JP2017000953A - 有機質廃棄物熱分解炉、同熱分解装置 - Google Patents
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Abstract
Description
より詳しくは、本願発明は、前記各種の有機質廃棄物の熱分解用に耐久性、熱効率性、構造安定性、メンテナンス性に優れた熱分解炉、熱分解装置を提供することに関する。
本願発明は、前記した通りであり、有機質廃棄物の熱分解に使用するのに好適な耐久性、熱効率性、構造安定性、メンテナンス性に優れた構造を持つ熱分解炉及びそれを具備する熱分解装置を提供するものである。
本願発明者は、前記した従前の経験から前記問題点の解決には関心があり、そのために先行技術文献を調査した。その結果下記の通りの先行技術の存在を確認した。
それに対して、本願発明の熱分解炉は非移動式で、前記特許文献1の製造方法とは構造が基本的に異なるものであり、かつ加熱温度も前記特許文献1のように活性炭を製造することを狙いとするものではないから、本願発明における最終加熱温度は、前記特許文献1の900℃程度より遙かに低いものとなっている。
しなしながら、その熱分解により回収する炭化物についてはゴム用配合剤として好適な特性を有することを意図しており、そのため分解温度は、本願発明より高いものとなっている。更に使用する熱分解炉については数種の通常の熱分解炉が例示されているのみで炉構造に関し具体的開示はなく、耐久性、熱効率性、構造安定性、メンテナンス性に優れた熱分解炉に関し開示するところはない。
すなわち、前記特許文献3においては、多数のコンテナを使用して連続的に移動しながら再資源化処理するものであるから、移動する各コンテナ内の処理状況はコンテナごとに異なっていることになる。それに対して、本願発明では、移動することのない、すなわち固定された熱分解炉を用いて有機質廃棄物を熱分解するものであるから、両者の装置構造は基本的に異なっており、両者は全く別異のものである。
また、プラスチックそのものにはアルデヒドは含有されているわけではなく、350〜480℃の温度でアルデヒド系の気体が放出されるかどうか真偽のほどは確かではないが、アルデヒド系気体が放出されるということは廃プラスチックに分解が起こっていることになり、その気体を凝縮して液体にすれば、アルデヒド系の油分ということになる。
そして、その廃プラスチック減量装置においては、前記した通り有機質廃棄物である廃プラスチックを収納したコンテナを加熱室に搬入出する構造となっており、かつ加熱室(容器)は、断熱材を積層した積層体で覆われており、積層体の間には冷却管も存在する構造となっており、これらの点では、本願発明と共通するものである。さらに、加熱室は前記した通り加熱不活性気体の噴出管をも具備しており、この点でも本願発明と共通する構造となっている。
しかしながら、この方法を採用した場合には新たな問題が生ずるが、本願発明は、この問題をも解決するものである。
本願発明は、この問題をも解決した有機質廃棄物熱分解炉及び同熱分解装置を提供するものであり、この点が重要な特徴となっている。
また 有機質廃棄物熱分解装置は前記有機質廃棄物熱分解炉の排気管に凝縮装置を付設することを特徴とするものである。
1)平行する複数の冷却管において隣接する冷却管は、両端において湾曲した管で連続し、つづら折り状であること。
2)ヒータは、前記反射金属板の内側面に水平に複数本配置し、前記不活性気体噴出管は、前記反射金属板の内側面の底部に設置すること。
3)不活性気体噴出管は前記扉の反射金属板の周辺に位置する底壁及び側壁にもU字型になるように配置し、かつその噴出口は加熱不活性気体が前記扉の反射金属板に沿ってエアーカーテンを形成して噴出するように設置すること。
4)排気管は、フードを介して炉内と連通し、前記フードは内側面が反射金属板、外側面が金属外壁からなり、その中間には2層以上の断熱材を密接して積層した断熱積層体を内挿してなること。
5)ボルトは前記外壁内面と間隔保持具とに結合している部分と、前記間隔保持具と反射金属板とに結合している部分とに二分されていること。
6)側壁の外壁内面にルーバーを水平及び/又は垂直に設置すること。
7)底壁も側壁と同様の構造を採用し、冷却管を設置すること。
さらに、断熱積層体の内側面、すなわち炉内側には反射金属板が配置されており、これにより炉内で気化した気体が断熱積層体内に侵入して凝縮することはなく断熱積層体の汚染による劣化を回避できるので耐久性に優れ、かつ反射金属板表面の汚染は簡単に清掃できるのでメンテナンス性にも優れている。
例えば、前記ボルトについて、前記外壁内面と間隔保持具とに結合している部分と、前記間隔保持具と反射金属板とに結合している部分とに二分した態様を採用した場合には、断熱材の挿着、断熱材へのボルトの挿通、ボルトの外壁内面、金属反射板、間隔保持具への結合が簡単になり、その結果熱分解炉の組み立て施工を簡便化できる。また、外壁内面にルーバーを設置した態様を採用した場合には、外壁強度が向上し、外壁中央部の外側への膨らみを抑制でき、熱分解炉の構造安定性を向上させることになる。
また 有機質廃棄物熱分解装置は前記有機質廃棄物熱分解炉の排気管に凝縮装置を付設したことを特徴とするものである。
その熱分解装置1は、前記有機質廃棄物熱分解炉2、凝縮器3、油分回収容器4、及び前記熱分解炉の炉内、冷却管に供給する冷却水温度、水量、不活性気体噴出管に供給する加熱不活性気体の流量、温度等をコントロールする制御装置5を有するものである。
その凝縮器3においては、油分が凝縮して油分回収容器4に回収される。他方未凝縮の気体は凝縮器3から放出され、図示されていない有害ガス除去装置により浄化され、その後大気中に排出されるが、それら凝縮器及び有害ガス除去装置には既知のものが何等限定されることなく使用可能である。
その熱分解炉2は、底壁12、頂壁13で囲まれ、側面は一面を除き側壁11で囲まれており、その一面には開口10があり、そこにはコンテナ6の搬入出用の扉14が具備されている。また前記頂壁13には、フード22を介して凝縮器3に接続される排気管15が具備されている。
そのボルト20を外壁16に結合するには、ボルト20の一端を直接溶接することによってもできるし、予めナット21を溶接し、それに螺入することによってもできるが、後者の方がボルト20を外壁16に直交するように施工するのが簡便であるから好ましい。その後者の取り付け態様については図3(A)(B)に図示されている。
その断熱材については、前記した性質を有するものであれば特に制限されることなく各種セラミックス製の市販品が使用可能であり、それにはアルミナシリカ系の繊維化したファイバーを板状化したものが例示でき、例えばニードルパンチ処理した不織布等がある。
その外壁16内面には、前記した通りリブ23が設置されており、これにより外壁16の膨みを抑制することができ、この構造を採用するのが好ましい。そのリブ23は図2及び3においては水平リブ23aと垂直リブ23bが図示されているが、このリブ23については両リブを設置するのが補強上より好ましいが一方のみでもよい。なお、このリブ23は、外壁16の内面側ではなく外面側に設置してもよい。
前記ボルト20は、一本で外壁16、間隔保持具30及び熱反射板17の間を結合してもよいが、間隔保持具30を中心にして2つに分け、外壁16と間隔保持具30との間をボルト20aで結合し、間隔保持具30と熱反射板との間をボルト20bで結合してもよい。なお、その間隔保持具30の具体的構造及びボルト20との結合構造に関しては後ほど詳述する。
これらのことは、前記特許文献4には開示はなく、かつ前記断熱材メーカーも何等情報提供しておらず、本願発明に特有のものである。
前記熱反射板17については、その存在により炉内で発生した気体が断熱積層体19内に侵入して内部に進行し外壁16側に近づくに従って温度が低下することに伴い生ずる凝縮による汚染を回避できる。
すなわち、前記ボルト20は、前記間隔保持具30を介して冷却管25と熱的に結合しており、それによりボルト20は冷却管25の冷熱を得ることができる。そのためボルト20は冷却管25の冷熱により冷却されて温度が低下し、炉内熱がボルト20を伝達して外壁16から放出することを抑制することができる。
前記した通りであるから、本願発明では、ボルト20を通して外壁16から放出される熱量を抑え、外壁16の温度上昇を抑制することができ、特にボルト20が結合されている外壁16周辺の局部的な温度上昇を抑制することができる。
そのバンド31は、一対の半円状の金属板31aから形成され、両半円で形成される円状空間内部にパイプを取り付けるために使用されるもので市販されている。その一対の金属板の一端には蝶番31bが形成され、他端にはそれぞれ突片31cが存在し、それらの突片31cには両金属板を結合するための開孔31dがある。
まず、2つのバンド31を並行する冷却管25の対向する位置に仮固定する。その仮固定は以下のように行う。前記一対の半円状金属板31aの一端に位置する前記蝶番31bを利用して他端の一対の突片31cを開状態にし、そこから冷却管25をバンド31内に形成される円状空間に挿入する。その挿入後前記一対の突片31cを閉状態にし、前記開孔31dに小ボルト33を挿入し、挿入後小ナット34を螺入して、前記一対の突片の間に中継板32を余裕を以て挿入できるだけの隙間を有する状態で仮止めする。
中継板32に形成する開孔32a、b、cは、いずれも中継板32の長手方向と直交する方向に開放されており、前記中継板32と2つのバント31とを簡便に結合する方法はこの開放形状を利用するものである。
前記で示した間隔保持具はあくまでも一例であり、本願発明で用いる間隔保持具30は決してこれに限定されるものではない。
その図7に図示する間隔保持具30は図6とは別態様のものであり、それには2枚の長方形金属板45の中央部に開孔45b、両端部にはそれぞれ半円状部分45aが存在し、前記両端部の先には更に小ボルト挿通用の開孔45cが存在する構造のものであり、その開孔45cに小ボルト45dを挿通して小ナット45eで締結することによって本願発明に係る間隔保持具30とすることができる。なお、中央部にある前記開孔45bにはボルト20を挿通させる。
その扉14は、側壁11と同様に外壁16、断熱積層体19及び熱反射板17を有する構造となっており、かつ開口10との間の密閉性を向上させるために炉内側に行くに従い尻つぼみで段差をもって小さく形成し、扉14の密閉性を向上させるのがよい。
また、その扉14の側面、すなわち開口10の周囲と対向する面及び、開口10の周りの4面、すなわち扉14の側面と対向する面は、外壁16と同じ金属材料で断熱積層体19で覆うのがよい。
その際に前記接触箇所を外壁と同じ金属材料を用いて前記したように覆うことにより耐久性を向上させることができると同時に密閉性を向上させることができ熱分解炉2内で発生した気体の外部への漏洩を阻止することができる。また断熱積層体19内への侵入も阻止できる。
すなわち、高圧下で酸素等を選択的に吸着して窒素と分別することができる小型の窒素製造装置が普及しており、これを熱分解炉に付設することにより簡便に窒素を製造することが可能であり、本願発明の熱分解炉においてもこれを用いるのが好ましい。
本願発明の熱分解装置1においては、まず冷却管25への冷却水の供給を開始する。次いで熱分解炉2の扉14を開放して有機質廃棄物を収納したコンテナ6を炉内に搬入し、搬入後扉14を閉鎖する。その扉14の閉鎖を確認した後に、不活性気体加熱装置36で70℃前後に加熱された窒素等の不活性ガスを不活性気体噴出管27から炉内に導入して大気を排気管15から放出し炉内を不活性ガス雰囲気に置換する。その炉内から排出された気体は凝縮器3を経由して油分回収容器4内に到達し、その後酸素濃度センサー40を配置した配管を通過して外気に放出されることになる。
この温度で所定時間加熱して水が蒸発し有機質廃棄物が乾燥状態になった段階で、炉内ヒータ26及び不活性気体加熱装置35の使用電力量を調節して炉内温度を350℃前後に上昇させ、前記廃棄物の熱分解工程に入る。
前記熱分解炉においては炉内に温度センサー42を設置して炉内温度を測定し、油分回収容器4内の気体空間には酸素濃度センサー40を設置し、酸素濃度を測定する。
この酸素濃度センサーの測定濃度が5%(容量、重量のいずれか)未満になったことを制御装置5が検知すると、制御装置5はヒータ26の電源を入力する指示を出す。
また、図示していない冷却水タンクとチラー(冷却器)とにより冷却水温度をコントロールする。すなわち、その冷却水タンクとそれに付設されているチラーとを用いて、両者の間を循環する冷却水をチラー出口側の温度を所定温度(約7℃)に維持することにより冷却水温度をコントロールする。
2 熱分解炉
3 凝縮器
4 油回収容器
5 制御装置
6 コンテナ
10 開口
11 側壁
12 底壁
13 頂壁
14 扉
15 排気管
16 金属外壁
17 熱反射金属板
18 断熱材
19 断熱積層体
20 ボルト
21 ナット
22 フード
25 冷却管
26 ヒータ
27 不活性気体噴出管
28 螺入用短板
29 ボルト取付け用ナット
30 間隔保持具
31 バンド
32 中継板
33 小ボルト
34 小ナット
35 不活性気体加熱装置
36 不活性気体冷却装置
37 切り替えバルブ
38 レール
39 架台
40 酸素濃度センサー
41 補強材
42 温度センサー
45 長方形金属板
45a 小ボルト
45b 小ナット
より詳しくは、本願発明は、前記各種の有機質廃棄物の熱分解用に、耐久性、熱効率性、構造安定性、メンテナンス性に優れた熱分解炉、熱分解装置を提供することに関する。
しかしながら、その熱分解により回収する炭化物についてはゴム用配合剤として好適な特性を有することを意図しており、そのため分解温度は、本願発明より高いものとなっている。更に使用する熱分解炉については数種の通常の熱分解炉が例示されているのみで炉構造に関し具体的開示はなく、耐久性、熱効率性、構造安定性、メンテナンス性に優れた熱分解炉に関し開示するところはない。
また、前記有機質廃棄物熱分解装置は前記有機質廃棄物熱分解炉の排気管に凝縮装置を付設することを特徴とするものである。
1)並行する複数の冷却管において隣接する冷却管は、両端において湾曲した管で連続し、つづら折り状であること。
2)ヒータは、前記熱反射金属板の内側面に水平に複数本配置し、前記不活性気体噴出管は、前記熱反射金属板の内側面の底部に設置すること。
3)不活性気体噴出管は、更に前記扉の熱反射金属板の周辺に位置する底壁と側壁との両者にかけてU字型になるように配置し、かつその噴出口は加熱不活性気体が前記扉の熱反射金属板に沿ってエアーカーテンを形成して噴出するように設置されること。
4)排気管は、フードを介して炉内と連通し、前記フードは内側面が熱反射金属板、外側面が金属外壁からなり、その中間には2層以上の断熱材を密接して積層した断熱積層体を内挿してなること。
5)ボルトは前記外壁内面と間隔保持具とに結合している部分と、前記間隔保持具と熱反射金属板とに結合している部分とに二分されていること。
6)側壁の外壁内面に補強用リブを水平及び/又は垂直に設置すること。
7)底壁も側壁と同様の構造を採用し、冷却管を設置すること。
さらに、断熱積層体の内側面、すなわち炉内側には熱反射金属板が配置されており、本願発明は、これにより炉内で気化した気体が断熱積層体内に侵入して凝縮することはなく断熱積層体の汚染による劣化を回避できるので耐久性に優れ、かつ熱反射金属板表面の汚染は簡単に清掃できるのでメンテナンス性にも優れている。
例えば、前記ボルトについて、前記外壁内面と間隔保持具とに結合している部分と、前記間隔保持具と熱反射金属板とに結合している部分とに二分した態様を採用した場合には、断熱材の挿着、断熱材へのボルトの挿通、ボルトの外壁内面、熱反射金属板、間隔保持具への結合が簡単になり、その結果本願発明の熱分解炉の組み立て施工を簡便化できる。また、外壁内面に補強用リブを設置した態様を採用した場合には、外壁強度が向上し、外壁中央部の外側への膨らみを抑制でき、前記熱分解炉の構造安定性を向上させることになる。
また、前記有機質廃棄物熱分解装置は前記有機質廃棄物熱分解炉の排気管に凝縮装置を付設することを特徴とするものである。
その熱分解装置1は、前記有機質廃棄物熱分解炉2、凝縮装置3、油分回収容器4、及び前記熱分解炉の炉内、冷却管に供給する冷却水温度、水量、不活性気体噴出管に供給する加熱不活性気体の流量、温度等をコントロールする制御装置5を有するものである。
その凝縮装置3においては、油分が凝縮して油分回収容器4に回収される。他方未凝縮の気体は凝縮装置3から放出され、図示されていない有害ガス除去装置により浄化され、その後大気中に排出されるが、それら凝縮装置及び有害ガス除去装置には既知のものが何等限定されることなく使用可能である。
前記熱分解炉2は、底壁12、頂壁13で囲まれ、側面は一面を除き側壁11で囲まれており、その一面には開口10があり、そこにはコンテナ6の搬入出用の扉14が具備されている。また前記頂壁13には、フード22を介して凝縮装置3に接続される排気管15が具備されている。
そのボルト20を外壁16に結合するには、ボルト20の一端を直接溶接することによってもできるし、予めナット21を溶接し、それに螺入することによってもできるが、後者の方がボルト20を外壁16に直交するように施工するのが簡便であるから好ましい。その後者の取り付け態様については図3(A)(B)に図示されている。
その断熱材については、前記した性質を有するものであれば特に制限されることなく各種セラミックス製の市販品が使用可能であり、それにはアルミナシリカ系の繊維化したファイバーを板状化したものが例示でき、例えばニードルパンチ処理した不織布等がある。
その外壁16内面には、前記した通りリブ23が設置されており、これにより外壁16の膨らみを抑制することができ、この構造を採用するのが好ましい。そのリブ23は図2及び3においては水平リブ23aと垂直リブ23bが図示されているが、前記リブ23についてはリブ23aと23bの両リブを設置するのが補強上より好ましいが一方のみでもよい。なお、このリブ23は、外壁16の内面側ではなく外面側に設置してもよい。
まず、2つのバンド31を並行(並設)する冷却管25の対向する位置に仮固定する。その仮固定は以下のように行う。前記一対の半円状金属板31aの一端に位置する前記蝶番31bを利用して他端の一対の突片31cを開状態にし、そこから冷却管25をバンド31内に形成される円状空間に挿入する。その挿入後前記一対の突片31cを閉状態にし、前記開孔31dに小ボルト33を挿入し、挿入後小ナット34を螺入して、前記一対の突片の間に中継板32を余裕を以て挿入できるだけの隙間を有する状態で仮止めする。
前記扉14は、側壁11と同様に外壁16、断熱積層体19及び熱反射板17を有する構造となっており、かつ開口10との間の密閉性を向上させるために炉内側に行くに従い尻つぼみで段差をもって小さく形成し、扉14の密閉性を向上させるのがよい。
また、その扉14の側面、すなわち開口10の周囲と対向する面及び、開口10の周りの4面、すなわち扉14の側面と対向する面は、外壁16と同じ金属材料で断熱積層体19を覆うのがよい。
その際に前記接触箇所を外壁と同じ金属材料を用いて前記したように覆うことにより耐久性を向上させることができると同時に密閉性を向上させることができ有機質廃棄物熱分解炉2内で発生した気体の外部への漏洩を阻止することができる。また断熱積層体19内への侵入も阻止できる。
すなわち、高圧下で酸素等を選択的に吸着して窒素と分別することができる小型の窒素製造装置が普及しており、これを前記熱分解炉に付設することにより簡便に窒素を製造することが可能であり、本願発明の熱分解炉においてもこれを用いるのが好ましい。
前記熱分解炉においては炉内に温度センサー42を設置して炉内温度を測定し、油分回収容器4内の気体空間には酸素濃度センサー40を設置し、酸素濃度を測定する。
この酸素濃度センサーの測定濃度が5%未満になったことを制御装置5が検知すると、制御装置5はヒータ26の電源を入力する指示を出す。
2 有機質廃棄物熱分解炉
3 凝縮装置
4 油分回収容器
5 制御装置
6 コンテナ
10 開口
11 側壁
12 底壁
13 頂壁
14 扉
15 排気管
16 金属外壁
17 熱反射金属板
18 断熱材
19 断熱積層体
20 ボルト
21 ナット
22 フード
23 補強用リブ
25 冷却管
26 ヒータ
27 不活性気体噴出管
28 螺入用短板
29 ボルト取付け用ナット
30 間隔保持具
31 バンド
32 中継板
33 小ボルト
34 小ナット
35 不活性気体加熱装置
36 不活性気体冷却装置
37 切り替えバルブ
38 レール
39 架台
40 酸素濃度センサー
42 温度センサー
45 長方形金属板
45a 半円状部分
45b 開孔
45c 開孔
45d 小ボルト
45e 小ナット
Claims (8)
- 底壁、頂壁で囲み、側面は一面を除き側壁で囲み、前記一面はコンテナ搬入出用の扉を具備する開口であり、かつ前記頂壁には排気管を具備し、前記した底壁、頂壁、側壁、扉は、いずれも内側面は熱反射金属板、外側面は金属外壁からなり、その中間には2層以上の断熱材を密着して積層した断熱積層体を内挿し、前記断熱積層体は、それを挿通し一端が前記外壁内面に結合し、他端が前記熱反射金属板に結合しているボルトにより固定し、さらに前記側壁の断熱積層体の断熱材界面には、相互に平行する複数の冷却管を配置し、かつ隣接する冷却管を間隔保持具により結合し、前記間隔保持具は、中央部にある開孔に前記ボルトを挿通して結合し、それにより前記断熱積層体及び冷却管を固定し、前記開口と対向しない側壁の熱反射金属板の内側面にはヒータ及び不活性気体噴出管を配置したことを特徴とする有機質廃棄物熱分解炉。
- 平行する複数の冷却管において隣接する冷却管は、両端において湾曲した管で連続し、つづら折り状であることを特徴とする請求項1記載の有機質廃棄物熱分解炉。
- ヒータは、前記反射金属板の内側面に水平に複数本配置し、前記不活性気体噴出管は、前記反射金属板の内側面の底部に配置し、その噴出口が上に向いていることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機質廃棄物熱分解炉。
- 不活性気体噴出管は前記扉の反射金属板の周辺に位置する底壁及び側壁にもU字型になるように配置し、かつその噴出口は加熱不活性気体が前記扉の反射金属板に沿ってエアーカーテンを形成するように噴出するように配置することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1に記載の有機質廃棄物熱分解炉。
- ボルトは前記外壁内面と間隔保持具とに結合している部分と、前記間隔保持具と反射金属板とに結合している部分とに二分されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1に記載の有機質廃棄物熱分解炉。
- 排気管は、フードを介して炉内と連通し、前記フードは内側面が反射金属板、外側面が金属外壁からなり、その中間には2層以上の断熱材を密接して積層した断熱積層体を内挿してなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1に記載の有機質廃棄物熱分解炉。
- 前記外壁内面にルーバーを水平及び/又は垂直に結合した請求項1ないし6のいずれか1に記載の有機質廃棄物熱分解炉。
- 請求項1ないし7のいずれか1に記載の有機質廃棄物熱分解炉の排気管に凝縮装置を付設したことを特徴とする有機質廃棄物熱分解装置。
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