JP2014042908A - 生ゴミ処理方法及び処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】生ゴミ等の有機物を触媒を用いて化学分解して炭化物を生成し、炭化効率が良く、小型で、排気中に臭気、黒煙、ダイオキシン等の成分を含まない炭化処理手段を提供する。
【解決手段】ドラム４内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根２１、２２を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔２５から窒素と共に排出し、炭素成分のみを炭化物としてドラム内に残留させ、炭化物が所定の大きさになるまでドラムを回転させて、炭化物だけを処理生成物として取出す。生ゴミの有機物が完全に炭化する直前に触媒温度が昇温する性質を利用して、前記昇温を検知して、生ゴミの処理工程の完了を知る。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般住宅や学校、社員食堂、福祉施設、比較的小型の外食事業者やスーパーマーケット等の商業施設、或いは漁船等の小型船舶の乗り物等において、食品残さ等の有機物を分解炭化する為に用いる触媒を利用した生ごみ処理方法及び処理装置に関するものである。
従来、食品残さ等の有機物の処理方法としては、一般的に、微生物による発酵分解処理方法と、有機物の加熱による減量、減容を目的とした熱分解処理方法と、生ごみに低酸素濃度状態で熱を加えて、熱分解により炭化物にする炭化処理方法とがある。
発酵分解処理方法は、特許文献１に示すように、微生物（バイオ）、特に好気性微生物によって生ごみ等の有機物を酸化分解し、最終的には二酸化炭素と水までに分解し、これによって、生ごみの減量化や汚物感、汚臭の解消を行うものである。
このバイオ式生ごみ処理による装置では、好気性微生物に適した環境を作ることが必要であり、攪拌や送気によって酸素を供給することが重要である。大半のバイオ式生ごみ処理機には攪拌機能がある。これによって生ごみを攪拌し、酸素供給を行いやすくしている。
また発酵分解処理方法では、独特の発酵臭がするため、脱臭装置が必須である。脱臭方法は主に、生ごみと一緒に活性炭やゼオライトなどのチップを混ぜる方法と、排気口で白金触媒によって脱臭する方法とがある。それでも完璧には脱臭されないため、基本的には屋外に設置するタイプが多い。
更に、発酵分解処理方法では、微生物のために水分調節を行うことが必要である。
水分が多すぎると通気性が阻害され酸素供給が滞ってしまい、逆に水分量が少なすぎても微生物が活発に活動できないからである。生ごみのほとんどは水分であるため、生ごみを過剰に投入すると水分過多になってしまうことがたまにある。それを和らげるため、定期的に木屑などのチップを入れて、水分に対する緩衝能を高める必要がある。
これに対して熱分解処理方法は、特許文献２に示すように、生ごみに熱を加えて水分を蒸発させることで、減量、減容する方式であり、処理槽（乾燥槽などともいう）に生ごみを投入し、加熱装置により熱を加えて乾燥させている。加熱方式は、ヒータ等により処理槽の外部から加熱する方式、熱風を直接処理物に吹き付ける方式、それらの併用式の他、真空（減圧）乾燥方式などがある。
均一に乾燥するために撹拌装置を備えており、付属装置として脱臭装置を備えるものが多く、前処理（投入、破砕）装置等を備えるものもあるので、機器の装置構成はバイオ式と類似している。しかし、乾燥が目的であるため、設定温度はバイオ式に比べ一般的に高く、
400℃〜500℃以上のものが多い。また、標準処理時間は、バイオ式に比べ短い傾向にある。
更に、生ごみに低酸素濃度状態で熱を加えて、熱分解により炭化物にする炭化処理方式は、特許文献３に示すように、処理槽（炭化槽などともいう）に生ごみを投入し、低酸素状態で加熱装置により熱を加えて蒸し焼きにするものである。加熱方式には処理槽の外部から加熱する方式、燃焼ガスを直接処理物に吹き付ける方式などがあるが、一般的に設定温度は乾燥式よりも高い。この炭化処理方式では、炭化物とともに発生する熱分解ガスを燃焼する装置と排ガスの処理装置とが必要である。
特開２００７−０２９８４２号公報 特開平１０−１１３６３８号公報 特開２００４−３２１９２５号公報
ところが、前記特許文献１等に示す発酵分解処理方式では、好気性微生物に適した環境を作る必要があり、そのための撹拌装置や送気のための装置が必須である上、木屑やチップを投入したりして水分調整を行う必要があり、これらの環境設定が容易ではなかった。また発酵分解の臭気を伴うので脱臭装置が必要であり、全体としては多数の装置が必要であり、処理システム全体の構成が複雑化し、イニシャルコスト及びランニングコストが非常に高くなるといった問題があった。
また特許文献２等に示す熱分解処理方式では、加熱温度が800℃以上（一般的には600℃〜700℃）の高温であり、設備が高温度に耐えられるものでなければならず、設備の構成が大型化し、厳重な温度管理を必要とするという問題があった。また均一加熱のために、撹拌装置や脱臭装置が必要であり、特許文献１の発酵分解処理方式の場合と同様に処理システム全体として多数の装置を必要とし、複雑化及び高コスト化するという欠点があった。
それに加えて、この熱分解処理方式では、要するに生ごみを高温で焼却処理しているので、二酸化炭素やダイオキシンの有害成分が発生するという大きな問題があった。
更に、特許文献３等に示す炭化処理方法では、炭化物と共に発生する熱分解ガスの燃焼装置と、排ガスの処理装置とが必要であり、この処理方法の場合も設備全体が大型化するという問題があった。
更にまた、従来の生ゴミ処理方法において、例えば、特開２００４−３１３９３１号公報で示すように、触媒を利用する技術もあるが、従来の触媒を利用する生ごみ処理方法は、いずれも臭気を触媒で化学分解するものであり、生ゴミ自体の分解処理にはなんら関与するものではなかった。
本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、その目的は、生ゴミ等の有機物を触媒を用いて化学分解して炭化物を生成し、炭化効率が良く、小型で、排気中に臭気、黒煙、ダイオキシン等の成分を含まない炭化処理手段を提供することにある。
前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、円筒状ドラムの外周面に配設したヒータにより加熱することでドラム内の温度を９５℃〜１２０℃に保持すると共に、ドラム内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔から窒素と共に排出し、炭素成分のみを炭化物としてドラム内に残留させ、炭化物が所定の大きさになるまでドラムを回転させて、炭化物だけを処理生成物として取出すようにし、触媒は連続して使用するようにした生ごみの処理方法であって、前記触媒は濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものであることを特徴とする生ごみの処理方法である。
本発明が採用した請求項２の手段は、生ゴミを順次所定時間ごとに所定量ずつ投入し、生ゴミの有機物を炭化処理した生成物が５ｍｍ以下の大きさになるまでドラムを回転させて処理を連続して行い、生成物が５ｍｍ以下の大きさになった時点でドラムに設けた多数の排出孔を開放して排出するようにした請求項１に記載の生ごみの処理方法である。
本発明が採用した請求項３の手段は、生ゴミの有機物が完全に炭化される直前に触媒の発熱温度が昇温する性質を利用し、前記昇温したことを温度センサーで検知することにより、生ゴミの処理工程が完了したことを知るようにした前記請求項１又は２に記載の生ごみの処理方法である。
本発明が採用した請求項４の手段は、円筒状の回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、前記回転ドラムの外周面に設けた開閉自在な投入口蓋と、投入口蓋に摺動自在に取り付けたスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、該排出用孔を開閉する蓋と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根と、ドラムの側面に設けた蒸気抜き孔とから成り、ドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解するようにしたことを特徴とする生ごみの処理装置である。
本発明が採用した請求項５の手段は、円筒状の回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、前記回転ドラムの外周面に設けた開口と、該開口を開閉するスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根とを有し、前記回転ドラムの一端側を軸支し、他端側を二個以上のローラで回転自在に支持し、他端側の中心部に蒸気の排気と生ごみの投入とを兼用する円状の流出入口を設け、該流出入口に筐体を接続し、筐体の上面を開口面とし、筐体の側面に蒸気の排気口を設けて成り、ドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解するようにしたことを特徴とする生ごみの処理装置である。
本発明が採用した請求項６の手段は、回転ドラムの外側にハウジングを設けて回転ドラム室を設け、該回転ドラム室の空気を前記蒸気の排気口に接続された排気管へ送り込むための粉塵回収管路を設けた請求項５に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項７の手段は、前記蒸気の排気口に接続された排気管の下流側に縦型の回転ブラシ及びその下方に配置されたタンク部を有する粉塵分離装置を設け、排気管からの蒸気及び排気を回転ブラシに衝突させて撹拌することで、蒸気の一部を液滴化して下方のタンク部へ貯留させ、また回転ブラシにより叩き落された粉塵をタンク部へ貯留させるようにした前記請求項５又は請求項６に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項８の手段は、前記筐体の排気口と粉塵分離装置とを連通する排気管を、排気口側へ向けて下り勾配とし、粉塵分離装置のタンク部のオーバーフロー水を排気管及び筐体を通じて回転ドラム内へ還流させるようにした請求項７に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項９の手段は、粉塵分離装置の下流側に蒸気を加熱して気化させる気化ヒーター部を設けた請求項７又は８に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項１０の手段は、気化ヒーター部の下流側に脱臭装置及び排気ファンを設けた請求項９に記載の生ごみ処理装置である。
請求項１の発明にあっては、特殊な触媒を利用することにより、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、最終的には炭化物のみを取り出してこれを有効再利用するようにしており、生ゴミの化学分解による炭化処理方法である。本発明で使用する触媒は、特許第４８９４０５５号に係る製品であり、濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものである。
本発明の化学分解炭化処理方法は、円筒状ドラムの外周面に配設したヒータでドラム内の温度を９５℃〜１２０℃に加熱しながら、ドラム内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌している。高さの異なる複数の撹拌羽根を用いることにより、内容物が同じ姿勢にならないようにし、ダマになるのを防止することが可能である。生ゴミが触媒と接触することにより、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合が切断され、生ゴミの有機物は、炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解される。
而して、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔から窒素と共に排出される。炭素成分のみを炭化物としてドラム内に残留させ、炭化物が所定の大きさになるまでドラムを回転させて、炭化物だけを処理生成物として取出すようにしている。取出された炭化物は、土壌中での保湿効果により植物の育成促進、固形燃料、溶鉱炉の酸化防止剤、活性炭等として幅広い再利用が可能である。
請求項２の発明にあっては、例えば、生ゴミの処理を１日単位で行う場合の方法である。この場合、生ゴミを順次所定時間ごとに所定量ずつ投入する。これは、処理装置の能力に応じて投入する時間間隔と投入量とが決定される。一回の投入が終わると、その生ゴミの有機物を炭化処理した生成物が５ｍｍ以下の大きさになるまでドラムを回転させて処理を行う。投入した生ごみによる炭化物が５ｍｍ以下になった時点で次の生ごみを投入し、これらの工程を繰り返して連続処理する。
そして、５ｍｍ以下の炭化物がある一定量になった時点で、ドラムに設けた多数の排出孔を開放して炭化物を取り出せばよい。
請求項３の発明にあっては、生ゴミによる炭化生成物を取出すタイミングを検知し、効率の良い、処理を行うようにしたものである。これは、生ゴミの有機物が完全に炭化される直前に触媒の発熱温度が１０℃前後昇温する性質を利用している。前記昇温したことは、ドラム内に設置した温度センサーで検知することにより可能である。
前記触媒の温度を検知するだけで、生ゴミの処理工程が完了し、炭化物を取り出すタイミングを知ることが可能である。
請求項４の発明は、前記本発明の方法を実現するための生ごみ処理装置の技術に関するものである。円筒状の回転ドラムと、回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、回転ドラムの外周面に設けた開閉自在な投入口蓋と、投入口蓋に摺動自在に取り付けたスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、該排出用孔を開閉する蓋と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根と、ドラムの側面に設けた蒸気抜き孔とから構成されている。
この装置による処理の手順は、前記方法の発明と同じである。
請求項５の発明にあっては、回転ドラムの一端側を軸支し、他端側を二個以上のローラで回転自在に支持している。そして、他端側の中心部に蒸気の排気と生ごみの投入とを兼用する円状の流出入口を設けている。該流出入口に筐体を接続し、筐体の上面を開口面とし、筐体の側面に蒸気の排気口を設け、筐体の内部に常時は筐体上面の開口を閉塞し、生ゴミ投入時には蒸気の排気口を閉塞するフラップを設けている。
従って、回転ドラムを回転させて触媒による化学分解処理を行いながら、生ゴミを追加投入することが可能である。
その他の構成並びに作用効果は、前記請求項４の発明と同じである。
なお、生ゴミの投入を筐体から行うので、請求項４の発明の回転ドラムの投入口に設けた開閉用の蓋は不要である。
請求項６の発明にあっては、生ごみ処理の炭化処理が終わり、生成された炭化物を取り出すときに、炭化物の粉塵が飛散し、周囲の環境に悪影響を与える虞がある。そのため、回転ドラムの外側にハウジングを設けて、回転ドラム室を周囲と区画し、炭化物の粉塵が周囲に飛散しないようにしている。そして、回転ドラム室内の粉塵は粉塵回収管により、排気管側へ排出されるようになっている。
請求項７の発明にあっては、生ごみ処理の最終工程において、炭化が進み、回転ドラム内では炭化物の粉塵が舞い上がるようになる。この粉塵は排気管を通じて排出される。また炭化物を取り出すときに、ハウジング内においても、粉塵が舞い上がる。この粉塵は粉塵回収管により排気管を通じて排出される。そこで、排気管の下流側に縦型の回転ブラシを設けて前記粉塵を叩き落し、下方のタンクに溜めるようにしている。従って、回転ブラシより下流側で大気へ放出される排気に粉塵が含まれることはない。
また処理途中の回転ドラム内から排出される水蒸気は、その一部がこの回転ブラシと衝突して液滴化し、下方のタンクへ落下し、貯留されるようになる。
請求項８の発明にあっては、回転ブラシの下方に設けられたタンクに貯留される水は、排気管を通じて筐体側から回転ドラム内へオーバーフローにより還流され、回転ドラム内の熱により、気化される。従って、本装置では、特別な排水処理装置は不要である。なお、タンク内の粉塵は定期的に取り出し、乾燥させて再生利用するようにすればよい。
請求項９の発明にあっては、回転ブラシの下流側に気化ヒーター部を設け、回転ブラシを出た後の排気に含まれる水蒸気を完全にここで気化させ、これより下流側から大気へ放出される排気に水蒸気が含まれないようにしている。
請求項１０の発明にあっては、気化ヒーター部を出た排気には、当初は生ごみ特有の臭いがあり、また炭化後は炭の臭いがあるが、気化ヒーター部の下流側に配置した脱臭装置により、臭気を取り除くことができる。なお、脱臭装置としては、活性炭による脱臭、オゾンによる脱臭等が適用可能である。
本発明の第一の実施の形態に係る生ゴミ処理装置の全体を示す正面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る生ゴミ処理装置の回転ドラムの縦断面側面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る生ごみ処理装置のプロセスを示すフローチャートである。 本発明の第二の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す縦断面正面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る生ごみ処理装置の回転ドラムと蒸気の排出及び生ごみの投入を兼用する筐体部分を示す背面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る生ごみ処理装置の蒸気の排出と生ごみの投入とを行う筐体部分の縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態の装置に適用できる炭化物の取出し機構を示すものであり、同図の図（Ａ）は閉塞状態を示す回転ドラムの正面図、図（Ｂ）は開放状態を示す回転ドラムの正面図である。 本発明の第三の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す縦断面正面図である。 本発明の第三の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す横断面平面図である。 本発明の第三の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す縦断面側面図である。 本発明の第四の実施の形態に係る生ごみ処理装置の回転ブラシより下流側の気化ヒーター部及び脱臭装置部を示す部分断面側面図である。
以下に、本発明の構成を図１及び図２に示す実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。この実施の形態は、１回の処理で５Ｋｇの生ごみをできる能力を有するように設計されたものであり、装置全体の大きさは、横幅６５０ｍｍ×奥行き８５０ｍｍ×高さ９５０ｍｍ、回転ドラムの直径は６００ｍｍ×厚み３００ｍｍであり、容量は８４．７８Ｌである。加熱用のヒータは単相２００Ｖ、４．５ＫＷであり、減速機付きモータは１００Ｖ、１ＫＷである。また装置全体の重量は５０Ｋｇであって、全体としては極めて軽量コンパクトである。
図１の正面図及び図２の縦断面側面図に示す通り、生ゴミ処理装置１は、枠組み形成されたフレーム２のそれぞれ左右側で前後のフレーム間に跨って取り付けられた中間フレーム３ａ，３ｂに回転ドラム４が軸５ａ，５ｂを介して回転自在に枢着されている。回転ドラム４は、減速機付きモータ６にスプロケット７を介して接続されている。符号８は、回転ドラム４の手動回転ハンドルである。
回転ドラム４の外周面には、加熱用のシーズヒータ９が適当数の領域に分割されて各領域に取り付けられており、ロータリー電極（図示せず）を介して２００Ｖ電源へ接続されている。また回転ドラム４の外周面には、縦２８０ｍｍ×横２８０ｍｍの矩形状の投入口１０が開口形成されており、蝶番１１を介して投入口蓋１２が開閉自在に取り付けられている。蓋１２は、ハンドル１３を回転させることにより、ロックが外れるようになっている。
また蓋１２の前記投入口１０に臨んだ位置には、開口１２Ａが形成されており、該開口に対してスライド板１５が摺動自在に取り付けられている。スライド板１５は、直径５ｍｍの排出孔１４が多数穿設された領域と、排出孔が設けられていない領域との二つの領域を有している。このスライド板１５は、炭化物を排出する工程で前記排出孔１４が蓋１２の開口１２Ａの領域に配置されるようになっており、生ゴミの化学分解処理時は排出孔の設けられていない領域が開口１２Ａを閉塞するようになっている。
更に、スライド板１５の各排出孔１４に対向してピン１６が、排出孔１４に対して進退自在に配設されている。ピン１６は、先端が尖った最大部分で直径４ｍｍの円錐柱状を成し、取付基板１７に立設固定されている。取付基板１７をバネ等の弾性体１８で付勢することにより、常時はピン１６が排出孔１４から退出しているようになされている。
また取付基板１７の外周面側には、揺動ローラ１９が取り付けられている。揺動ローラ１９は、左右対向してペアで配設されており、取付基板１７の揺動が左右方向で傾くことなく安定して揺動するようになされている。この揺動ローラ１９は、炭化物の排出時に回転ドラム４の下方に配置される板状の凹凸案内路２０に当接して取付基板１６を上下方向（ドラム中心軸方向）に揺動させ、排出孔１４から炭化物を掻き出すようにしている。凹凸案内路２０は、炭化物受皿２６の図１における左右両端側に設けられている。
回転ドラム４の内周面には、高さ寸法の異なる撹拌羽根２１及び２２が放射線状に八枚立設固定されている。この場合は、高さを二種類にしているが、それ以上の複数種類であってもよい。各撹拌羽根２１及び２２の根元には、内容物がダマになって付着したままになるのを防止するための傾斜板２３が取り付けられている。傾斜板２３は溶接で肉盛りして形成するようにしてもよい。
また回転ドラム４の左右側面板２４の軸周りには、蒸気抜き孔２５が貫通して穿設されている。この実施例では片面に４つ設けているが、それ以外の複数であってもよい。なお、蒸気抜き孔２４には、圧力弁を設けて所定圧力以上になったときに、蒸気を自動で逃がすようにしてもよい。
次に、このように構成された生ゴミ処理装置１による生ごみの処理手順を図３のフローチャートに基づいて説明する。先ず、触媒を準備する。触媒は、濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものであり、直径７ｍｍ〜９ｍｍの大きさに成形されている。
次に、回転ドラム４の蓋１２を開放し、投入口１０から直径７ｍｍ〜９ｍｍの大きさの専用の触媒を３００ｇ投入する。触媒の投入量は、生ゴミ処理容量の６％を目安にすればよい。続いて、生ゴミ５Ｋｇを投入する。そして、回転ドラム４の外周面に張り巡らせたヒータ９をＯＮにし、生ゴミと触媒の加熱を開始する。加熱は、ドラム内に設けた温度センサー（図示せず）により、１１０℃を保つように、ヒータ９をＯＮ，ＯＦＦ制御して行う。加熱開始と同時に、減速機付きモータ６を駆動させて回転ドラム４を回転させる。
ドラム４の回転により、生ゴミと触媒は撹拌羽根２１，２２により撹拌される。高さの異なる二種の撹拌羽根２１及び２２を設けることにより、生ゴミは撹拌羽根を乗り越えて落下するときの回転の度合いが異なり、結果として満遍なく混ざりながら相互に接触するようになる。また撹拌羽根２１及び２２の根元部には傾斜板２３が設けられているので、この部分に生ごみが付着堆積してダマになるということがない。しかも、１１０℃にドラム内の加熱温度が保持されていることから、生ゴミは水分が蒸発し、徐々に減量及び減容するようになる。
ところで、生ゴミは、有機物でありその分子は、炭素原子Ｃの結合の鎖（炭素鎖）を骨格として水素原子Ｈ、酸素原子Ｏ、窒素原子Ｎ等の数種類の原子の組み合わせで構成されている。そして、これらの原子は、原子核の周りの電子軌道中の電子を共有し合うことで結合し（共有結合）、分子を構成している。また共有している電子は電気的性質がマイナスであり、原子核には中性子と電気的性質がプラスの陽子が含まれている。更に、有機物分子中の原子の数は、炭素原子Ｃに比べて水素原子Ｈや酸素原子Ｏ並びに窒素原子Ｎの方が遥かに多く、資質も大きいという性質がある。更にまた、分子中の酸素原子Ｏや窒素原子Ｎは、共有している電子を自分の方へ引っ張るという電子吸引性を有している。
一方、本発明で使用する専用の触媒は、酸素原子Ｏや窒素原子Ｎの電子吸引性をより強めるという性質がある。
そのため、回転ドラム４内で撹拌された生ごみは専用の触媒と接触することで、有機物を構成している分子中の酸素原子Ｏや窒素原子Ｎの電子吸引作用が強められ、炭素原子Ｃとの結合強度が弱まり、結果として有機物分子の各原子Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｏ等が化学的に分解されてバラバラになる。水素原子Ｈは、直ぐに分解された酸素原子Ｏや、ドラム４内の空気中に含まれる酸素Ｏ原子と結合して水蒸気となる。この水蒸気は、ドラム４の側面板２４に設けた蒸気抜き孔２５から窒素原子Ｎやその他の原子と共に外へ排出される。
なお、本発明における生ごみの処理は、化学分解処理であり、焼却を伴わないので二酸化炭素やダイオキシン等の有害成分が生成されることはなく、環境上も極めて優れている。
このようにして化学分解された生ごみは、回転ドラム４内に炭素Ｃ成分のみからなる炭化物が生成されるようになり、この生成物は撹拌羽根２１及び２２による撹拌作用により、次第にその粒子が小さくなり、やがて粉末状になる。最初の運転開始の場合は、ヒータ９をＯＮにしたときから１時間３０分を経過すると、減量率９４％が実現され、残りの６％は２ｍｍ程度の粉末状の炭化物になることが確認された。この炭化物は、活性炭としての機能を有し、ドラム内の臭気を吸収する働きもあり、処理中に生ごみ特有の臭気が外部へ排出されるということもない。
なお、炭化物の生成処理が最終段階であることは、この状態になると触媒の反応熱でドラム内の温度が１０℃〜１５℃程度高くなることが分かっており、このドラム内の温度をセンサーで検知することにより、機械的に炭化物の１回目の処理工程が終了したことを検知することが可能である。なお、温度センサーは、ドラム４の回転軸５ｂを中空軸としてその内部空間を利用してドラム内へ挿入した熱電対で構成すればよい。
然る後は、処理を継続する場合は、回転ドラム４の回転を停止させ、投入口１０から生ゴミを５Ｋｇ新たに投入する。触媒は、前記化学分解反応において、減るということがなく、ドラム４内を転がることで接触により摩耗して僅かに減っていくだけであり、その処理寿命は三カ月であるので、この場合、新たに投入する必要はない。
そして、以上の動作を繰り返し行い、生ゴミの投入を１０回程度行うと、合計５０Ｋｇの生ごみを処理したことになり、直径２ｍｍの粉末状の炭化物が３Ｋｇ生成される。
最後の処理サイクルのときは、回転ドラム４の下方に、図２に示す凹凸案内路２０及び受皿２６を配設する。また投入口１０の蓋１２に設けたスライド板１５をスライドさせて、排出孔１４が開口１２Ａの位置に来るようにしておく。この状態から回転ドラム４を回転させると、その回転に伴ってローラ１９が上下に揺動し、結果としてピン１６が排出孔１４に対して進退動作し、ドラム内の直径２ｍｍ程度の炭化物が受皿２６へ掻き出される。このとき触媒は、７ｍｍ〜９ｍｍの大きさに成形されているので、触媒が炭化物と一緒に排出されることはなく、触媒と炭化物との篩分け作業等は不要である。
回収された炭化物は、土壌中での保湿効果により植物の育成促進、固形燃料、溶鉱炉の参加防止剤、活性炭等として幅広い再利用が可能である。
次に、本発明の第二の実施形態について、図４の装置全体の縦断面側面図、図５の回転ドラム及び筐体部分を示す背面図、図６の筐体部分の縦断面図を参照して説明する。
同図に示す如く、この回転ドラム２７は、一端側に中空軸２８が取り付けられてフレームに軸支されており、他端側は円板状のフランジ２９を介して下部側二か所がローラ３０ａ，３０ｂによって回転自在に支承されている。なお、必要に応じて上部側も一か所又は複数個所をローラで回転自在に支承するようにしてもよい。
またフランジ側端面の中心は円状の開口３１が形成されている。この開口３１は、水蒸気の排気口と、生ゴミの投入口とを兼用する流出入口である。流出入口３１には、パイプ３２を介して筐体３３が連通接続されている。筐体３３は、上面側が開口しており、側面には水蒸気の排気管３４が連通接続されている。そして、筐体３３の内部側面には、フラップ３５が水平状態から下方垂直状態の位置までおよそ９０度の範囲で回動できるように取り付けられている。このフラップ３５は、図６の実線で示すように、常時は上面側の開口を閉塞するように水平位置にあり、バネ等の弾性体で付勢されている。生ゴミ投入時はその重みによって図６の鎖線で示すように、蒸気の排気管３４側を閉塞する位置まで回動することができるようになっている。
更に、フラップ３５の長さは、生ごみを投入したときに、鎖線の位置から実線の位置まで自然に回動復帰できる位置が生ごみの投入容量５Kgとなるように設定されている。フラップ３５が自動復帰できない場合は、投入容量が５Ｋｇ以上であり、５Ｋｇになるまで生ゴミを取り出せばよい。
更にまた、この第二の実施の形態の回転ドラム２７は、円板状の両サイドの側面板が外周面板よりも外径方向へ延長されている。ドラムの外周面板にシーズヒータ９を取り付け、更にその外周面側を断熱ウール３６で覆い、両サイドの円板状側面板どうしの間に断熱板３７を取り付けることで加熱効率を良くするようになされている。なお、この構成は、第一の実施の形態へ適用することも可能である。
その他の構成については、前記第一の実施の形態の場合と同じである。
この第二の実施の形態では、ヒータ９をＯＮにし、ドラム２７を回転させる。そして、筐体３３に触媒３００ｇと生ごみ５Ｋｇを投入する。投入に際し、フラップ３５は図６の鎖線で示すように、蒸気の排気管３４の連通口を閉塞する。必要であれば、生ゴミを押し込み、接続パイプ３２を介して流出入口３１から回転ドラム２７内へ生ごみを投入すればよい。投入後は、フラップ３５は図６の実線で示す水平位置へ自動的に復帰し、上面側開口を閉塞し、水蒸気の排気管３４側の連通口を開放する。
ドラム内の加熱により、触媒が生ごみと接触し、化学分解反応により、炭素Ｃの分子間共有結合を弱め、Ｃ，Ｏ，Ｈ，Ｎの各成分に分解することは前記第一の実施の形態の場合と同じである。そして、水素Ｈは酸素Ｏと結合し、水蒸気となって流出入口３１から接続パイプ３２、筐体３３、排気管３４を通じて外部へ排出される。
なお、必要であれば排気管３４の途中に生ゴミ自体の臭気を脱臭するための触媒を配置するようにしてもよい。また筐体３３の底部に水蒸気が液滴化した水滴を排出するためのドレン口を設けるようにしてもよい。
然る後は、順次生ごみを投入すればよい。投入のタイミングは、任意である。但し、目安として１時間以内に５Ｋｇを越えないようにすることが必要である。
ドラム内の処理容量の限界だからである。これはドラムの大きさによって変更が可能である。以後は生ごみの投入を繰り返して行えばよい。
一日の処理の最終サイクルにおいて、生ゴミが炭化物となるときには、触媒の反応熱により、ドラム内の温度が設定温度よりも１０℃〜１５℃程度高くなる。これを回転軸２８からドラム内へ挿入した熱電対の温度センサー３８で測定することにより、炭化物の取出し時期を検知することが可能である。炭化物の取出しは、前記第一の実施の形態の場合と同じであり、スライド板に設けた排出孔から回転と共に自然的に落下排出するか、ピンを進退させて積極的に掻き出すようにすればよい。
この第二の実施の形態の装置では、生ゴミを筐体３３から投入するだけであり、ドラムの回転を止めて、投入口の蓋を開け閉めする等の面倒な手間を省略することができ、便利である。
図７は、前記第二の実施の形態に係る装置に適用できる炭化物の取出し機構を示すものである。同図の図（Ａ）は閉塞状態を示す回転ドラム４の正面図、図（Ｂ）は開放状態を示す回転ドラム４の正面図である。同図に示す如く、この炭化物の取出し機構は、回転ドラム４の外周面にフラットな領域３９を設け、該領域３９に円板状の開閉蓋４０を回転自在に数着している。開閉蓋４０は、扇形の盲蓋部分４２が対向配置されるとともに、扇形状の開口部分４３が対向配置されている。一方、回転ドラム４のフラットな領域３９には、生成された５ｍｍ以下の炭化物を排出するための排出孔１４が扇形状で且つ対向するように配置されており、前記開閉蓋４０の盲蓋部分４２，４２又は開口部分４３，４３に対応している。
回転ドラム４内での専用の触媒を利用した生ごみの化学分解処理手順については、図４乃至図６の実施の形態で説明した通りである。化学分解処理を行っている間は、図７の図（Ａ）に示すように、回転ドラム４のフラット領域３９に設けた排出孔１４を閉塞すべく、開閉蓋４０の盲蓋部分４２，４２を対応配置させている。
次に、生ごみの化学分解処理が進み、得られた５ｍｍ以下の炭化物を、取り出す場合について説明する。この場合は、回転ドラム４の回転を一旦止める。そして、ハンドル４１を操作して開閉蓋４０を９０度回転させ、その開口部分４３，４３を排出孔１４の領域に対応配置する。このような状態で、回転ドラム４の回転をしばらく継続すると、回転ドラム４内で生成された５ｍｍ以下の炭化物は順次排出孔１４から落下し、下方で待機する受皿へ回収される。回転ドラム４内の炭化物を回収した後は、生ごみを再度投入し、その化学分解処理を続行するなどすればよい。
次に、図８の縦断面正面図、図９の横断面平面図、図１０の縦断面側面図を参照して本発明の第三の実施の形態について説明する。この第三の実施の形態では、回転ドラム２７の外側にハウジング４４，４４を設けて閉塞された回転ドラム室４５を形成している。また回転ドラム２７の外周面に形成したフラット領域３９に二つの円盤状の開口４６を設け、その内側に前記円盤状の開口に対応した直径５ｍｍ以下の排出孔１４が多数穿設された開閉蓋４７を設けている。開閉蓋４７の摘み４８をボックスレンチ等の工具を回動させることで、排出穴１４を開閉操作するようにしている。
一方側のハウジング４４の上部隅部に開口を設けて排気ファン４９を介して粉塵回収管５０を接続し、これを排気管３４の途中に連通接続している。そして、排気管３４の下流側に粉塵分離装置５１を配設している。粉塵分離装置５１は、回転ブラシ５２と、これを回転させるモーター５３と、回転ブラシ５２の下方側に連続するタンク部５４とで構成されている。またこの粉塵分離装置５１と筐体３３とを連通接続する排気管３４は、粉塵分離装置５１側から筐体３３側へ向けて下り勾配になされている。これにより、粉塵分離装置５１のタンク部５４からオーバーフローした水が排気管３４を通じて筐体３３側へ流入し、回転ドラム２７内へ流れるようになっている。
なお、オーバーフロー水が粉塵回収管５０側へ流れないように、粉塵回収管５０は排気管３４の連通接続部から上り勾配となって、ハウジング４４の開口部接続されている。
またこの実施の形態では、常時、回転ドラム２７で発生した蒸気が排出されるように筐体３３内にはフラッパー３５（図４及び図６参照）は、設けられていない。そのため、装置本体の上部ケーシングに筐体３３の投入開口を臨ませ、これを開閉蓋５８で任意に開閉操作できるようにしている。更に、この第三の実施の形態では、粉塵分離装置５１の下流側に二段階の脱臭装置５５，５６を配置し、その間に脱臭ファン５７を配設している。
次に、このように構成された第三の実施の形態の生ごみ処理装置の動作態様を説明する。回転ドラム２７を加熱しながら回転させて、回転ドラム２７内で固体酸触媒を生ごみと接触させて化学分解作用により、炭化処理することは前記第一及び第二の実施の形態と同じである。この第三の実施の形態では、回転ドラム２７内で発生する蒸気及び排気の処理や、炭化処理後の炭化物を取り出す時に発生する粉塵の処理に特徴を有している。
生ごみの炭化処理過程において、回転ドラム２７で発生する水蒸気は、脱臭ファン５７の吸引力により、生ごみ投入口２９から筐体２７内へ流入し、排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ流入する。ここにおいて、水蒸気は、モーター５３により回転するブラシ５２と衝突し、水蒸気の一部が液滴化して落下し、タンク部５４へ貯留される。タンク部５４内の貯留水は、その水位が排気管３４の連通接続口に達すると、ここからオーバーフローし、排気管３４を通じて筐体３３内へ流入し、更には回転ドラム２７内へ流入する。つまり、回転ドラム２７内へ還流される。そして、この回転ドラム２７内の１２０度Ｃ前後の熱環境雰囲気の中で気化される。気化したガス（排気）は、筐体３３及び排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ流入する。
粉塵分離装置５１を通過した排気は、図８に示すように、排気ファン５７に吸引されて二段階の脱臭装置５５，５６へ流入し、脱臭処理が行われる。脱臭装置としては、活性炭フィルター又はオゾン発生装置が適用可能である。脱臭処理後の脱臭装置５６から大気へ放出される排気は、水蒸気の一部を含む無臭のものとなる。
ところで、回転ドラム２７内へ投入された生ごみは、水分が蒸発して減容され、固体酸触媒と接触して化学分解作用により炭素Ｃと結合していた窒素Ｎ，水素Ｈ，酸素Ｏの各原子の炭素Ｃとの結合強度が弱まるようになり、それぞれの原子がバラバラになって化学分解される。そして、Ｈ２Ｏ，Ｎの気体となって排気される。回転ドラム２７内には炭素Ｃのみが残るようになる。生ごみ処理の最終工程は、炭化処理工程であり、この工程では回転ドラム２７から炭化物の粉塵が筐体３３、排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ流入するようになる。粉塵分離装置５１では、回転ブラシ５２の回転により、炭化物の粉塵が叩き落されるようになり、下方のタンク５４へ液滴化した水蒸気の水の中へ沈殿して溜まるようになる。沈殿した粉塵は、定期的に取り出して乾燥させ、再生利用するようにすればよい。
回転ドラム２７内の炭化処理が進み、完全に炭化された状態では固体酸触媒が数十度高温になり、これを検知することで回転ドラム２７内の炭化物を取り出せばよい。炭化物の取り出しは、回転ドラム２７の回転を一時的に停止させ、図８に示す摘み４８をレンチで回転させて、同図に示すように、開口４６に多数の排出孔１４を臨ませ、再度、回転ドラム２７を回転させればよい。回転ドラム２７の開口４６が下方の位置へ来たときに、排出孔１４から炭化物が下方の受皿２６へ排出される。
このとき、排出孔１４からは大量の粉塵が舞い上がり、ハウジング４４，４４で区画された回転ドラム室４５内に浮遊する。この第三の実施の形態では、排気ファン４９を駆動させて前記回転ドラム室４５内で浮遊する炭化物の粉塵を吸引し、粉塵回収管５０から排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ送るようにしている。粉塵分離装置５１では、回転ブラシ５２の回転により、炭化物の粉塵が叩き落され、下方のタンク５４へ沈殿して貯留される。沈殿した粉塵は、定期的に取り出して乾燥させ、再生利用するようにすればよい。
図１１は、第四の実施の形態に係るものである。この実施の形態では、粉塵分離装置５１の下流側の管路５９を蛇行させ、その途中に水蒸気を気化させるためのヒーター部６０を設けている。そのため、粉塵分離装置５１の回転ブラシ５２で液滴化されずに排出された水蒸気は、この気化ヒーター部６０での加熱により気化され、水蒸気を含まない排気として脱臭装置５５，５６側へ送り込まれるようになる。そして、脱臭後に大気へ放出される。従って、この第四の実施の形態の脱臭装置５６から排出される排気は、無色透明で無味、無臭の水素Ｈ２、酸素Ｏ２及び窒素Ｎのみが排出されることになる。
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、回転ドラム４の大きさ等は、処理容量によって任意に設計変更すればよい。また生成された直径２ｍｍの炭化物の排出は、取付基板１７を弾性装着している部材の代わりに、電磁弁を配設し、電磁弁へのＯＮ，ＯＦＦ制御を繰り返すことで、ピン１６を排出孔１４へ進退させ、炭化物をドラム４内から掻き出すようにしてもよい。更に、炭化物の排出は、炭化物を粉末状になるまで撹拌したときは、ピン１６の進退動作を介して積極的に掻き出さなくても、排出孔１４から自然に排出するようにすることも可能である。この場合は、ピン１６を省略することが可能である。
更にまた、触媒の温度が１０℃〜１５℃程度高くなったことを温度センサー３８で測定することにより、炭化物の生成工程が最終段階に達したことを検知し、この温度センサー３８からの信号により、自動的に前記電磁弁をＯＮ，ＯＦＦ制御してピン１６を排出孔１４に対して進退させ、炭化物をドラム４内から掻き出すようにしてもよい。この場合、スライド板１５は不要であり、常時はピン１６が排出孔１４を閉塞するように電磁弁を動作させておけばよい。
また温度センサー３８からの信号により、回転ドラム２７を自動的に停止させ、排出孔１４を開口面に位置させ、その後、回転ドラム２７を所定時間回転させて、炭化物を自動的に排出するようにプログラミングすることも可能である。
１…生ゴミ処理装置
２…フレーム
３ａ，３ｂ…中間フレーム
４…回転ドラム
５ａ，５ｂ…回転軸
６…減速機付きモータ
９…ヒータ
１０…投入口
１２…蓋
１２Ａ…開口
１４…排出孔
２１，２２…撹拌羽根
２４…蒸気抜き孔
２７…回転ドラム
２８…回転軸
２９…フランジ
３０ａ，３０ｂ…ドラム枢支用のローラ
３１…流出入口
３３…筐体
３４…排気管
３５…フラップ
４４…ハウジング
４５…回転ドラム室
５０…粉塵回収管
５１…粉塵分離装置
５２…回転ブラシ
５４…タンク部
５５，５６…脱臭装置
６０…気化ヒーター部
本発明は、一般住宅や学校、社員食堂、福祉施設、比較的小型の外食事業者やスーパーマーケット等の商業施設、或いは漁船等の小型船舶の乗り物等において、食品残さ等の有機物を分解炭化する為に用いる触媒を利用した生ごみ処理方法及び処理装置に関するものである。
従来、食品残さ等の有機物の処理方法としては、一般的に、微生物による発酵分解処理方法と、有機物の加熱による減量、減容を目的とした熱分解処理方法と、生ごみに低酸素濃度状態で熱を加えて、熱分解により炭化物にする炭化処理方法とがある。
発酵分解処理方法は、特許文献１に示すように、微生物（バイオ）、特に好気性微生物によって生ごみ等の有機物を酸化分解し、最終的には二酸化炭素と水までに分解し、これによって、生ごみの減量化や汚物感、汚臭の解消を行うものである。
このバイオ式生ごみ処理による装置では、好気性微生物に適した環境を作ることが必要であり、攪拌や送気によって酸素を供給することが重要である。大半のバイオ式生ごみ処理機には攪拌機能がある。これによって生ごみを攪拌し、酸素供給を行いやすくしている。
また発酵分解処理方法では、独特の発酵臭がするため、脱臭装置が必須である。脱臭方法は主に、生ごみと一緒に活性炭やゼオライトなどのチップを混ぜる方法と、排気口で白金触媒によって脱臭する方法とがある。それでも完璧には脱臭されないため、基本的には屋外に設置するタイプが多い。
更に、発酵分解処理方法では、微生物のために水分調節を行うことが必要である。 水分が多すぎると通気性が阻害され酸素供給が滞ってしまい、逆に水分量が少なすぎても微生物が活発に活動できないからである。生ごみのほとんどは水分であるため、生ごみを過剰に投入すると水分過多になってしまうことがたまにある。それを和らげるため、定期的に木屑などのチップを入れて、水分に対する緩衝能を高める必要がある。
これに対して熱分解処理方法は、特許文献２に示すように、生ごみに熱を加えて水分を蒸発させることで、減量、減容する方式であり、処理槽（乾燥槽などともいう）に生ごみを投入し、加熱装置により熱を加えて乾燥させている。加熱方式は、ヒータ等により処理槽の外部から加熱する方式、熱風を直接処理物に吹き付ける方式、それらの併用式の他、真空（減圧）乾燥方式などがある。
均一に乾燥するために撹拌装置を備えており、付属装置として脱臭装置を備えるものが多く、前処理（投入、破砕）装置等を備えるものもあるので、機器の装置構成はバイオ式と類似している。しかし、乾燥が目的であるため、設定温度はバイオ式に比べ一般的に高く、
400℃〜500℃以上のものが多い。また、標準処理時間は、バイオ式に比べ短い傾向にある。
更に、生ごみに低酸素濃度状態で熱を加えて、熱分解により炭化物にする炭化処理方式は、特許文献３に示すように、処理槽（炭化槽などともいう）に生ごみを投入し、低酸素状態で加熱装置により熱を加えて蒸し焼きにするものである。加熱方式には処理槽の外部から加熱する方式、燃焼ガスを直接処理物に吹き付ける方式などがあるが、一般的に設定温度は乾燥式よりも高い。この炭化処理方式では、炭化物とともに発生する熱分解ガスを燃焼する装置と排ガスの処理装置とが必要である。
特開２００７−０２９８４２号公報 特開平１０−１１３６３８号公報 特開２００４−３２１９２５号公報
ところが、前記特許文献１等に示す発酵分解処理方式では、好気性微生物に適した環境を作る必要があり、そのための撹拌装置や送気のための装置が必須である上、木屑やチップを投入したりして水分調整を行う必要があり、これらの環境設定が容易ではなかった。また発酵分解の臭気を伴うので脱臭装置が必要であり、全体としては多数の装置が必要であり、処理システム全体の構成が複雑化し、イニシャルコスト及びランニングコストが非常に高くなるといった問題があった。
また特許文献２等に示す熱分解処理方式では、加熱温度が800℃以上（一般的には600℃〜700℃）の高温であり、設備が高温度に耐えられるものでなければならず、設備の構成が大型化し、厳重な温度管理を必要とするという問題があった。また均一加熱のために、撹拌装置や脱臭装置が必要であり、特許文献１の発酵分解処理方式の場合と同様に処理システム全体として多数の装置を必要とし、複雑化及び高コスト化するという欠点があった。
それに加えて、この熱分解処理方式では、要するに生ごみを高温で焼却処理しているので、二酸化炭素やダイオキシンの有害成分が発生するという大きな問題があった。
更に、特許文献３等に示す炭化処理方法では、炭化物と共に発生する熱分解ガスの燃焼装置と、排ガスの処理装置とが必要であり、この処理方法の場合も設備全体が大型化するという問題があった。
更にまた、従来の生ゴミ処理方法において、例えば、特開２００４−３１３９３１号公報で示すように、触媒を利用する技術もあるが、従来の触媒を利用する生ごみ処理方法は、いずれも臭気を触媒で化学分解するものであり、生ゴミ自体の分解処理にはなんら関与するものではなかった。
本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、その目的は、生ゴミ等の有機物を触媒を用いて化学分解して炭化物を生成し、炭化効率が良く、小型で、排気中に臭気、黒煙、ダイオキシン等の成分を含まない炭化処理手段を提供することにある。
前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、円筒状ドラムの外周面に配設したヒータにより加熱することでドラム内の温度を９５℃〜１２０℃に保持すると共に、生ゴミを順次所定時間ごとに所定量ずつ投入し、ドラム内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔から窒素と共に排出し、炭素成分のみを生成物としてドラム内に残留させ、生ゴミの有機物を炭化処理した生成物が５ｍｍ以下の大きさになるまでドラムを回転させて処理を連続して行い、生成物が５ｍｍ以下の大きさになった時点でドラムに設けた多数の排出孔を開放して排出するようにし、触媒は連続して使用するようにした生ごみの処理方法であって、前記触媒は濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものであることを特徴とする生ごみの処理方法である。
本発明が採用した請求項２の手段は、生ゴミの有機物が完全に炭化される直前に触媒の発熱温度が昇温する性質を利用し、前記昇温したことを温度センサーで検知することにより、生ゴミの処理工程が完了したことを知るようにした前記請求項１に記載の生ごみの処理方法である。
本発明が採用した請求項３の手段は、円筒状の回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、前記回転ドラムの外周面に設けた開閉自在な投入口蓋と、投入口蓋に摺動自在に取り付けたスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、該排出用孔を開閉する蓋と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根と、ドラムの側面に設けた蒸気抜き孔とから成り、ドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解するようにしたことを特徴とする生ごみの処理装置である。
本発明が採用した請求項４の手段は、円筒状の回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、前記回転ドラムの外周面に設けた開口と、該開口を開閉するスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根とを有し、前記回転ドラムの一端側を軸支し、他端側を二個以上のローラで回転自在に支持し、他端側の中心部に蒸気の排気と生ごみの投入とを兼用する円状の流出入口を設け、該流出入口に筐体を接続し、筐体の上面を開口面とし、筐体の側面に蒸気の排気口を設けて成り、ドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解するようにしたことを特徴とする生ごみの処理装置である。
本発明が採用した請求項５の手段は、回転ドラムの外側にハウジングを設けて回転ドラム室を設け、該回転ドラム室の空気を前記蒸気の排気口に接続された排気管へ送り込むための粉塵回収管路を設けた請求項４に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項６の手段は、前記蒸気の排気口に接続された排気管の下流側に縦型の回転ブラシ及びその下方に配置されたタンク部を有する粉塵分離装置を設け、排気管からの蒸気及び排気を回転ブラシに衝突させて撹拌することで、蒸気の一部を液滴化して下方のタンク部へ貯留させ、また回転ブラシにより叩き落された粉塵をタンク部へ貯留させるようにした前記請求項４又は請求項５に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項７の手段は、前記筐体の排気口と粉塵分離装置とを連通する排気管を、排気口側へ向けて下り勾配とし、粉塵分離装置のタンク部のオーバーフロー水を排気管及び筐体を通じて回転ドラム内へ還流させるようにした請求項６に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項８の手段は、粉塵分離装置の下流側に蒸気を加熱して気化させる気化ヒーター部を設けた請求項６又は７に記載の生ごみ処理装置である。
本発明が採用した請求項９の手段は、気化ヒーター部の下流側に脱臭装置及び排気ファンを設けた請求項８に記載の生ごみ処理装置である。
請求項１の発明にあっては、特殊な触媒を利用することにより、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、最終的には炭化物のみを取り出してこれを有効再利用するようにしており、生ゴミの化学分解による炭化処理方法である。本発明で使用する触媒は、特許第４８９４０５５号に係る製品であり、濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものである。
本発明の化学分解炭化処理方法は、例えば、生ゴミの処理を１日単位で行う場合の方法である。この場合、生ゴミを順次所定時間ごとに所定量ずつ投入する。これは、処理装置の能力に応じて投入する時間間隔と投入量とが決定される。そして、円筒状ドラムの外周面に配設したヒータでドラム内の温度を９５℃〜１２０℃に加熱しながら、ドラム内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌している。高さの異なる複数の撹拌羽根を用いることにより、内容物が同じ姿勢にならないようにし、ダマになるのを防止することが可能である。生ゴミが触媒と接触することにより、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合が切断され、生ゴミの有機物は、炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解される。
而して、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔から窒素と共に排出される。炭素成分のみを炭化物としてドラム内に残留させ、炭化物が所定の大きさになるまでドラムを回転させて、炭化物だけを処理生成物として取出すようにしている。
一回の投入においては、その生ゴミの有機物を炭化処理した生成物（炭化物）が５ｍｍ以下の大きさになるまでドラムを回転させて処理を行う。投入した生ごみによる炭化物が５ｍｍ以下になった時点で次の生ごみを投入し、これらの工程を繰り返して連続処理する。
そして、５ｍｍ以下の炭化物がある一定量になった時点で、ドラムに設けた多数の排出孔を開放して炭化物を取り出せばよい。
取出された炭化物は、土壌中での保湿効果により植物の育成促進、固形燃料、溶鉱炉の酸化防止剤、活性炭等として幅広い再利用が可能である。
請求項２の発明にあっては、生ゴミによる炭化生成物を取出すタイミングを検知し、効率の良い、処理を行うようにしたものである。これは、生ゴミの有機物が完全に炭化される直前に触媒の発熱温度が１０℃前後昇温する性質を利用している。前記昇温したことは、ドラム内に設置した温度センサーで検知することにより可能である。
前記触媒の温度を検知するだけで、生ゴミの処理工程が完了し、炭化物を取り出すタイミングを知ることが可能である。
請求項３の発明は、前記本発明の方法を実現するための生ごみ処理装置の技術に関するものである。円筒状の回転ドラムと、回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、回転ドラムの外周面に設けた開閉自在な投入口蓋と、投入口蓋に摺動自在に取り付けたスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、該排出用孔を開閉する蓋と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根と、ドラムの側面に設けた蒸気抜き孔とから構成されている。
この装置による処理の手順は、前記方法の発明と同じである。
請求項４の発明にあっては、回転ドラムの一端側を軸支し、他端側を二個以上のローラで回転自在に支持している。そして、他端側の中心部に蒸気の排気と生ごみの投入とを兼用する円状の流出入口を設けている。該流出入口に筐体を接続し、筐体の上面を開口面とし、筐体の側面に蒸気の排気口を設け、筐体の内部に常時は筐体上面の開口を閉塞し、生ゴミ投入時には蒸気の排気口を閉塞するフラップを設けている。
従って、回転ドラムを回転させて触媒による化学分解処理を行いながら、生ゴミを追加投入することが可能である。
その他の構成並びに作用効果は、前記請求項３の発明と同じである。
なお、生ゴミの投入を筐体から行うので、請求項３の発明の回転ドラムの投入口に設けた開閉用の蓋は不要である。
請求項５の発明にあっては、生ごみ処理の炭化処理が終わり、生成された炭化物を取り出すときに、炭化物の粉塵が飛散し、周囲の環境に悪影響を与える虞がある。そのため、回転ドラムの外側にハウジングを設けて、回転ドラム室を周囲と区画し、炭化物の粉塵が周囲に飛散しないようにしている。そして、回転ドラム室内の粉塵は粉塵回収管により、排気管側へ排出されるようになっている。
請求項６の発明にあっては、生ごみ処理の最終工程において、炭化が進み、回転ドラム内では炭化物の粉塵が舞い上がるようになる。この粉塵は排気管を通じて排出される。また炭化物を取り出すときに、ハウジング内においても、粉塵が舞い上がる。この粉塵は粉塵回収管により排気管を通じて排出される。そこで、排気管の下流側に縦型の回転ブラシを設けて前記粉塵を叩き落し、下方のタンクに溜めるようにしている。従って、回転ブラシより下流側で大気へ放出される排気に粉塵が含まれることはない。
また処理途中の回転ドラム内から排出される水蒸気は、その一部がこの回転ブラシと衝突して液滴化し、下方のタンクへ落下し、貯留されるようになる。
請求項７の発明にあっては、回転ブラシの下方に設けられたタンクに貯留される水は、排気管を通じて筐体側から回転ドラム内へオーバーフローにより還流され、回転ドラム内の熱により、気化される。従って、本装置では、特別な排水処理装置は不要である。なお、タンク内の粉塵は定期的に取り出し、乾燥させて再生利用するようにすればよい。
請求項８の発明にあっては、回転ブラシの下流側に気化ヒーター部を設け、回転ブラシを出た後の排気に含まれる水蒸気を完全にここで気化させ、これより下流側から大気へ放出される排気に水蒸気が含まれないようにしている。
請求項９の発明にあっては、気化ヒーター部を出た排気には、当初は生ごみ特有の臭いがあり、また炭化後は炭の臭いがあるが、気化ヒーター部の下流側に配置した脱臭装置により、臭気を取り除くことができる。なお、脱臭装置としては、活性炭による脱臭、オゾンによる脱臭等が適用可能である。
本発明の第一の実施の形態に係る生ゴミ処理装置の全体を示す正面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る生ゴミ処理装置の回転ドラムの縦断面側面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る生ごみ処理装置のプロセスを示すフローチャートである。 本発明の第二の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す縦断面正面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る生ごみ処理装置の回転ドラムと蒸気の排出及び生ごみの投入を兼用する筐体部分を示す背面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る生ごみ処理装置の蒸気の排出と生ごみの投入とを行う筐体部分の縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態の装置に適用できる炭化物の取出し機構を示すものであり、同図の図（Ａ）は閉塞状態を示す回転ドラムの正面図、図（Ｂ）は開放状態を示す回転ドラムの正面図である。 本発明の第三の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す縦断面正面図である。 本発明の第三の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す横断面平面図である。 本発明の第三の実施の形態に係る生ごみ処理装置の全体を示す縦断面側面図である。 本発明の第四の実施の形態に係る生ごみ処理装置の回転ブラシより下流側の気化ヒーター部及び脱臭装置部を示す部分断面側面図である。
以下に、本発明の構成を図１及び図２に示す実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。この実施の形態は、１回の処理で５Ｋｇの生ごみをできる能力を有するように設計されたものであり、装置全体の大きさは、横幅６５０ｍｍ×奥行き８５０ｍｍ×高さ９５０ｍｍ、回転ドラムの直径は６００ｍｍ×厚み３００ｍｍであり、容量は８４．７８Ｌである。加熱用のヒータは単相２００Ｖ、４．５ＫＷであり、減速機付きモータは１００Ｖ、１ＫＷである。また装置全体の重量は５０Ｋｇであって、全体としては極めて軽量コンパクトである。
図１の正面図及び図２の縦断面側面図に示す通り、生ゴミ処理装置１は、枠組み形成されたフレーム２のそれぞれ左右側で前後のフレーム間に跨って取り付けられた中間フレーム３ａ，３ｂに回転ドラム４が軸５ａ，５ｂを介して回転自在に枢着されている。回転ドラム４は、減速機付きモータ６にスプロケット７を介して接続されている。符号８は、回転ドラム４の手動回転ハンドルである。
回転ドラム４の外周面には、加熱用のシーズヒータ９が適当数の領域に分割されて各領域に取り付けられており、ロータリー電極（図示せず）を介して２００Ｖ電源へ接続されている。また回転ドラム４の外周面には、縦２８０ｍｍ×横２８０ｍｍの矩形状の投入口１０が開口形成されており、蝶番１１を介して投入口蓋１２が開閉自在に取り付けられている。蓋１２は、ハンドル１３を回転させることにより、ロックが外れるようになっている。
また蓋１２の前記投入口１０に臨んだ位置には、開口１２Ａが形成されており、該開口に対してスライド板１５が摺動自在に取り付けられている。スライド板１５は、直径５ｍｍの排出孔１４が多数穿設された領域と、排出孔が設けられていない領域との二つの領域を有している。このスライド板１５は、炭化物を排出する工程で前記排出孔１４が蓋１２の開口１２Ａの領域に配置されるようになっており、生ゴミの化学分解処理時は排出孔の設けられていない領域が開口１２Ａを閉塞するようになっている。
更に、スライド板１５の各排出孔１４に対向してピン１６が、排出孔１４に対して進退自在に配設されている。ピン１６は、先端が尖った最大部分で直径４ｍｍの円錐柱状を成し、取付基板１７に立設固定されている。取付基板１７をバネ等の弾性体１８で付勢することにより、常時はピン１６が排出孔１４から退出しているようになされている。
また取付基板１７の外周面側には、揺動ローラ１９が取り付けられている。揺動ローラ１９は、左右対向してペアで配設されており、取付基板１７の揺動が左右方向で傾くことなく安定して揺動するようになされている。この揺動ローラ１９は、炭化物の排出時に回転ドラム４の下方に配置される板状の凹凸案内路２０に当接して取付基板１６を上下方向（ドラム中心軸方向）に揺動させ、排出孔１４から炭化物を掻き出すようにしている。凹凸案内路２０は、炭化物受皿２６の図１における左右両端側に設けられている。
回転ドラム４の内周面には、高さ寸法の異なる撹拌羽根２１及び２２が放射線状に八枚立設固定されている。この場合は、高さを二種類にしているが、それ以上の複数種類であってもよい。各撹拌羽根２１及び２２の根元には、内容物がダマになって付着したままになるのを防止するための傾斜板２３が取り付けられている。傾斜板２３は溶接で肉盛りして形成するようにしてもよい。
また回転ドラム４の左右側面板２４の軸周りには、蒸気抜き孔２５が貫通して穿設されている。この実施例では片面に４つ設けているが、それ以外の複数であってもよい。なお、蒸気抜き孔２４には、圧力弁を設けて所定圧力以上になったときに、蒸気を自動で逃がすようにしてもよい。
次に、このように構成された生ゴミ処理装置１による生ごみの処理手順を図３のフローチャートに基づいて説明する。先ず、触媒を準備する。触媒は、濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものであり、直径７ｍｍ〜９ｍｍの大きさに成形されている。
次に、回転ドラム４の蓋１２を開放し、投入口１０から直径７ｍｍ〜９ｍｍの大きさの専用の触媒を３００ｇ投入する。触媒の投入量は、生ゴミ処理容量の６％を目安にすればよい。続いて、生ゴミ５Ｋｇを投入する。そして、回転ドラム４の外周面に張り巡らせたヒータ９をＯＮにし、生ゴミと触媒の加熱を開始する。加熱は、ドラム内に設けた温度センサー（図示せず）により、１１０℃を保つように、ヒータ９をＯＮ，ＯＦＦ制御して行う。加熱開始と同時に、減速機付きモータ６を駆動させて回転ドラム４を回転させる。
ドラム４の回転により、生ゴミと触媒は撹拌羽根２１，２２により撹拌される。高さの異なる二種の撹拌羽根２１及び２２を設けることにより、生ゴミは撹拌羽根を乗り越えて落下するときの回転の度合いが異なり、結果として満遍なく混ざりながら相互に接触するようになる。また撹拌羽根２１及び２２の根元部には傾斜板２３が設けられているので、この部分に生ごみが付着堆積してダマになるということがない。しかも、１１０℃にドラム内の加熱温度が保持されていることから、生ゴミは水分が蒸発し、徐々に減量及び減容するようになる。
ところで、生ゴミは、有機物でありその分子は、炭素原子Ｃの結合の鎖（炭素鎖）を骨格として水素原子Ｈ、酸素原子Ｏ、窒素原子Ｎ等の数種類の原子の組み合わせで構成されている。そして、これらの原子は、原子核の周りの電子軌道中の電子を共有し合うことで結合し（共有結合）、分子を構成している。また共有している電子は電気的性質がマイナスであり、原子核には中性子と電気的性質がプラスの陽子が含まれている。更に、有機物分子中の原子の数は、炭素原子Ｃに比べて水素原子Ｈや酸素原子Ｏ並びに窒素原子Ｎの方が遥かに多く、資質も大きいという性質がある。更にまた、分子中の酸素原子Ｏや窒素原子Ｎは、共有している電子を自分の方へ引っ張るという電子吸引性を有している。
一方、本発明で使用する専用の触媒は、酸素原子Ｏや窒素原子Ｎの電子吸引性をより強めるという性質がある。
そのため、回転ドラム４内で撹拌された生ごみは専用の触媒と接触することで、有機物を構成している分子中の酸素原子Ｏや窒素原子Ｎの電子吸引作用が強められ、炭素原子Ｃとの結合強度が弱まり、結果として有機物分子の各原子Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｏ等が化学的に分解されてバラバラになる。水素原子Ｈは、直ぐに分解された酸素原子Ｏや、ドラム４内の空気中に含まれる酸素Ｏ原子と結合して水蒸気となる。この水蒸気は、ドラム４の側面板２４に設けた蒸気抜き孔２５から窒素原子Ｎやその他の原子と共に外へ排出される。
なお、本発明における生ごみの処理は、化学分解処理であり、焼却を伴わないので二酸化炭素やダイオキシン等の有害成分が生成されることはなく、環境上も極めて優れている。
このようにして化学分解された生ごみは、回転ドラム４内に炭素Ｃ成分のみからなる炭化物が生成されるようになり、この生成物は撹拌羽根２１及び２２による撹拌作用により、次第にその粒子が小さくなり、やがて粉末状になる。最初の運転開始の場合は、ヒータ９をＯＮにしたときから１時間３０分を経過すると、減量率９４％が実現され、残りの６％は２ｍｍ程度の粉末状の炭化物になることが確認された。この炭化物は、活性炭としての機能を有し、ドラム内の臭気を吸収する働きもあり、処理中に生ごみ特有の臭気が外部へ排出されるということもない。
なお、炭化物の生成処理が最終段階であることは、この状態になると触媒の反応熱でドラム内の温度が１０℃〜１５℃程度高くなることが分かっており、このドラム内の温度をセンサーで検知することにより、機械的に炭化物の１回目の処理工程が終了したことを検知することが可能である。なお、温度センサーは、ドラム４の回転軸５ｂを中空軸としてその内部空間を利用してドラム内へ挿入した熱電対で構成すればよい。
然る後は、処理を継続する場合は、回転ドラム４の回転を停止させ、投入口１０から生ゴミを５Ｋｇ新たに投入する。触媒は、前記化学分解反応において、減るということがなく、ドラム４内を転がることで接触により摩耗して僅かに減っていくだけであり、その処理寿命は三カ月であるので、この場合、新たに投入する必要はない。
そして、以上の動作を繰り返し行い、生ゴミの投入を１０回程度行うと、合計５０Ｋｇの生ごみを処理したことになり、直径２ｍｍの粉末状の炭化物が３Ｋｇ生成される。
最後の処理サイクルのときは、回転ドラム４の下方に、図２に示す凹凸案内路２０及び受皿２６を配設する。また投入口１０の蓋１２に設けたスライド板１５をスライドさせて、排出孔１４が開口１２Ａの位置に来るようにしておく。この状態から回転ドラム４を回転させると、その回転に伴ってローラ１９が上下に揺動し、結果としてピン１６が排出孔１４に対して進退動作し、ドラム内の直径２ｍｍ程度の炭化物が受皿２６へ掻き出される。このとき触媒は、７ｍｍ〜９ｍｍの大きさに成形されているので、触媒が炭化物と一緒に排出されることはなく、触媒と炭化物との篩分け作業等は不要である。
回収された炭化物は、土壌中での保湿効果により植物の育成促進、固形燃料、溶鉱炉の参加防止剤、活性炭等として幅広い再利用が可能である。
次に、本発明の第二の実施形態について、図４の装置全体の縦断面側面図、図５の回転ドラム及び筐体部分を示す背面図、図６の筐体部分の縦断面図を参照して説明する。
同図に示す如く、この回転ドラム２７は、一端側に中空軸２８が取り付けられてフレームに軸支されており、他端側は円板状のフランジ２９を介して下部側二か所がローラ３０ａ，３０ｂによって回転自在に支承されている。なお、必要に応じて上部側も一か所又は複数個所をローラで回転自在に支承するようにしてもよい。
またフランジ側端面の中心は円状の開口３１が形成されている。この開口３１は、水蒸気の排気口と、生ゴミの投入口とを兼用する流出入口である。流出入口３１には、パイプ３２を介して筐体３３が連通接続されている。筐体３３は、上面側が開口しており、側面には水蒸気の排気管３４が連通接続されている。そして、筐体３３の内部側面には、フラップ３５が水平状態から下方垂直状態の位置までおよそ９０度の範囲で回動できるように取り付けられている。このフラップ３５は、図６の実線で示すように、常時は上面側の開口を閉塞するように水平位置にあり、バネ等の弾性体で付勢されている。生ゴミ投入時はその重みによって図６の鎖線で示すように、蒸気の排気管３４側を閉塞する位置まで回動することができるようになっている。
更に、フラップ３５の長さは、生ごみを投入したときに、鎖線の位置から実線の位置まで自然に回動復帰できる位置が生ごみの投入容量５Kgとなるように設定されている。フラップ３５が自動復帰できない場合は、投入容量が５Ｋｇ以上であり、５Ｋｇになるまで生ゴミを取り出せばよい。
更にまた、この第二の実施の形態の回転ドラム２７は、円板状の両サイドの側面板が外周面板よりも外径方向へ延長されている。ドラムの外周面板にシーズヒータ９を取り付け、更にその外周面側を断熱ウール３６で覆い、両サイドの円板状側面板どうしの間に断熱板３７を取り付けることで加熱効率を良くするようになされている。なお、この構成は、第一の実施の形態へ適用することも可能である。
その他の構成については、前記第一の実施の形態の場合と同じである。
この第二の実施の形態では、ヒータ９をＯＮにし、ドラム２７を回転させる。そして、筐体３３に触媒３００ｇと生ごみ５Ｋｇを投入する。投入に際し、フラップ３５は図６の鎖線で示すように、蒸気の排気管３４の連通口を閉塞する。必要であれば、生ゴミを押し込み、接続パイプ３２を介して流出入口３１から回転ドラム２７内へ生ごみを投入すればよい。投入後は、フラップ３５は図６の実線で示す水平位置へ自動的に復帰し、上面側開口を閉塞し、水蒸気の排気管３４側の連通口を開放する。
ドラム内の加熱により、触媒が生ごみと接触し、化学分解反応により、炭素Ｃの分子間共有結合を弱め、Ｃ，Ｏ，Ｈ，Ｎの各成分に分解することは前記第一の実施の形態の場合と同じである。そして、水素Ｈは酸素Ｏと結合し、水蒸気となって流出入口３１から接続パイプ３２、筐体３３、排気管３４を通じて外部へ排出される。
なお、必要であれば排気管３４の途中に生ゴミ自体の臭気を脱臭するための触媒を配置するようにしてもよい。また筐体３３の底部に水蒸気が液滴化した水滴を排出するためのドレン口を設けるようにしてもよい。
然る後は、順次生ごみを投入すればよい。投入のタイミングは、任意である。但し、目安として１時間以内に５Ｋｇを越えないようにすることが必要である。
ドラム内の処理容量の限界だからである。これはドラムの大きさによって変更が可能である。以後は生ごみの投入を繰り返して行えばよい。
一日の処理の最終サイクルにおいて、生ゴミが炭化物となるときには、触媒の反応熱により、ドラム内の温度が設定温度よりも１０℃〜１５℃程度高くなる。これを回転軸２８からドラム内へ挿入した熱電対の温度センサー３８で測定することにより、炭化物の取出し時期を検知することが可能である。炭化物の取出しは、前記第一の実施の形態の場合と同じであり、スライド板に設けた排出孔から回転と共に自然的に落下排出するか、ピンを進退させて積極的に掻き出すようにすればよい。
この第二の実施の形態の装置では、生ゴミを筐体３３から投入するだけであり、ドラムの回転を止めて、投入口の蓋を開け閉めする等の面倒な手間を省略することができ、便利である。
図７は、前記第二の実施の形態に係る装置に適用できる炭化物の取出し機構を示すものである。同図の図（Ａ）は閉塞状態を示す回転ドラム４の正面図、図（Ｂ）は開放状態を示す回転ドラム４の正面図である。同図に示す如く、この炭化物の取出し機構は、回転ドラム４の外周面にフラットな領域３９を設け、該領域３９に円板状の開閉蓋４０を回転自在に数着している。開閉蓋４０は、扇形の盲蓋部分４２が対向配置されるとともに、扇形状の開口部分４３が対向配置されている。一方、回転ドラム４のフラットな領域３９には、生成された５ｍｍ以下の炭化物を排出するための排出孔１４が扇形状で且つ対向するように配置されており、前記開閉蓋４０の盲蓋部分４２，４２又は開口部分４３，４３に対応している。
回転ドラム４内での専用の触媒を利用した生ごみの化学分解処理手順については、図４乃至図６の実施の形態で説明した通りである。化学分解処理を行っている間は、図７の図（Ａ）に示すように、回転ドラム４のフラット領域３９に設けた排出孔１４を閉塞すべく、開閉蓋４０の盲蓋部分４２，４２を対応配置させている。
次に、生ごみの化学分解処理が進み、得られた５ｍｍ以下の炭化物を、取り出す場合について説明する。この場合は、回転ドラム４の回転を一旦止める。そして、ハンドル４１を操作して開閉蓋４０を９０度回転させ、その開口部分４３，４３を排出孔１４の領域に対応配置する。このような状態で、回転ドラム４の回転をしばらく継続すると、回転ドラム４内で生成された５ｍｍ以下の炭化物は順次排出孔１４から落下し、下方で待機する受皿へ回収される。回転ドラム４内の炭化物を回収した後は、生ごみを再度投入し、その化学分解処理を続行するなどすればよい。
次に、図８の縦断面正面図、図９の横断面平面図、図１０の縦断面側面図を参照して本発明の第三の実施の形態について説明する。この第三の実施の形態では、回転ドラム２７の外側にハウジング４４，４４を設けて閉塞された回転ドラム室４５を形成している。また回転ドラム２７の外周面に形成したフラット領域３９に二つの円盤状の開口４６を設け、その内側に前記円盤状の開口に対応した直径５ｍｍ以下の排出孔１４が多数穿設された開閉蓋４７を設けている。開閉蓋４７の摘み４８をボックスレンチ等の工具を回動させることで、排出穴１４を開閉操作するようにしている。
一方側のハウジング４４の上部隅部に開口を設けて排気ファン４９を介して粉塵回収管５０を接続し、これを排気管３４の途中に連通接続している。そして、排気管３４の下流側に粉塵分離装置５１を配設している。粉塵分離装置５１は、回転ブラシ５２と、これを回転させるモーター５３と、回転ブラシ５２の下方側に連続するタンク部５４とで構成されている。またこの粉塵分離装置５１と筐体３３とを連通接続する排気管３４は、粉塵分離装置５１側から筐体３３側へ向けて下り勾配になされている。これにより、粉塵分離装置５１のタンク部５４からオーバーフローした水が排気管３４を通じて筐体３３側へ流入し、回転ドラム２７内へ流れるようになっている。
なお、オーバーフロー水が粉塵回収管５０側へ流れないように、粉塵回収管５０は排気管３４の連通接続部から上り勾配となって、ハウジング４４の開口部接続されている。
またこの実施の形態では、常時、回転ドラム２７で発生した蒸気が排出されるように筐体３３内にはフラッパー３５（図４及び図６参照）は、設けられていない。そのため、装置本体の上部ケーシングに筐体３３の投入開口を臨ませ、これを開閉蓋５８で任意に開閉操作できるようにしている。更に、この第三の実施の形態では、粉塵分離装置５１の下流側に二段階の脱臭装置５５，５６を配置し、その間に脱臭ファン５７を配設している。
次に、このように構成された第三の実施の形態の生ごみ処理装置の動作態様を説明する。回転ドラム２７を加熱しながら回転させて、回転ドラム２７内で固体酸触媒を生ごみと接触させて化学分解作用により、炭化処理することは前記第一及び第二の実施の形態と同じである。この第三の実施の形態では、回転ドラム２７内で発生する蒸気及び排気の処理や、炭化処理後の炭化物を取り出す時に発生する粉塵の処理に特徴を有している。
生ごみの炭化処理過程において、回転ドラム２７で発生する水蒸気は、脱臭ファン５７の吸引力により、生ごみ投入口２９から筐体２７内へ流入し、排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ流入する。ここにおいて、水蒸気は、モーター５３により回転するブラシ５２と衝突し、水蒸気の一部が液滴化して落下し、タンク部５４へ貯留される。タンク部５４内の貯留水は、その水位が排気管３４の連通接続口に達すると、ここからオーバーフローし、排気管３４を通じて筐体３３内へ流入し、更には回転ドラム２７内へ流入する。つまり、回転ドラム２７内へ還流される。そして、この回転ドラム２７内の１２０度Ｃ前後の熱環境雰囲気の中で気化される。気化したガス（排気）は、筐体３３及び排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ流入する。
粉塵分離装置５１を通過した排気は、図８に示すように、排気ファン５７に吸引されて二段階の脱臭装置５５，５６へ流入し、脱臭処理が行われる。脱臭装置としては、活性炭フィルター又はオゾン発生装置が適用可能である。脱臭処理後の脱臭装置５６から大気へ放出される排気は、水蒸気の一部を含む無臭のものとなる。
ところで、回転ドラム２７内へ投入された生ごみは、水分が蒸発して減容され、固体酸触媒と接触して化学分解作用により炭素Ｃと結合していた窒素Ｎ，水素Ｈ，酸素Ｏの各原子の炭素Ｃとの結合強度が弱まるようになり、それぞれの原子がバラバラになって化学分解される。そして、Ｈ２Ｏ，Ｎの気体となって排気される。回転ドラム２７内には炭素Ｃのみが残るようになる。生ごみ処理の最終工程は、炭化処理工程であり、この工程では回転ドラム２７から炭化物の粉塵が筐体３３、排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ流入するようになる。粉塵分離装置５１では、回転ブラシ５２の回転により、炭化物の粉塵が叩き落されるようになり、下方のタンク５４へ液滴化した水蒸気の水の中へ沈殿して溜まるようになる。沈殿した粉塵は、定期的に取り出して乾燥させ、再生利用するようにすればよい。
回転ドラム２７内の炭化処理が進み、完全に炭化された状態では固体酸触媒が数十度高温になり、これを検知することで回転ドラム２７内の炭化物を取り出せばよい。炭化物の取り出しは、回転ドラム２７の回転を一時的に停止させ、図８に示す摘み４８をレンチで回転させて、同図に示すように、開口４６に多数の排出孔１４を臨ませ、再度、回転ドラム２７を回転させればよい。回転ドラム２７の開口４６が下方の位置へ来たときに、排出孔１４から炭化物が下方の受皿２６へ排出される。
このとき、排出孔１４からは大量の粉塵が舞い上がり、ハウジング４４，４４で区画された回転ドラム室４５内に浮遊する。この第三の実施の形態では、排気ファン４９を駆動させて前記回転ドラム室４５内で浮遊する炭化物の粉塵を吸引し、粉塵回収管５０から排気管３４を通じて粉塵分離装置５１へ送るようにしている。粉塵分離装置５１では、回転ブラシ５２の回転により、炭化物の粉塵が叩き落され、下方のタンク５４へ沈殿して貯留される。沈殿した粉塵は、定期的に取り出して乾燥させ、再生利用するようにすればよい。
図１１は、第四の実施の形態に係るものである。この実施の形態では、粉塵分離装置５１の下流側の管路５９を蛇行させ、その途中に水蒸気を気化させるためのヒーター部６０を設けている。そのため、粉塵分離装置５１の回転ブラシ５２で液滴化されずに排出された水蒸気は、この気化ヒーター部６０での加熱により気化され、水蒸気を含まない排気として脱臭装置５５，５６側へ送り込まれるようになる。そして、脱臭後に大気へ放出される。従って、この第四の実施の形態の脱臭装置５６から排出される排気は、無色透明で無味、無臭の水素Ｈ２、酸素Ｏ２及び窒素Ｎのみが排出されることになる。
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、回転ドラム４の大きさ等は、処理容量によって任意に設計変更すればよい。また生成された直径２ｍｍの炭化物の排出は、取付基板１７を弾性装着している部材の代わりに、電磁弁を配設し、電磁弁へのＯＮ，ＯＦＦ制御を繰り返すことで、ピン１６を排出孔１４へ進退させ、炭化物をドラム４内から掻き出すようにしてもよい。更に、炭化物の排出は、炭化物を粉末状になるまで撹拌したときは、ピン１６の進退動作を介して積極的に掻き出さなくても、排出孔１４から自然に排出するようにすることも可能である。この場合は、ピン１６を省略することが可能である。
更にまた、触媒の温度が１０℃〜１５℃程度高くなったことを温度センサー３８で測定することにより、炭化物の生成工程が最終段階に達したことを検知し、この温度センサー３８からの信号により、自動的に前記電磁弁をＯＮ，ＯＦＦ制御してピン１６を排出孔１４に対して進退させ、炭化物をドラム４内から掻き出すようにしてもよい。この場合、スライド板１５は不要であり、常時はピン１６が排出孔１４を閉塞するように電磁弁を動作させておけばよい。
また温度センサー３８からの信号により、回転ドラム２７を自動的に停止させ、排出孔１４を開口面に位置させ、その後、回転ドラム２７を所定時間回転させて、炭化物を自動的に排出するようにプログラミングすることも可能である。
１…生ゴミ処理装置
２…フレーム
３ａ，３ｂ…中間フレーム
４…回転ドラム
５ａ，５ｂ…回転軸
６…減速機付きモータ
９…ヒータ
１０…投入口
１２…蓋
１２Ａ…開口
１４…排出孔
２１，２２…撹拌羽根
２４…蒸気抜き孔
２７…回転ドラム
２８…回転軸
２９…フランジ
３０ａ，３０ｂ…ドラム枢支用のローラ
３１…流出入口
３３…筐体
３４…排気管
３５…フラップ
４４…ハウジング
４５…回転ドラム室
５０…粉塵回収管
５１…粉塵分離装置
５２…回転ブラシ
５４…タンク部
５５，５６…脱臭装置
６０…気化ヒーター部
前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、円筒状ドラムの外周面に配設したヒータにより加熱することでドラム内の温度を９５℃〜１２０℃に保持すると共に、生ゴミを順次所定時間ごとに所定量ずつ投入し、ドラム内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔から窒素と共に排出し、炭素成分のみを炭化物としてドラム内に残留させ、生ゴミの有機物を炭化処理した炭化物が５ｍｍ以下の大きさになるまでドラムを回転させて処理を連続して行い、炭化物が５ｍｍ以下の大きさになった時点でドラムに設けた多数の排出孔を開放して排出するようにし、触媒は連続して使用するようにした生ごみの処理方法であって、前記触媒は濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものであることを特徴とする生ごみの処理方法である。

Claims (10)

  1. 円筒状ドラムの外周面に配設したヒータにより加熱することでドラム内の温度を９５℃〜１２０℃に保持すると共に、ドラム内に立設した高さの異なる複数の撹拌羽根を用いてドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解し、水素はドラム内の酸素と反応させて水蒸気として蒸気抜き孔から窒素と共に排出し、炭素成分のみを炭化物としてドラム内に残留させ、炭化物が所定の大きさになるまでドラムを回転させて、炭化物だけを処理生成物として取出すようにし、触媒は連続して使用するようにした生ごみの処理方法であって、前記触媒は濃硫酸又は発煙硫酸中に炭化物又は木片を入れて、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理して得られたものであることを特徴とする生ごみの処理方法。
  2. 生ゴミを順次所定時間ごとに所定量ずつ投入し、生ゴミの有機物を炭化処理した生成物が５ｍｍ以下の大きさになるまでドラムを回転させて処理を連続して行い、生成物が５ｍｍ以下の大きさになった時点でドラムに設けた多数の排出孔を開放して排出するようにした請求項１に記載の生ごみの処理方法。
  3. 生ゴミの有機物が完全に炭化される直前に触媒の発熱温度が昇温する性質を利用し、前記昇温したことを温度センサーで検知することにより、生ゴミの処理工程が完了したことを知るようにした前記請求項１又は２に記載の生ごみの処理方法。
  4. 円筒状の回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、前記回転ドラムの外周面に設けた開閉自在な投入口蓋と、投入口蓋に摺動自在に取り付けたスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、該排出用孔を開閉する蓋と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根と、ドラムの側面に設けた蒸気抜き孔とから成り、ドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解するようにしたことを特徴とする生ごみの処理装置。
  5. 円筒状の回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に配設された加熱用のヒータと、前記回転ドラムの外周面に設けた開口と、該開口を開閉するスライド板に設けた直径５ｍｍ以下の炭化物の排出用孔と、ドラム内に設けた高さの異なる複数枚の撹拌羽根とを有し、前記回転ドラムの一端側を軸支し、他端側を二個以上のローラで回転自在に支持し、他端側の中心部に蒸気の排気と生ごみの投入とを兼用する円状の流出入口を設け、該流出入口に筐体を接続し、筐体の上面を開口面とし、筐体の側面に蒸気の排気口を設けて成り、ドラム内に投入した生ごみを触媒と接触させながら撹拌し、触媒の電子吸引作用により生ゴミの有機物の分子間共有結合を切断することで生ゴミの有機物を炭素と窒素と水素とその他の各元素に分解するようにしたことを特徴とする生ごみの処理装置。
  6. 回転ドラムの外側にハウジングを設けて回転ドラム室を設け、該回転ドラム室の空気を前記蒸気の排気口に接続された排気管へ送り込むための粉塵回収管路を設けた請求項５に記載の生ごみ処理装置。
  7. 前記蒸気の排気口に接続された排気管の下流側に縦型の回転ブラシ及びその下方に配置されたタンク部を有する粉塵分離装置を設け、排気管からの蒸気及び排気を回転ブラシに衝突させて撹拌することで、蒸気の一部を液滴化して下方のタンク部へ貯留させ、また回転ブラシにより叩き落された粉塵をタンク部へ貯留させるようにした前記請求項５又は請求項６に記載の生ごみ処理装置。
  8. 前記筐体の排気口と粉塵分離装置とを連通する排気管を、排気口側へ向けて下り勾配とし、粉塵分離装置のタンク部のオーバーフロー水を排気管及び筐体を通じて回転ドラム内へ還流させるようにした請求項７に記載の生ごみ処理装置。
  9. 粉塵分離装置の下流側に蒸気を加熱して気化させる気化ヒーター部を設けた請求項７又は８に記載の生ごみ処理装置。
  10. 気化ヒーター部の下流側に脱臭装置及び排気ファンを設けた請求項９に記載の生ごみ処理装置。
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