JP2013217544A

JP2013217544A - 有機物処理装置

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Publication number: JP2013217544A
Application number: JP2012087201A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Hirakui; 健三平久井
Original assignee: NISSHO ENGINEERING KK
Current assignee: NISSHO ENGINEERING KK
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-06
Also published as: JP5997482B2

Abstract

【課題】
木材，合成樹脂材等の有機物を熱分解する有機物処理装置について、運転コストを低くする。
【解決手段】
投入された有機物Ｐを加熱するとともに磁化空気Ａを抑制的に供給して熱分解する処理槽１に接続され有機物Ｐから分解され発生したガスＧを燃焼処理する燃焼処理機構５を備えている。燃焼処理機構５は、処理槽１の上部にガスＧを下方から上方へ上昇させる煙突形に立上げられ内部に炭化ケイ素を主成分として多孔質のブロック体に焼結された触媒材５３が積層され触媒材５３よりも下方に外気を導入する外気導入口５４が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、木材，合成樹脂材等の有機物を熱分解する有機物処理装置に係る技術分野に属する。

最近、有機物を比較的低温で熱分解させる処理技術が開発され、有機物系の廃棄物をダイオキシン等の有害物質を発生させることなく廃棄処理することができるようになってきている。この処理技術は、有機物を外気を遮断した処理槽に投入し、有機物を加熱するとともに処理槽に磁化された空気（磁化空気）を抑制的に供給するものである。磁化空気は、磁力によって酸素が活性化されて大量のマイナスイオンを発生させるものであることから、有機物の炭素分子と激しく熱分解反応を起こさせるという特性がある。この結果、有機物は、水，灰化物（無機物，カーボン等），ガス（二酸化炭素，炭化水素等）に酸化分解されることになる。

この処理技術を実現する装置を構成するには、処理槽の内部に保留しておくことができず連続的に排出されることになるガスを法的環境基準等に適応するように無害化，無臭化する必要がある。

従来、有機物から分解されが発生したガスを無害化，無臭化する技術を備えた有機物処理装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１には、投入された有機物を加熱するとともに磁化空気を抑制的に供給して熱分解する処理槽に接続され有機物から分解され発生したガスを燃焼処理するオイルバーナを有した燃焼処理機構を備えた有機物処理装置が記載されている。

特許文献１に係る有機物処理装置は、有機物から分解され発生したガスを燃焼処理機構のオイルバーナの火炎による燃焼処理で無害化，無臭化するものである。

特開２０１０−５５８１号公報

特許文献１に係る有機物処理装置では、燃焼処理機構のオイルバーナの燃料コストが掛かるため、運転コストが高くなってしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、運転コストの低い有機物処理装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明に係る有機物処理装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。

即ち、請求項１では、投入された有機物を加熱するとともに磁化空気を抑制的に供給して熱分解する処理槽に接続され有機物から分解され発生したガスを燃焼処理する燃焼処理機構を備えた有機物処理装置において、燃焼処理機構は処理槽の上部にガスを下方から上方へ上昇させる煙突形に立上げられ内部に炭化ケイ素を主成分として多孔質のブロック体に焼結された触媒材が積層され触媒材よりも下方に外気を導入する外気導入口が設けられていることを特徴とする。

この手段では、燃焼処理機構において、ガスを下方から上方へ上昇させる煙突形の内部に積層された発熱（炭化ケイ素）する触媒材でガスを燃焼させるとともに、燃焼処理の補助材となる酸素（外気）を外気導入口から導入することで、燃料がなくとも燃焼処理機構でガスの燃焼処理が行われるようになって、燃料コストが掛からなくなる。

また、請求項２では、請求項１の有機物処理装置において、燃焼処理機構は外気導入口付近に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられていることを特徴とする。

この手段では、燃焼処理機構に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられることで、燃焼処理の補助材となる酸素が確実に導入される。

また、請求項３では、請求項１または２の有機物処理装置において、処理槽と燃焼処理機構との間にはガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられていることを特徴とする。

この手段では、燃焼処理機構の前にガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられることで、燃焼処理の障害となる水分の燃焼処理機構への流入が減少される。

また、請求項４では、請求項１〜３のいずれかの有機物処理装置において、燃焼処理機構の触媒材は炭化ケイ素６０重量％以上，酸化アルミニウム２８重量％以下，二酸化ケイ素１０重量％以上が含まれていることを特徴とする。

この手段では、燃焼処理機構の触媒材に発熱を助勢する触媒である酸化アルミニウム，二酸化ケイ素を一定の重量比で加えることで、高熱下における燃焼処理を確実に行わせる。

また、請求項５では、請求項１〜４のいずれかの有機物処理装置において、燃焼処理機構と処理槽とに熱交換部が設けられ燃焼処理機構側から処理槽側に流れる給水経路が配設された給湯機構が付設されていることを特徴とする。

この手段では、相対的に低温である処理槽側に対して燃焼処理で相対的に高温となる燃焼処理機構側から給水が流れることで、効率的な加熱が行われる給湯機構が構成される。

本発明に係る有機物処理装置は、燃焼処理機構において、ガスが下方から上方へ上昇させる煙突形の内部に積層された発熱する触媒材でガスを燃焼させるとともに、燃焼処理の補助材となる酸素（外気）を外気導入口から導入することで、燃料がなくとも燃焼処理機構でガスの燃焼処理が行われるようになって、燃料コストが掛からなくなるため、運転コストが低くなる効果がある。

さらに、請求項２として、燃焼処理機構に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられることで、燃焼処理の補助材となる酸素が確実に導入されるため、燃焼処理機構におけるガスの燃焼処理が確実に行われる効果がある。

さらに、請求項３として、燃焼処理機構の前にガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられることで、燃焼処理の障害となる水分の燃焼処理機構への流入が減少されるため、燃焼処理機構におけるガスの燃焼処理が確実に行われる効果がある。

さらに、請求項４として、燃焼処理機構の触媒材に自動車の排気ガス用の触媒として汎用されている酸化アルミニウム，二酸化ケイ素を加えることで、高熱下における燃焼処理に信頼性が確保されるため、燃焼処理機構におけるガスの燃焼処理が確実に行われる効果がある。

さらに、請求項５として、相対的に低温である処理槽側に対して燃焼処理で相対的に高温となる燃焼処理機構側から給水が流れることで、効率的な加熱が行われる給湯機構が構成されるため、有機物の処理で発生した熱を有効利用した給湯機能を備えることができる効果がある。

本発明に係る有機物処理装置を実施するための形態の断面図である。図１の外観の詳細な斜視図である。図２の平面図である。図１の要部の縦断面図である。図２の要部の拡大図である。図１の要部の簡略図である。本発明に係る有機物処理装置を実施するための形態の既存の給湯設備への接続を示す給湯流路図である。

以下、本発明に係る有機物処理装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

この形態では、処理対象物である有機物Ｐを上部から投入する上部投入タイプからなるものを示してある。

この形態は、図１，図７に示すように、処理槽１，ヒータ２，燃焼処理機構３，熱交換器４，磁化空気供給機構５，電磁バルブ６，温度センサ７，コントローラ８，ガス流動機構９，給湯機構１０の各部で構成されている。

処理槽１は、図１に詳細に示されるように、外気を遮断した状態で有機物Ｐを熱分解するもので、外部の周囲の温度が上昇しないように断熱材を介装した上面部，下面部，側面部からなる壁面材で円筒形に形成され、軸中心が垂直になるように設置される。上面部には、有機物Ｐが投入される投入口１１が設けられている。この投入口１１は、上扉，下扉が選択的に開閉される二重扉構造になっている。側面部の下部には、有機物Ｐが熱分解されて生成される灰化物を排出する排出口１２が設けられている。内部の下部寄りには、熱分解中の有機物Ｐを堆積させておくロストル１３が水平に配設されている。

ヒータ２は、処理槽１のロストル１３に堆積された有機物Ｐを加熱するもので、石英ガラス管からなる保護管を有した電熱ヒータが採用されて、処理槽１のロストル１３の少し上方に設置されている。

燃焼処理機構３は、図１，図４に詳細に示されるように、有機物Ｐが熱分解されて生成されるガスＧを燃焼処理によって無害化，無臭化するもので、処理槽１の上面部に煙突形に立上げられ処理槽１の内部に連通するように接続され、箱形の燃焼室３１の内部に耐火材３２で囲まれた触媒材３３が収容されている。燃焼室３１は、大量の触媒材３３を収容することができるようにある程度の容積をもった大きさに形成されている。耐火材３２は、１０００℃異常の高温に耐えることができ断熱性を有したセラミックス材等からなるもので、燃焼室３１のガスＧが上昇する上下面の一部を除く内側全面を覆っている。触媒材３３は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分として多孔質のブロック体に焼結されたものである。この触媒材３３については、発熱体となる炭化ケイ素（６０重量％以上）に発熱を助勢する触媒として酸化アルミニウム（Ａｌ_２０_３，２８重量％以下），二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２，１０重量％以上）を加えたもので板形に形成し、燃焼室３１の上下方向に厚さ方向を一致させて積層するのが好ましい。触媒材３３の天然材料としては、イタリアのベスビオ火山の火山灰が好適である。なお、触媒材３３の焼結については、泡沫間隙率を７５〜８５％とし、体積密度を０．３５〜０．６５ｇ／ｃｍ^３とするのが好ましい。また、燃焼室３１の下部（熱交換器４）には、燃焼処理の補助剤となる酸素（外気）を導入する外気導入口３４が設けられている。また、燃焼室３１の近くには、外気導入口３４に外気を強制的に吸入導入するブロア３５が設けられている。

熱交換器４は、図２，図５に詳細に示されるように、ガスＧに含まれている水分を分離除去するもので、ドラム形に形成されて軸線が燃焼処理機構３の軸線と直交する格好で処理槽１と燃焼処理機構３との間に設けられている。この熱交換器４は、ドラム形の本体部４１の外周面に放熱フィン４２が取付けられたもので、本体部４１の端面の下部と処理槽１との間にドレン用パイプ４３が接続されている。なお、前述の燃焼処理機構３の外気導入口３４は、本体部４１の端面の上部に穿孔された小孔として設けられている。また、前述の燃焼処理機構３のブロア３５は、本体部４１の外周面に接続されている。

磁化空気供給機構５は、図３に詳細に示されるように、処理槽１の内部に磁化空気Ａを供給するもので、処理槽１の側面部に処理槽１の軸中心に向けて放射状（図３参照）に配置されて接続され処理槽１の内部とロストル１３よりも上方で外部に連通された円筒形の複数個のノズル５１と、各ノズル５１の処理槽１の外部側で空気の流通路に相対されて取付けられ磁力によって空気を磁化して磁化空気Ａとするマグネット５２とからなる。ノズル５１は、磁化空気Ａの供給口となる先端部５１ａが下方へ向いたテーパ形の端口とされて処理槽１の内部に突出され、磁化空気Ａの供給元となる基端部５１ｂが処理槽１の外部にＬ字形に屈曲されて突出されている。マグネット５２は、相対される磁極について制約はされないものである。なお、この磁化空気供給機構５は、供給動力源を備えておらず、有機物Ｐの熱分解の進行による処理槽１の内外部の圧力差によって磁化空気Ａが処理槽１の内部に吸入されるようになっている。

電磁バルブ６は、磁化空気供給機構５から処理槽１の内部への磁化空気Ａの供給量を調整するもので、流量調整バルブタイプが採用されて、磁化空気供給機構５のノズル５１のマグネット５２よりも外部側である基端部５１ｂ付近に取付けられている。

温度センサ７は、処理槽１の内部の温度を検出するもので、熱伝対構造からなるものが採用されて、処理槽１の内部の上下の２箇所に設置されている。上方に設置された上部温度センサ７１は、処理槽１の上面部に近接され、有機物Ｐが熱分解されて生成されるガスＧの温度を検出する。下方に設置された下部温度センサ７２は、ヒータ２よりも少し上方に位置され熱分解されている有機物Ｐの温度を検出する。

コントローラ８は、接続された電磁バルブ６，温度センサ７を連係制御するもので、マイクロプロセッサを有して、処理槽１の内部が一定の温度を超えたことを温度センサ７によって検出された際に、磁化空気供給機構５における磁化空気Ａの供給量を減少させるように電磁バルブ６を動作させる設定がなされている。このコントローラ８は、処理槽１の外部に設置されたコントロールボックスの内部に収容されている（図２参照）。

ガス流動機構９は、有機物Ｐから分解され生成されたガスＧを処理槽１の上方から下方へ流動させるもので、処理槽１の外部で上下方向に配設され上下部で処理槽１に連通するように接続されたコ字形のダクト９１と、ダクト９１の中途部に設けられたブロア９２とからなる。ダクト９１は、流動されるガスＧの拡散を阻止して流動方向を規制するもので、上部で処理槽１に接続される吸入口９１ａが処理槽１の内部に突出され、下部で処理槽１に接続される吐出口９１ｂが磁化空気供給機構５のノズル５１の設置高さ付近に位置されて処理槽１の軸中心に向けられている。ブロア９２は、ダクト９１の内部を流動するガスＧに上方から下方へ向けて強制力を加える。

給湯機構１０は、図７に詳細に示されるように、処理槽１の側面部に設けられたジャケットタイプの熱交換部１０１と燃焼処理機構３に設けられたコイル形の熱交換部１０２とが給水経路１０３によって貯湯タンク１０４に循環回路で接続されている。貯湯タンク１０４と燃焼処理機構３に設けられた熱交換部１０２との間の給水経路１０３には、ポンプ１０５，逆止弁１０６，補助タンク１０７，開閉弁１０８が接続され、燃焼処理機構３に設けられた熱交換部１０２から処理槽１に設けられた熱交換部１０１に向けて流れる経路が構成されている。

この給湯機構１０は、ポンプ１０９，逆止弁１０１０を介して既存の給湯設備２０と接続されている。既存の給湯機構２０は、水道水等の原水Ｗを収容する給水タンク２０１と、原水Ｗを加熱するボイラ２０２と、加熱された原水Ｗである湯を貯溜する貯湯タンク２０３とからなる。既存の給湯機構２０の貯湯タンク２０３は、給湯ラインと循環回路で接続されるとともに、給湯機構１０に接続されて給湯機構１０の貯湯タンク１０４から補助的に給湯を受けることができるようになっている。なお、給湯機構１０の貯湯タンク１０４は、既存の給湯機構２０の給水タンク２０１に接続されて原水Ｗの供給を受けることができるようになっている。

この形態を運転するには、処理槽１の投入口１１からロストル１３の上に有機物Ｐを投入して、ヒータ２に通電することになる。

このとき、コントローラ８によって電磁バルブ６が開放されて、磁化空気供給機構５から処理槽１の内部へ磁化空気Ａを大量に供給することができる状態になっている。

ヒータ２で加熱された有機物Ｐは、磁化空気供給機構５のノズル５１からの磁化空気Ａの供給の下で水，灰化物（無機物，カーボン等），ガス（二酸化炭素，炭化水素等）に熱分解されていく。

このとき、磁化空気供給機構５のノズル５１の先端部５１ａが下方へ向いたテーパ形の端口とされているため、磁化空気Ａの上昇が規制され処理槽１のロストル１３に堆積されている有機物Ｐの内部に確実に供給される。また、磁化空気供給機構５の複数個のノズル５１が円筒形の処理槽１に放射状に配置されて処理槽１の軸中心に向けられているため、磁化空気Ａが有機物Ｐへ内部の全体に均等に供給されることになる。従って、有機物Ｐの熱分解が確実，効率的に進行する。

有機物Ｐの熱分解が進行して、処理槽１の内部が一定の温度を超えたことを温度センサ７が検出した際には、コントローラ８が電磁バルブ６を閉鎖したり開度を絞ったりして、磁化空気供給機構５から処理槽１の内部へ磁化空気Ａの供給量を減少させる。

この結果、処理槽１の内部が酸素過剰になって有機物Ｐが燃焼状態になることがなく、しかも前述の有機物Ｐの熱分解が確実に継続される。

なお、磁化空気Ａの供給量を減少させる処理槽１の内部の温度としては、温度センサ７の上部温度センサ７１が検出するガスＧの温度が１８０〜２３０℃、温度センサ７の下部温度センサ７２が検出する有機物Ｐの温度が３００〜５００℃が適当である。ただし、これ等の温度については、運転初期や有機物Ｐが追加投入された際にはガスＧの温度が低くても有機物Ｐの温度が高くなったり、有機物Ｐの分解で灰化物が多くなった際には有機物Ｐの温度が低くてもガスＧの温度が高くなったりすることがある。従って、温度センサ７の上部温度センサ７１，下部温度センサ７２の検出温度に基づくコントローラ８の電磁バルブ６の制御については、熱分解の進行等に対応できるように詳細にプログラミングする必要がある。

有機物Ｐの熱分解で生成されたガスＧは、処理槽１の内部で上昇して一部が熱交換器４を介して燃焼処理機構３に排出され残る一部がガス流動機構９に流動される。

このとき、ガス流動機構９のダクト９１の吸入口９１ａが処理槽１の内部へ突出されているため、上昇するガスＧの一部を確実にガス流動機構９に捕集することができる。

熱交換器４に上昇したガスＧ（１８０〜２３０℃）は、本体部４１の内部で冷却されてガスＧに含まれている水分（水蒸気）が液化される。液化によってガスＧから分離除去された水は、熱交換器４のドレン用パイプ４３から処理槽１の内部に戻される。

熱交換器４で乾質化されたガスＧは、燃焼処理機構５に上昇する。

燃焼処理機構３に上昇したガスＧは、発熱する触媒材３３によって１０００℃以上の温度に加熱されて燃焼処理され無害化，無臭化される。なお、燃焼処理機構３の触媒材３３の発熱は、耐火材３２によって外部への漏出が阻止される。従って、ガスＧの燃焼処理に燃料が不要で運転コストが低くなる。

燃焼処理機構３におけるガスＧの燃焼処理では、補助剤となる酸素が外気導入口３４，ブロア３５によって積極的に供給される。従って、燃焼処理されるガスＧが熱交換器４で乾質化されていることとの相乗で確実な燃焼処理が行われる。また、燃焼処理機構３の触媒材３３として主成分の発熱材である炭化ケイ素に発熱を助勢する触媒として酸化アルミニウム，二酸化ケイ素が前述の重量比で加えられていることで、高熱下における燃焼処理が確実に行われる。

なお、燃焼処理機構３の触媒材３３が多孔質であって外気導入口３４，ブロア３５から外気が供給されることから、触媒材３３においてガスＧの上昇が確保される。

捕集されガス流動機構９を流動したガスＧは、ダクト９１の吐出口９１ｂから処理槽１のロストル１３に堆積している有機物Ｐの内部に吹込まれるように吐出される。

このとき、ガス流動機構９のダクト９１の吐出口９１ｂが磁化空気供給機構５のノズル５１の設置高さ付近に位置されて処理槽１の軸中心に向けられているため、吐出口９１ｂから吐出されたガスＧがノズル５１から供給される磁化空気Ａに助勢されて処理槽１の軸中心に向かうように付勢される。

この結果、処理槽１においてガスＧの対流が形成され、処理槽１の内部の温度の均等化が図られることになる。従って、温度センサ７による処理槽１の内部の温度の把握が正確になって、電磁バルブ６を動作させるタイミングが正確になる。即ち、有機物Ｐを熱分解するに好適な環境を確実に実現することができることになる。

さらに、有機物Ｐの処理が行われる際には、処理給湯機構１０によって発生した熱を有効利用した給湯が行われる。この給湯では、相対的に低温である処理槽１側に対して燃焼処理で相対的に高温となる燃焼処理機構３側から給水が流されることで、原水Ｗの効率的な加熱が行われる。なお、給湯機構１０は、一定の温度，量の湯を長時間継続的に供給するのに適している。従って、給湯機構１０を既存の給湯設備２０と接続することで、湯の使用量の多いときには本格的な給湯を行う既存の給湯設備２０に対して給湯機構１０を補助的な給湯を担わせ、湯の使用量の少ないときには既存の給湯設備２０を停止させ給湯機構１０を本格的な給湯を担わせることができる。この結果、廃棄物である有機物Ｐの処理の熱を利用して、給湯の熱エネルギを低減することができる。

以上、図示した形態の外に、有機物Ｐを側部から投入する側部投入タイプとすることも可能である。

さらに、ガス流動機構９を複数基設けることも可能である。

さらに、燃焼処理機構３のブロア３５を処理槽１の投入口１１の上扉，下扉の間にも接続して、有機物Ｐの追加投入の際に処理槽１の投入口１１の上扉，下扉の間に漏出したガスＧを吸入してパージすることもできる。

１処理槽
３燃焼処理機構
３３触媒材
３４外気導入口
３５ブロア
４熱交換器
５磁化空気供給機構
６電磁バルブ
９ガス流動機構
１０給湯機構
Ａ磁化空気
Ｇガス
Ｐ有機物

Claims

投入された有機物を加熱するとともに磁化空気を抑制的に供給して熱分解する処理槽に接続され有機物から分解され発生したガスを燃焼処理する燃焼処理機構を備えた有機物処理装置において、燃焼処理機構は処理槽の上部にガスを下方から上方へ上昇させる煙突形に立上げられ内部に炭化ケイ素を主成分として多孔質のブロック体に焼結された触媒材が積層され触媒材よりも下方に外気を導入する外気導入口が設けられていることを特徴とする有機物処理装置。
請求項１の有機物処理装置において、燃焼処理機構は外気導入口付近に外気を強制的に吸入導入するブロアが設けられていることを特徴とする有機物処理装置。
請求項１または２の有機物処理装置において、処理槽と燃焼処理機構との間にはガスに含まれている水分を分離除去する熱交換器が設けられていることを特徴とする有機物処理装置。
請求項１〜３のいずれかの有機物処理装置において、燃焼処理機構の触媒材は炭化ケイ素６０重量％以上，酸化アルミニウム２８重量％以下，二酸化ケイ素１０重量％以上が含まれていることを特徴とする有機物処理装置。
請求項１〜４のいずれかの有機物処理装置において、燃焼処理機構と処理槽とに熱交換部が設けられ燃焼処理機構側から処理槽側に流れる給水経路が配設された給湯機構が付設されていることを特徴とする有機物処理装置。