JP2008513710A - 回転軸受サポート - Google Patents

Abstract

固形燃料製品とリサイクルストリームを生み出すための固形廃棄物の処理装置および方法は、熱と湿度と圧力の効果を利用して固形廃棄物を可燃燃料に変えるとともに、ガラス、金属またはプラスチックのリサイクルストリームを生み出す、長尺で一般に円筒形形状の回転式圧力容器を含む。圧力容器は、固形廃棄物と内部湿分を上昇温度と圧力下で密着させるように回転軸を中心に回転され、固形廃棄物を有益な燃料リサイクルストリームへと変える。容器の駆動機構と支持構造体は、かなりの強度と耐磨耗性を要する。本発明による圧力容器は、回転軸を中心とした回転が可能であるとともに、圧力容器が垂直面で可動であることも要する。したがって、圧力容器は回転軸で回転して、充填、処理および排出を行うため、垂直面における領域を移動する。圧力容器の支持構造体は、容器の重量を支持するのみならず、容器を回転軸に沿って回転可能とする。サポートシステムは、回転軸全体に亘り且つ配向角度で、好適な位置に圧力容器を維持する。本発明は、支持構造体と、回転および揺動運動を行うことができる駆動機構とを含む。

Description

本出願は、２００４年９月２１日に米国の法人であるアライアンス・テクノロジー・グループ，インクによるＰＣＴ国際出願として出願されたものである。

本発明は、リサイクルストリーム（recycle streams）によって固形廃棄物を再生利用して、使用可能燃料を生成するのに使用される圧力容器に関する。圧力容器は、リサイクルされた固形廃棄物を、長手軸に沿って回転する処理容器内で高温、高圧、高湿度にすることで処理を行う。容器はフレームと軸受によって支持される。軸受は容器の荷重を支持するとともに、処理工程と処理条件に応じて変化する毎分回転数（rpm）で、容器の自由な回転を許容する。軸受は耐用年数が長く、保守が簡単で、使用時の注意は最小限で済む。

固形廃棄物の廃棄は公的機関と私的機関の両者で大きな問題となっている。しかし、リサイクルプログラムはこの廃棄物ストリームのほんの一部で成功して用いられているに過ぎない。大部分の廃棄物ストリームは、焼却されるか埋立てゴミ処理場に持ち込まれる。

構築環境を通して見ると、個別の家庭、事業体および自治体から発生する固形廃棄物の量は過去１０年間でかなり増加している。このような廃棄物の廃棄は、公的機関と私的機関でますます困難な問題となっている。廃棄物処理の利便性とコストは、土地利用における固形廃棄物の環境的影響、飲料水と大気の変化によって確実に増加している。

リサイクルへの取り組みは多少の成功を収めている。しかし、回収可能材料の大部分は固形廃棄物として廃棄されており、これらをリサイクル目的のために固形廃棄物ストリームから取り除く必要がある。貴重な原材料を得るために、固形廃棄物には処理または予備処理が施されるが、比較的コストが高い割に固形廃棄物分離処理による効果が低いため、これらの予備処理は一般的に受け入れられていないのが現状である。廃棄物を処理して有益な燃料を生成するための装置システムと廃棄物処理方法を紹介する試みとして、発明者Andersonによる米国特許第５，４４５，３２９号、第５，５４０，３９１号、第５，６５５，７１８号および関連するＰＣＴ公開特許公報ＷＯ９５／１３１４８号と、発明者GarrisonらによるＰＣＴ公開特許公報ＷＯ００／７２９８７号では、金属または他の再生利用可能なストリーム（recyclable streams）について記載されている。これらの文献では、実施された場合に、都市ごみを燃料や再生利用可能なストリーム、例えば、ガラスストリーム、金属ストリームおよびプラスチックストリームへと変える装置、方法および処理方法を開示している。

これらの処理工程は、固形廃棄物の処理に供する装置を必要とする。廃棄物は容器内に入れられた後、蒸気と接触し、高温と高圧によって処理される。回転攪拌の条件下における固形廃棄物と接触する容器内の湿度、温度、圧力によって、固形廃棄物製品を分解して有益な可燃固形燃料に変えることができる。また、このような条件下における固形廃棄物と接触する容器内の湿度、温度、圧力によって、トロンメルやフラット・ベッド分離機等の磁気、密度および他の粒径式分離システムに基づく従来の分離技術を用いて、固体燃料から容易に除去できる簡易分離金属ストリーム、ガラスストリーム、プラスチックストリームを形成することができる。固形廃棄物の処理に供する圧力容器は、効率的に固形廃棄物を処理するために少なくとも多少の圧力を加えることを必要とする。閉塞システムを用いた圧力容器の充填と排出の間、圧力容器内は、６００psig（約４１３７kPa）までの高圧と、しばしば約６０psig（約４１３．７kPa）の圧力または１５psig（約１０３．４kPa）程度まで下がった圧力で維持することができる。燃料および分離可能なリサイクルストリームを得るために固形燃料を適切に処理できる一方で、従来技術の装置および処理方法は、容器内への充填後の開閉蓋の取り付けと、処理した廃棄物を排出するため容器からの開閉蓋の取り外しが困難であり、生産性が落ちるという問題があった。

様々な先行技術の圧力容器閉塞システムが当業者によって開示されている。このようなシステムの一例として、発明者Carpenterによる米国特許第５，１４２，８３０号は回転軸受サポートを示している。最もわかり易い例として、図５および６、第２欄の４４行ないし５４行参照。発明者Camettiらによる米国特許第４，６２２，８６０号は、回転ショベルマウント用のパワー採鉱ショベルサポートに関するものである。回転サポートは、主に図４と第５欄の６３行ないし６９行に記載されている。発明者Nolletによる米国特許第４，１７８，２３２号では、本発明と幾分関連のある固体分離装置を図１に示し、モータ１６により駆動されサポート部材１５に支持されるサポート部材２２，２４が開示されている。これらの構造については、第５欄４ないし１９行に記載されている。発明者Kelmanによる米国特許第４，１１５，６９５号は、Ｖ字溝内に位置してＸ線装置構造体の回転を支持する軸受を用いた、図７に示すサポートを有する回転Ｘ線式断層放射線写真装置を示す。発明者Huszarによる米国特許第２，５１８，１４３号は、主に図３において、垂直モードで容器を支持する軸受部材を開示している。これらの構造体は、第３欄９ないし３２行に記載されている。発明者Placzekによる米国特許第４，９７４，７８１号は、レール支持ローラ５８と排出ドア６０として、圧力容器の特徴を図面に記載している。発明者Andersonによる米国特許第５，４４５，３２９号、第５，５４０，３９１、第５，６５５，７１８号では、サポート６２，６４が示されている。これらの特許では、図示されたローラ上で回転する圧力容器を開示している。発明者Koenigによる米国特許第６，５８８，６９０号および第６，７５２，３３７号は、図１および図１０に示す圧力容器用の排出蓋と、覆い７０−７２とローラ１０８を示している。他の多数の特許は、一般に、大歯車によって駆動および支持される圧力容器を開示している。これら特許には、発明者Hollowayによる米国特許第５，３６１，９９４号、発明者kellerらによる米国特許第５，１３４，９４４号、発明者Tariccoによる米国特許第５，６６６，８７８号、発明者Malleyによる米国特許第６，３９７，４９２号、発明者Bouchetteらによる米国特許第６，４５８，２４０号が含まれる。

上述した特許技術を踏まえて、約２０６，８５０Pa（２０６．８５kPa）以上の高い内部圧力と、約１４０°Ｃの高い内部温度と、さらに相当高い相対湿度、すなわち約１００％以上の相対湿度で圧力容器を保持できる圧力容器システムが切望されている。開閉蓋は、開位置から閉位置まで素早く且つ容易に移動できなければならない。固形廃棄物処理の排出と導入の間、開閉蓋を素早く移動できるので、効率とコスト管理を改善することができる。開閉蓋を開閉する割合によって、実質的に生産性が増加され、コストが削減され、固形廃棄物またはリサイクルストームの全体の品質が改善される。

新規なサポートおよび駆動システム開発の必要性を踏まえて、サポートシステムにおける磨耗の低減と、保守管理の必要時、保守管理と駆動システム交換の迅速性を改善する必要性が存在する。

出願人は、容器内を高熱、高圧、高湿度に維持できる大型回転式圧力容器のサポートシステムおよび駆動機構の改良を見出した。処理時間と処理温度は、熱可塑性材料の性状を変化させず、プラスチック塗料によって圧力容器内面の塗装が溶けることのない状態を維持するものとする。長尺で一般に円筒形の圧力容器は、一端が駆動機構によって支持される。圧力容器の対向端部は、軸受を含むフレームによって支持される。軸受は、圧力容器の軸方向荷重とスラスト荷重の方位に対して、圧力容器を支持するように構成される。これらの配向方向は、使用前、使用中、使用後における圧力容器の角度に応じて変化する。圧力容器は、軸受と接触して受け支持されるカラー部材を一端に有することで、スラスト荷重と、軸方向荷重を支持する軸受と接触するカラーの異なる部分とを支持する。

図１は、フレームと軸受部材を用いてロータリーギア被動機構によって取り付けられた、本発明による圧力容器の斜視図である。軸受け構造体またはレースは、直径が約２．５ないし３．５メートルである。図１には示されない機構によって、容器の開口部を充填位置まで持ち上げたり、排出位置まで下降させたりすることができる。このような設備は当業者に公知であり、片持ち式油圧被動リフトから構成することができる。図１では、線ＡＣＢが容器の回転軸に位置する。容器の回転方向は図１に矢印で示されるが、オペレータの選択によりいずれの方向に回転させることもできる。線分ＡＣＢは容器の開口部に近接する点Ｃを有する。容器が移動すると、線ＡＣＢは点Ａを中心に上昇または下降して、容器に固形廃棄物を充填する位置β’まで点Ｂが角度α’分だけ上昇する。処理後には、点Ｂが点β”の位置を取り、容器が排出位置まで角度α下降されるので、処理済みの固形廃棄物を容器から排出することができる。既存の電気、油圧または機械的手段を用いて、回転容器の角度を上昇及び下降することができる。図面から明らかなように、ドアの開閉動作とこの繰り返しが容易であることは、容器内への固形廃棄物の迅速且つ効率的な充填が行えるとともに、処理の最後における処理済み廃棄物の迅速且つ効率的な排出が行えるという重要な特徴でもある。

図１は、圧力容器１０１と、歯車駆動装置１０６，１０８と、支持構造体１１０とを含む容器組立体１００全体を示す。圧力容器１０１は、その回転方向と共に示されている。圧力容器１０１は、駆動モータ１０８と歯車駆動装置１０６を含む歯車サポートシステムによって、駆動端部で支持されている。容器の反対側の支持端部は、フレーム１０９と、プレート１１１と、軸受組立体１１３とを含む支持端部である。容器１０１の支持端部には容器支持フレームと軸受組立体１１３が設けられ、軸受組立体１１３は、圧力容器のスラスト荷重（３０，０００ないし１０，０００kg）と軸方向荷重（３０，０００ないし１００，０００kg）または様々な作動方向における圧力容器の重さ荷重を支持する。この組立体はプレート１１１を含み、円形開口部１１２内には、容器を支持する軸受組立体１１３が設置される。取り出しを行う下降モードでは、支持フレームに対する圧力容器のスラスト荷重は相当なものとなる。一方、充填を行う上昇モードでは、支持フレームに対する圧力容器のスラスト荷重は減少される。しかしながら、容器の方向に拘らず、支持フレームに対する圧力容器の軸方向または重さ荷重は比較的一定である。

固形廃棄物を適切に処理することによって、後段の下流での処理（図示せず）で分離ガラスストリーム、金属ストリーム、プラスチックストリームに分離可能な金属、プラスチック、ガラスを含むリサイクルストリームから、容易に分離可能な燃料成分を生成するため、圧力容器は線ＡＣＢを中心に約−８ないし８回転／分の速度で回転する。

容器１０１は、容器内部に通じる開口部を有する。図１はさらに、この開口部を覆うドア１０２およびドア容器閉塞面１０５を示す。ドアを閉めると、面１０２が面１０５と接触して金属間密閉がなされる。さらにドア１０２は、拡張または収縮することで、閉じたドアを施錠したりドアを開錠して開けたりする分割リング、リング保持器または係止リング１０３を有する。容器開口部は、係止リングと相互作用してドアを閉位置に係止する容器係止部材１０４をさらに含む。部材１０４は、凹部内に保持器または係止リング１０３が拡張してドア１０２を所定位置に係止する位置に位置決めされる。図１においてドア１０２は開位置で示される。閉位置では、面１０２が面１０５と閉塞密閉位置で接触するように、ドアが位置決めされる。

図２Ａおよび図２Ｂは、軸受を組み付けるフレーム支持構造体の詳細を示す。図２Ａにはフレーム１０９が示されている。フレーム１０９は、水平支持部材２１０と、垂直支持部材２１２と、水平プレート支持部材２１３と、垂直部材２１２から水平プレート部材２１３まで延びるプレート支持斜材２１４とを含む。これらの支持部材は、支持構造体および軸受用の垂直フレーム支持構造体へと組み付けられる。プレート１１１は、溶接を含む従来の取付け手段を用いて、垂直支持部材２１２と、水平支持部材２１３と、支持斜材２１４によって形成されるフレームに設置される。プレート１１１は円形開口部１１２を含み、軸受組立体が円形開口部１１２内に設置され、プレート１１１に取り付けられる。プレート１１１は開口部１１２の周囲に一連の締結開口部２１６を含み、これらの締結開口部２１６を通して従来の締結具が軸受サポートに設置される。これらの締結具（図示せず）には、ナットに固定されるボルトや好適な大きさと品質等級を有する他の公知の締結具が含まれる。これらの締結具は、軸受組立体をプレート１１１に取り付ける。

フレーム１０９は円弧を描くように旋回して、容器に固形廃棄物を充填するための好適な配向位置（図１の角度αおよびα’参照）に容器１０１を確実に位置決めするとともに、処理された廃棄物を除去して、投入された固形廃棄物の特性に応じて、燃料の一部や、ガラス、プラスチック、金属の一部に分けるために他の好適な配向位置に位置決めされる。

図３Ａおよび図３Ｂは、容器１０１の支持端部１０７の詳細を示すもので、支持端部１０７はドア接触面１０５を有する。図１に示すように、支持端部１０７は開口部１１２を貫通して延び、プレート１１１によって保持される。容器支持端部１０７は、容器１０１の表面１１４上に設けられた軸受フランジ組立体３１０を含む。軸受フランジ組立体３１０は、容器表面１１４から垂直に延びる軸受取付けフランジ３１２（図３Ｂ参照）を含む。取付けフランジ３１２は、複数の近接フランジサポート３１６と複数の先端フランジサポート３１８によって長手方向に補強されている。近接フランジサポート３１６と先端フランジサポート３１８の位置は、ドアシール１０５側から見たものである。

軸受フランジ組立体３１０、特に取付けフランジ３１２は、プレート１１１の開口部１１２の周囲に位置する締結開口部２１６に対応する、一連の軸受締結開口部３１４を介してプレート１１１に取り付けられる。典型的には、ボルト等の締結具を用いて、取付けフランジ３１２をプレート１１１に取り付ける。

図３Ｃは、図３Ａの支持端部１０７の端面図であり、容器１０１を囲む軸受組立体３１０を示す。先端フランジ３１８と締結開口部３１４は、ドア接触面１０５を囲む列に位置して示されている。締結開口部３１４の列は、図４Ｃに示す列と一致する。このように開口部が一致することで、フランジ組立体３１０を軸受４００に容易に取り付けることができる。

図４Ａは、プレート１１１と軸受取付けフランジ３１２との間に位置する軸受構造体の拡大断面図である。軸受は、支持構造体１１０とプレート１１１に対して容器１０１の水平荷重とスラスト荷重を支持する。容器１０１が図１に示すように回転すると、軸受構造体は、容器１０１上の軸受３１２と、支持構造体１１０の表面と、プレート１１１との間で実質的に減摩擦回転作用を提供する。

図４Ａを参照すると、容器軸受面４０７が容器１０１および軸受取付けフランジ３１２と共に回転する一方で、フレーム軸受面４０５がサポート１１０およびプレート１１１と共に静止したままであるので、図示された軸受組立体４００は実質的に減摩擦回転作用を提供する。

軸受組立体４００では、実質的な減摩擦回転運動を提供するため、複数の軸受４０１（約２０ないし１２０個の個別の軸受部）が、フレーム軸受面４０５と容器軸受面４０７との間に位置される。各軸受は、直径１ないし１２インチの球状鋼部を有する。軸受４０１は、フレーム軸受面４０５と容器軸受面４０７との間に位置して示されている。潤滑油（図示せず）が、付属具４１２を介して軸受４０１自体と共に、軸受面４０５および４０７の間に挿入される。潤滑油は、シール４０９および４１０を介して、軸受４０１と面４０５および４０７と接触して保持される。さらに面４０５および４０７の周囲における二次シール４０８および４１４は、潤滑油が確実に軸受と接触する状態を維持する。

軸受４０１は、外輪フレーム取付け部４０２を介してフレーム軸受面４０５を支持構造体１１０に取り付けることによって、フレーム２１０と軸受組立体４００の内部に位置される。フレーム軸受面４０５は、典型的にはボルトやナットによる取付け手段を用いて支持構造体１１０に取り付けられる。これらのボルトやナットは、外輪締結開口部４０４（図４Ｂ）を用いて、外輪フレーム取付け部４０２を貫通して保持され、外輪フレーム取付け部４０２を支持構造体１１０に取り付ける。締結開口部４０４は、締結開口部２１６の列と一致する。

同様に、容器軸受面４０７は、軸受フランジ組立体３１０、特に軸受取付けフランジ３１２に対して、内輪容器フランジ取付け部４０３によって取り付けられる。同様の内輪フレーム取付け開口部の列４０６（図４Ｃ）は、容器取付けフランジ３１２に内輪容器フランジ取付け部４０３を取り付けるのに用いる。内輪締結開口部４０６の列は、取付け開口部３１４の列と一致する。

本発明は、都市ごみストリーム、産業廃棄物ストリーム、軍および行政機関の廃棄物ストリームを含む様々な種類の廃棄物処理に使用する装置を含む。このような廃棄物ストリームは、商業地区および居住地区から集めた都市ごみから発生する。このような廃棄物には、セルロース材料、金属、プラスチック、ガラス、生ごみ、その他の無機および有機成分の両方が含まれる。これらの廃棄物は、セルロース系厚紙梱包材、段ボール板紙、プラスチック包装体、ペットボトル、スチール缶、アルミ缶、プラスチックまたは包装体、ガラス瓶や容器ごみが混合された包装材料からも発生する。これらの廃棄物としては、プラスチック、金属、紙、その他の如何なる組み合わせもあり得る。燃料生成の供給原料または有価リサイクル品として使用可能な都市ごみの典型的な材料としては、セルロース系繊維またはパルプ、厚紙、段ボール板紙、新聞印刷用紙、グラビア誌原料の他、ポリマー、充填材、染料、顔料、インク、塗料、他の様々な材料を含む他の様々なセルロース系ボード紙またはシート材料が含まれる。リサイクルストリームに共通のプラスチックには、ポリエチレン、ポリプロピレン、テレフタル酸ポリエチレン等のポリエステル、ポリ塩化ビニル、混合ストリームプラスチックおよびその他の熱可塑性材料などのポリオレフィンが含まれる。金属ストリームには、缶、箔、シート材等の形状を有する、鉄、スチール、磁性合金等の強磁性金属、アルミニウム等の非強磁性金属、その他の材料が含まれる。ガラス材料は、透明または緑色または茶色に着色されたものも含む。

ここに開示された装置と処理方法によって処理されると、廃棄物ストリームは、有益な燃料と、廃棄物ストリーム材料の様々な物理的パラメータを用いて分類、分離、保管される分離可能な金属ストリーム、プラスチックストリームおよびガラスストリームを生み出す。強磁性体金属は磁気特性によって分離可能であり、他の製品は密度または他の公知のパラメータによって分離することができる。

本発明の処理方法を用いると、熱と湿度の作用により、このような廃棄物ストリームの多くの汚染成分を取り除くことができる。換言すると、固形廃棄物ストリームから汚染物質をなくすことで、リサイクル製品の品質と価値を高めることができる。生ゴミは共通の汚染物質である。他の汚染物質としては、素早く取り除くことができる不安定な物質が挙げられる。例えば、インク、塗料、油、潤滑油、天然グリース等の実質的な発熱量を有する物質の一部およびその他は、燃料ストリームの中に残存する。その他の価値の低い物質は、熱、湿度、機械的処理およびエネルギを使用した溶解処理によって廃棄物ストリームから取り除かれる。これらの汚染物質を廃棄物ストリームから取り除くことができるので、製品の価値を高めることができる。その結果、清浄で価値の高いセルロース系材料、ガラス材料、金属材料およびプラスチック材料のストリームが得られる。本発明の圧力容器内で実施される処理方法は、固形廃棄物を入れて処理する回転容器内における熱、圧力および湿度の効果を利用する。圧力容器には、廃棄物を容器内に導入する間、起立充填位置に位置決めされる開口部が設けられる。次に、圧力容器は起立または水平位置で作動し、廃棄物を処理する。処理が終わると、下降排出角度まで圧力容器が下降され、容器内の処理された内容物を取り出し、その内容物をさらに別のステーションへと移動する。

圧力容器の内部では、温度、圧力、湿度の適切な条件で、容器の内部構造と容器の回転する機械的作用による相乗効果を踏まえて、廃棄物の内部構造に作用する剪断力と温度変化および圧力変化が重要である。圧力容器内のこのような攪拌と条件の変化により、容器内の固形廃棄物が膨張して、繊維性材料では繊維どうしの結合が破断されるので、特定のセルロース系廃棄物ストリームにおける実質的に増加された繊維特性が得られる。圧力の変化と温度の変化により、繊維系材料内の水の特性が実質的に変化する。水が液体から蒸気へと変化することで、繊維材料の品質を改善し、パルプ、繊維または高品質燃料を供給する再生利用可能な繊維が得られる。

廃棄物ストリームは、軸に沿って回転する長尺な容器内で、熱、湿度、圧力の効果によって処理される。長尺な圧力容器は一端に開口部を有し、対向端部にサポートと回転駆動手段を有する。圧力容器の開口部は、閉位置から開位置へと容易に移動できるドアを通して、廃棄物ストリームを容器の内部に導入したり、容器から取り出したりすることができる。ドアは、処理を行うためにドアを閉じて施錠するか、或いは廃棄物の充填または処理した廃棄物を排出するために素早くドアを開錠して開けることができるヒンジ構造と閉塞システムを有する容器に取り付けられる。

圧力容器の重要な特徴としては、様々な圧力および温度特性で容器の内部に蒸気を導入する手段を含み、処理目的のために容器内の廃棄物に水分または湿潤性を付与することである。さらに圧力容器は、容器内部の適所に位置して熱を導入する、流体導管の密閉加熱されたストリームを含む。圧力容器内の熱は、移動流体から処理領域内に伝達される。流体は、典型的には重要な処理領域全体に亘って容器内部の熱を許容する導管である通路に沿って流れる。加熱された流体は導管によって処理容器内の廃棄物から分離され、汚染物質を含まず、構造体の内部に十分に熱を伝達すべく作用する形態を維持する。圧力容器は、長手軸に沿って容器を回転させる手段を含む。容器を回転させるため、容器の一端は、ベルト、チェーン、約−８から約８回転／分（rpm）の回転を容器に付与できる歯車駆動式回転手段または他のモータ駆動式装置を含むモータ駆動式回転手段によって支持される。この回転手段の対向端部で、本発明の圧力容器はフレームに取り付けられ、フレーム内で容器が所望の回転速度で回転することを許容する軸受に支持される。容器の回転を考慮して、好適には流体移送導管は、固定された導管から回転領域へと流体を搬送する手段を介して加熱流体が回転容器内へと流入できるように構成される。

本発明は、相互に接続され且つ共通の蒸気源と共通の加熱流体源に接続された１つ、２つまたはそれ以上の容器を含み、高温、高圧のストリームを利用して廃棄物を処理できる処理方法およびシステムを含む。このような２つ、３つ、４つまたはそれ以上の組の容器群は、操作の間に廃棄物を容器から容器へと移動させることで、蒸気、熱および水分を利用または再利用することができる。このような処理方法では、処理容積を有する容器内に廃棄物を入れて、このような容器の内部で蒸気によって処理を行う。同様の大きさと構造を有する第２容器では、容器内部に案内された蒸気を後続容器の内部に導入して処理することを許容する。そのため、水分と温度、圧力および湿度は、容器群で共有され循環されるので、リサイクルストリームと燃料ストリームの生産性を増加することで処理効率と処理量を改善することができる。各個別の容器内では、処理方法として典型的に、固形廃棄物ストリームを処理容器内部に導入する工程、第１容器に蒸気を導入すると同時に、容器の内部処理領域の温度を増加させる工程などが含まれる。一群の処理領域内の他の容器では、第１容器からの蒸気が後続の容器に移動され、蒸気の圧力、温度および含有水分を利用して、さらに処理が行われる。

容器内部では廃棄物が処理環境に維持されて処理される。このような処理環境では、処理方法は、容器が長手軸に沿って回転する間、容器内で熱、圧力および湿度を増加させる工程を含む。温度と圧力が増加するにつれて、廃棄物の含水量が増加する。特にセルロース系材料はかなりの量の水を吸収することが可能であり、圧力容器が回転する際、繊維セルロースセルを破断して繊維リサイクルストリームを改善するために、セルロース系材料の含水量は最大限に均一化される。セルロース系材料の含水量が実質的な平衡状態となると、容器内の温度と圧力は、好ましくは処理領域の第２または第３容器へ移動して、加熱流体で処理物質を加熱することで所定レベルまで廃棄物の含水量を低減できる。圧力および温度の変化と移動加熱流体からの熱によって、セルロース系材料の水分が液体から気体または蒸気状態へと変化して、セルロース系繊維およびセル構造体の結合と分離が起こり、分離された繊維材料の品質を改善することができる。

処理容器内部では、処理する間、廃棄物は蒸気を用いた水分によって飽和状態となり、温度と圧力が増加される。廃棄物は、処理容器の回転に伴って回転落下する。温度、圧力、含水量の変化により、処理する間に材料の物理特性が変化する。特にセル構造体と繊維特性を有するセルロース系材料は、セルが分離され、繊維が膨張し、繊維構造が分離される。セルロース系材料の粒径は減少する。

この処理の別の特徴と処理特性の結果として、セルロース系材料を含む廃棄物では、多くの食料汚物（food soil）や不安定な有機成分が除去される。リサイクルストリームの金属、ガラス、プラスチック成分も同様に除去される。処理におけるこれらの除去処理および分離特性によって、均一な生成物が得られる。生成された繊維やパルプは、製紙用に再利用されたり、高品質燃料に使用されたりする。容器内および容器全体に亘る比較的一貫した一組の処理パラメータにより生成物の均一性が得られる。従って蒸気の導入によって、熱流と廃棄物の回転、温度、圧力と廃棄物の含水量は実質的に均一となり易く、廃棄物ストリームが均一に処理されることになる。

上述したように、本発明の処理方法は少なくとも２つの容器を必要とするが、３つ、４つまたはそれ以上の容器を用いても良い。システム内で利用される都市ごみは、典型的には商業地区、居住地区、軍や行政機関、その他共通の廃棄物ストリーム発生区域からのものである。処理する際には、廃棄物は容器内に導入される。表面活性物質は、廃棄物における特定のセルロース系廃棄物成分が、後続工程で添加される蒸気や水分との接触度を増加させる湿潤剤として作用する。廃棄物の含水量は、蒸気の導入を通して所望のレベルに調節される。蒸気によって、処理を開始した容器内で温度と圧力が増加される。容器内部全体に移送される加熱液体は、比較的均一な割合で温度を上昇させ、容器内部を所望の温度と圧力レベルにする。容器を作動させる間、充填がなされると容器は回転する。セルロース系材料を粉砕または変性して生成物を排出するため、容器は適切な温度と圧力で維持される。或いは必要に応じて、温度と圧力を変更しても良い。回転によってセルロースのセルと繊維が破断して変性され、ガラス、プラスチック、金属の対象物から食料汚物および有機汚染物を容易に取り除くことが可能となり、容器内の処理の均一性が確保される。適当な時間で容器を換気して容器内の冷却と減圧を行うとともに、同時に容器内部から蒸気の形体の水分と湿分を取り除く。容器構造体内部の加熱液体は、水を取り除くために容器の内容物を加熱して、セルロース成分のうち約３０ないし約５０重量パーセント（wt%）の範囲の含水量を有する減湿物質または実質的な乾燥物質を得ることができる。容器からの取り出しを効率的に行い燃料またはリサイクル源として使用するために十分な乾燥がなされると、容器が開放され、所定位置に移動され、処理した廃棄物を空にする。そして次の固形廃棄物を導入するために所定位置に容器が位置され、容器の処理が再スタートする。前処理で容器から抜いた蒸気と圧力は、後続の容器で再利用される。

充填前、図１の角度αに示すように、容器は典型的に水平面に対して約３５ないし５０度上の角度に位置される。閉位置にある場合、容器のドアを開けて、典型的にはコンベア等の充填装置により、容器内部に多量の固形廃棄物を導入することができる。廃棄物を表面活性剤、水で予備処理する場合、この段階で廃棄物に導入し、従来のスプレー装置等を用いて液体と接触させる。その結果、均一な予備処理を行うことができる。典型的に容器は、約１２００ないし約３０００立法フィート（約３４ないし８５m³）の内部容積を有し、典型的には１２ないし３６トン（約１２，０００ないし３７，０００kg）の固形廃棄物を収納して、効率的に処理することができる。軸受に加わる荷重（スラスト荷重および軸方向荷重）は、５ないし４０メートルトンの範囲に及ぶ。容器に固形廃棄物を充填する間、容器は静止状態に維持されるか、廃棄物を分布させるために回転させるか、或いは熱および湿分の導入前に均一な質量の廃棄物を得るために、処理工程を開始することができる。容器の内部は、攪拌の改善と容器内の固形廃棄物へ加える機械的な力の改善を図るために、流体導管および他の脈状の導管またはフィンを含む。容器の回転により、容器内で固形廃棄物が機械的に攪拌され、固形廃棄物の特性が変化し始める。

機械的作用の更なる利点は、固形廃棄物におけるセルロース成分の特性の変化に関するものである。処理されたセルロース系材料は、より簡単に固形廃棄物のガラス、プラスチック、金属成分から分離することができる。温度、圧力および湿度を固形廃棄物に導入することにより、固形廃棄物のセルロース系成分は、水を吸収して、引張強度とモジュラスを急激に失う。水は繊維を可塑化させて、各繊維の一方から他方への移動をより容易にし、水分の吸収によってセルロース系材料のセル構造体が膨らんで膨張する。容器内で機械的作用を引き起こす固形廃棄物の質量により、固形廃棄物は容器内部で機械的な力を相当受ける。そして容器の内部構造と併せて、固形廃棄物の構造に機械的な衝撃力と剪断力を与えて、固形廃棄物の特性を実質的に変化させる。機械的な衝撃力と剪断力により固形廃棄物が分解されて、その起源に拘らず、ワックス含有多層段ボール板紙やレーザプリンタ用紙等のセルロース系材料が急激に強度を失って、分離繊維、分離セル構造、減少した体積と、増加した密度を有する小さなセルロース系構造へと細分される。固形廃棄物が容器に充填された後、処理を開始する前では、固形廃棄物の初期状態は、周囲温度と周囲圧力で約２５ないし５０wt%の湿度である。

固形廃棄物が容器内に適切に充填されると、ドアが閉められ施錠される。本発明の容器においては、係止リングの直径を変化させて、係止リングがドアおよび容器シールの両方の一部と相互作用し、容器内の圧力を約１５インチ水銀柱（約５０．８kPa）から約３０ポンド／平方インチ（約２０７kPa）の範囲で維持するために、十分な機械的一体性によってドアを所定位置に保持する。上述したように、分割リングまたは係止部材は、第１の直径位置から径を縮小させて、施錠位置にすることができる。代わりに、分割リングまたは係止部材は、初期直径から径を拡大させて、分割リングまたは係止部材を施錠位置にすることもできる。

図３に示すように、分割リングまたは係止部材の係止直径は、分割リングの端部に取り付けられるねじ駆動部や油圧シリンダを用いて変化させることができる。分割リングは、負荷のかからない位置を有するとともに、他の位置では実質的にその機構による機械的な負荷が加わり、直径を変化させることになる。分割リングまたは係止部材に最小限の時間だけ負荷を加えることが有益であることもある。そのため、分割リングを所定位置で係止した状態で、分割リングが応力のない状態に維持される。ドアを開閉する間、分割リングの径が開錠位置に設定されると、分割リングに実質的な負荷が加わることがある。分割リングの直径は、約１０ないし１２インチ（約２５ないし３０．５cm）変化し、例えば、８０．５インチから９２．５インチ（約２．０４ないし２．３５ｍ）変化させることができる。

典型的にはドアはフレーム構造体に取り付けられる。ドアは可動またはヒンジ構造に取り付けられ、便宜的な閉位置と開位置およびこれらの間を素早く移動できる。開位置では、ドア構造体から回転式容器の中心を通る直線ＡＣＢまでのヒンジにおける角度は約０度である。ドアを閉じると、ドアおよびヒンジと線ＡＣＢとの角度は略１１０度となる。典型的には、ドア構造体のヒンジはフレームに取り付けられ、フレーム内に容器を支持する軸受構造が設置される。ドアは容器上方の所定位置に位置する。この記載での「容器上方」という用語は、容器が充填位置から排出位置へと移動する際における容器の位置決めに関するものである。実質的に容器の充填と排出の邪魔にならない位置で、ドアが好適に位置される。容器からの排出時に接触する位置にドアを配置することは、明らかに望ましくないと言える。さらに容器を充填する際、充填手段の上方にドアがあることで、固形廃棄物の容器内への充填を問題なく行うことができ、充填手段が除去された後、容易にドアを閉じて所定位置で施錠することができる。ドアは機械的に或いは油圧ピストンと油圧を用いて駆動され、施錠または閉位置と開位置との間を移動する。

容器のドアが閉じられると、容器のガス抜きがされて、圧力が容器内に導入される。一次ガス抜きの間、容器は約−８ないし８rpmの速度で回転する。この工程の間、容器内に蒸気を導入する前に、排出装置（eductor）または他の機器によって、約１５インチ水銀柱（約５０．８kPa）まで容器を真空に引く。ガス抜き工程後も使用された蒸気が水分として容器内に残るので、さらに処理を行う。ガス抜き工程には、ガス抜きまたはガス除去用の排出装置を使用する。一般的には、既に充填済みの他の容器から供給される約５０ポンド／平方インチ（約３４５kPa）の蒸気を用いて、廃棄物は、機械的作用と剪断作用を受けながら、約２００ないし２２０°Ｆ（約９３ないし１０４°Ｃ）の温度まで加熱される。これらの作業では、セルロース系材料が処理済材料へと変換され、洗浄工程が開始される。第２段階では、移動流体からの加熱液体が、容器内において内部構造と廃棄物を加熱する。排出装置による容器の真空は、蒸気と水分を第１容器に導入する間、圧力蒸気を引き出して他の容器の内部をガス抜きする。第１容器内部の圧力が第２容器の圧力となるかこれを超えると、第２容器のガス抜き段階の終了点が検出される。この終了点において、容器内部は実質的に固形廃棄物と水分で満たされている。

蒸解段階では、容器の回転速度は約−８ないし約８rpmの範囲に及ぶ。その間、加湿機械作用と剪断力を増加させるために、回転方向を変更するか一つの方向に維持する。図１に示す水平面に対する容器の角度、すなわち角度αは、加湿機械作用と剪断力を最大限にするように調整される。このような角度は、略平行な角度から水平に対して上方または下方に２０ないし２５度までにも及ぶ。第２段階の間、廃棄物と容器内部の含水量が高い割合で維持される。容器内の温度と圧力により、蒸気からの水分がセルロース系材料に吸収されるので、セルロース系材料を分解して有益な燃料または繊維最終生成物に変えることを促進することができる。容器内部では、容器内の廃棄物の比較的均一な分布と、処理済み廃棄物におけるセルロース系成分内の実質的に均一な水分の含水量と、容器内の固形廃棄物に対する一定または均一な機械的作用と剪断力を得るように、容器が作動される。この工程における重要な特徴の一つは、塗料、添加剤、インク、のり剤、その他の材料を紙材から容器内へと除去することである。従って、塗料、インク、クレー、その他のコーティング材が、セルロース系構造体から除去される。

この段階では、容器内の温度は、典型的には約３０psi（約２０７kPa）の圧力で約２５０ないし２８０°Ｆ（約１２１ないし１３８°Ｃ）である。この含水量で、廃棄物内のセルロース系材料は最も高い率で分離する。上述したように、このような分離により、セル構造体が分離されて、繊維セルロース系材料が相互に分離される。

さらに、容器の内部温度よりも融点が低い熱可塑性材料が、容易に分離可能な溶融構造体へと溶融または変質し始める。これらの高密度ポリオレフィンとポリエステル製品は、密度と粒径により固形廃棄物ストリームから容易に除去できる形体へと変換される。従って、高密度または低密度プラスチックからセルロース系繊維を分離するように、廃棄物が処理される。廃棄物中の低密度プラスチックは、低密度プラスチックの小さなビーズまたはペレットを形成する。そして低密度プラスチックは、高密度ポリエステルまたはポリオレフィン材料から分離することができる。固形廃棄物の特性、材料内部の温度および圧力の変化、容器と地域廃棄物ストリームの履歴に応じて、加熱処理段階を約２０ないし約４０分間続ける。この段階では、廃棄物のガラス成分は、廃棄物から容易に除去することができるガラスストリームへと粒径が減少される。この処理によっても金属微粒子が変わらないこともある。しかし、廃棄物のセルロース成分は、しばしばセルロース系パルプまたは木材パルプに似た物質、製紙工程の前駆物質へと変化する。たいていの場合、パルプは再利用廃棄物ストリーム材料のポリマーコーティング、クレー、充填剤、インクまたは染料の成分から分離される。加熱処理の最後に、典型的には２０ないし４０分で、容器が大気と通気され、容器の内部が内部成分を乾燥させるために加熱される。乾燥段階の間、容器は約−８ないし約８rpmの回転速度に維持される。廃棄物のセルロース成分からの圧力解放と水分の除去は、リサイクル性と有用性を高める上で、セルロース系材料のセル繊維構造の分離を促進させる傾向にある。乾燥段階の間に排出装置（eductor）を通して或いは他の容器に向けて蒸気が排出され、容器の温度と圧力及び含水量が減少される。廃棄物は、約４０ないし３０％の含水量で１５０°Ｆ（約６５°Ｃ）以下の温度に冷却される。内容物の乾燥は、加熱した気相を介した熱の導入を利用することで促進することができる。材料が乾燥すると、材料をより簡単に再利用可能なセルロース系プラスチックストリーム、金属ストリーム、ガラスストリームに分離できる。材料の乾燥状態が進むことで分離が促進される一方、水分が廃棄物を凝集させる。

許容範囲の含水量、典型的には約３０ないし約４０％の水分まで乾燥されると、容器は排出装置を介して０psi（kPa）までガス抜きされ、ドアが開錠されて開位置まで回転する。次に、容器は線ＡＣＢが水平位置よりも下方になる姿勢に位置決めされ、内容物の取り出しが容易に行える。容器は約−８ないし約８rpmの速度で回転され、容器内部の機械的要素が容器の内容物を回転させ、該内容物を容器の下降開口端部まで機械的に強制移動させる。容器の角度と回転速度によって容器内が実質的に空にされると、さらに廃棄物を充填して更なる処理を行う姿勢まで容器を上昇させる。

上述した明細書、実施形態、データは、本発明構成要素の製造および使用の完全な記載を提供するものである。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、本発明の多数の実施例を提供することが可能であり、本発明は添付の特許請求の範囲に記載された範囲内にあるものとする。

本発明の圧力容器の斜視図であり、駆動機構と、ドアと、支持フレームとを示す。 図１に示すフレームと容器のプレートサポートの図であり、軸受機構の取付け用プレートに設けた取付け開口部の列を含む。 図１に示すフレームと容器のプレートサポートの図であり、軸受機構の取付け用プレートに設けた取付け開口部の列を含む。 圧力容器の支持端部の詳細図であり、軸受構造体への取り付けに用いられる圧力容器フランジを示す。 圧力容器の支持端部の詳細図であり、軸受構造体への取り付けに用いられる圧力容器フランジを示す。 圧力容器の支持端部の詳細図であり、軸受構造体への取り付けに用いられる圧力容器フランジを示す。 図１および図２に示すプレートとフレーム内で圧力容器の取り付けに用いる軸受構造体の断面図である。 図２Ａおよび図３Ｃに示す開口部構造体と一致する軸受構造体に位置決めされる締結開口部の列を示す図である。これらの開口部の列は、図４Ａに示す軸受に対する容器の取付けと、図１および図２に示すフレームとプレートに対する軸受の取付けを許容する。 図２Ａおよび図３Ｃに示す開口部構造体と一致する軸受構造体に位置決めされる締結開口部の列を示す図である。これらの開口部の列は、図４Ａに示す軸受に対する容器の取付けと、図１および図２に示すフレームとプレートに対する軸受の取付けを許容する。

Claims (9)

1. 回転駆動手段と支持フレームとを備えた回転式圧力容器であって、
   長尺な前記圧力容器は、約３０ないし約９０m³の内部容積であり、約１０ないし約４２００kPaの内部圧力、約１００％までの相対湿度、約２０ないし約２００°Ｃの温度に維持することが可能で、
   前記圧力容器は支持端部と被動端部を含み、前記被動端部は、長手軸を回転中心にして前記圧力容器を回転させる手段を含み、前記支持端部は前記支持フレームと接触し、
   前記支持フレームと前記支持端部との接点は、前記圧力容器の荷重を支持する軸受を含むことを特徴とする回転式圧力容器。
2. 前記軸受は、直径が約２．５ないし約３．５メートルで、鋼鉄からなることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧力容器とフレーム。
3. 前記荷重は、約３０，０００ないし約１００，０００kgのスラスト荷重を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧力容器とフレーム。
4. 前記荷重は、約３０，０００ないし約１００，０００kgの軸方向荷重を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧力容器とフレーム。
5. 前記圧力容器は、約−８ないし約８rpmの速度で回転することを特徴とする請求項１に記載の回転式圧力容器とフレーム。
6. 前記軸受は、前記支持フレームに固定される軸受レースと、前記端部に固定される軸受レースと、これらの間に位置する円形軸受とを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧力容器。
7. 約１０ないし約１００個の球状軸受部を含むことを特徴とする請求項６に記載の回転式圧力容器とフレーム。
8. 前記軸受部は、さらにシールを含むことを特徴とする請求項７に記載の回転式圧力容器とフレーム。
9. 前記軸受は、約５０ないし約２００°Ｃの範囲にわたる温度で安定なグリースによって潤滑されることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧力容器とフレーム。
   

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