JP2006232944A - 生ごみ炭化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生ごみ炭化装置において、簡単な構成により炭化処理の終了を適切に判断して、完全な炭化処理と高いエネルギ効率や装置稼働率を実現する。
【解決手段】生ごみ炭化装置は、生ごみを収納する収納部と、収納した生ごみに炭化エネルギＥ１を投入して炭化する炭化手段と、炭化中の炭化温度Ｔ１を検出する炭化温度検出手段と、炭化の過程で発生する乾留ガスに燃焼エネルギＥ２を投入してその乾留ガスを燃焼させる燃焼手段と、燃焼中の燃焼温度Ｔ２を検出する燃焼温度検出手段と、炭化温度Ｔ１を指標にして炭化手段を制御するとともに燃焼温度Ｔ２を指標にして燃焼手段を制御する制御手段とを備える。制御手段は、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２、炭化温度Ｔ１に基づいて設定した条件Ａ〜Ｄにより炭化反応の終了を判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、生ごみを低酸素濃度下で加熱して炭化処理する生ごみ炭化装置に関する。

従来から、生ごみを炭化処理する生ごみ処理装置が知られている。この種の装置は、酸素を遮断または供給制限した状態で生ごみを一定温度以上に加熱して熱分解（乾留）させ、これにより、生ごみを最終的に減量及び減容された固形物、すなわち炭化物に変える。生ごみの炭化の過程において、まず水分が蒸発し、その後、温度上昇とともに有機物が分解して種々の可燃性ガス（乾留ガス）が発生する。最終的には炭素主体の固形物である炭が生成される。この炭は吸着剤や土壌改良剤として利用可能である。原理的に、木材や油脂、プラスチックスなどの処理も可能であり、コンポスト化や乾燥等による生ごみ処理方法と比べて処理物の質に対する制限が少ない。炭化処理温度と発生ガスの関係は処理対象物の成分に大きく依存する。その例を、図１２に示す。

このような生ごみ炭化装置において、炭化処理の終了を適切に行うことは、炭化の不完全な状態で処理を終了することなく完全に炭化処理するという本来の目的達成の他に、エネルギ効率や装置稼働率を向上させるという観点から重要である。極簡単な終了方法は、炭化処理時間による終了方法であり、運転スイッチをオンしてから一定時間経過後に処理を終了する。この場合、生ごみの成分や処理量によっては、炭化が不完全なまま終了したり、炭化が終了しているのに稼働しつづける等の問題がある。

そこで、投入した可燃性有機物の量や質に関係なく、投入した可燃性有機物を過不足なく炭化してエネルギの無駄を省く方法として、乾留ガスの燃焼温度を監視し、所定温度以上において、温度変化が上昇から下降に転じたとき、又はそのときから一定時間を経過したときに、炭化処理を終了する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、各種の廃棄物について加熱温度及び処理量に応じた処理時間を予め設定して記憶させておき、炭化処理を行うときに、被処理物の種類及び処理量を指定して設定データを読出し、炭化処理室の温度、処理経過時間、及び設定データに基づいて、処理時間の経過とともに加熱手段を制御する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−５５５７７号公報 特開平１１−６１１４０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような炭化処理の終了方法においては、燃焼温度が一定となるように制御する型の炭化装置には適用できないという問題がある（例えば、乾留ガスの燃焼に必要な温度を外部からの投入エネルギで維持しておく方が燃焼効率が良くなる装置では、燃焼室の温度は一定とされる）。また、乾留ガスがバースト的に発生して一時的に燃焼温度が上昇して下降する場合、炭化処理の終了点を誤認してしまう問題がある。また、特許文献２に示されるような炭化処理の制御の方法では、設定データの得られた特定の被処理物に対してしか対応できないという問題がある。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により炭化処理の終了を適切に判断して、完全な炭化処理と高いエネルギ効率や装置稼働率を実現できる生ごみ炭化装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、生ごみを収納する収納部と、前記収納部に収納した生ごみを炭化する炭化手段と、前記炭化中の炭化温度を検出する炭化温度検出手段と、前記炭化の過程で発生するガスにエネルギを投入してそのガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼中の燃焼温度を検出する燃焼温度検出手段と、前記炭化温度及び燃焼温度を指標として前記炭化手段及び燃焼手段を制御する制御手段と、を備えた生ごみ炭化装置であって、前記制御手段は、前記燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値未満から所定値以上に推移したとき、炭化処理を終了させるものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の生ごみ炭化装置において、前記制御手段は、前記燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値未満に低下することなく一定時間経過したとき、炭化処理を終了させるものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の生ごみ炭化装置において、前記制御手段は、炭化温度が所定値に達してから一定時間経過後に炭化処理を終了させるものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の生ごみ炭化装置において、前記燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値以上、かつ炭化温度が所定値に達している場合に炭化処理を終了させるものである。

請求項１の発明によれば、燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値未満から所定値以上に推移したとき、炭化処理を終了させるので、燃焼温度が一定となるよう制御する型の炭化装置においても、炭化処理の終了を適切に判断して、完全な炭化処理と高いエネルギ効率や装置稼働率を実現できる。これは次の理由による。燃焼手段によって投入されるエネルギ、例えば燃焼ヒータの場合、その通電量は、発生する乾留ガス量に対応して推移する。燃焼温度が一定となるように温度制御する場合、乾留ガス量が多いとガスの燃焼熱により燃焼温度が維持されるので通電量が下がり、ガス量が少ないと燃焼温度を維持するため必要なエネルギを供給するので通電量は上がる。また、炭化反応が終わるとガスが発生しなくなる。従って、エネルギの投入率（通電率）に基づいて炭化処理の終了を判断することができる。

請求項２の発明によれば、燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値未満に低下することなく一定時間経過したとき、炭化処理を終了させるので、上述同様、炭化処理の終了を適切に判断することができる。このような終了判断は、処理する生ごみ量が少なく、発生する乾留ガスがもともと少ない場合に行われる。

請求項３の発明によれば、炭化温度が所定温度に達してから一定時間経過後に炭化処理を終了させるので、炭化が充分完了した時点で炭化処理の終了を適切に判断することができる。

請求項４の発明によれば、燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値以上、かつ炭化温度が所定値に達している場合に炭化処理を終了させるので、処理する生ごみ量の多少や質のばらつき、ごみのかさ比重等の性状の違いによらず、また発生する乾留ガスが少ないという状況によらず、炭化処理の終了を適切に判断することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る生ごみ炭化装置について、図面を参照して説明する。図１は、生ごみ炭化装置１の制御ブロック構成を示す。生ごみ炭化装置１は、生ごみを収納する収納部１０と、収納部１０に収納した生ごみに炭化エネルギＥ１を投入して炭化する炭化手段１１と、炭化中の生ごみの温度である炭化温度Ｔ１を検出する炭化温度検出手段１２と、炭化の過程で発生する乾留ガスＧ１に燃焼用の酸素を混合する燃焼部２０と、燃焼部２０における乾留ガスＧ１に燃焼エネルギＥ２を投入してその乾留ガスＧ１を燃焼させる燃焼手段２１と、乾留ガスＧ１が燃焼するときの温度である燃焼温度Ｔ２を検出する燃焼温度検出手段２２と、炭化温度検出手段１２により検出された炭化温度Ｔ１及び燃焼温度検出手段２２によって検出された燃焼温度Ｔ２を指標にして炭化手段１１を制御するとともに燃焼手段２１を制御する制御手段３０と、を備えている。

上述の制御手段３０は、燃焼エネルギＥ２の投入率を求めるエネルギ投入率演算手段３１を備えている。この燃焼エネルギＥ２のエネルギ投入率（ΔＥ２とする）は、例えば、所定の投入エネルギ値（Ｆとする）に対する現在投入中のエネルギ（Ｅ２）の割合として定義できる。言い換えれば、投入エネルギＥ２が所定の投入エネルギ値のときに１（又は１００％）となるように規格化された投入エネルギがエネルギ投入率であり、ΔＥ２＝Ｅ２／Ｆである。所定のエネルギ値Ｆとして、投入し得る最大エネルギ値やその９０％値、あるいは所定の燃焼温度Ｔ２を維持するために必要なエネルギ値を用いることができる。生ごみ炭化装置１の処理容量や対象とする生ごみの種類などに応じて、エネルギ値Ｆ、従ってエネルギ投入率ΔＥ２、を定義することができる。

また、上述の制御手段３０は、エネルギ投入率演算手段３１によって求めた燃焼エネルギＥ２の投入率ΔＥ２、及び炭化温度検出手段１２によって検出された炭化温度Ｔ１を指標として用いる４つの制御条件に基づいて炭化処理の終了の判断を行う。４つの制御条件（本明細書では条件Ａ、条件Ｂ、条件Ｃ、条件Ｄという）を表１に示す。なお、これらの制御条件は、全て必須というものではなく、後述の実施例で示すように、一部の制御条件のみを適宜設定して用いてもよい。

上述の制御条件の説明は、以下で述べる生ごみ炭化処理の詳細フローチャート（図２）の説明の中で行う。制御手段３０は、これらの制御条件のいずれかが成立したときに炭化処理を終了する。これにより、炭化処理の終了を適切に判断して、完全な炭化処理と高いエネルギ効率や高い装置稼働率を実現できる。

次に、図２のフローチャートを参照して、制御手段３０による上述の４つの制御条件条件Ａ〜Ｄを用いた炭化処理の制御手順、特にその処理の終了の手順を説明する。生ごみ炭化装置１による生ごみ炭化処理の概要は、昇温ステップ（Ｓ１）の後に基本運転ステップ（Ｓ２）と炭化終了判断ステップ（Ｓ３）とを炭化処理終了まで繰り返す、というものである。炭化終了判断ステップ（Ｓ３）は４つの条件判断ステップ（Ｓ３１〜Ｓ３４）からなり、炭化処理の終了はこれらの条件判断ステップにおいて行われる。以下各ステップを順に説明する。

ステップＳ１において、生ごみ炭化装置１に生ごみが投入され、炭化処理が開始されると、制御手段３０によって制御された炭化手段１１と燃焼手段２１により、収納部１０と燃焼部２０の昇温が行われる。この昇温は、収納部１０と燃焼部２０に対してそれぞれ設定された保持設定温度（Ｈ１，Ｈ２とする）を目標値として行われる。このステップＳ１における昇温により炭化温度Ｔ１が上昇して乾留ガスＧ１が発生する段階になると、制御手段３０は、制御をステップＳ２における基本運転にすすめる。

ステップＳ２において、制御手段３０は、炭化温度Ｔ１、燃焼温度Ｔ２をそれぞれ保持設定温度Ｈ１，Ｈ２に保持するべく炭化手段１１と燃焼手段２１を制御しつつ、一方で、生ごみから乾留ガスを発生させて炭化処理をすすめ、他方で、発生したガスを燃焼部２０で燃焼させて次々と排気する処理を行う。本明細書では、この炭化処理の主たる段階を基本運転とよぶ。この基本運転では、例えば、炭化温度Ｔ１が保持設定温度Ｈ１より低ければ、炭化手段１１を介して収納部１０に炭化エネルギＥ１を投入し、高ければ投入を停止することにより、乾留反応を行わせるために必要で最適な保持設定温度Ｈ１を保持する制御を行う。

制御手段３０は、上述の基本運転を行うことにより炭化処理を進めるとともに、ステップＳ３において、炭化処理の終了の如何の判断を行う。炭化処理の終了の判断は、上述したように、条件Ａ〜Ｄの成立如何を判断して行われる。すなわち、ステップＳ３において、４つの条件Ａ〜Ｄに対応する４つの条件判断ステップＳ３１〜Ｓ３４が順番に、又は並列に実行され、いずれかの条件が成立した場合（Ｓ３１〜Ｓ３４のいずれかにおいてＹＥＳ）、炭化処理を終了する。また、制御手段３０は、条件判断ステップＳ３１〜Ｓ３４の全てにおいて条件非成立の場合（Ｓ３１〜Ｓ３４の全てにおいてＮＯ）、制御をステップＳ２に戻して上述のステップＳ２、Ｓ３を、事前に設定された所定の時間間隔で繰り返す。各ステップＳ３１〜Ｓ３４、従って条件Ａ〜Ｄを順に説明する。

ステップＳ３１において、条件Ａの成立如何が判断される。条件Ａは、「燃焼手段２１が投入するエネルギＥ２の投入率ΔＥ２が所定値未満から所定値以上に推移した」という条件であり、この条件が成立した場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、制御手段３０は、炭化処理を終了させる。条件Ａが成立していなくて、従って、処理が終了していないと判断された場合（Ｓ３１でＮＯ）、基本運転を実行する（Ｓ２）。

このような、条件Ａに基づいて判断する炭化処理終了によれば、制御手段３０は、燃焼温度Ｔ２によるのではなく、燃焼エネルギＥ２の投入率ΔＥ２によって炭化処理の終了を判断するので、燃焼温度が一定となるように制御する型の生ごみ炭化装置においても、炭化反応の終了を適切に判断して処理を終了ができる。従って、完全な炭化処理と高いエネルギ効率や装置稼働率を実現できる。

上述の条件Ａの成立の例を、図３を参照して説明する。この図は、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２の時間変化を３種類示している。すなわち、生ごみ量が通常の場合（曲線ａ）、生ごみ量が通常より多い場合（曲線ｂ）、及び生ごみ量が通常より少ない場合（曲線ｃ）、それぞれの場合における燃焼エネルギ投入率ΔＥ２（例えば燃焼ヒータの場合、その通電量）の時間変化が示されている。条件Ａが適用されるのは、曲線ａ、及び曲線ｂで示される時間変化の場合である。曲線ｃで示される時間変化については、条件Ｂが適用される（後述）。

上述の曲線ａについて時間経過を説明する。炭化処理が開始された経過時間ｔ＝０の時点からしばらくは、上述のステップＳ１における昇温のために略フルパワーの運転、すなわち燃焼エネルギ投入率ΔＥ２が略１００％の運転が行われる。乾留ガスを効率的に燃焼処理するなどの目的で、燃焼温度Ｔ２が一定の温度（つまり保持設定温度Ｈ２）となるように温度制御する場合、ステップＳ２における基本運転に入ったとき、可燃性の乾留ガスＧ１の燃焼による発熱によって燃焼温度が維持されるので、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２は次第に減少する。そして、上述の条件Ａにおける予め設定した所定のエネルギ投入率（閾値Ｒ）よりも減少する。

炭化温度Ｔ１を設定した処理温度（すなわち炭化保持設定温度Ｈ１）で一定時間保持する基本運転を行えば、その温度Ｈ１での熱分解が十分に行われて炭化反応が進み、可燃性の乾留ガスの発生量が減少してくる。すると、制御手段３０が燃焼温度Ｔ２を保持設定温度Ｈ２に維持するために必要なエネルギＥ２を供給するので、エネルギ投入率ΔＥ２（通電量）は上昇していき、ついには経過時間ｔ＝ｔａにおいて、閾値Ｒ未満から閾値Ｒ以上に変化する。つまり、炭化反応が終了して乾留ガスＧ１の発生がなくなると、エネルギＥ２の投入率ΔＥ２（通電量）が上昇するので、制御手段３０は、「投入率ΔＥ２が、予め設定した所定値（閾値Ｒ）に対し所定値未満から所定値以上に推移する」ことを検知して炭化反応の終了を判断でき、炭化処理を終了できる。

生ごみ量の多い場合の曲線ｂについても、曲線ａと同様の時間変化をたどる。この場合、炭化処理される生ごみ量が多いため炭化反応のために投入するエネルギも多く必要なこと、及び、炭化のためのエネルギ投入率ΔＥ１には通常、上限が設けられていること、などによって炭化処理の時間が長くなる。この場合も、曲線ｂで示されるように、上述の曲線ａの場合と同様に、経過時間ｔ＝ｔｂ（ｔａ＜ｔｂ）において条件Ａの成立、従って炭化反応の終了を検知できる。

ステップＳ３２において、条件Ｂの成立如何が判断される。条件Ｂは、「燃焼手段２１が投入するエネルギＥ２の投入率ΔＥ２が所定値未満に低下することなく一定時間経過した」という条件であり、この条件が成立した場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御手段３０は、炭化処理を終了させる。条件Ｂが成立していなくて、従って、処理が終了していないと判断された場合（Ｓ３２でＮＯ）、基本運転を実行する（Ｓ２）。この条件Ｂによる終了判断は、処理する生ごみ量が少なくて発生する乾留ガスが当初から少ない場合に有効に行われる。これを説明する。

再度、上述の図３を参照する。曲線ｃが生ごみの量が少ない場合に対応する。生ごみ炭化装置１の状態が、上述した炭化処理のステップＳ２における基本運転に入ったとき、通常、可燃性の乾留ガスＧ１の燃焼による発熱によって燃焼温度が維持されるので、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２は充分減少して、上述の条件Ａにおける予め設定した所定のエネルギ投入率以下となる。しかながら、生ごみ量が少ないとき、生ごみが発生する乾留ガスＧ１、従ってそのガスによる発熱も少なく、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２が、上述の条件Ａに対する所定のエネルギ投入率の設定値（閾値Ｒ）まで下がることなく、炭化反応の終了を迎える事態となることがある。

上述のような事態に対して、条件Ｂにおける「燃焼手段２１が投入するエネルギＥ２の投入率ΔＥ２が閾値Ｒ未満に低下することなく一定時間（ｔ＝ｔｃ）が経過した」という条件に基づいて炭化反応の終了を判断するようにすれば、制御手段３０は、炭化反応の終了を適切に判断して処理を終了できる。このような、条件Ｂに基づく炭化終了判断は、水分の少ない油脂や木質等が主体の処理対象に対して、より有効な手段として用いることができる。

ステップＳ３３において、条件Ｃの成立如何が判断される。条件Ｃは、「炭化温度が所定値に達してから一定時間経過後した」という条件であり、この条件が成立した場合（Ｓ３３でＹＥＳ）、制御手段３０は、炭化処理を終了させる。条件Ｃが成立していなくて、従って、処理が終了していないと判断された場合（Ｓ３３でＮＯ）、基本運転を実行する（Ｓ２）。このような、条件Ｃに基づいて判断する炭化処理終了によれば、炭化が充分完了した時点で炭化反応の終了を適切に判断して処理を終了できる。

上述の条件Ｃの成立の例を、図４を参照して説明する。まず、この図の説明のため、生ごみの一般的な性状について述べる。生ごみは、含水率６０〜９０％程度の範囲でばらつく水分を含んでいる。生ごみの炭化処理において消費するエネルギーの多くは水分の蒸発潜熱に消費される。水分蒸発後は乾物を一定温度に保持すれば炭化処理（すなわち乾留ガスの発生）が行われる。従って、エネルギ消費はほとんど放熱による損失分となる。

また、炭化温度Ｔ１（生ごみの温度）は、経過時間の初期段階ｔ１、すなわち上述の昇温ステップＳ１において、さかんに水分の蒸発が行われるので炭化保持設定温度Ｈ１まで上昇せず、炭化エネルギＥ１は、蒸発潜熱として消費される。その結果、炭化温度Ｔ１は、水分蒸発が終了して後に保持設定温度Ｈ１に達する。生ごみの炭化処理におけるこのような性質に基づく温度変化を利用して、水分の蒸発後にタイマーを用いて一定時間ｔ２を保持した後（条件Ｃ成立）、炭化終了判断をすれば、水分の多少やごみの多少に関わらず安定した品質の炭化処理を行うことができる。

ステップＳ３４において、条件Ｄの成立如何が判断される。条件Ｄは、「燃焼手段２１が投入するエネルギＥ２の投入率ΔＥ２が所定値以上（条件Ｄ１とする）、かつ、炭化温度Ｔ１が所定値に達した（条件Ｄ２とする）」という条件であり、この条件が成立した場合（Ｓ３４でＹＥＳ）、制御手段３０は、炭化処理を終了させる。条件Ｄが成立していなくて、従って、処理が終了していないと判断された場合（Ｓ３４でＮＯ）、基本運転を実行する（Ｓ２）。このような、条件Ｄに基づいて判断する炭化処理終了によれば、処理する生ごみ量の多少や質のばらつき、ごみのかさ比重等の性状の違いによらず、また発生する乾留ガスが少ない場合などの条件によらず、炭化反応の終了を適切に判断して処理を終了できる。また、条件Ｄ１の成立は、エネルギ投入率ΔＥ２（電気ヒータの場合通電量）の値のみをモニタすることにより検出できる。つまり、エネルギ投入率ΔＥ２の上昇下降の変化や経過時間の計測などを行う必要がない。また、条件Ｄ２については、炭化温度Ｔ１が予め定めた所定温度に達してからの保持時間を長くとる必要はなく、所定温度に達してから即座に、又は炭化温度Ｔ１の測定値の揺らぎを考慮して、例えば１０分以内の保持時間のみで、条件成立を判断することができる。

上述の条件Ｄの成立の例を、図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図中において、条件の成立をＯＮ、非成立をＯＦＦで示す。図５（ａ）において、条件Ｄ１は、経過時間の初期の段階で成立し、その後、非成立となり、この条件Ｄ１が非成立の間に条件Ｄ２が成立し、その後さらに条件Ｄ１が成立している。条件Ｄ１，Ｄ２がともに成立した時点で、条件Ｄが成立する。このとき、制御手段３０は、炭化反応が終了したと判断して炭化処理を終了させる。このような炭化処理の時間経過は、上述した生ごみ量が通常又は通常より多い場合（図３の曲線ａ、曲線ｂ）に相当する。

また、図５（ｂ）においては、条件Ｄ１が経過時間の最初から成立し続けており、経過時間の極短い時間のうちに条件Ｄ２も成立して、条件Ｄが成立している。条件Ｄが成立したとき、制御手段３０は、炭化反応が終了したと判断して炭化処理を終了させる。このような炭化処理の時間経過は、上述した生ごみ量が通常より少ない場合（図３の曲線ｃ）に相当する。

次に、図６を参照して生ごみ炭化装置１のより具体的な構造を説明する。この生ごみ炭化装置１は、電力を動力源とした縦型の装置であり、下部に炭化処理を行って乾留ガスを発生する収納部１０（以下、炭化処理室１０）、その上に乾留ガスを燃焼処理する燃焼部２０（以下、燃焼処理室２０）、その上に燃焼処理されたガスを希釈及び冷却して排気処理する排気部４０、及びこれらとは別置き又は生ごみ炭化装置本体に内蔵され、外部電源ＰＳの電力供給を受けて炭化処理から排気処理までの一連の処理を制御する制御手段３０を備えている。

炭化処理室１０は、生ごみに炭化エネルギＥ１を投入する炭化手段１１（以下、炭化ヒータ１１）と、炭化温度Ｔ１を測定する炭化温度検出手段１２と、密閉空間を形成する断熱壁１０ａ及び前扉１０ｂと、密閉空間から燃焼処理室に連通する連通ダクト１６とを備えている。炭化ヒータ１１は断熱壁１０ａの内面に設けられている。生ごみ１３は容器１４（２つ用いることができる）に入れられて密閉空間に収納される。炭化温度検出手段１２は、炭化中の生ごみの温度である炭化温度Ｔ１を測定するため、容器１４の近傍に配置されている。

燃焼処理室２０は、乾留ガスＧ１に燃焼エネルギＥ２を投入する燃焼手段２１（以下、燃焼ヒータ２１）と、燃焼温度検出手段２２と、乾留ガス経路２３とを備えている。乾留ガス経路２３は、連通ダクト１６に接続されており、炭化処理室からの乾留ガスを燃焼させながら排気部へと導く。燃焼ヒータ２１は、乾留ガス経路２３を囲むようにコイル状のヒータで形成されている。燃焼触媒２３ａが、乾留ガス経路２３の排気部側に設けられており、燃焼温度検出手段２２は、燃焼触媒２３ａの下流側に設けられて燃焼温度Ｔ２を測定する。これらの燃焼ヒータ２１、燃焼温度検出手段２２、乾留ガス経路２３、及び燃焼触媒２３ａは断熱材２０ａによって外気と断熱されている。また、空気配管２４ａが乾留ガス経路２３の入口側に接続されている。空気配管２４ａは配管２４から分岐しており、配管２４は燃焼用空気を導入するため装置下方に外気吸入口を持っている。

排気部４０は、希釈室４１と、希釈室４１に配管接続された排気ファン４２とを備えている。希釈室４１には、乾留ガス経路２３の出口端、及び空気配管２４ｂが接続されている。空気配管２４ｂは希釈室４１に希釈用及び冷却用の空気を供給する。空気配管２４ｂは配管２４から分岐したものである。

ここで、生ごみ炭化装置の動作を、乾留ガスＧ１の流れに沿って説明する。炭化処理室１０において、生ごみ１３が無酸素状態又は貧酸素状態で炭化ヒータ１１によって加熱され、加熱された生ごみ１３から乾留ガスＧ１が発生する。乾留ガスＧ１は、連通ダクト１６を通って、燃焼処理室２０の乾留ガス経路２３に導かれる。乾留ガスＧ１の一方向の流れは、乾留ガスＧ１の発生に伴う正圧、及び又は排気ファン４２による負圧によって形成される。乾留ガスＧ１は、乾留ガス経路２３に導かれ、乾留ガス経路２３において燃焼ヒータ２１によって加熱され、空気配管２４ａから供給される空気と混合されて、乾留ガス経路２３及び触媒２３ａを通過する間に燃焼される。燃焼したガスは、経路２３に接続された希釈室４１において、空気配管２４ｂから供給される空気と混合されて希釈と冷却が行われ、排気ファン４２を介して大気中に排気ガスＧ２として放出される。

次に、図７、図８を参照して、炭化エネルギＥ１の投入率ΔＥ１と燃焼エネルギＥ２の投入率ΔＥ２の時間変化、及び測定された炭化温度Ｔ１と燃焼温度Ｔ２の時間変化を説明する。図７は、生ごみ炭化装置１への生ごみ投入から炭化処理終了までの時間経過において、炭化温度Ｔ１と燃焼温度Ｔ２の典型的な時間変化を示す。その時間変化は、室温からの昇温、一定温度（保持設定温度Ｈ１，Ｈ２）の保持、最後に降温、という温度変化をたどる。炭化処理において、一定温度の保持がなされるのは、エネルギ効率の良い処理と制御下にある安定した処理（過剰ガス発生などが原因で起こる燃焼処理室２０での不完全燃焼などの異常燃焼反応のない処理）を行うためである。

炭化ヒータ１１による炭化エネルギ投入率ΔＥ１と、燃焼ヒータ２１による燃焼エネルギ投入率ΔＥ２は、上述の炭化温度Ｔ１と燃焼温度Ｔ２の時間変化に対応して、図８に示すような時間変化をたどる。初期段階では、炭化ヒータ１１及び燃焼ヒータ２１は、共に略フルパワーのエネルギ投入を行っている。炭化温度Ｔ１が一定温度に達したあたりで可燃性の乾留ガスＧ１が発生し始めると、可燃性のガスの燃焼による発熱が燃焼処理室２０の温度を上げるので、燃焼ヒータ２１のエネルギ投入率ΔＥ２は次第に減少する。

上述のように、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２は、燃焼温度Ｔ２を一定とするため燃焼ヒータ２１を制御するので燃焼される乾留ガス量に対応して推移する。すなわち、乾留ガス量が多いと燃焼エネルギ投入率ΔＥ２は下がり、ガス量が少ないと燃焼エネルギ投入率ΔＥ２は上がる。以下において、前出の図６に示したような電気式の生ごみ炭化装置１に、上述した条件Ａ，Ｃ，Ｄを適用した炭化終了判断の実施例を説明する。

（実施例１）
生ごみ炭化装置１において、条件Ａに基づく炭化終了判断を用いて炭化処理を行った。図９に示すように、燃焼ヒータ２１の燃焼エネルギ投入率ΔＥ２（通電量）の閾値Ｒを４０％として、燃焼エネルギ投入率ΔＥ２が上昇時中でかつ４０％に達した時点（略５時間経過後）を炭化反応終了と判断して、炭化処理を終了したところ良好な処理物、すなわち未処理状態を含まない完全に炭化された処理物が得られた。

（実施例２）
生ごみ炭化装置１において、条件Ｃに基づく炭化終了判断を用いて炭化処理を行った。図１０に炭化温度Ｔ１の時間変化の測定結果を示す。図１０は、炭化温度Ｔ１に対する保持設定温度Ｈ１＝７００℃として運転を行った結果である。主として水分蒸発が行われる時間ｔ１が約２時間となっている。つまり、略２時間で炭化温度Ｔ１が設定のＨ１＝７００℃に達した。その後、タイマーを用いて２時間の間、炭化温度Ｔ１を保持して炭化処理を行った後、炭化処理を終了したところ良好な処理物、すなわち未処理状態を含まない完全に炭化された処理物が得られた。

（実施例３）
生ごみ炭化装置１において、条件Ｄに基づく炭化終了判断を用いて炭化処理を行った。図１１にこの炭化終了判断により処理を終了させた具体例を示す。燃焼エネルギ投入率ΔＥ２に対する条件Ｄ１の成立判断の所定値を５０％（５０％≦ΔＥ２で条件Ｄ１成立）、炭化温度Ｔ１に対する条件Ｄ２の成立判断の所定値を６４５℃（６４５℃≦Ｔ１で条件Ｄ２成立）と設定して、条件Ｄによる終了検出を行いつつ生ごみ炭化装置１を運転した。エネルギ投入率ΔＥ２は、運転開始（ｔ＝０）から１．９時間後まで、及び７時間後以降に５０％を超えて、条件Ｄ１が成立した。また、炭化温度Ｔ１は、３．３時間後に６４５℃を超えて、条件Ｄ２が成立した。従って、７時間後に条件Ｄ１，Ｄ２共に成立し、条件Ｄが成立して、炭化終了が検出された。条件Ｄに基づく炭化終了判断により、短時間で良好な炭化処理物を得ることができた。

なお、本生ごみ炭化装置１における制御手段３０、及び制御手段３０が備えるエネルギ投入率演算手段３１は、ＣＰＵやメモリや外部記憶装置や表示装置や入力装置などを備えた一般的な構成の電子計算機やシーケンサ上のプロセス又は機能の集合として構成することができる。また、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、炭化手段１１や燃焼手段２１は、電力に基づくヒータ（炭化ヒータ、燃焼ヒータ）に限られず、エネルギ投入率を定義して測定できる他の加熱手段、例えばガスバーナ等を用いることができる。

本発明に係る生ごみ炭化装置の制御ブロック図の模式的構成図。 同上装置における炭化処理のフローチャート。 同上装置における生ごみ量の異なる３つの場合について燃焼エネルギ投入率の時間変化を示すと共に条件Ａと条件Ｂに基づく炭化終了判断の方法を説明するグラフ。 同上装置における炭化温度の時間変化を示すと共に条件Ｃに基づく炭化終了判断の方法を説明するグラフ。 （ａ）は同上装置における燃焼エネルギ投入率及び炭化温度を指標とした条件Ｄに基づく炭化終了判断における条件の成立非成立変化を示すタイムチャート、（ｂ）は同炭化終了判断における条件の成立非成立変化の他の例を示すタイムチャート。 本発明に係る生ごみ炭化装置の模式的構成図。 同上装置における炭化温度と燃焼温度の時間変化グラフ。 同上装置における燃焼及び炭化のエネルギ投入率の時間変化グラフ。 同上装置における燃焼エネルギ投入率の時間変化を示すと共に炭化終了判断を行った具体例を示すグラフ。 同上装置における炭化温度の時間変化を示すと共に炭化終了判断を行った具体例を示すグラフ。 同上装置における炭化処理を終了させた具体例を示す炭化温度及び燃焼エネルギ投入率それぞれの時間変化グラフ。 炭化処理において発生する代表的な乾留ガス及びタールの発生速度の加熱温度依存性を示すグラフ。

符号の説明

１ 収納部（炭化処理室）
２ 燃焼部（燃焼処理室）
３ 制御手段
１０ 生ごみ炭化装置
１１ 炭化手段（炭化ヒータ）
１２ 炭化温度検出手段
２１ 燃焼手段（燃焼ヒータ）
２２ 燃焼温度検出手段
Ｅ２ 燃焼エネルギ
Ｇ１ 乾留ガス
Ｔ１ 炭化温度
Ｔ２ 燃焼温度
ΔＥ２ 燃焼エネルギ投入率

Claims (4)

1. 生ごみを収納する収納部と、前記収納部に収納した生ごみを炭化する炭化手段と、前記炭化中の炭化温度を検出する炭化温度検出手段と、前記炭化の過程で発生するガスにエネルギを投入してそのガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼中の燃焼温度を検出する燃焼温度検出手段と、前記炭化温度及び燃焼温度を指標として前記炭化手段及び燃焼手段を制御する制御手段と、を備えた生ごみ炭化装置であって、
   前記制御手段は、前記燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値未満から所定値以上に推移したとき、炭化処理を終了させることを特徴とする生ごみ炭化装置。
2. 前記制御手段は、前記燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値未満に低下することなく一定時間経過したとき、炭化処理を終了させる請求項１に記載の生ごみ炭化装置。
3. 前記制御手段は、炭化温度が所定値に達してから一定時間経過後に炭化処理を終了させる請求項１に記載の生ごみ炭化装置。
4. 前記制御手段は、前記燃焼手段が投入するエネルギの投入率が所定値以上、かつ炭化温度が所定値に達している場合に炭化処理を終了させる請求項１に記載の生ごみ炭化装置。
   

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