JP6530036B2

JP6530036B2 - 有機物分解機

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Publication number: JP6530036B2
Application number: JP2017209646A
Authority: JP
Inventors: 義麟黄
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Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: JP2019081138A; WO2019087964A1

Description

本発明は、有機物分解機に関し、詳しくは、イオン化した空気を内部に導入して有機物が分解することにより生じる水蒸気が冷やされて液化した木酢液を加熱により過熱水蒸気に換えて循環させることにより、有機物の分解を促進し、分解処理後の廃棄物である汚水と残渣を極めて少なくした有機物分解機に関する。

現代の消費社会において、大量に排出されるごみの処理は、公衆衛生、環境保護および経済コスト等の点から、極めて優先順位の高い問題である。この問題に対処するために、様々なごみの処理装置が考案されているが、中でも有機物の処理にイオン化した空気を用いる磁場熱分解炉が、低コストかつ環境負荷の少ない技術として注目されている。
また、飽和水蒸気をさらに加熱することにより得られる過熱水蒸気を用いて有機性廃棄物の乾燥、減容、脱臭を行うことができる処理装置も知られている。

例えば、特許文献１には、通常の運転時には、種火のみで、燃料や電力を必要とせず、可燃物の完全燃焼を図ることができ、最小限の灰しか生じない磁場熱分解炉が開示されている。

特許文献２には、還元状態での磁場振動を利用した熱分解により、塩化物を処理してもダイオキシン等が発生せず、処理物の容積を投入時の１／２００まで減量化することができる磁場熱分解炉が開示されている。

特許文献３には、ダイオキシン等の有害物を発生させずに廃棄物を熱分解により灰化処理することができる廃棄物処理装置が開示されている。

特許文献４には、過熱水蒸気により有機物の種類によらず分解処理することができ、処理後の生成物が吸湿することがない有機物処理装置が開示されている。

特開２０１４−０１３１３６号公報特開２０１３−２１５６３７号公報特許４１０８３８７号公報特許５７６２２４６号公報

特許文献１および特許文献２に開示された磁場熱分解炉は、不純物を回収し、煙を水蒸気に変える乾留ガス処理槽を有し、回収した不純物を含む液は木酢（磁化木酢液）として再利用が可能であるが、この不純物を含む液自体を処理し、さらに有機物分解の促進に用いるものではない。
特許文献３に開示された排気物処理装置は、焼却炉内へ流入する空気が、永久磁石による磁場を横切ることによりマイナスイオン化され、該マイナスイオン化された雰囲気中で、可燃物である廃棄物を処理することが可能であるとしているが、処理対象の廃棄物が灰化する過程で生じる発煙（未燃性ガスと水蒸気）は、ガス吸着剤により吸着・除去され、液化を経て廃棄物の処理促進に用いられることはない。

特許文献４に開示された有機物処理装置は、有機物を収納した密閉容器に、先ず加熱（飽和）水蒸気を導入し、一旦、密閉容器内を常圧にした後、加熱（飽和）水蒸気をさらに加熱して得られる過熱水蒸気を導入して有機物に含まれる水分を気化排出することにより、粗大な有機物であってもパウダー状に処理することが可能であるとしているが、過熱水蒸気を用いて有機物に含まれる水分の不純物処理をするものではない。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、イオン化した空気を内部に導入して有機物が分解することにより生じる水蒸気が冷やされて液化した木酢液を加熱により過熱水蒸気に換えてさらに循環させることにより、有機物の分解を促進し、分解処理後の廃棄物である汚水と残渣を極めて少なくし、さらに残渣を再利用することができる有機物分解機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、同一の底壁に接する外側壁と該外側壁の内側に設けられた内側壁とからなる二重構造を有し、前記内側壁に囲まれた第一空間に有機物を開閉自在な投入口を通じて密閉可能に収納する直方体状の筐体と、前記第一空間における底壁に敷設された一対の金属板と、該金属板の敷設された向きと直交する向きで前記第一空間における底壁と前記内側壁の接続部分を覆うように所定の傾斜角で設けられ、前記第一空間と連通する第二空間を前記内側壁との間に形成する一対の仕切り板と、内部に磁石を有し、前記筐体の外部から前記第二空間にイオン化した空気を取り入れるための複数の吸気管と、前記内側壁と前記外側壁の間に所定の間隔を空けて形成された第三空間と前記第一空間とを連通する貫通孔と、前記第三空間から回収された、前記第一空間における有機物の分解により生じる水蒸気が冷やされて液化した木酢液を加熱により過熱水蒸気に換えて前記第一空間に送り込む第一過熱水蒸気装置と、前記第一空間から前記第三空間に排出された水蒸気の一部を前記筐体の外部に排出する排出口とを備えていることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記一対の金属板が、前記筐体の長さ方向または幅方向に対向する向きで一定の間隔を空けて敷設されていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記筐体と一体またはその近傍に設置され、前記排出口から排出された水蒸気を加熱により過熱水蒸気に換える第二過熱水蒸気装置と、前記過熱水蒸気をフィルタリングするために所定の水位に設定された液体を湛えたタンクとをさらに備えていることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記タンクの内部において、前記過熱水蒸気の放出孔が、前記液体の表面と同レベルに位置し、かつ、前記液体の表面を下側にして設けられていることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第３または第４の技術手段において、フィルタリングされた前記過熱水蒸気を吸引して前記タンクの外部に排出するファンが、前記タンクの上面に設けられた排出筒の内部に設けられていることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１から第５のいずれか１の技術手段において、前記第一空間における底壁に蓄熱ヒータを備えていることを特徴としたものである。

本発明によれば、イオン化した空気を内部に導入して有機物が分解することにより生じる水蒸気が冷やされて液化した木酢液を加熱により過熱水蒸気に換えて循環させることにより、有機物の分解を促進し、分解処理後の廃棄物である汚水と残渣を極めて少なくし、さらに残渣を再利用することができる。

本発明の一実施形態に係る有機物分解機の正面斜視図である。本発明の一実施形態に係る有機物分解機の背面斜視図である。本発明の一実施形態に係る有機物分解機の内部構造を示す側面斜視図である。本発明の一実施形態に係る有機物分解機の内部構造を示す側面図である。本発明の一実施形態に係る有機物分解機の内部構造を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る有機物分解機を構成する第一過熱水蒸気装置および第二過熱水蒸気装置の内部構造を示す透視図である。本発明の一実施形態に係る有機物分解機を構成する第一過熱水蒸気装置および木酢液タンクの内部構造を示す側面図である。本発明の他の実施形態に係る有機物分解機を構成する第二過熱水蒸気装置およびタンクの内部構造を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の有機物分解機に係る好適な実施の形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。

図１は、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１の正面斜視図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１の背面斜視図である。

本実施形態に係る有機物分解機１は、筐体１０およびタンク４０を備えている。筐体１０の上面蓋１６には、投入筒１７が設けられ、ここから筐体１０の内部に処理対象の有機物を投入する。筐体１０は、支持脚１５から構成される支持台に載せられていてもよい。
筐体１０の底面付近には、複数の吸気管２０が突き出るように配置されている。吸気管２０は、内部に磁石を有し、筐体１０の外部からイオン化した空気を取り入れる。
タンク４０は、図上、筐体１０と一体に設置されているが、筐体１０の近傍に設置されてもよい。タンク４０の上面には、排出筒４４が突き出て設けられている。

筐体１０の底面付近には、木酢液タンク５０が設置され、筐体１０の内部で有機物が分解することにより生じる水蒸気が冷やされて液化した木酢液が溜められる。
この木酢液は、木酢液タンク５０内に設けられた、後述する飽和水蒸気生成用ヒータ５３により加熱されて飽和水蒸気に換えられて、第一過熱水蒸気装置６０に入る。ここで、飽和水蒸気は、後述する過熱水蒸気生成用ヒータ６２により更に加熱され、過熱水蒸気に換えられて、筐体１０の内部に戻る。

また、筐体１０の内部で有機物の分解により生じる水蒸気の一部は、筐体１０の外部に排出され、第二過熱水蒸気装置７０に入る。この水蒸気の一部は、後述する過熱水蒸気生成用ヒータ７２により加熱され、過熱水蒸気に換えられて、タンク４０に入る。

図３は、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１の内部構造を示す側面斜視図であり、より詳細には、有機物分解機１を構成する筐体１０の内部構造を示すものである。
なお、上面蓋１６および投入筒１７は、筐体１０の内部構造の説明のため、ここでは図示していない。

筐体１０は、ステンレスからなり、直方体状で、同一の底壁１４に接する外側壁１１と外側壁１１の内側に設けられた内側壁１２とからなる二重構造を有している。ここで、内側壁１２に囲まれた空間を第一空間ａとする。
第一空間ａにおける底壁１４と内側壁１２の接続部分を覆うように、鉄からなる一対の仕切り板３０が所定の傾斜角で設けられている。この傾斜角としては、４５°程度が好ましい。一対の仕切り板３０を貫通して底壁１４と略平行に中空構造の導管３１が複数設けられている。ここで、導管３１により第一空間ａと連通する空間を第二空間ｂとする。
筐体１０の外部で複数の吸気管２０により取り入れられたイオン化した空気は、第二空間ｂに流入する。底壁１４には、ここでは図示しないが、後述する一対の鉄からなる金属板３３が敷設されている。

内側壁１２と外側壁１１の間には、所定の間隔を空けて第三空間ｃが形成される。内側壁１２には、貫通孔１３が好ましくは上方の位置に複数穿たれ、第一空間ａと第三空間ｃとを連通する。
また、外側壁１１には、排出口７１が穿たれ、貫通孔１３を通じて、第一空間ａから第三空間ｃに排出された水蒸気の一部は、排出口７１から筐体１０の外部に排出される。ここで、排出された水蒸気を筐体１０の外部に単に放出せずに、後述するように、脱臭等のため、一旦、第二過熱水蒸気装置７０で加熱して過熱水蒸気に換えて、タンク４０に湛えられた液体にてフィルタリングしてから排出するのが好ましい。

図４Ａは、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１の内部構造を示す側面図であり、図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１の内部構造を示す平面図であり、より詳細には、いずれの図も有機物分解機１を構成する筐体１０の内部構造を示すものである。
なお、筐体１０の内部構造の説明のため、図４Ａでは、支持脚１５および上面蓋１６に設けられた投入筒１７の、図４Ｂでは、導管３１の他、投入筒１７と共に上面蓋１６の図示を省略している。

上面蓋１６と投入筒１７との接続部分には、投入口１８が開閉自在に設けられている。第一空間ａは、投入口１８を通じて有機物を収納した後、投入口１８を閉じることで密閉可能である。
有機物が第一空間ａに収納された状態で、上述したように、内部に磁石を有する吸気管２０を通じて筐体１０の外部から取り入れた空気は、イオン化して第二空間ｂに流入する。そして、イオン化した空気は、一対の仕切り板３０に設けられた複数の導管３１を通じて第一空間ａに流入する。

ここで、導管３１は、イオン化した空気が第一空間ａ内に向かって勢いを増してより遠くに到達するように、一定の長さで一対の仕切り板３０から突き出ている。
一対の仕切り板３０は、いずれも同一の傾斜角で設けられ、かつ、導管３１は、一対の仕切り板３０の両側で対向する向きおよび位置に設けられることで、後述するイオン化した空気の循環に好適な構造となる。

筐体１０の内部の少なくとも第一空間ａに亘って、底壁１４には、一対の金属板３３が敷設されている。図４Ａおよび図４Ｂでは、一対の金属板３３は、第一空間ａから第二空間ｂにも延伸して敷設されている。一対の金属板３３は、好ましくは、筐体１０の長さ方向または幅方向に対向する向きで一定の間隔を空けて敷設されているとよい。
金属板３３は、鉄等の磁性体の金属からなる。一対の仕切り板３０の其々に設けられた導管３１から吹き出したイオン化した空気は、一対の金属板３３間の空隙に相当する、導管３１から等距離となる底壁１４の中央付近で互いにぶつかり、方向を換えて、空気が吹き出した側の導管３１が設けられた仕切り板３０に向かって、一対の金属板３３に沿って流れる。

ここで、仕切り板３０には、底壁１４（あるいは、底壁１４に敷設された金属板３３）と接触する箇所に一定の間隔を置いて、第一空間ａと第二空間ｂとを連通するスリット３２が設けられている。
これにより、スリット３２を通じて第一空間ａから第二空間ｂへと戻って来たイオン化した空気は、再度、導管３１を通じて第二空間ｂから第一空間ａへと流入し、以降、この経路を循環することで、第一空間ａに収容される有機物の分解を促進する。
なお、吸気管２０の一部に、外部からの空気の流入を制限するベント（図示せず）を設けてもよい。これにより、ベントの開閉動作と連動して、イオン化した空気の流入を制御して、有機物の分解速度を調整したり、分解反応を停止・開始することができる。

また、有機物を第一空間ａに収納した当初の初期発熱手段として、底壁１４に蓄熱ヒータ３４が備えられる。蓄熱ヒータ３４は、その表面に蓄熱物質がコーティングされ、０〜１００℃程度の間で温度範囲を設定するもので、センサを用いた温度管理を行うことができる。
これにより、後述する過熱水蒸気が第一空間ａに供給される前に、予め第一空間ａの庫内温度を上げ、有機物の分解を促進することができる。
有機物の分解がある程度進み、分解熱が生じるようになると、以降、分解サイクルが自動的に進行し、蓄熱ヒータ３４による加熱は、原則、不要となる。但し、庫内温度が設定温度よりも低下したことをセンサが感知すると、蓄熱ヒータ３４が再度稼働して、加熱を行うようにしてもよい。

また、内側壁１２の、好ましくは、仕切り板３０が設けられている側とは別の側の中央または中央より僅かに下の位置には、過熱水蒸気噴出孔６３が設けられ、第一空間ａに過熱水蒸気を供給する。この過熱水蒸気の供給元である、第一過熱水蒸気装置６０については後述する。
なお、過熱水蒸気噴出孔６３は、貫通孔１３が穿かれた内側壁１２と向かい合う反対の側の内側壁１２に設けられるのが好ましい。

図５は、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１を構成する第一過熱水蒸気装置６０および第二過熱水蒸気装置７０の内部構造を示す透視図である。
第一過熱水蒸気装置６０および第二過熱水蒸気装置７０の内部には、過熱水蒸気生成用ヒータ６２，７２が備えられ、第一・第二過熱水蒸気装置６０，７０に接続された２本のパイプの一方から供給された飽和水蒸気を加熱により過熱水蒸気に換えて、他方のパイプに供給する。
過熱水蒸気生成用ヒータ６２，７２は、加熱時に表面温度が７００〜８００℃程度になる。第一・第二過熱水蒸気装置６０，７０の内部の温度は、３００℃程度に設定され、センサを用いた温度管理を行うことができる。

図６は、本発明の一実施形態に係る有機物分解機１を構成する第一過熱水蒸気装置６０および木酢液タンク５０の内部構造を示す側面図である。
図３および図４Ａで示したように、有機物の分解により第一空間ａで発生した水蒸気は、貫通孔１３を通じて、第三空間ｃに流入する。この水蒸気が冷やされて液化した木酢液５１は、木酢液タンク５０に溜められる。そして、木酢液５１は、フィルタ５２により比較的大きな不純物をろ過されて、木酢液タンク５０の飽和水蒸気生成用ヒータ５３が設けられた側に流入し、加熱により飽和水蒸気に換わる。飽和水蒸気生成用ヒータ５３は、加熱時に表面温度が２００℃以上になる。

この飽和水蒸気は、第一過熱水蒸気装置６０に備えられた過熱水蒸気生成用ヒータ６２でさらに加熱されて、過熱水蒸気に換わる。過熱水蒸気は、過熱水蒸気噴出孔６３を通じて、第一空間ａに流入し、有機物の分解をさらに促進する。
また、第一空間ａと第一過熱水蒸気装置６０との間で水蒸気が循環するサイクルが繰り返されることにより、木酢液５１に含まれる不純物は、次第に分解され、木酢液５１は、無色無臭の透明液体へと変化する。これにより、木酢液の廃棄の際に、廃棄水の検査を受ける必要がなくなる。

このように、イオン化した空気が第一空間ａと第二空間ｂとの間を循環すると共に、第１空間ａから第三空間ｃに流入した水蒸気が、過熱水蒸気に換えられて第一空間ａに再度流入することを繰り返すことにより、第一空間ａに収納された有機物は、次第に分解され、最終的にセラミック状の残渣として排出される。
これにより、処理対象の有機物を予め選別する作業が不要になるだけでなく、分解後の有機物は、体積比で分解前の１／５００〜１／１０００となり、大幅な減容が実現する。さらに、このセラミック状の残渣は、土壌改良や植物の生育促進のために活用することができる。

図７は、本発明の他の実施形態に係る有機物分解機１を構成する第二過熱水蒸気装置７０およびタンク４０の内部構造を示す側面図である。
図３で示したように、有機物の分解により第一空間ａで発生した水蒸気は、貫通孔１３を通じて、第三空間ｃに流入する。ここで、この水蒸気が冷やされて液化した木酢液５１を除く、残余の水蒸気は、外側壁１１に穿たれた排出口７１から筐体１０の外部に排出される。

この水蒸気は、第二過熱水蒸気装置７０に備えられた過熱水蒸気生成用ヒータ７２でさらに加熱されて、過熱水蒸気に換わり、タンク４０の内部で連絡パイプ４１に穿たれた放出孔４２を通じて液体４３によりフィルタリングされる。これにより、有機物の分解により発生した水蒸気を脱臭すると共に、液体４３による冷却を経て、外部に排出することができる。
ここで、過熱水蒸気の放出孔４２は、液体４３の表面と同レベルに位置し、かつ、液体４３の表面を下側にして設けられているのが好ましい。
液体４３には、水を用いることを想定するが、この水に銀イオンを添加することにより、一層の脱臭効果が期待できる。

タンク４０には、フィルタリングされた過熱水蒸気を吸引して外部に排出するファン４５がさらに設けられているのが好ましい。ここで、ファン４５は、例えば、タンク４０の上面を突き抜けて設けられた排出筒４４の内部に設けられる。
ファン４５が、タンク４０内部の空気を外部に排出することにより、タンク４０の内部は負圧になり、過熱水蒸気の液体４３によるフィルタリングを効率よく進めることができる。

１…有機物分解機、１０…筐体、１１…外側壁、１２…内側壁、１３…貫通孔、１４…底壁、１５…支持脚、１６…上面蓋、１７…投入筒、１８…投入口、２０…吸気管、３０…仕切り板、３１…導管、３２…スリット、３３…金属板、３４…蓄熱ヒータ、４０…タンク、４１…連絡パイプ、４２…放出孔、４３…液体、４４…排出筒、４５…ファン、５０…木酢液タンク、５１…木酢液、５２…フィルタ、５３…飽和水蒸気生成用ヒータ、６０…第一過熱水蒸気装置、６２…過熱水蒸気生成用ヒータ、６３…過熱水蒸気噴出孔、７０…第二過熱水蒸気装置、７１…排出口、７２…過熱水蒸気生成用ヒータ、ａ…第一空間、ｂ…第二空間、ｃ…第三空間。

Claims

同一の底壁に接する外側壁と該外側壁の内側に設けられた内側壁とからなる二重構造を有し、前記内側壁に囲まれた第一空間に有機物を開閉自在な投入口を通じて密閉可能に収納する直方体状の筐体と、
前記第一空間における底壁に敷設された一対の金属板と、
該金属板の敷設された向きと直交する向きで前記第一空間における底壁と前記内側壁の接続部分を覆うように所定の傾斜角で設けられ、前記第一空間と連通する第二空間を前記内側壁との間に形成する一対の仕切り板と、
内部に磁石を有し、前記筐体の外部から前記第二空間にイオン化した空気を取り入れるための複数の吸気管と、
前記内側壁と前記外側壁の間に所定の間隔を空けて形成された第三空間と前記第一空間とを連通する貫通孔と、
前記第三空間から回収された、前記第一空間における有機物の分解により生じる水蒸気が冷やされて液化した木酢液を加熱により過熱水蒸気に換えて前記第一空間に送り込む第一過熱水蒸気装置と、
前記第一空間から前記第三空間に排出された水蒸気の一部を前記筐体の外部に排出する排出口とを備えた有機物分解機。
前記一対の金属板が、前記筐体の長さ方向または幅方向に対向する向きで一定の間隔を空けて敷設されていることを特徴とする請求項１に記載の有機物分解機。
前記筐体と一体またはその近傍に設置され、前記排出口から排出された水蒸気を加熱により過熱水蒸気に換える第二過熱水蒸気装置と、前記過熱水蒸気をフィルタリングするために所定の水位に設定された液体を湛えたタンクとをさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機物分解機。
前記タンクの内部において、前記過熱水蒸気の放出孔が、前記液体の表面と同レベルに位置し、かつ、前記液体の表面を下側にして設けられていることを特徴とする請求項３に記載の有機物分解機。
フィルタリングされた前記過熱水蒸気を吸引して前記タンクの外部に排出するファンが、前記タンクの上面に設けられた排出筒の内部に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の有機物分解機。
前記第一空間における底壁に蓄熱ヒータを備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の有機物分解機。