凝縮槽４０内には金網４１が配設されているため、排出通路３０から凝縮槽４０内に導入されたガスがこの金網４１に衝突して熱を奪われ、効果的に凝縮槽４０内で凝縮される。

炭化処理装置１００の初回運転時または運転初期時には、凝縮槽４０で凝縮した液体が凝縮槽４０の下部に溜まる。図に示すように、排出通路３０の他端開口部３２は凝縮槽４０の下側に下を向いて開口しているため、凝縮槽４０の下部に溜まる液体が増加してくると、排出通路３０の他端開口部３２が凝縮水により塞がれる。このため、排出通路３０から排出されるガスは、凝縮槽４０の下部に溜まった凝縮水中をバブリングすることになる。ここで、排出通路３０から排出されるガスのうちの大部分は水蒸気であるので、凝縮槽４０内で凝縮される液体の大部分は水である。水の温度は１００℃以下であるので、沸点が１００℃以上のガスは、この凝縮槽４０で水とバブリングすることによって効果的に凝縮され、凝縮槽４０で捕集されることとなる。

一方、凝縮槽４０内に溜まった水は、排出通路３０から排出される排出ガスと接触することにより加熱され、一部蒸発して水蒸気となる。そして、このようにして蒸発した水蒸気、及び、凝縮槽４０では凝縮しなかったガスは、連通路５０を通って凝縮槽４０から排出される。

尚、炭化室１４内で可燃性有機物を炭化している最中は、連通路５０を通って凝縮槽４０から排出される水蒸気よりも、炭化槽１０から排出通路３０を通って凝縮槽４０に導入されてくる水蒸気の方が多いので、凝縮槽下部の凝縮水が全て蒸発して無くなくことはなく、むしろ増加してくる。この場合において、排出通路３０の他端開口部３２の高さ位置の方が、一端開口部３１の高さ位置よりも高くなるように排出通路３０が設計されているため、凝縮槽４０下部の凝縮水量が一定量以上となると、サイホンの原理によって、排出通路３０を通って凝縮槽４０から炭化槽１０内に凝縮水が逆流する。図に示すように、排出通路３０の一端開口部３１は、炭化槽１０の逆流溜室１５に連通しているため、逆流して炭化槽１０に導入される液体は炭化室１４には入らず、この逆流溜室１５に流入する。逆流溜室１５に流入した液体は、炭化室加熱ヒータ２０の熱によって再加熱され、ガスとなって再び排出通路３０から凝縮槽４０に導入される。

また、炭化室１４内で可燃性有機物を炭化している最中は、凝縮槽温度センサー４５で検出される凝縮槽４０の上部空間４２の温度は、ほぼ１００℃で一定となる。これは、蒸発した水蒸気の温度がほぼ１００℃であるからである。

上述のように、凝縮槽４０によって大部分のガスが凝縮されるが、水蒸気及び一部の油分・炭素浮遊物（タール分などを含む）がガスとして凝縮槽４０から排出される。これらは、連通路５０を通り、排ガス浄化装置６０の循環通路６３に導入される。

炭化処理中、排ガス浄化装置６０の循環ポンプ６４が作動しているため、本体部６２及び循環通路６３中の水は、図示矢印Ｂ方向に循環している。また、連通路５０と循環通路６３との連通部分Ｄは、循環ポンプ６４の下流に位置されている。したがって、連通路５０を通ってきたガスは、循環通路６３内の水の流れに誘引されて、循環通路６３内に導入される。

また、図に示すように、オゾン導入通路８２も循環通路６３に連通しており、その連通部分Ｃは、循環ポンプ６４の下流であり、かつ連通路５０と循環通路６３との連通部分Ｄよりも上流に位置する。よって、オゾン発生器８１で発生されたオゾンはオゾン導入通路８２を通って循環通路６３内に部分Ｃから導入される。

図からわかるように、循環通路６３に連通した連通路５０及びオゾン導入通路８２のそれぞれの開口部は、循環通路６３内を循環する水の流れ方向に沿って開口している。このため、連通路５０からのガス及びオゾン導入通路８２からのオゾンが循環通路６３内の水の流れに誘引されて効率的に循環通路６３内の導入される構造となっている。

連通路５０から循環通路６３に導入されたガスのうち、水蒸気は、循環通路６３中を流れる水によって冷却されて凝縮し、水となって循環通路６３中を流れる水に混入する。一方、水蒸気以外のガスは、循環通路６３中を流れる水によって冷却されて凝縮し、液状となるが、このような液状物の多くは油分やタールなどの疎水性のものであるので、水中に溶け込むことはなく、循環通路６３内を浮遊する。そして、オゾン導入通路８２から循環通路６３中に導入されたオゾンによって循環通路６３中を浮遊しているこれらの液状物が酸化される。オゾンによって酸化された液状物は、さらに乱流翼６８に衝突して気泡状態を構成する。気泡状態となった液状物は、浮力を得て、本体部６２に貯留された水の水面上に浮遊する。ここで、本体部６２の上部空間は上に行くほど狭くなっているため、水面上に浮遊した液状物は、本体部６２の上記構造的特徴によって上に押し上げられ、本体部６２の最上部に配置されたフィルター６９によって捕集される。尚、このフィルター６９は、網の目の細かい金網状のもので、この金網に液状物が引っかかることによって捕集される。このようにして、排ガス浄化装置６０に導入された油分、タールなどが取り除かれる。

上記作用による排出ガスの浄化中、本体部６２及び循環通路６３を循環する水は、連通路５０より導入されるガスにより熱を受けるため、温度が上昇する。このため、循環水の温度を一定に保つために本例では循環通路６３にラジエター６５を取り付けている。したがって、本体部６２から循環通路６３に流れた水は、ラジエター６５に入り、このラジエター６５に対向して配置された冷却ファン装置６６から送風されて熱交換し、冷却される。このラジエター６５の作用により、循環水が高温化することはない。

また、本体部６２には、紫外線ランプ６７が設けられている。このため、オゾン発生装置８０から循環通路６３に導入されたオゾンは、紫外線ランプ６７からの照射によって酸化力が向上され、油分などを含む液状物や有機物を効率的に酸化することができる。

また、連通路５０より導入される排ガスのうちの大部分を占める水蒸気は、循環通路６３に導入されると凝縮して水となり、循環通路６３を流れる水に混入するため、水槽６１中の水量は炭化処理中徐々に増加する。そして、水位センサー６２ａで検知される水位以上に水位が上昇すると、排水管７０より外部に水が放出される。この場合において、排水管７０は本体部６２の下部に連通しており、本体部６２の下部より排水管７０を通って水が放出されるようになっているため、本体部６２の水面上部に浮遊している気泡状の液状物を巻き込んで外部に放出することはなく、清浄な水のみを放出することができる。

図２は、本例における炭化処理装置１００を運転する際における、各機器やヒータ、センサーの動作状態と、炭化室温度センサー１２から検出される温度及び炭化される有機性可燃物（炭化物）の温度を経時的に測定した結果を併記したものである。尚、図中、温度を示すグラフのうち、実線で示したものが炭化室温度センサー１２から検出される炭化室１４内の温度の経時変化を、点線で示したものが炭化物の温度の経時変化を示す。図からわかるように、炭化処理装置１００が起動されると、炭化室１４の温度及び内部の炭化物の温度が急上昇する。そして、炭化室１４内の温度がほぼ４００℃となるように、上述した条件により炭化室加熱ヒータ２０をＨＩ状態とするかＬＯ状態とするかが制御される。一方、炭化物自体の温度は、炭化の初期及び中期にかけてほぼ１００℃で一定の温度を示す。これは、炭化の初期及び中期は、加熱によって炭化物中の水分が主に蒸発するため、その蒸発温度である１００℃が炭化物温度として現れるためである。

可燃性有機物の炭化中、炭化室１４内の温度が４００℃となるように、炭化室加熱ヒータ２０がＨＩ状態とＬＯ状態とに交互に切り換わると、炭化室１４内の温度はＨＩ状態で上昇し、この上昇によって炭化室１４内の温度が所定温度以上となると炭化室加熱ヒータ２０がＬＯ状態とされる。ＬＯ状態とされると、炭化室１４に供給される熱エネルギーが減少するため温度が下降する。このような温度上昇と下降を繰返し、炭化室１４内の温度を約４００℃付近に維持する。尚、上限及び下限のオーバーシュート現象により、ＨＩ状態であっても温度が下降し、またＬＯ状態であっても温度が上昇する場合も発生する場合もある。このオーバーシュート現象を最小限に抑えるためには、ＰＩＤ制御等を行うことが好ましい。

炭化室温度が４００℃に維持されると、可燃性有機物が加熱され、この加熱によって可燃性有機物中の水分が蒸発し、水蒸気となって放出されつつ炭化が進行する。従って、炭化中に炭化室加熱ヒータ２０から供給される熱エネルギーは、炭化室１４内に放出されるほか、可燃性有機物中の水分を水蒸気に相変化させるためのエネルギーとしても消費される。ところが、炭化終期になるにつれて可燃性有機物中の水分が減少し、ほぼ炭化が完了すると、可燃性有機物中の水分がほぼ無くなる。このような状態であると、供給される熱エネルギーのうち、水分を水蒸気に相変化させるために消費される熱エネルギーの割合が減少し、ほとんどの熱エネルギーが炭化室１４内に放出されて炭化室内温度の上昇に寄与するため、やがてはＬＯ状態においても炭化室温度が上昇してしまう。そして、図２からわかるように、ＬＯ状態において炭化室内温度が４００℃以上の所定温度、例えば４３０℃に達した場合に、コントローラ９０が炭化終了と判定する。炭化終了と判定した場合には、炭化室加熱ヒータ２０への通電を停止し、炭化室１４内を冷却する。そして、炭化室温度センサー１２の検出温度が所定温度（本例では５０℃）以下になると、全ての機器への通電をＯＦＦとし、全工程を終了する。

以上のように、本例の炭化処理装置１００は、可燃性有機物が収容される炭化室１４と、炭化室１４内に熱エネルギーを放出する高温熱源（ＨＩ状態における炭化室加熱ヒータ２０）と、炭化室１４内に高温熱源が放出する熱エネルギーよりも小さい熱エネルギーを放出する低温熱源（ＬＯ状態における炭化室加熱ヒータ２０）と、高温熱源が炭化室１４内に熱エネルギーを発生するＨＩ状態と、低温熱源が炭化室内に熱エネルギーを発生するＬＯ状態とを制御することにより、炭化室内温度を可燃性有機物の炭化が開始される温度以上である第１温度（４００℃）に制御するコントローラ９０と、ＬＯ状態において炭化室内温度が第１温度よりも高い第２温度（４３０℃）に達した場合に炭化室１４内の可燃性有機物の炭化が終了したと判定する判定手段（コントローラ９０）とを具備して構成し、ＬＯ状態においても炭化室内の温度が上昇して第１温度よりも高い第２温度に達したときに炭化終了と判定するものである。このようなＬＯ状態における温度上昇は、炭化の終了時に顕著に現れる特徴であるため、炭化の終了時期を精度よく判定することができ、経済的な炭化処理を行うことができる。

また、高温熱源と低温熱源とを一体に形成されたセラミックヒータ（炭化室加熱ヒータ２０）で構成し、このセラミックヒータへの印加電圧を変化させることにより高温状態（ＨＩ状態）と低温状態（ＬＯ状態）とを採り得るようにしたので、構成部品を少なくすることができる。

また、高温熱源及び低温熱源として電気抵抗発熱体であるセラミックヒータを用いているため、簡便に且つ安価に本発明を実現することができる。

尚、上記実施例は、一つのセラミックヒータに２つの状態（ＨＩ状態・ＬＯ状態）を設定して本発明の実施を試みたものであるが、発明の趣旨からして、以下の技術的思想も把握できる。

（技術思想１） 可燃性有機物が収容される炭化室と、
前記炭化室内に熱エネルギーを供給する熱源と、
前記熱源により供給される熱エネルギーを制御することにより、前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度を前記可燃性有機物の炭化が開始される温度以上である第１温度に制御する温度制御手段と、
前記熱源が供給する熱エネルギーが所定量以下の場合に前記炭化室内又は可燃性有機物の温度が前記第１温度よりも高い第２温度に達した場合に前記炭化室内の前記可燃性有機物の炭化が終了したと判定する炭化終了判定手段と、
を具備することを特徴とする炭化処理装置。

上記技術思想１は、炭化室を加熱する熱源を、炭化室温度に応じて熱エネルギーの供給量が調整可能な可変タイプとしたものにおいて、所定の熱エネルギーを供給している状態（例えば最小の熱エネルギーを供給している状態）で所定の温度上昇が見られる場合に炭化終了と判断するものである。この技術思想によっても、本発明と同様の効果を相する。

本発明の実施の形態における炭化処理装置の構成概略図である。 本発明の実施の形態における炭化処理装置を運転する際における、各機器やヒータ、センサーの動作状態と、炭化室温度センサーから検出される温度及び炭化される有機性可燃物の温度を経時的に測定した結果を併記したグラフである。

符号の説明

１０：炭化槽 １０ａ：側壁 １０ｂ：排気口 １０ｃ：上壁
１１：トレー
１２：炭化室温度センサー
１３：仕切り壁
１４：炭化室
１５：逆流溜室
２０：炭化室加熱ヒータ（加熱手段、高温熱源、低温熱源）
３０：排出通路 ３１：一端開口部 ３２：他端開口部
４０：凝縮槽 ４０ａ：側壁 ４０ｂ：吸入口 ４０ｃ：側壁 ４０ｄ：排出口
４１：金網
４２：上部空間 ４３：下部空間
４４：凝縮槽加熱ヒータ
４５：凝縮槽温度センサー
５０：連通路 ５１：一端開口部
６０：排出ガス浄化装置
６１：水槽
６２：本体部
６２ａ：水位センサー
６３：循環通路 ６３ａ：一端 ６３ｂ：他端
６４：循環ポンプ ６４ａ：吸入ポート ６４ｂ：吐出ポート
６５：ラジエター（冷却手段）
６６：冷却ファン装置（冷却手段）
６７：紫外線ランプ
６８：乱流翼
６９：フィルター
７０：排水管 ７１：一方の端 ７２：他方の端
７３：補給水通路
７４：水量調節用電磁弁
７５：バイパス通路
７６：逆流防止用電磁弁
８０：オゾン発生装置（酸化剤導入装置）
８１：オゾン発生器（酸化剤発生装置）
８２：オゾン導入通路（酸化剤導入通路）
９０：コントローラ
１００：炭化処理装置

Claims (4)

1. 可燃性有機物が収容される炭化室と、
   前記炭化室内に熱エネルギーを供給する高温熱源と、
   前記炭化室内に前記高温熱源が供給する熱エネルギーよりも小さい熱エネルギーを放出する低温熱源と、
   前記高温熱源が前記炭化室内に熱エネルギーを供給する高温状態と、前記低温熱源が前記炭化室内に熱エネルギーを供給する低温状態とを制御することにより、前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度を前記可燃性有機物の炭化が開始される温度以上である第１温度に制御する温度制御手段と、
   前記温度下降状態において前記炭化室内又は可燃性有機物の温度が前記第１温度よりも高い第２温度に達した場合に前記炭化室内の前記可燃性有機物の炭化が終了したと判定する炭化終了判定手段と、
   を具備することを特徴とする炭化処理装置。
2. 請求項１において、
   前記高温熱源と前記低温熱源とは、一体に形成された一つの加熱手段で構成され、該加熱手段が前記高温加熱状態と前記低温加熱状態とを採り得ることを特徴とする、炭化処理装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項において、
   前記高温熱源及び前記低温熱源は電気抵抗発熱体であることを特徴とする、炭化処理装置。
4. 炭化室内で可燃性有機物を加熱して該可燃性有機物を炭化する炭化処理方法における炭化終了判定方法であって、
   前記炭化室内に熱エネルギーを供給する高温状態と該高温状態において供給される熱エネルギーよりも小さい熱エネルギーを前記炭化室に供給する低温状態とを制御して、前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度を前記可燃性有機物の炭化が開始される温度以上の第１温度に制御することにより、可燃性有機物を前記炭化室内で炭化させるとともに、前記低温状態において前記炭化室内又は前記可燃性有機物の温度が前記第１温度よりも高い第２温度に達した場合に前記炭化室内の前記可燃性有機物の炭化が終了したと判断することを特徴とする、炭化終了判定方法。

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