JP6534762B1 - 炭化炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、有機性廃棄物を熱により炭化させることによって、ダイオキシン等の有害物質や、煙・臭い・二酸化炭素等を生じさせずに処理することができる炭化炉に関し、特に、従来の炭化炉よりも非常に効率が高く、メンテナンス性にも優れた炭化炉を提供することを目的とする。【解決手段】 炭化炉１は、炉本体２内部から発生する排ガスが通る排気路４を備えており、排気路４は、排ガスの入口となる流入口１２と、排ガスの出口となる排出口１３と、流入口１２と排出口１３との間において排ガスが流れる伝熱部１４と、伝熱部１４を通った排ガスを再び炉本体内へと送る再供給口１５と、伝熱部１４と排出口１３及び再供給口１５との間に配置され、伝熱部１４を通った排ガスを排出口１３と再供給口１５との双方に分けて送るための分岐部とから構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、有機性廃棄物を熱により炭化させることによって、ダイオキシン等の有害物質や、煙・臭い・二酸化炭素等を生じさせずに処理することができる炭化炉に関し、特に、従来の炭化炉よりも非常に効率が高く、メンテナンス性にも優れた炭化炉に関するものである。

ここ最近、焼却に代わる有機性廃棄物の処理手段として炭化炉が注目されている。炭化炉は、有機性廃棄物を、焼却よりも高い温度（８００℃以上）で加熱して熱分解することによって、ダイオキシン等の有害物質や、煙・臭い・二酸化炭素等を生じさせずに処理を進めることができる上、当該処理によって生じる炭化物の量も非常に少なく、廃棄物の最終処分の負担を著しく低減できるという利点も有している。

そして、このような炭化炉の熱源として、電気式ヒーターを利用するものも登場し、石油やガス等の化石燃料を使用するものと比べて、極めて安全でクリーンな環境下において炭化炉を使用できるようになってきている。

ところで、炭化炉においては、有機性廃棄物を熱分解処理する関係上、どうしても炉内部から発生する排ガスにタールや煤等（以下、単に「タール等」という。）が含まれることになるが、これらが排ガス管内に詰まったり、排ガスの流れを作るファンに付着したりすること等によって、炭化炉の処理性能の低下を招いてしまうという問題があった。また、炭化炉の導入に前向きな事業者等は増えているものの、燃料費やメンテナンス費等のランニングコストの点がネックとなり、導入決定にまで至らないケースも少なからず見受けられていた。

本願発明者は、このような実情のもと、以上ような問題を解決することができる方法や手段について鋭意検討を重ねた。その結果、本願発明者は、排気路等を従来の炭化炉には無いまったく新しい構成とすることによって、以上のような問題を解決することができるという知見を得、本発明を創作するに至った。

なお、本発明を出願するにあたって、本願発明者及び本願出願人において過去の特許文献等を調査したところ、炭化炉に関し、下記の文献を発見することができたが、本発明に係る技術的思想等を詳述した特許文献については発見することができなかった。

特開平９−９５６７６号公報 特開２０１７−２０３０９２号公報

本発明は、有機性廃棄物を熱により炭化させることによって、ダイオキシン等の有害物質や、煙・臭い・二酸化炭素等を生じさせずに処理することができる炭化炉に関し、特に、従来の炭化炉よりも非常に効率が高く、メンテナンス性にも優れた炭化炉を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明に係る炭化炉は、炉本体内部から発生する排ガスが通る排気路を備えた炭化炉であって、前記排気路は、排ガスの入口となる流入口と、排ガスの出口となる排出口と、前記流入口と前記排出口との間において排ガスが流れる伝熱部と、当該伝熱部を通った排ガスを再び炉本体内へと送る再供給口と、前記伝熱部と前記排出口及び前記再供給口との間に配置され、前記伝熱部を通った排ガスを前記排出口と前記再供給口との双方に分けて送るための分岐部とから構成されており、前記排気路が、排ガスの流れを生み出すための送風機を内部に備えており、前記伝熱部が、炉本体の外周側面と接するように配置されており、前記流入口が、前記伝熱部よりも上側に位置し、前記再供給口が、前記伝熱部よりも下側に位置していることを特徴としている。

また、本発明に係る炭化炉は、炉本体の外周側面と接するように配置されている前記伝熱部の長さが、炉本体外径の長さの５０％よりも長くなっていることも特徴としている。

さらに、本発明に係る炭化炉は、前記伝熱部の断面が中空箱形となっており、その箱形を形成する外側面の一つが、炉本体の外周側面と密接していることも特徴としている。

また、本発明に係る炭化炉は、前記伝熱部の内部において、排ガスを加熱するためのヒーターを備えていることも特徴としている。

さらに、本発明に係る炭化炉は、前記流入口と前記送風機との間にフィルター管路が配置されており、当該フィルター管路の内側において、フィルターカセットが交換可能に収納されており、当該フィルターカセットの端部において、金属製の網とフランジを備えていることも特徴としている。

本発明によれば、有機性廃棄物を熱により炭化させることによって、ダイオキシン等の有害物質や、煙・臭い・二酸化炭素等を生じさせずに処理することができる炭化炉に関し、特に、従来の炭化炉よりも非常に効率が高く、メンテナンス性にも優れた炭化炉を提供することができる。

本実施形態に係る炭化炉１の正面概略図 本実施形態に係る炭化炉１の側面概略図 本実施形態に係る炭化炉１の側面概略図 本実施形態に係る炭化炉１の平面概略図 フィルター管路１９及びフィルターカセット２２を示した図

以下、本発明に係る炭化炉を実施するための形態について説明する。図１〜図４は、本実施形態に係る炭化炉１を示したものである。

炭化炉１は、図示されているように、基本的に、有機性廃棄物の熱分解処理を行うための炉本体２と、炉本体２の下部において内部を加熱するための炉内ヒーター３と、熱分解処理によって炉本体２から発生する排ガスが通る排気路４（図２）とを備えている。

炉本体２の上側には、開閉自在の蓋５が取り付けられており、この蓋５を開けて、熱分解処理をしようとする有機性廃棄物を投入するようになっている。また、炉本体２の側面には、点検扉６が設けられており、炉本体２の側面から内部を点検したり、炉内ヒーター３を交換等することができるようになっている。

炉本体２の下部には、炭化物回収部７が設けられている。炭化物回収部７は、下方に向かうにつれて径が小さくなるテーパー形状となっており、有機性廃棄物を熱分解処理することによって生じる炭化物が落下して集まるようになっている。そして、集まった炭化物は、取出扉８から回収できるようになっている。また、炭化物回収部７は、炉本体２から取り外しができるようになっており、その内部の清掃等がしやすい構造となっている。

また、炉本体２の上部も、上方に向かうにつれて径が小さくなるテーパー形状となっている。これは、このような形状とすることによって、炉本体２の熱膨張の影響を小さく抑えることができ、これにより、炉本体２内上部におけるタール等の付着（ブリッジ）を最小限に抑えることができるからである。

炉内ヒーター３は、合金製の電気式ヒーターである。図示されているように、炭化物回収部７の上側に、水平方向放射状に６本取り付けられている。また、これら炉内ヒーター３の下側には、多数のセラミックボール９が並べて配置されており、これらが、炉内ヒーター３の熱を蓄えることによって、炉本体２内部に投入される有機性廃棄物が、炉内ヒーター３及びセラミックボール９の上側において、効率よく熱分解処理されるようになっている。

さらに、セラミックボール９の下側には、モーター１０の作用によって水平に回転するように構成された攪拌棒１１が取り付けられている。攪拌棒１１は、セラミックボール９と接っするように取り付けられているので、これが回転することによって、セラミックボール９が上下動し、これにより、炭化物の落下が促進されるようになっている。また、攪拌棒１１の回転とセラミックボール９の上下動により、炉本体２内のガスが攪拌されて炉本体２内の温度が均一化され、より効率的に熱分解処理がされるようになっている。

排気路４は、図示されているように、基本的に、流入口１２と、排出口１３と、伝熱部１４と、再供給口１５と、分岐部１６と、送風機１７とから構成されている。流入口１２は、炉本体２から発生し排気路４へと流れる排ガスの入口となるところであって、炭化炉１において伝熱部１４の上側に位置しており、炉本体２上側の側面に設けられている。また、排出口１３は、排気路４から炭化炉１の外部へと排出される排ガスの出口となるところである。

伝熱部１４は、流入口１２と排出口１３との間に位置する部材であって、図示されているように、その断面が中空箱形をしており、内部に排ガスが通るようになっている。そして、その箱形を形成する外側面の一つが、炉本体２の外周側面と密接するように水平に配置され、炉本体２の外周を一周するように取り付けられている。また、伝熱部１４の内部には、棒状の伝熱部ヒーター１８が、垂直方向に複数個取り付けられており、伝熱部１４内を通る排ガスを加熱できるようになっている。これら伝熱部ヒーター１８も、炉内ヒーター３と同じ、合金製の電気式ヒーターである。なお、図１及び図４におけるＰは、伝熱部１４の内部に設けられた仕切り板を示している。

再供給口１５は、伝熱部１４の下流側に位置しており、伝熱部１４を通って加熱された排ガスが、ここから再び炉本体２の内部へと供給されるようになっている。そして、再供給口１５は、炭化炉１において伝熱部１４の下側に位置しており、炉本体２下側の側面であって、炉内ヒーター３と同じ高さのところに設けられている。

分岐部１６は、伝熱部１４と排出口１３との間、及び、伝熱部１４と再供給口１５との間に配置されている。この分岐部１６において、伝熱部１４を通った排ガスは、排出口１３と再供給口１５との双方に分かれて流れるようになっている。

送風機１７は、回転ファンの働きにより、流入口１２から伝熱部１４への排ガスの流れを作るようになっており、本実施形態においては、流入口１２の下流側であって、伝熱部１４の上流側のところに配置されている。また、この送風機１７の作用によって、炉本体２の内部が負圧となるようになっている。

排気路４は、以上に説明したような構成となっているので、本実施形態に係る炭化炉１において、炉本体２から発生した排ガスは、流入口１２→伝熱部１４→分岐部１６の順に流れ、分岐部１６において、排出口１３と再供給口１５との双方に分かれて流れることになる。この際、伝熱部１４を通る排ガスは、伝熱部ヒーター１８の働きと、炉本体２から伝わる熱によって、さらに温度が高められ、より完全な熱分解処理が進むことになる。なお、前述の通り、送風機１７の作用によって、炉本体２が負圧となることから、分岐部１６を通った排ガスは、その多くが再供給口１５を通って、炉本体２に再供給されることになる。そのため、炭化炉１において、排出口１３から炭化炉１の外へと出るのは、熱膨張によって体積が増えた分の排ガスのみとなる。

そして、伝熱部ヒーター１８の働きと、伝熱部１４を通る排ガスの熱により、炉本体２の内側も暖められるため、炉本体２の内部にタール等が付着しにくくなり、炭化炉の高寿命化及びメンテナンス性の向上も図ることができる。さらに、伝熱部１４を通った排ガスが、再供給口１５を通じて再び炉本体２内に供給されるので、炉本体２内の温度上昇と有機性廃棄物の乾燥とに貢献することとなり、炉本体２内における熱分解処理を、より効率的に行うことができる。

また、本実施形態においては、再供給口１５が、炉内ヒーター３と同じ高さのところに設けられているので、炉内ヒーター３の温度上昇及び乾燥化にも貢献することとなり、炉内ヒーター３へのタール等の付着も効果的に軽減することができる。

また、本実施形態に係る炭化炉１においては、流入口１２と送風機１７との間に、フィルター管路１９が配置されている。図５は、フィルター管路１９、及び、その内側において交換可能に収納されているフィルターカセット２２を示したものである。

フィルターカセット２２は、その両端に金属製の網２３，２４を有しており、排ガスに含まれるタール等は、これらの網２３，２４に付着することになる。これにより、送風機１７等、フィルター管路１９より下流側に配置された部材へのタール等の付着を効果的に低減することができるようになっている。また、網２３，２４がタール等によって目詰まりしてしまった場合には、フィルターカセット２２を交換することで、炭化炉１の高寿命化も図ることができるようになっている。

なお、フィルターカセット２２には、図示されているように、上流側に配置される端部において、フランジ２５が設けられており、これが、フィルター管路１９とフィルターカセット２２の円筒状本体との隙間を塞ぐ蓋として機能するようになっている。これにより、フランジ２５は、前記隙間へのタール等の入り込みを防止し、フィルターカセット２２によるタール等の除去が効果的に行われるように寄与している。

また、フランジ２５には、ハンドル２６も取り付けられており、これを持って引くことで、フィルター管路１９から、フィルターカセット２２を容易に取り出せるようになっている。なお、網２３，２４については、上流側の網２３の目を、下流側の網２４の目よりも粗くすることが好ましい。これは、上流側の網２３の方が、下流側の網よりも、タール等が多く付着することから、このようにすることで、目詰まりによるフィルターカセット２２の交換間隔をより長くすることが可能となるからである。

フィルター管路１９、及び、フィルターカセット２２は、以上のような構成となっているので、フィルター管路１９がタール等によって目詰まりしてしまった場合であっても、取り外し容易なフィルターカセット２２のみを交換すれば良く、炭化炉１の高寿命化及びメンテナンス性の向上も図ることができる。

また、以上の実施形態においては、伝熱部ヒーター１８を垂直方向に配置していることも大きな特徴の一つである。このように配置することで、伝熱部ヒーター１８の側面にタール等が付着しても重力によって落下し、伝熱部ヒーター１８の側面にタール等が付着しにくくなる上、タール等の除去清掃もし易くなり、発熱量の増加や長寿命化を図ることができるという利点を享受できる。

さらに、伝熱部ヒーター１８は、図１〜図４で示したように、下流側よりも上流側に配置するものの間隔を狭め、本数を増やすようにしても良い。このように配置することで、伝熱部１４内を通る排ガスの温度を、より効率よく高めることができるからである。

加えて、伝熱部１４の下側面に点検口２１を設けるようにしても良い。このようにすることで、伝熱部ヒーター１８の点検・清掃等が容易に実施できる上、点検口２１をドレーンとして、伝熱部１４内に堆積してしまう、タール等の汚れを容易に排出させることが可能となるからである。

なお、本実施形態においては、伝熱部１４の断面を箱形形状としているが、伝熱部１４の内部に排ガスが流れるようになっていれば、どのような形状でも構わない。ただし、その外側面の一つが炉本体２と密接しているような構成とすることが、排ガスの熱を炉本体２に与える上で、最も効率的であると認められる。

また、本実施形態においては、伝熱部１４が、炉本体２の外周囲を１周するように取り付けられているが、炉本体２の外周囲の半周分だけ取り付けたり、炉本体２の外周囲を螺旋状に１周を超えるように取り付けても構わない。ただし、排ガスの熱を炉本体２に与える効率を考慮すると、伝熱部１４の長さは、少なくとも、炉本体２の外径の長さの５０％よりも長くなっていることが好適と認められる。

本発明に係る炭化炉は、以上のような構成となっているので、生ゴミやおむつ等、水分量が多い有機性廃棄物も速やかに熱分解処理ができる上、外気温が低い場合であっても、効率を低下させること無く熱分解処理を実施することができる。また、当然ながら、８００℃以上の高温で処理を行う炭化炉の特質として、ダイオキシン等の有害物質も熱分解できるので、クリーンな環境の元、有機性廃棄物の熱分解処理を進めることができる。

また、本発明によれば、容量５００Ｌ程度で、一坪程度のスペースに設置可能な、非常に効率の良い炭化炉を提供することができるので、小中規模の事業所等においても炭化炉を導入することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、従来の炭化炉よりも非常に効率が高く、メンテナンス性にも優れた炭化炉を提供することができる。

１ ：炭化炉、
２ ：炉本体、
３ ：炉内ヒーター、
４ ：排気路、
５ ：蓋、
６ ：点検扉、
７ ：炭化物回収部、
８ ：取出扉、
９ ：セラミックボール、
１０：モーター、
１１：攪拌棒、
１２：流入口、
１３：排出口、
１４：伝熱部、
１５：再供給口、
１６：分岐部、
１７：送風機、
１８：伝熱部ヒーター、
１９：フィルター管路、
２１：点検口、
２２：フィルターカセット、
２３：金属製の網、
２４：金属製の網、
２５：フランジ、
２６：ハンドル、
Ｐ ：仕切り板

Claims (5)

1. 炉本体内部から発生する排ガスが通る排気路を備えた炭化炉であって、
   前記排気路は、排ガスの入口となる流入口と、排ガスの出口となる排出口と、前記流入口と前記排出口との間において排ガスが流れる伝熱部と、当該伝熱部を通った排ガスを再び炉本体内へと送る再供給口と、前記伝熱部と前記排出口及び前記再供給口との間に配置され、前記伝熱部を通った排ガスを前記排出口と前記再供給口との双方に分けて送るための分岐部とから構成されており、
   前記排気路が、排ガスの流れを生み出すための送風機を内部に備えており、
   前記伝熱部が、炉本体の外周側面と接するように配置されており、
   前記流入口が、前記伝熱部よりも上側に位置し、
   前記再供給口が、前記伝熱部よりも下側に位置していることを特徴とする炭化炉。
2. 炉本体の外周側面と接するように配置されている前記伝熱部の長さが、炉本体外径の長さの５０％よりも長くなっていることを特徴とする、請求項１に記載の炭化炉。
3. 前記伝熱部の断面が中空箱形となっており、その箱形を形成する外側面の一つが、炉本体の外周側面と密接していることを特徴とする、請求項１に記載の炭化炉。
4. 前記伝熱部の内部において、排ガスを加熱するためのヒーターを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の炭化炉。
5. 前記流入口と前記送風機との間にフィルター管路が配置されており、当該フィルター管路の内側において、フィルターカセットが交換可能に収納されており、当該フィルターカセットの端部において、金属製の網とフランジを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の炭化炉。

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