JP2022034997A - 熱分解処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】有害物質及び温室効果ガスの発生を防止することができるバイオマスエンジンを提供する。【解決手段】バイオマスエンジン１は、処理本体１０と、電気ヒータ１１と、環流部１２と、を備える。処理本体１０は、外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、磁化空気を処理物に暴露して処理物を熱分解する。電気ヒータ１１は、処理本体１０での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を熱分解する。環流部１２は、処理本体１０での処理物の熱分解により発生するガスを処理本体１０と電気ヒータ１１との間で環流させつつ、残留物が熱分解されたガスを排出する。【選択図】図１
Description
本発明は、バイオマスエンジンに関する。
一般廃棄物又は産業廃棄物を焼却処理して熱利用する装置の開発が進んでいる。一方で、日本は２０３０年向け２０１３年対比で２６％のＣＯ２削減を約束している。化石燃料に依存したエネルギ消費社会からの脱却は不可欠である。
バイオマスエンジンにおいてバイオマス燃料の燃焼により発生するガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）のような有害物質が含まれているため、これらの物質が外部にもれないようにする必要がある。このため、これらの物質を、さらに高温で燃焼させる燃焼器が使用されることが多い。しかしながら、これまで燃焼器は、灯油などの化石燃料を原料とするものが多いため、二酸化炭素のような温室効果ガスの発生が懸念されている。
本発明は、上記実情の下になされたものであり、有害物質及び温室効果ガスの発生を防止することができるバイオマスエンジンを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るバイオマスエンジンは、
外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、前記磁化空気を処理物に暴露して前記処理物を熱分解する処理本体と、
前記処理本体での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を熱分解する電気ヒータと、
前記処理本体での前記処理物の熱分解により発生するガスを前記処理本体と前記電気ヒータとの間で環流させつつ、前記残留物が熱分解されたガスを排出する環流部と、
を備える。
外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、前記磁化空気を処理物に暴露して前記処理物を熱分解する処理本体と、
前記処理本体での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を熱分解する電気ヒータと、
前記処理本体での前記処理物の熱分解により発生するガスを前記処理本体と前記電気ヒータとの間で環流させつつ、前記残留物が熱分解されたガスを排出する環流部と、
を備える。
この場合、前記処理本体は、
前記処理物が投入される投入部と、
前記投入部の下部に配置され、前記投入部から落下した前記処理物を熱分解する熱分解部と、
前記熱分解部で前記処理物が熱分解することにより発生するガスを前記環流部に排出する排出部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記処理物が投入される投入部と、
前記投入部の下部に配置され、前記投入部から落下した前記処理物を熱分解する熱分解部と、
前記熱分解部で前記処理物が熱分解することにより発生するガスを前記環流部に排出する排出部と、
を備える、
こととしてもよい。
また、前記投入部は、
外部から投入された前記処理物を保持するパケットと、
前記パケットによって保持される前記処理物の重量が閾値以上になると前記パケットを回転軸周りに回動して、前記処理物を前記熱分解部に落下させるウエイト部と、
を備える、
こととしてもよい。
外部から投入された前記処理物を保持するパケットと、
前記パケットによって保持される前記処理物の重量が閾値以上になると前記パケットを回転軸周りに回動して、前記処理物を前記熱分解部に落下させるウエイト部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記熱分解部は、
直方体状の内部空間が形成された分解室と、
板状部材が中央で山折りに折り曲げられて山形に形成される一対の側壁を有し、前記一対の側壁各々が前記分解室の内壁と対向して前記分解室を２つの小部屋に仕切るように前記分解室内に配置された仕切部と、
前記磁化空気を前記小部屋に供給する磁化空気供給部と、
を備える、
こととしてもよい。
直方体状の内部空間が形成された分解室と、
板状部材が中央で山折りに折り曲げられて山形に形成される一対の側壁を有し、前記一対の側壁各々が前記分解室の内壁と対向して前記分解室を２つの小部屋に仕切るように前記分解室内に配置された仕切部と、
前記磁化空気を前記小部屋に供給する磁化空気供給部と、
を備える、
こととしてもよい。
前記磁化空気供給部は、
前記磁化空気を前記小部屋に吐出する吐出口が前記一対の側壁各々に２次元配列されている複数の第１の供給管と、
前記磁化空気を前記小部屋に吐出する吐出口が前記一対の側壁各々に対向する前記仕切部の斜面に２次元配列されている複数の第２の供給管と、
前記第１の供給管及び前記第２の供給管に外気を取り込んで供給するブロワと、
を備える、
こととしてもよい。
前記磁化空気を前記小部屋に吐出する吐出口が前記一対の側壁各々に２次元配列されている複数の第１の供給管と、
前記磁化空気を前記小部屋に吐出する吐出口が前記一対の側壁各々に対向する前記仕切部の斜面に２次元配列されている複数の第２の供給管と、
前記第１の供給管及び前記第２の供給管に外気を取り込んで供給するブロワと、
を備える、
こととしてもよい。
前記第１の供給管は、前記一対の側壁を介して外気を導入し、
前記第２の供給管は、前記分解室の底面を介して外気を導入する、
こととしてもよい。
前記第２の供給管は、前記分解室の底面を介して外気を導入する、
こととしてもよい。
前記環流部は、
前記処理本体から出力されたガスを前記電気ヒータに送る往路管と、
前記電気ヒータから排出されたガスを前記処理本体に戻す復路管と、
を備え、
前記復路管は、
前記電気ヒータから出力されたガスを、前記処理本体に戻す第１の分岐管と、
前記電気ヒータから出力されたガスを、前記電気ヒータに戻す第２の分岐管と、に分岐する、
こととしてもよい。
前記処理本体から出力されたガスを前記電気ヒータに送る往路管と、
前記電気ヒータから排出されたガスを前記処理本体に戻す復路管と、
を備え、
前記復路管は、
前記電気ヒータから出力されたガスを、前記処理本体に戻す第１の分岐管と、
前記電気ヒータから出力されたガスを、前記電気ヒータに戻す第２の分岐管と、に分岐する、
こととしてもよい。
前記処理本体は、上下に分割可能に構成されている、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記処理本体は、複数の金属板で構成され、
前記金属板同士が、その縁部において角パイプで接合されることにより形成されている、
こととしてもよい。
前記金属板同士が、その縁部において角パイプで接合されることにより形成されている、
こととしてもよい。
前記処理本体の外周が、断熱材で覆われている、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
本発明によれば、処理本体で、磁化空気を暴露して処理物の熱分解を促進させるとともに、電気ヒータで、処理物での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を分解する。ガスは、処理本体及び電気ヒータとの間を還流し、その間に残留物の分解が繰り返される。これにより、ガスに含まれる残留物を極力少なくして、有害物質が外部に排出させるのを防止することができる。この結果、有害物質及び温室効果ガスの発生を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。
［全体構成］
本実施形態にかかるバイオマスエンジン１は、バイオマス燃料を熱分解して、熱源または発電装置として用いられる。図１及び図２に示すように、バイオマスエンジン１は、処理本体１０と、電気ヒータ１１と、環流部１２と、を備える。
本実施形態にかかるバイオマスエンジン１は、バイオマス燃料を熱分解して、熱源または発電装置として用いられる。図１及び図２に示すように、バイオマスエンジン１は、処理本体１０と、電気ヒータ１１と、環流部１２と、を備える。
処理本体１０は、例えば地面に置かれたプレート３上に設置される。処理本体１０は、処理物を熱分解する熱分解炉である。ここで、熱分解とは、処理物が炎を上げて燃焼する状態とは異なり、少量の空気（磁化空気）を供給しながら処理物を燻す、又は蒸し焼き状態として処理物が本来持っている熱量を利用しつつ、処理物を熱により分解するものである。また、磁化空気は、磁界が発生した領域を通過することで磁化された空気である。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性質を有する気体であり、有機物の炭素分子に作用して、有機物と熱分解反応を起こす特性を有していることが知られている。
本実施の形態では、処理物は、可燃性のものであり、紙ゴミ、生ゴミ、畜産の廃棄物、医療の廃棄物、一般廃棄物又は産業廃棄物であり、有機物を含んでいる。すなわち、この処理物は、バイオマス燃料である。
より具体的には、処理本体１０は、外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、磁化空気を処理物に暴露して処理物を熱分解する。処理本体１０は、例えば全高が２５５ｃｍ程度であり、作業者が処理物の投入又はメンテナンスの作業を行うために周囲にデッキと階段とが設けられている。また、処理本体１０は、底面のサイズが３０４ｃｍ×２８０ｃｍ程度である。しかしながら、処理本体１０のサイズは限定されない。例えば、処理本体１０をより大きく設計するようにしてもよい。
電気ヒータ１１は、高温を発生させるセラミックヒータである。電気ヒータ１１は、処理本体１０での熱分解により発生したガスに含まれる残留物をさらに熱分解する。電気ヒータ１１は、設置台１１ａ上に設置されている。
環流部１２は、処理本体１０と電気ヒータ１１とを接続する配管で構成されている。環流部１２は、処理本体１０での処理物での熱分解により発生するガスを処理本体１０と電気ヒータ１１との間で環流させつつ、残留物が熱分解されたガスを排出する。
［処理本体］
処理本体１０の詳細な構成について説明する。図３、図４及び図５に示すように、処理本体１０は、投入部２０と、熱分解部２１と、排出部２２と、を備える。処理本体１０の材質は、例えばステンレス、鉄、蹉跌を混合した材料、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ジェラルミンなどの熱に強い金属であるのが望ましい。処理本体１０の外周は、断熱材２で覆われている。
処理本体１０の詳細な構成について説明する。図３、図４及び図５に示すように、処理本体１０は、投入部２０と、熱分解部２１と、排出部２２と、を備える。処理本体１０の材質は、例えばステンレス、鉄、蹉跌を混合した材料、アルミニウム合金、マグネシウム合金、ジェラルミンなどの熱に強い金属であるのが望ましい。処理本体１０の外周は、断熱材２で覆われている。
投入部２０は、処理本体１０の上部に配置されている。投入部２０には、処理物が投入される。
熱分解部２１は、処理本体１０の下部に配置されている。熱分解部２１には、投入部２０に投入された処理物が落下する。熱分解部２１は、投入部２０から落下した処理物を熱分解する。
排出部２２は、処理本体１０の上部に配置されている。排出部２２は、環流部１２に接続される。排出部２２は、熱分解部２１で処理物が熱分解することにより発生するガスを環流部１２に排出する。
投入部２０と排出部２２との間は、壁２４で仕切られている。また、投入部２０と、熱分解部２１との間は、後述のパケット３０により遮蔽されている。したがって、熱分解部２１での処理物の熱分解により発生したガスは、排出部２２から環流部１２に排出される。
［投入部］
投入部２０の詳細な構成について説明する。図３に示すように、投入部２０は、内部空間２０ａを形成する。投入部２０には、扉２３が設けられている。扉２３は、内部空間２０ａに連通しており、扉２３を介して、処理物が外部から内部空間２０ａに投入される。
投入部２０の詳細な構成について説明する。図３に示すように、投入部２０は、内部空間２０ａを形成する。投入部２０には、扉２３が設けられている。扉２３は、内部空間２０ａに連通しており、扉２３を介して、処理物が外部から内部空間２０ａに投入される。
投入部２０の内部空間２０ａには、パケット３０と、ウエイト部３１と、が設けられている。パケット３０は、扉２３を介して外部から投入された処理物を保持する。ウエイト部３１は、パケット３０によって保持される処理物の重量が閾値以上になるとパケット３０を回転軸３２周りに回動して、処理物を熱分解部２１に落下させる。
［熱分解部］
次に、熱分解部２１の構成について説明する。熱分解部２１は、分解室４０と、仕切部４１と、磁化空気供給部４２と、を備えている。
次に、熱分解部２１の構成について説明する。熱分解部２１は、分解室４０と、仕切部４１と、磁化空気供給部４２と、を備えている。
分解室４０は、側壁５０を有している。この側壁５０により、分解室４０は、直方体状の内部空間２１ａを形成している。この内部空間２１ａは、投入部２０の内部空間２０ａに連通している。
仕切部４１は、分解室４０内に配置されている。仕切部４１は、板状部材が山折りされた山形（逆Ｖ字形）の形状をした一対の側壁５０を有している。仕切部４１では、一対の側壁５０各々が分解室４０の内壁と対向するように分解室４０を２つの小部屋４０ａ，４０ｂに仕切っている。仕切部４１は、Ｘ軸方向に沿って山形となるように配置されており、板状部材によって形成される斜面が、分解室４０のＸ軸方向の側壁５０と対向している。
仕切部４１には、さらに、水平板４１ｂを備える。水平板４１ｂは、仕切部４１の山形に折り曲げられた板状部材で囲まれた空間を上の空間と下の空間とに遮蔽している。上の空間は、分解室４０の一部を構成し、この下の空間は外部と連通している。なお、この下の空間には外気を取り込む不図示のブロワが設けられている。
図４に示すように、２つの小部屋４０ａ，４０ｂには、それぞれ火格子（エキスパンドメタル）５１が置かれている。火格子５１により、小部屋４０ａ，４０ｂはさらに上下に仕切られている。投入部２０から落下した処理物は、火格子５１上に保持される。火格子５１には、不図示の電気ヒータが設置されている。この電気ヒータが処理物の熱分解の火種となる。熱分解により灰化した処理物は、火格子５１の下に落ちる。火格子５１の下の部屋には、灰の取り出し口４０ｃが設けられている。さらに、小部屋４０ａ，４０ｂの上の部屋には、外部から処理物の状態を確認するための確認扉４０ｄが設けられている。
磁化空気供給部４２は、分解室４０のＸ軸方向両端にそれぞれ配置されている。磁化空気供給部４２は、磁化空気を、分解室４０の小部屋４０ａ，４０ｂに供給する。磁化空気供給部４２は、外気から仕切られた内部空間４２ａを形成する。内部空間４２ａは、分解室４０の側壁５０に接している。磁化空気供給部４２は、内部空間４２ａに当接する側壁５０を貫通する複数の第１の供給管４３を有する。
図３、図４及び図５に示すように、第１の供給管４３の小部屋４０ａ，４０ｂへの吐出口は、Ｘ軸方向に並ぶ一対の側壁５０各々に２次元配列されている。
第１の供給管４３は、磁化空気を分解室４０に供給する。具体的には、第１の供給管４３は、空気が通過する管部４３ａと、磁界発生器４３ｂとを、備えている。管部４３ａは、内部空間４２ａと分解室４０とを連通する。磁界発生器４３ｂは、内部空間４２ａ側に配設されている。磁界発生器４３ｂでは、管部４３ａに取り付けられる環状の磁石収納用ハウジングに永久磁石が収納されている。永久磁石は、異なる極同士（Ｎ極とＳ極）または同じ極同士（Ｓ極とＳ極、Ｎ極とＮ極）が対向する位置に配置されており、空気の流れに対して直角に磁界を発生させる。これにより、第１の供給管４３の管部４３ａを通る空気は、磁界発生器４３ｂ分子がマイナスイオン化されることにより活性磁化され、磁化空気となる。
磁化空気供給部４２には、ブロワ６０が設けられている。ブロワ６０は、インバータ回路によって駆動されて、内部空間４２ａに外気を取り込んでいる。ブロワ６０の駆動により、内部空間４２ａに送り込まれた空気は、さらに第１の供給管４３に送りこまれる。
磁化空気供給部４２は、複数の第２の供給管４４を備えている。第２の供給管４４は、仕切部４１に設置されている。第２の供給管４４は、第１の供給管４３と同様に、管部４４ａと、磁界発生器４４ｂと、を備える。図３、図４及び図５に示すように、第２の供給管４４は、磁化空気を小部屋４０ａ，４０ｂに吐出する吐出口であり、一対の側壁５０各々に対向する仕切部４１の斜面に２次元配列されている。
このように、第１の供給管４３は、分解室４０の一対の側壁５０を介して磁化外気を導入する。また、第２の供給管４４は、分解室４０の底面を介して磁化外気を導入する。
また、第１の供給管４３は、内部空間４２ａから、分解室４０の側壁５０まで延びており、その吐出口は、下方に向かって磁化空気を排出できるように斜めにカットされている。第２の供給管４４も同様である。
なお、分解室４０内部には、温水管５５が設置されている。温水管５５は、第２の供給管４４の吐出口付近を通るように設計されている。温水管５５には、水道水等が通っている。温水管５５は、外部との熱交換が可能となっているため、水道水は、分解室４０での処理物の熱分解により発生した熱により、温水となって、分解室４０から出力される。
［排出部］
パケット３０が処理物を保持していない場合、投入部２０と熱分解部２１との間はパケット３０により遮蔽されている。したがって、熱分解部２１での処理物の熱分解により生じたガスは、排出部２２の方に流れて、環流部１２に排出される。
パケット３０が処理物を保持していない場合、投入部２０と熱分解部２１との間はパケット３０により遮蔽されている。したがって、熱分解部２１での処理物の熱分解により生じたガスは、排出部２２の方に流れて、環流部１２に排出される。
［電気ヒータ］
図１に示すように、電気ヒータ１１は、環流部１２を介して送られたガスを７００度以上の高温にさらす。これにより、ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、硫黄酸化物ＳＯｘ、ダイオキシン類等のガスに含まれる残留物及び臭気成分が、分解される。なお、電気ヒータ１１も断熱材２で覆われるようにしてもよい。
図１に示すように、電気ヒータ１１は、環流部１２を介して送られたガスを７００度以上の高温にさらす。これにより、ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、硫黄酸化物ＳＯｘ、ダイオキシン類等のガスに含まれる残留物及び臭気成分が、分解される。なお、電気ヒータ１１も断熱材２で覆われるようにしてもよい。
［環流部］
図１に示すように、環流部１２は、往路管１２ａと、復路管１２ｂと、を備えている。
往路管１２ａは、処理本体１０から出力されたガスを電気ヒータ１１に送る。復路管１２ｂは、電気ヒータ１１から排出されたガスを処理本体１０に戻している。
図１に示すように、環流部１２は、往路管１２ａと、復路管１２ｂと、を備えている。
往路管１２ａは、処理本体１０から出力されたガスを電気ヒータ１１に送る。復路管１２ｂは、電気ヒータ１１から排出されたガスを処理本体１０に戻している。
復路管１２ｂは、さらに第１の分岐管１２ｂ１と、第２の分岐管１２ｂ２とに分岐している。第１の分岐管１２ｂ１は、電気ヒータ１１から出力されたガスを、処理本体１０の分解室４０に戻している。第２の分岐管１２ｂ２は、電気ヒータ１１から出力されたガスを、電気ヒータ１１に戻している。なお、環流部１２の各配管も断熱材で覆われるようにしてもよい。
次に、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１を動作させる処理手順について説明する。
図６に示すように、まず、準備処理を行う（ステップＳ１）。電気ヒータ１１の電源を入れるとともに、処理本体１０の熱分解部２１における電気ヒータ１１の電源を入れる。さらに、ブロワ６０の駆動を開始し、外気を取り込んで、分解室４０に磁化空気を供給した状態とする。電気ヒータ１１等の加熱を行う前に処理本体１０で先に処理物を熱分解して、残留物が分解されないままガスが外にもれるのを防ぐためである。
図６に戻り、電気ヒータ１１等の加熱により処理物の処理が可能な状態になると、図７（Ａ）に示すように、投入部２０に処理物Ｃを投入する（ステップＳ２）。図７（Ｂ）に示すように、パケット３０により保持される処理物Ｃの重量が閾値を超えると、回転軸３２が回転して、パケット３０の処理物Ｃが、分解室４０に落下する。このとき、処理物Ｃは、図８に示すように、仕切部４１の山形の頂部により小部屋４０ａ，４０ｂに振り分けられる。
処理物Ｃの落下が終わると、回転軸３２の回転方向が代わり、図７（Ｃ）に示すように、パケット３０は元の位置に戻る。これにより、投入部２０と、熱分解部２１とは、互いに遮蔽された状態となる。
図６に戻り、小部屋４０ａ，４０ｂの火格子５１上に処理物Ｃが落下すると、電気ヒータ１１により処理物Ｃが熱せられ、熱分解が開始される（ステップＳ３）。図８に示すように、この磁化空気供給部４２から、分解室４０に供給される磁化空気により、処理物Ｃの熱分解が促進される。
処理物Ｃの熱分解が進むと、図９に示すように、処理物ＣからガスＧが発生する。このガスＧは、排出部２２（図３参照）から環流部１２に排出される。環流部１２は、図９に示すように、排出部２２から排出されたガスＧを電気ヒータ１１に送る。
電気ヒータ１１は、ガスＧを７００度程度に熱して、ガスＧに含まれる残留物を分解する。図９に示すように、電気ヒータ１１で残留物が分解されたガスＧは、環流部１２に復路管１２ｂに再度排出される。環流部１２に排出されたガスＧは、復路管１２ｂで第１の分岐管１２ｂ１と第２の分岐管１２ｂ２の２つに分岐する。第１の分岐管１２ｂ１に分岐した一方のガスＧは、処理本体１０に戻され、その熱が処理本体１０の熱源として利用される。第１の分岐管１２ｂ１では、ガスＧの一部は、例えば、消臭消炎フィルタを経て外部に放出される。このガスＧの成分は、ＣＯ２及び水蒸気（Ｈ２Ｏ）となる。
また、第２の分岐管１２ｂ２に分岐した他方のガスＧは、電気ヒータ１１に送られる往路管１２ａの途中に戻され、電気ヒータ１１に戻る。その熱は、電気ヒータ１１の熱源として利用されるとともに、ガスに含まれる残留物は、電気ヒータ１１により再び分解される。
次に、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１における処理本体１０の補強構造について説明する。
図１０に示すように、処理本体１０は、基本的に金属板で構成されているが、金属板である側壁５０をつなぐ縁部は、鉛直方向に延びる角パイプ７０と水平方向に延びる角パイプ７１で補強されている。これにより、構造的な強度を向上することが可能となる。
また、処理本体１０は、上部と下部とが、アングル部材同士をネジ止めすることにより接合されている。このため、上部と下部とを分離可能となっている。これにより、処理本体１０は、構成要素を分解して、持ち運び易くなっている。このため、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１は、トラックで運んで任意の場所に容易に設置することも可能となる。なお、アングル部材間には、不図示のシーツ部材が挿入され、内部から外部への気体の漏れが防止されている。なお、環流部１２についても、必要に応じて分解可能となっている。
本実施の形態に係るバイオマスエンジン１から排出される排ガスに含まれるダイオキシン類の濃度測定を行った。処理物は、採卵用のニワトリの鶏糞であった。まず、ダイオキシン類対策特別措置法施行規則第２条第１項第４号の規定に基づき環境大臣が定める方法で、排出されるダイオキシン類の濃度の測定を行った結果、濃度は、０．００２６ｎｇ－ＴＥＱ／ｍ３であった。ここで、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾ－ｐ－ジオキサン（ＰＣＤＤｓ）と、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦｓ）である。
さらに、ＤＬ－ＰＣＢｓの濃度を測定したところ、０．００２１ｎｇ－ＴＥＱ／ｍ３であった。ＤＬ－ＰＣＢｓは、ＰＣＢｓ（ポリ塩化ビフェニル）の中でＰＣＤＤｓ、ＰＣＤＦｓと同様の毒性を有する異性体を指す。ダイオキシン類とＤＬ－ＰＣＢｓとの和の総ダイオキシン類の濃度は、０．００２６ｎｇ－ＴＥＱ／ｍ３であった。廃棄物焼却炉のダイオキシン類の排出基準は、参考値としては、５ｎｇ－ＴＥＱ／ｍ３があり、測定結果は、そのような排出基準を大きく下回っていることが明らかとなった。
さらに、バイオマスエンジン１から排出されるダスト、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）の濃度測定を行った。まず、ＪＩＳ－Ｚ－８８０８に定める測定方法で、ダストの濃度を測定したところ、その濃度の平均は、０．０２３ｇ／ｍ３Ｎであった。また、ＪＩＳ－Ｋ－０１０４に定める測定方法で、窒素酸化物の濃度を測定したところ、その濃度の平均は、１７０ｐｐｍであった。また、ＪＩＳ－Ｋ－０１０３に定める測定方法で、硫黄酸化物の濃度を測定したところ、その濃度の平均は、４４ｐｐｍであった。また、ＪＩＳ－Ｋ－０１０７に定める測定方法で、塩化水素の濃度を測定したところ、その濃度の平均は、３．６ｍｇ／ｍ３Ｎであった。これらの数値は、いずれも排出基準を大きく下回った。
図１１～図１３に、バイオマスエンジン１のダイオキシン類濃度測定の測定結果報告書を示す。図１４～図１７に、バイオマスエンジン１の排ガス測定の測定結果報告書を示す。図１８～図２０に、バイオマスエンジン１のダイオキシン類測定分析業務低温熱分解炉排ガス報告書を示す。
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１によれば、処理本体１０で、磁化空気を暴露して処理物Ｃの熱分解を促進させるとともに、電気ヒータ１１で、処理物Ｃの熱分解により生じたガスＧに含まれる残留物を分解する。ガスＧは、処理本体１０及び電気ヒータ１１との間を環流し、その間に残留物の分解が繰り返される。これにより、ガスに含まれる残留物を極力少なくして、有害物質が外部に排出させるのを防止することができる。この結果、有害物質及び温室効果ガスの発生を防止することができる。
本実施の形態では、灯油を原料とするヒータではなく、電気ヒータ１１を用いてガスに含まれる残留物を分解している。このようにすれば、例えば灯油ヒータでは、１ヶ月毎に４３２０リットルを消費するとすれば、ＣＯ２換算で１リットル＝２．５１ｋｇであるから、ＣＯ２の排出量を年間１３０トン削減し、灯油の使用量を４３２０リットル削減することができるため、その分だけ温室効果ガスの発生を低減することができる。
本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、処理物Ｃの熱分解中は、処理物Ｃが投入される投入部２０と熱分解部２１とが遮蔽される構造とした。これにより、熱分解により発生するガスが、投入部２０から漏れるのを防ぐことが可能となる。
また、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、投入部２０から落下した処理物Ｃを２つの小部屋４０ａ，４０ｂに振り分け、小部屋４０ａ，４０ｂに対して側壁５０と、側壁５０に対向する仕切部４１の斜面に２次元配列された吐出口から磁化空気を処理物Ｃに吐出する。これにより、磁化空気を、処理物Ｃにまんべんなくさらすことができるため、処理物Ｃの熱分解をより促進することが可能となる。磁化空気の元となる外気は、処理本体１０の側面と底面から広く取り込むことができる。
また、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、電気ヒータ１１で残留物が分解されたガスＧを、処理本体１０と、電気ヒータ１１に環流させる。このようにすれば、電気ヒータ１１で生じた熱を、処理本体１０と電気ヒータ１１とで再利用することができるので、熱効率を向上させることができる。
また、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、処理本体１０を上下に分割することができる。これにより、装置全体の搬送を容易にし、設置場所の自由度を向上することができる。
また、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、骨組みが、角パイプ７０，７１で補強されている。これにより、装置の機械強度を向上することができる。
また、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、処理本体１０の外周が断熱材２で覆われている。これにより、処理本体１０の熱損失を低減することができる。
また、本実施の形態に係るバイオマスエンジン１では、分解室４０内に、温水管５５が配管されている。これにより、分解室４０における処理物Ｃの熱分解による熱が、温水管５５を流れる水を温水に変換する。温水は、様々な用途に用いられる。
なお、火格子５１の総面積が２平米以下であれば、環境省の基準に基づく設置許可が不要となる。
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
本発明は、有機物を含む処理物を焼却処理できるほか、熱源または発電装置として用いることができる。
１ バイオマスエンジン、２ 断熱材、３ プレート、１０ 処理本体、１１ 電気ヒータ、１１ａ 設置台、１２ 環流部、１２ａ 往路管、１２ｂ 復路管、１２ｂ１ 第１の分岐管、１２ｂ２ 第２の分岐管、２０ 投入部、２０ａ 内部空間、２１ 熱分解部、２１ａ 内部空間、２２ 排出部、２３ 扉、２４ 壁、３０ パケット、３１ ウエイト部、３２ 回転軸、４０ 分解室、４０ａ，４０ｂ 小部屋、４０ｃ 取り出し口、４０ｄ 確認扉、４１ 仕切部、４１ｂ 水平板、４２ 磁化空気供給部、４２ａ 内部空間、４３ 第１の供給管、４３ａ 管部、４３ｂ 磁界発生器、４４ 第２の供給管、４４ａ 管部、４４ｂ 磁界発生器、５０ 側壁、５１ 火格子、５５ 温水管、６０ ブロワ、７０，７１ 角パイプ、Ｃ 処理物、Ｇ ガス
本発明は、熱分解処理装置に関する。
本発明は、上記実情の下になされたものであり、有害物質及び温室効果ガスの発生を防止することができる熱分解処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る熱分解処理装置は、
外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、前記磁化空気を処理物に暴露して前記処理物を熱分解する処理本体と、
前記処理本体での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を熱分解する電気ヒータと、
前記処理本体での前記処理物の熱分解により発生するガスを前記処理本体と前記電気ヒータとの間で環流させつつ、前記残留物が熱分解されたガスを外部に排出する環流部と、
を備え、
前記処理本体は、
前記処理物が投入される投入部と、
前記投入部の下部に配置され、前記投入部から落下した前記処理物を熱分解する熱分解部と、
前記熱分解部で前記処理物が熱分解することにより発生するガスを前記環流部に排出する排出部と、
を備え、
前記熱分解部は、
直方体状の内部空間が形成された分解室と、
板状部材が中央で山折りに折り曲げられて山形に形成され、前記分解室の内壁である一対の側壁と対向して前記分解室を２つの小部屋に仕切るように前記分解室内に配置された仕切部と、
前記磁化空気を前記小部屋に供給する磁化空気供給部と、
を備える。
外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、前記磁化空気を処理物に暴露して前記処理物を熱分解する処理本体と、
前記処理本体での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を熱分解する電気ヒータと、
前記処理本体での前記処理物の熱分解により発生するガスを前記処理本体と前記電気ヒータとの間で環流させつつ、前記残留物が熱分解されたガスを外部に排出する環流部と、
を備え、
前記処理本体は、
前記処理物が投入される投入部と、
前記投入部の下部に配置され、前記投入部から落下した前記処理物を熱分解する熱分解部と、
前記熱分解部で前記処理物が熱分解することにより発生するガスを前記環流部に排出する排出部と、
を備え、
前記熱分解部は、
直方体状の内部空間が形成された分解室と、
板状部材が中央で山折りに折り曲げられて山形に形成され、前記分解室の内壁である一対の側壁と対向して前記分解室を２つの小部屋に仕切るように前記分解室内に配置された仕切部と、
前記磁化空気を前記小部屋に供給する磁化空気供給部と、
を備える。
また、前記投入部は、
外部から投入された前記処理物を保持する保持部と、
前記保持部によって保持される前記処理物の重量が閾値以上になると前記保持部を回転軸周りに回動して、前記処理物を前記熱分解部に落下させるウエイト部と、
を備える、
こととしてもよい。
外部から投入された前記処理物を保持する保持部と、
前記保持部によって保持される前記処理物の重量が閾値以上になると前記保持部を回転軸周りに回動して、前記処理物を前記熱分解部に落下させるウエイト部と、
を備える、
こととしてもよい。
［全体構成］
本実施形態にかかる熱分解処理装置１は、バイオマス燃料を熱分解して、熱源または発電装置として用いられる。図１及び図２に示すように、熱分解処理装置１は、処理本体１０と、電気ヒータ１１と、環流部１２と、を備える。
本実施形態にかかる熱分解処理装置１は、バイオマス燃料を熱分解して、熱源または発電装置として用いられる。図１及び図２に示すように、熱分解処理装置１は、処理本体１０と、電気ヒータ１１と、環流部１２と、を備える。
投入部２０と排出部２２との間は、壁２４で仕切られている。また、投入部２０と、熱分解部２１との間は、後述の保持部３０により遮蔽されている。したがって、熱分解部２１での処理物の熱分解により発生したガスは、排出部２２から環流部１２に排出される。
投入部２０の内部空間２０ａには、保持部３０と、ウエイト部３１と、が設けられている。保持部３０は、扉２３を介して外部から投入された処理物を保持する。ウエイト部３１は、保持部３０によって保持される処理物の重量が閾値以上になると保持部３０を回転軸３２周りに回動して、処理物を熱分解部２１に落下させる。
仕切部４１は、分解室４０内に配置されている。仕切部４１は、板状部材が山折りされた山形（逆Ｖ字形）の形状をしている。仕切部４１では、分解室４０の内壁である一対の側壁５０と対向するように分解室４０を２つの小部屋４０ａ，４０ｂに仕切っている。仕切部４１は、Ｘ軸方向に沿って山形となるように配置されており、板状部材によって形成される斜面が、分解室４０のＸ軸方向の側壁５０と対向している。
［排出部］
保持部３０が処理物を保持していない場合、投入部２０と熱分解部２１との間は保持部３０により遮蔽されている。したがって、熱分解部２１での処理物の熱分解により生じたガスは、排出部２２の方に流れて、環流部１２に排出される。
保持部３０が処理物を保持していない場合、投入部２０と熱分解部２１との間は保持部３０により遮蔽されている。したがって、熱分解部２１での処理物の熱分解により生じたガスは、排出部２２の方に流れて、環流部１２に排出される。
次に、本実施の形態に係る熱分解処理装置１を動作させる処理手順について説明する。
図６に戻り、電気ヒータ１１等の加熱により処理物の処理が可能な状態になると、図７（Ａ）に示すように、投入部２０に処理物Ｃを投入する（ステップＳ２）。図７（Ｂ）に示すように、保持部３０により保持される処理物Ｃの重量が閾値を超えると、回転軸３２が回転して、保持部３０の処理物Ｃが、分解室４０に落下する。このとき、処理物Ｃは、図８に示すように、仕切部４１の山形の頂部により小部屋４０ａ，４０ｂに振り分けられる。
処理物Ｃの落下が終わると、回転軸３２の回転方向が代わり、図７（Ｃ）に示すように、保持部３０は元の位置に戻る。これにより、投入部２０と、熱分解部２１とは、互いに遮蔽された状態となる。
次に、本実施の形態に係る熱分解処理装置１における処理本体１０の補強構造について説明する。
また、処理本体１０は、上部と下部とが、アングル部材同士をネジ止めすることにより接合されている。このため、上部と下部とを分離可能となっている。これにより、処理本体１０は、構成要素を分解して、持ち運び易くなっている。このため、本実施の形態に係る熱分解処理装置１は、トラックで運んで任意の場所に容易に設置することも可能となる。なお、アングル部材間には、不図示のシーツ部材が挿入され、内部から外部への気体の漏れが防止されている。なお、環流部１２についても、必要に応じて分解可能となっている。
本実施の形態に係る熱分解処理装置１から排出される排ガスに含まれるダイオキシン類の濃度測定を行った。処理物は、採卵用のニワトリの鶏糞であった。まず、ダイオキシン類対策特別措置法施行規則第２条第１項第４号の規定に基づき環境大臣が定める方法で、排出されるダイオキシン類の濃度の測定を行った結果、濃度は、０．００２６ｎｇ－ＴＥＱ／ｍ３であった。ここで、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾ－ｐ－ジオキサン（ＰＣＤＤｓ）と、ポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦｓ）である。
さらに、熱分解処理装置１から排出されるダスト、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）の濃度測定を行った。まず、ＪＩＳ－Ｚ－８８０８に定める測定方法で、ダストの濃度を測定したところ、その濃度の平均は、０．０２３ｇ／ｍ３Ｎであった。また、ＪＩＳ－Ｋ－０１０４に定める測定方法で、窒素酸化物の濃度を測定したところ、その濃度の平均は、１７０ｐｐｍであった。また、ＪＩＳ－Ｋ－０１０３に定める測定方法で、硫黄酸化物の濃度を測定したところ、その濃度の平均は、４４ｐｐｍであった。また、ＪＩＳ－Ｋ－０１０７に定める測定方法で、塩化水素の濃度を測定したところ、その濃度の平均は、３．６ｍｇ／ｍ３Ｎであった。これらの数値は、いずれも排出基準を大きく下回った。
図１１～図１３に、熱分解処理装置１のダイオキシン類濃度測定の測定結果報告書を示す。図１４～図１７に、熱分解処理装置１の排ガス測定の測定結果報告書を示す。図１８～図２０に、熱分解処理装置１のダイオキシン類測定分析業務低温熱分解炉排ガス報告書を示す。
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係る熱分解処理装置１によれば、処理本体１０で、磁化空気を暴露して処理物Ｃの熱分解を促進させるとともに、電気ヒータ１１で、処理物Ｃの熱分解により生じたガスＧに含まれる残留物を分解する。ガスＧは、処理本体１０及び電気ヒータ１１との間を環流し、その間に残留物の分解が繰り返される。これにより、ガスに含まれる残留物を極力少なくして、有害物質が外部に排出させるのを防止することができる。この結果、有害物質及び温室効果ガスの発生を防止することができる。
本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、処理物Ｃの熱分解中は、処理物Ｃが投入される投入部２０と熱分解部２１とが遮蔽される構造とした。これにより、熱分解により発生するガスが、投入部２０から漏れるのを防ぐことが可能となる。
また、本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、投入部２０から落下した処理物Ｃを２つの小部屋４０ａ，４０ｂに振り分け、小部屋４０ａ，４０ｂに対して側壁５０と、側壁５０に対向する仕切部４１の斜面に２次元配列された吐出口から磁化空気を処理物Ｃに吐出する。これにより、磁化空気を、処理物Ｃにまんべんなくさらすことができるため、処理物Ｃの熱分解をより促進することが可能となる。磁化空気の元となる外気は、処理本体１０の側面と底面から広く取り込むことができる。
また、本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、電気ヒータ１１で残留物が分解されたガスＧを、処理本体１０と、電気ヒータ１１に環流させる。このようにすれば、電気ヒータ１１で生じた熱を、処理本体１０と電気ヒータ１１とで再利用することができるので、熱効率を向上させることができる。
また、本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、処理本体１０を上下に分割することができる。これにより、装置全体の搬送を容易にし、設置場所の自由度を向上することができる。
また、本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、骨組みが、角パイプ７０，７１で補強されている。これにより、装置の機械強度を向上することができる。
また、本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、処理本体１０の外周が断熱材２で覆われている。これにより、処理本体１０の熱損失を低減することができる。
また、本実施の形態に係る熱分解処理装置１では、分解室４０内に、温水管５５が配管されている。これにより、分解室４０における処理物Ｃの熱分解による熱が、温水管５５を流れる水を温水に変換する。温水は、様々な用途に用いられる。
１ 熱分解処理装置、２ 断熱材、３ プレート、１０ 処理本体、１１ 電気ヒータ、１１ａ 設置台、１２ 環流部、１２ａ 往路管、１２ｂ 復路管、１２ｂ１ 第１の分岐管、１２ｂ２ 第２の分岐管、２０ 投入部、２０ａ 内部空間、２１ 熱分解部、２１ａ 内部空間、２２ 排出部、２３ 扉、２４ 壁、３０ 保持部、３１ ウエイト部、３２ 回転軸、４０ 分解室、４０ａ，４０ｂ 小部屋、４０ｃ 取り出し口、４０ｄ 確認扉、４１ 仕切部、４１ｂ 水平板、４２ 磁化空気供給部、４２ａ 内部空間、４３ 第１の供給管、４３ａ 管部、４３ｂ 磁界発生器、４４ 第２の供給管、４４ａ 管部、４４ｂ 磁界発生器、５０ 側壁、５１ 火格子、５５ 温水管、６０ ブロワ、７０，７１ 角パイプ、Ｃ 処理物、Ｇ ガス
Claims (10)
- 外気を磁化して磁化空気を生成しつつ、前記磁化空気を処理物に暴露して前記処理物を熱分解する処理本体と、
前記処理本体での熱分解により生じたガスに含まれる残留物を熱分解する電気ヒータと、
前記処理本体での前記処理物の熱分解により発生するガスを前記処理本体と前記電気ヒータとの間で環流させつつ、前記残留物が熱分解されたガスを排出する環流部と、
を備えるバイオマスエンジン。 - 前記処理本体は、
前記処理物が投入される投入部と、
前記投入部の下部に配置され、前記投入部から落下した前記処理物を熱分解する熱分解部と、
前記熱分解部で前記処理物が熱分解することにより発生するガスを前記環流部に排出する排出部と、
を備える、
請求項１に記載のバイオマスエンジン。 - 前記投入部は、
外部から投入された前記処理物を保持するパケットと、
前記パケットによって保持される前記処理物の重量が閾値以上になると前記パケットを回転軸周りに回動して、前記処理物を前記熱分解部に落下させるウエイト部と、
を備える、
請求項２に記載のバイオマスエンジン。 - 前記熱分解部は、
直方体状の内部空間が形成された分解室と、
板状部材が中央で山折りに折り曲げられて山形に形成される一対の側壁を有し、前記一対の側壁各々が前記分解室の内壁と対向して前記分解室を２つの小部屋に仕切るように前記分解室内に配置された仕切部と、
前記磁化空気を前記小部屋に供給する磁化空気供給部と、
を備える、
請求項２又は３に記載のバイオマスエンジン。 - 前記磁化空気供給部は、
前記磁化空気を前記小部屋に吐出する吐出口が前記一対の側壁各々に２次元配列されている複数の第１の供給管と、
前記磁化空気を前記小部屋に吐出する吐出口が前記一対の側壁各々に対向する前記仕切部の斜面に２次元配列されている複数の第２の供給管と、
前記第１の供給管及び前記第２の供給管に外気を取り込んで供給するブロワと、
を備える、
請求項４に記載のバイオマスエンジン。 - 前記第１の供給管は、前記一対の側壁を介して外気を導入し、
前記第２の供給管は、前記分解室の底面を介して外気を導入する、
請求項５に記載のバイオマスエンジン。 - 前記環流部は、
前記処理本体から出力されたガスを前記電気ヒータに送る往路管と、
前記電気ヒータから排出されたガスを前記処理本体に戻す復路管と、
を備え、
前記復路管は、
前記電気ヒータから出力されたガスを、前記処理本体に戻す第１の分岐管と、
前記電気ヒータから出力されたガスを、前記電気ヒータに戻す第２の分岐管と、に分岐する、
請求項１に記載のバイオマスエンジン。 - 前記処理本体は、上下に分割可能に構成されている、
請求項２に記載のバイオマスエンジン。 - 前記処理本体は、複数の金属板で構成され、
前記金属板同士が、その縁部において角パイプで接合されることにより形成されている、
請求項１に記載のバイオマスエンジン。 - 前記処理本体の外周が、断熱材で覆われている、
請求項９に記載のバイオマスエンジン。
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