JP2007029821A - 有機物分解装置および有機物分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱効率を向上させ、装置構成をコンパクトにし得る有機物分解装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 所要水分を含む生ゴミ２９を加熱して分解処理する有機物分解装置１であって、生ゴミ２９を収納する金属製の反応容器３と、高周波を通電され、反応容器３に誘導電流を発生させる誘導コイル１５と、誘導コイル１５内に冷却水を循環させる冷却水循環装置２１と、誘導コイル１５への通電および冷却水循環装置２１の動作を制御する制御装置１７と、を備え、制御装置１７には、誘導コイル１５への通電を行なわず、冷却水循環装置２１を作動させる冷却運転モードが備えられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、食品廃棄物、食品加工残渣等の有機廃棄物（生ゴミ）に含まれる有機物を分解処理する有機物分解装置および有機物分解方法に関するものである。

生ゴミに含まれる有機物を亜臨界水あるいは超臨界水によって分解処理することは広く知られている。
これを行なうものとして、例えば、特許文献１および特許文献２に示されるものが提案されている。
これらは、生ゴミを粉砕して反応容器に封入し、反応容器を電熱ヒータあるいは熱媒体で加熱するとともに高圧力に維持して有機物を分解処理するものである。反応容器で分解処理されたものは冷却装置に移送され、ここで冷却されて装置外へ排出等される。

特開平５−５１５８６号公報 特開平７−２４６３７８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に示されるものは、反応容器の加熱が電熱ヒータあるいは燃焼加熱を用いた間接加熱であるので、熱効率が悪いという問題があった。
また、分解されたものを冷却させるために冷却装置（冷却容器）を必要とするので、装置が大型化し、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、熱効率を向上させ、装置構成をコンパクトにし得る有機物分解装置および有機物分解方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる有機物分解装置は、所要水分を含む有機物を加熱して分解処理する有機物分解装置であって、前記有機物を収納する金属製の圧力容器と、前記圧力容器を加熱する加熱手段と、該圧力容器内に冷却水を循環させる冷却水循環手段と、前記加熱手段および前記冷却水循環手段の動作を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、圧力容器内に所要水分を含む有機物を収納して密閉し、圧力容器が加熱手段によって加熱されると、有機物とともに水分が加熱され、圧力容器内が高温高圧となり、ついには水が亜臨界水あるいは超臨界水となる。この亜臨界水あるいは超臨界水は、有機物を効率的に分解することができる。
また、制御部は、圧力容器内の有機物を分解処理した後、冷却水循環手段によって圧力容器内に冷却水を循環させ、圧力容器および分解処理された有機物を冷却する。
このように、分解処理された有機物は圧力容器に密封したままの状態で冷却することができるので、別途冷却装置を備える必要がなくなり、装置構成をコンパクトにでき、その分安価に製造することができる。
なお、加熱手段には、ガス、油等の燃焼熱を用いたものおよび誘導加熱が含まれる。

また、本発明にかかる有機物分解装置は、所要水分を含む有機物を加熱して分解処理する有機物の分解処理装置であって、前記有機物を収納する金属製の圧力容器と、高周波を通電され、前記圧力容器に誘導電流を発生させる誘導コイルと、該誘導コイル内に冷却水を循環させる冷却水循環手段と、前記誘導コイルへの通電および前記冷却水循環手段の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部には、前記誘導コイルへの通電を行なわず、前記冷却水循環手段を作動させる冷却運転モードが備えられていることを特徴とする。

本発明によれば、圧力容器内に所要水分を含む有機物を収納して密閉し、制御部が誘導コイルに通電して圧力容器に誘導電流（うず電流）を発生させ、誘導加熱する。
圧力容器が加熱されると、有機物とともに水分が加熱され、圧力容器内が高温高圧となり、ついには水が亜臨界水あるいは超臨界水となる。この亜臨界水あるいは超臨界水は、有機物を効率的に分解することができる。

このように、圧力容器は誘導加熱によって直接的に加熱されるので、従来のように間接加熱されるものに比べて熱効率を格段に向上させることができる。
また、制御部は、圧力容器内の有機物を分解処理した後、冷却運転モードによって誘導コイルに通電しないで誘電コイル内に冷却水を循環させ、圧力容器および分解処理された有機物を直接的にあるいは間接的に冷却する。
このように、冷却運転モードによって分解処理された有機物は圧力容器に密封したままの状態で冷却することができるので、別途冷却装置を備える必要がなくなり、装置構成をコンパクトにでき、その分安価に製造することができる。

また、上記発明にかかる有機物分解装置では、前記誘導コイルは、前記圧力容器の内部に配置されていることを特徴とする。

このように、誘導コイルは、圧力容器の内部に配置されているので、誘導コイルは有機物に接触していることになる。このため、冷却運転モードによる分解処理された有機物の冷却を一層効率的に行なうことができる。

また、上記発明にかかる有機物分解装置では、前記圧力容器内の圧力を測定する圧力計と、前記圧力容器内の温度を測定する温度計と、を備え、前記制御部は、前記圧力計および／または前記温度計の測定値に基づいて前記誘導コイルへの通電量を調整することを特徴とする。

このように、制御部は、圧力容器内の圧力および／または温度に基づいて誘導コイルへの通電量を調整するので、圧力あるいは温度が変動した場合、誘導コイルへの通電量を変化させて加熱量を調整して所望の圧力および／または温度に調整することができる。
このため、圧力容器内の水を確実に所望の亜臨界状態あるいは超臨界状態に維持することができるので、有機物の分解処理を確実に行なうことができる。

本発明にかかる有機物分解方法は、金属製の圧力容器と、高周波を通電され、前記圧力容器に誘導電流を発生させる誘導コイルと、該誘導コイル内に冷却水を循環させる冷却水循環手段と、を備え、前記圧力容器内に所要水分を含む有機物を収納して密閉し、前記誘導コイルに通電して前記圧力容器を誘導加熱し、前記圧力容器内の有機物を分解処理した後、前記誘導コイル内に冷却水を循環させ、前記圧力容器および分解処理された有機物を冷却することを特徴とする。

本発明によれば、圧力容器内に所要水分を含む有機物を収納して密閉し、誘導コイルに通電して圧力容器に誘導電流を発生させ、誘導加熱する。
圧力容器が加熱されると、有機物とともに水分が加熱され、圧力容器内が高温高圧となり、ついには水が亜臨界水あるいは超臨界水となる。この亜臨界水あるいは超臨界水は、有機物を効率的に分解することができる。

このように、圧力容器は誘導加熱によって直接的に加熱されるので、従来のように間接加熱されるものに比べて熱効率を格段に向上させることができる。
また、圧力容器内の有機物を分解処理した後、誘導コイルに冷却水を循環させ、圧力容器および分解処理された有機物を直接的にあるいは間接的に冷却するので、有機物は圧力容器に密封したままの状態で冷却することができる。このため、別途冷却装置を備える必要がなくなるので、装置構成をコンパクトにでき、その分安価に製造することができる。

また、上記発明にかかる有機物分解方法は、前記誘導コイルへの通電量を、前記圧力容器内の圧力および／または温度に基づいて調整することを特徴とする。

このように、圧力容器内の圧力および／または温度に基づいて誘導コイルへの通電量を調整するので、圧力あるいは温度が変動した場合、誘導コイルへの通電量を変化させて加熱量を調整して所望の圧力および／または温度に調整することができる。
このため、圧力容器内の水を確実に所望の亜臨界状態あるいは超臨界状態に維持することができるので、有機物の分解処理を確実に行なうことができる。

本発明によれば、圧力容器および分解処理された有機物を直接的にあるいは間接的に冷却できるので、別途冷却装置を備える必要がなくなり、装置構成をコンパクトにでき、その分安価に製造することができる。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態にかかる有機物分解装置１について、図１〜図３を用いて説明する。
有機物分解装置１には、反応容器（圧力容器）３と、誘導加熱装置５とが備えられている。
なお、本実施形態では、加熱手段として誘導加熱装置５を用いているが、ガスや塩溶炉で加熱するなど一般的な加熱手段を用いることもできる。

反応容器３には、本体７と、蓋体９とが備えられている。
本体７は、金属製の鋼で、厚肉の中空円筒形状をし、上部に外側へ突出したフランジ部１１を有している。
蓋体９は、金属製の鋼で、厚肉の略円盤形状をしている。蓋体９の外径は本体７のフランジ部１１の外径と略同等である。
蓋体９と本体７のフランジ部１１とは、Ｏリングやパッキン等のシール材１２を介して複数のボルト１３によって強固に密着して固定されるように構成されている。

誘導加熱装置５には、誘導コイル１５と、制御装置（制御部）１７と、高周波電源１９と、冷却水循環装置（冷却水循環手段）２１と、が備えられている。
誘導コイル１５は、銅製の中空パイプで、本体７の側面に、それと間隔を空けて螺旋状に巻きつけられている。
誘導コイル１５の両端部は、それぞれ連結管２３によって高周波電源１９と接続されている。

冷却水循環装置２１は、高周波電源１９と接続され、連結管２３および誘導コイル１５内に冷却水を循環させるように構成されている。
制御装置１７は、誘導加熱装置５の作動、すなわち、高周波電源１９および冷却水循環装置２１の作動を制御するものである。
蓋体９には、反応容器３内の圧力を測定する圧力計２５および反応容器３内の温度を測定する温度計２７が備えられている。
圧力計２５および温度計２７の測定値は制御装置１７に伝送されるように構成されている。

以上、説明した有機物分解装置１を用いた有機物の分解処理について図２および図３を参照して説明する。
食品廃棄物、食品加工残渣等の有機廃棄物（生ゴミ）が所定量集まると処理を開始する（Ｓ１）。
大きな生ゴミ２９は適当な大きさになるように粉砕する（Ｓ２）。そして、粉砕された生ゴミ２９および粉砕しない小さな生ゴミ２９を反応容器３の本体７へ投入する（Ｓ３）。

次いで、反応容器３の本体７へ水３１を注入する（Ｓ４）。
水３１は、後述するように反応容器３内の温度および圧力を高く維持するのに必要とされる量以上になるように注入される。
なお、生ゴミ２９に必要十分な量の水３１が含まれている場合には、この注水を省略してもよい。
注水が終わると、本体７に蓋体９を載置し、蓋体９をボルト１３によって本体７に対して強固に固定し、反応容器３を密閉する（Ｓ５）。

この状態で、制御装置１７は、高周波電源１９を作動させ、誘導コイル１５に高周波を供給する（Ｓ６）。
誘導コイル１５に高周波が供給されると、その周囲に磁力線が発生する。この磁力線によって本体７内に誘導電流（うず電流）が発生する。
この誘導電流は、本体７のもつ抵抗によってエネルギーに変換し、このエネルギーで熱を発生させる。
この熱によって本体７は加熱される。
このように、反応容器３は誘導加熱によって直接的に加熱されるので、従来のように間接加熱されるものに比べて熱効率を格段に向上させることができる。

本体７が誘導加熱されると、それによって投入された生ゴミ２９および水３１も加熱されることになる。
この時、制御装置１７は、誘導コイル１５に流れる誘導電流で誘導コイル１５自身が発熱するのを防止するために冷却水循環装置２１を作動させ、連結管２３を介して誘導コイル１５内に冷却水を循環させるようにする。

本体７の誘導加熱が進むと、水の温度および圧力が上がり亜臨界水あるいは超臨界水となるので、これらによる有機物の分解処理に入る（Ｓ７）。
分解処理には、亜臨界分解モードＡと超臨界分解モードＢとがある。
亜臨界モードＡの場合、制御装置１７は、圧力計２５および温度計２７の測定値に基づいて反応容器３内の温度が２５０℃および圧力が７ＭＰａとなるように高周波電源１９から誘導コイル１５への高周波電流量を制御する（Ｓ８）。
なお、圧力は十分に上昇するので、温度のみを制御対象とするようにしてもよい。

このような温度、圧力条件となると、水３１は亜臨界水となる。亜臨界水は、物を溶かす強い溶解力をもっており、有機物内の高分子の鎖を容易に、かつ一瞬のうちに断ち切ってしまう。
このため、格納容器３内の生ゴミ２９は、亜臨界水によって、カルシウム、リンなどの固体、アミノ酸、有機酸などの水溶液、ドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）、エイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）などの油分に分解される。

亜臨界水による分解処理は、すばやく行なわれるので、亜臨界分解モードＡは生ゴミ２９の量に応じて５〜３０分継続される。（図３参照）
亜臨界水による分解処理が所定時間経過すると、分解処理は終了する（Ｓ１０）。

超臨界分解モードＢの場合、制御装置１７は、圧力計２５および温度計２７の測定値に基づいて反応容器３内の温度が３７５℃および圧力が２２ＭＰａとなるように高周波電源１９から誘導コイル１５への高周波電流量を制御する（Ｓ９）。
なお、圧力は十分に上昇するので、温度のみを制御対象とするようにしてもよい。
このような温度、圧力条件となると、水は超臨界水となる。超臨界水は、亜臨界水よりも一層分解する力が強く、有機物は、二酸化炭素、水素、窒素等に分解される。

超臨界水による分解処理は、すばやく行なわれるので、超臨界分解モードＢは生ゴミ２９の量に応じて５〜３０分継続される。（図３参照）
超臨界水による分解処理が所定時間経過すると、分解処理は終了する（Ｓ１０）。

このように、制御装置１７は、圧力計２５および温度計２７によって測定される反応容器３内の圧力および／または温度に基づいて誘導コイル１５への通電量を調整するので、圧力あるいは温度が変動した場合、誘導コイル１５への通電量を変化させて加熱量を調整して所望の圧力および／または温度に調整することができる。
このため、反応容器３内の水を確実に所望の亜臨界水状態あるいは超臨界水状態に維持することができるので、生ゴミ２９の分解処理を確実に行なうことができる。

分解処理が終了すると、反応容器３の冷却処理を行なう（Ｓ１１）。
具体的には、制御装置１７は冷却運転モードに切り替わり、誘導コイル１５への高周波電流の供給を停止し、冷却水循環装置１９を作動し、誘導コイル１５へ冷却水のみを循環させる。
このようにすると、誘導コイル１５が冷却され、その雰囲気が反応容器に伝達されるので、自然冷却に比べて格段に冷却効率を向上させることができる。

このように、冷却運転モードによって分解処理された有機物は反応容器３に密封したままの状態で冷却することができるので、別途冷却のための装置を備える必要がなくなり、装置構成をコンパクトにでき、その分安価に製造することができる。

冷却処理が完了すると、亜臨界分解モードＡで分解され、生成された、例えば、カルシウム、リン、アミノ酸、有機酸、ドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）、エイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）などの有用物は、再利用するために回収される（Ｓ１２）。
一方、超臨界分解モードＢでは、有機物は、二酸化炭素、水素、窒素等に分解されるので、下水等へそのまま廃棄処理される（Ｓ１３）。

なお、分解処理には、亜臨界分解モードＡと超臨界分解モードＢとを組み合わせたものがある。
亜臨界分解モードＡによって分解処理し、反応容器３を冷却し、生成された有用物を回収した後、残余物を超臨界分解モードＢ（図３の破線参照）によって完全に廃棄できる状態にまで分解する。

本実施形態では、誘導コイル１５が反応容器３の外側に配置されているので、有機物等に接触することがなく、腐食等の問題が起こらない。
また、誘導加熱中に、誘導コイル１５を冷却しても、生ゴミ２９および水３１の加熱に影響しないので、それらの加熱効率を低下させることがない。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態における有機物分解装置１は、誘導コイル１５の配置が前述した第一実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第一実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての重複した説明は省略する。
なお、前述した第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態では、一対の連結管２３は、それぞれ蓋体９にそれを貫通するように取り付けられている。誘導コイル１５は、各端部がそれぞれ一対の連結管２３に取り付けられ、蓋体９を本体７に固定した際、本体７と蓋体９とで形成される空間の内側に位置するように取り付けられている。

このように構成された本実施形態にかかる有機物分解装置１を用いた有機物の分解処理について説明する。
生ゴミ２９を分解処理するまでは、前述の第一実施形態と同じであるので、説明を省略する。

生ゴミ２９の分解処理が終了すると、制御装置１７は冷却運転モードに切り替わり、誘導コイル１５への高周波電流の供給を停止し、冷却水循環装置１９を作動し、誘導コイル１５へ冷却水のみを循環させる。
このようにすると、誘導コイル１５が冷却される。冷却される誘導コイル１５は、分解された生ゴミ２９および水３１に接触しているので、それらの冷却を一層効率的に行なうことができる。

このように、冷却運転モードによって分解処理された有機物は反応容器３に密封したままの状態で効率的に冷却することができるので、別途冷却のための装置を備える必要がなくなり、装置構成をコンパクトにでき、その分安価に製造することができる。
また、生ゴミ２９を分解処理および冷却処理した後の処理については、前述の第一実施形態と同様であるので、ここでは重複した説明を省略する。

なお、第一実施形態では、誘導コイル１５が反応容器３の外側に配置され、第二実施形態では、誘導コイル１５が反応容器３の内側に配置されているが、これに限定されることはない。例えば、図５に示されるように誘導コイル１５が反応容器３の外側および内側にそれぞれ配置されるようにしてもよい。
このようにすると、誘導加熱の加熱効率を一層向上することができるし、分解された生ゴミ２９および水３１の冷却を一層効率的に行なうことができる。

本発明の第一実施形態にかかる有機物分解装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第一実施形態にかかる有機物分解装置の分解処理フローを示すフロー図である。 本発明の第一実施形態にかかる有機物分解装置の分解処理の温度変化を示す関係図である。 本発明の第二実施形態にかかる有機物分解装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明にかかる有機物分解装置の別の実施形態の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 有機物分解装置
３ 反応容器
１５ 誘導コイル
１７ 制御装置
２１ 冷却水循環装置
２５ 圧力計
２７ 温度計
２９ 生ゴミ
３１ 水

Claims (6)

1. 所要水分を含む有機物を加熱して分解処理する有機物分解装置であって、
   前記有機物を収納する金属製の圧力容器と、
   前記圧力容器を加熱する加熱手段と、
   該圧力容器内に冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
   前記加熱手段および前記冷却水循環手段の動作を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする有機物分解装置。
2. 所要水分を含む有機物を加熱して分解処理する有機物分解装置であって、
   前記有機物を収納する金属製の圧力容器と、
   高周波を通電され、前記圧力容器に誘導電流を発生させる誘導コイルと、
   該誘導コイル内に冷却水を循環させる冷却水循環手段と、
   前記誘導コイルへの通電および前記冷却水循環手段の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部には、前記誘導コイルへの通電を行なわず、前記冷却水循環手段を作動させる冷却運転モードが備えられていることを特徴とする有機物分解装置。
3. 前記誘導コイルは、前記圧力容器の内部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の有機物分解装置。
4. 前記圧力容器内の圧力を測定する圧力計と、
   前記圧力容器内の温度を測定する温度計と、を備え、
   前記制御部は、前記圧力計および／または前記温度計の測定値に基づいて前記誘導コイルへの通電量を調整することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の有機物分解装置。
5. 金属製の圧力容器と、
   高周波を通電され、前記圧力容器に誘導電流を発生させる誘導コイルと、
   該誘導コイル内に冷却水を循環させる冷却水循環手段と、を備え、
   前記圧力容器内に所要水分を含む有機物を収納して密閉し、
   前記誘導コイルに通電して前記圧力容器を誘導加熱し、前記圧力容器内の有機物を分解処理した後、
   前記誘導コイル内に冷却水を循環させ、前記圧力容器および分解処理された有機物を冷却することを特徴とする有機物分解方法。
6. 前記誘導コイルへの通電量は、前記圧力容器内の圧力および／または温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項５に記載の有機物分解方法。
   

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