JP6542134B2 - 熱分解装置及び熱分解方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、熱分解装置及び熱分解方法に関する。

従来、汚泥、家畜糞尿、食品廃材、木質廃材等の有機性廃棄物を被処理物として熱分解炉で加熱して、ガスと不揮発性成分を主とする残渣とに熱分解して分離する熱分解装置がある。
熱分解炉において汚泥等の有機性廃棄物を熱分解すると、熱分解で分離されたガス中には低分子のガス成分と高分子のガス成分が含まれることになる。高分子のガス成分には、タールと呼ばれる高分子の炭化水素が含まれる。特に熱分解炉における熱分解温度が低い場合、ガス成分に含まれるタールの含有量が増加する。例えば、熱分解炉の内部における加熱温度にムラがある場合、被処理物の加熱が不十分な場所ができ、ガス成分に含まれるタールが増加する。ガス成分に含まれるタールは粘性が高く、熱分解炉の内部に付着しやすい。熱分解路の内壁面にタールが付着すると、粉状化した残渣がタールに付着してタールと残渣の断熱層が形成される。特に熱分解炉を長期間運転した場合、タールと残渣の付着物が多層化して熱分解炉の内部に付着物の厚い断熱層が形成されてしまう。
熱分解炉の外壁面を加熱炉で加熱して熱分解炉の内部に投入された被処理物を熱分解する外部加熱方式の熱分解装置においては、熱分解炉の内部に付着した付着物によって熱分解炉の内部温度を上昇させることができず、被処理物を熱分解する性能が低下してしまう。また、ドラムの外壁面には熱分解炉を加熱する燃焼排ガス中に含まれる灰（煤）が付着し付着物として堆積することがあるため、加熱炉の熱エネルギーが付着物によってドラム外壁面に十分に伝わらない場合があった。このため、外部加熱方式の熱分解装置においては、熱分解装置の運転を定期的に停止して、熱分解炉の内壁面及び外壁面に付着した付着物を剥離する剥離作業を行うメンテナンスを行う必要があった。しかし、付着物の付着の進行は熱分解装置の使用状況によって一定ではないため、定期的なメンテナンスにおいては、付着の進行が遅いときには剥離作業が不要な場合がある一方、付着の進行が早いときには剥離作業前に加熱炉の性能が低下してしまう場合があった。従って、熱分解装置の熱分解性能が不安定になることがあった。

特開２００８−０５６７８０号公報 特開２００８−１８０４５１号公報 特開２００１−０５１７１９号公報

本発明が解決しようとする課題は、熱分解性能の安定を図った熱分解装置及び熱分解方法を提供することである。

実施形態の熱分解装置は、ドラムと、加熱炉と、加熱炉測温部と、外壁面測温部と、内壁面温算出部と、被処理物測温部と、演算部とを持つ。ドラムは、内部に投入された被処理物を加熱して熱分解する。加熱炉は、ドラムの外側に設けられてドラムの外壁面を加熱する。加熱炉測温部は、加熱炉の温度を計測する。外壁面測温部は、ドラムの外壁面の温度を計測する。内壁面温算出部は、加熱炉測温部及び外壁面測温部の計測結果に基づきドラムの内壁面の温度を算出する。被処理物測温部は、被処理物の温度を計測する。演算部は、加熱炉測温部、外壁面測温部及び被処理物測温部の計測結果、並びに内壁面温算出部の算出結果に基づき、ドラムにおける伝熱状態を示す係数を取得する。

第１の実施形態の熱分解装置の構成を示す図。 第１の実施形態の熱分解装置のシステム構成を示す図。 第１の実施形態の熱分解装置の伝熱を示す図。 第２の実施形態の熱分解装置の構成を示す図。 第２の実施形態の熱分解装置のシステム構成を示す図。

以下、実施形態の熱分解装置及び熱分解方法を、図面を参照して説明する。なお、以下の図面の説明において同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。

［第１の実施形態］
先ず、図１を用いて、第１の実施形態における熱分解装置の構成を説明する。図１は、第１の実施形態の熱分解装置の構成の一例を示す図である。

投入装置１は、被処理物１０１をドラム２の内部に投入する。投入装置１は、制御装置１１によってドラム２の内部に投入する被処理物の量が制御される。投入装置１は、例えば、その軸回りに回転駆動されることにより、表面に形成されたスクリュー溝が遷移し、被処理物を図１図示左側から右側に移送する機能を有するものであってもよい。投入装置１の回転数を増加させると被処理物の移送速度が上がり、ドラム２に導かれる被処理物の量が増加する。一方、回転数を減少させると被処理物の移送速度が下がり、ドラム２に導かれる被処理物の量が減少する。すなわち、制御装置１１は、投入装置１の回転数を制御することにより被処理物１０１の投入量を制御することができる。投入装置１は、被処理物１０１をベルトに載置してベルトの速度で被処理物１０１の投入量を増減させたり、被処理物１０１をコンテナに載置してコンテナの速度で被処理物１０１の投入量を増減させたりするものであってもよい。

ドラム２は、投入装置１によって投入された被処理物１０１を熱分解する、円筒形状の装置である。ドラム２は、図１図示左右方向の円筒中心軸を回転軸として回転する。ドラム２の図１図示の左右両端は開口部を形成している。図１図示左端の開口部には投入装置１が挿入されて被処理物１０１が投入される。ドラム２は図示左端から右端に向けて下方に傾斜している。従って、図示左端から投入された被処理物１０１は加熱されながら右端方向に移動していく。ドラム２は、内部を還元雰囲気として被処理物１０１を数百度で加熱する。還元雰囲気で数百度で加熱された被処理物１０１は、ドラム２の内部を移動中にガス（熱分解ガス）１０２と不揮発性成分を主とする残渣（熱分解残渣）１０３とに熱分解されて体積を減らしていく。ガス１０２は燃焼炉４に導かれ、ドラム２の右端の開口部からは残渣１０３が排出される。なお、還元雰囲気で熱分解によって得られる残渣１０３は、化石燃料の代替品として利用することができる。

加熱炉３は、燃焼炉４から排出される燃焼排ガス１０５によってドラム２の外壁面を加熱する。加熱炉３は、ドラム２の外周を覆うように円筒形状に配置され、ドラム２と共に回転する。加熱炉３には、燃焼炉４から排出された燃焼排ガス１０５が送入されて、送入された燃焼排ガス１０５が持つ熱エネルギーをドラム２の外壁面に伝達される。送入された燃焼排ガス１０５は、図示しない排出部から排出される。なお、燃焼排ガス１０５には燃焼炉４の燃焼により生成された灰が含まれる。

燃焼炉４は、ドラム２から加熱分解されたガス１０２を、バーナー５によって燃焼させて、補助燃料１０４とガス１０２の燃焼で生じる燃焼排ガス１０５を加熱炉３に排出する。バーナー５の燃焼力は制御装置１１によって補助燃料１０４の燃焼量を制御することにより制御することができる。燃焼炉４から排出される燃焼排ガス１０５の量は、制御装置１１によって開度が調整されるバルブ１３によって制御される。すなわち、加熱炉３に供給される熱量は、バーナー５の燃焼力とバルブ１３の開度によって制御することができる。

加熱炉３には、加熱炉の温度を計測する加熱炉測温センサ６が設置されている。ドラム２の外壁面には外壁面の温度を計測する外壁面測温センサ７が設置されている。ドラム２の内壁面には内壁面の温度を計測する内壁面測温センサ８が設置されている。また、ドラム２の内側には、投入された被処理物１０１の温度を計測する被処理物測温センサ９が設置されている。加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７、内壁面測温センサ８、及び被処理物測温センサ９は、図１図示上下方向に整列して配置される。例えば、外壁面測温センサ７及び内壁面測温センサ８は、ドラム２の板厚だけ離れて配置されることになる。加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７、内壁面測温センサ８、及び被処理物測温センサ９は、例えば、熱電対、又は白金測温抵抗体等の測温センサを用いることができる。加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７、内壁面測温センサ８、被処理物測温センサ９は、ドラム２と共に回転するため、それぞれのセンサはスリップリング１０によって制御装置１１に接続されている。

図１においては、加熱炉３には、外壁面測温センサ７及び内壁面測温センサ８の両方が設置される場合を図示したが、本実施形態においては、外壁面測温センサ７又は内壁面測温センサ８は、いずれか１つのみが設置される。

制御装置１１は、加熱炉測温センサ６で計測された加熱炉３の温度、外壁面測温センサ７で計測されたドラム２の外壁面の温度（又は内壁面測温センサ８で計測されたドラム２の内壁面の温度）及び被処理物測温センサ９で計測された被処理物１０１の温度に基づき、ドラム２における伝熱状態を示す係数を算出する。ドラム２における伝熱状態を示す係数とは、ドラム２の内壁面に形成された断熱層の状態とドラム２の外壁面に堆積した灰の状態を示す値である（ドラム２における伝熱状態を示す係数の算出の詳細は後述する。）。制御装置１１は、算出した係数に基づき、投入装置１による被処理物１０１の投入量、バーナー５の燃焼力、及びバルブ１３の開度を制御する。また、制御装置１１は、算出した係数に基づき報知装置１２を制御する。

報知装置１２は、制御装置１１によって制御され、熱分解装置の操作者に対してドラム２における伝熱状態を報知する。報知装置１２は、表示装置、ランプ、又は警報等である。

ドラム２内部の温度や被処理物１０１の種類によっては、熱分解で生成されるガス１０２に粘性の高いタールが含まれる。タールはドラム２の内壁面に付着するため、粉状化した残渣１０３がタールに付着しやすくなる。残渣１０３には再びタールが付着してタールと残渣の断熱層が形成される。ドラム２の内壁面に断熱層が形成されると、ドラム２の熱エネルギーが被処理物１０１に十分伝わらないため、ドラム２の熱分解性能が低下する場合がある。従って、ドラム２の内壁面に断熱層が形成されてしまった場合、作業者による剥離作業が必要となる。

また、燃焼排ガス１０５に含まれる灰は、加熱炉３の内部やドラム２の外壁面に付着して堆積する場合がある。ドラム２の外壁面に堆積した灰はドラム２の加熱温度を下げてしまうため、堆積した灰は除去をする必要がある。

報知装置１２は、上述した、ドラム２の内壁面に形成された断熱層の状態又はドラム２の外壁面に堆積した灰の状態等を操作者に報知する。

次に、図２及び図３を用いて、図１で説明した第１の実施形態の熱分解装置のシステム構成と熱分解装置の伝熱を説明する。図２は、第１の実施形態の熱分解装置のシステム構成の一例を示す図である。図３は、第１の実施形態の熱分解装置の伝熱の一例を示す図である。

図２において、熱分解装置は、加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７（又は内壁面測温センサ８）、被処理物測温センサ９、制御装置１１、報知装置１２、投入装置１、バーナー５及びバルブ１３を持つ。制御装置１１は、演算部１１０、監視部１１１、投入量制御部１１２、及び供給エネルギー量制御部１１３を持つ。

図３において、熱分解装置は、ドラム２、加熱炉３、加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７（又は内壁面測温センサ８）、及び被処理物測温センサ９を持つ。加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７（又は内壁面測温センサ８）、及び被処理物測温センサ９は、図１で説明した通り、上下方向においても整列して配置される。図３は、図１で説明したドラム２及び加熱炉３の断面を示している。

演算部１１０は、加熱炉測温センサ６で計測された加熱炉３の温度、外壁面測温センサ７で計測されたドラム２の外壁面の温度（又は内壁面測温センサ８で計測されたドラム２の内壁面の温度）、及び被処理物測温センサ９で計測された被処理物１０１の温度に基づき、ドラム２における伝熱状態を示す総括伝熱係数Ｕを算出する。総括伝熱係数Ｕの算出方法を以下に説明する。

図３に図示するように、加熱炉３からドラム２の外壁面に伝わる熱量をＱ１、ドラム２の壁面内を伝わる熱量をＱ２、ドラム２の内壁面から被処理物１０１に伝わる熱量をＱ３とする。Ｑ１、Ｑ２及びＱ３は、対流伝熱及び伝導伝熱計算により求めることができるが、本実施形態では、Ｑ１、Ｑ２及びＱ３は全て同一である（Ｑ１＝Ｑ２＝Ｑ３）とすると総括伝熱係数Ｕは式（１）で表される。

Ｕ＝｛（Ｔ２−Ｔ３）／（Ｔ１−Ｔ４）｝・λ／Ｌ ・・・（１）

ここで、Ｔ１は、加熱炉測温センサ６で計測された加熱炉３の温度である。Ｔ２は、外壁面測温センサ７で計測されたドラム２の外壁面の温度である。Ｔ３は、内壁面測温センサ８で計測されたドラム２の内壁面の温度である。ここでＱ１＝Ｑ２であるとすると、Ｔ３は、ドラム２の熱伝導率と外壁面測温センサ７で計測されたドラム２の外壁面の温度Ｔ２から算出することができる。同様に、Ｔ２は、ドラム２の熱伝導率と内壁面測温センサ８で計測されたドラム２の内壁面の温度Ｔ３から算出することができる。すなわち、外壁面測温センサ７又は内壁面測温センサ８のいずれか一方を設置することにより、他方を設置しない場合であってもＴ２及びＴ３は算出することができる。

Ｔ４は、被処理物測温センサ９で計測された被処理物１０１の温度である。λは、ドラム２の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。また、Ｌは、ドラム２の板厚（ｍ）である。熱伝導率λと板厚Ｌはドラム２の材質と構造により決まる定数である。従って、総括伝熱係数Ｕは、加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７（又は内壁面測温センサ８）、及び被処理物測温センサ９で測定された温度により変動することになる。総括伝熱係数Ｕは、ドラム２の設計時に被処理物１０１の熱分解に要求される設計値が設定される。すなわち、総括伝熱係数Ｕが変動して設計値を下回る場合には、被処理物１０１の熱分解が不十分となり、一方、設計値を上回る場合は、ドラム２の処理能力を十分使用していないことになる。

ドラム２の外壁面における灰の堆積が進行した場合、ドラム２の外壁面の温度Ｔ２が低下するため総括伝熱係数Ｕは低下する。一方、ドラム２の内壁面における断熱層の付着が進行した場合、被処理物１０１の温度Ｔ４が低下するため総括伝熱係数Ｕは低下する。従って、総括電熱係数Ｕの低下の原因がドラム２の外壁面の温度Ｔ２の低下によるものか、被処理物１０１の温度Ｔ４の低下によるものかを判断することにより、ドラム２における伝熱状態を知ることが可能となる。

ところで、Ｑ１は、式（２）に示すように、加熱炉３の温度Ｔ１とドラム２の外壁面の温度Ｔ２との関数で表される。またＱ２は、式（３）に示すように、ドラム２の外壁面の温度Ｔ２とドラム２の内壁面の温度Ｔ３との関数で表される。

Ｑ１＝Ｆ（Ｔ１，Ｔ２） ・・・（２）
Ｑ２＝Ｆ（Ｔ２，Ｔ３） ・・・（３）

上述のようにＱ１＝Ｑ２である場合、ドラム２の内壁面の温度Ｔ３は、加熱炉３の温度Ｔ１とドラム２の外壁面の温度Ｔ２、式（２）及び式（３）から算出することができる。また、ドラム２の外壁面の温度Ｔ２は、同様に、加熱炉３の温度Ｔ１、ドラム２の内壁面の温度Ｔ３、式（２）及び式（３）から算出することができる。すなわち、本実施形態においては、加熱炉測温センサ６、外壁面測温センサ７、内壁面測温センサ８、及び被処理物測温センサ９の４つの測温センサの中で、外壁面測温センサ７又は内壁面測温センサ８のいずれか１つの設置を省略することができる。測温センサの設置数を削減することにより熱分解装置のイニシャルコストの削減を図ることが可能となる。

なお、総括伝熱係数Ｕを取得する方法は上記に限定されない。例えば、式（１）において、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４に対して所定の補正係数を適用するようにしてもよい。また、測定されたＴ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４に基づき、所定のテーブルから総括伝熱係数Ｕを取得するようにしてもよい。

監視部１１１は、演算部１１０において算出された総括伝熱係数Ｕの経時変化を監視する。監視部１１１は、総括伝熱係数Ｕの経時変化において、総括電熱係数Ｕの低下の原因がドラム２の外壁面の温度Ｔ２の低下によるものか、被処理物１０１の温度Ｔ４の低下によるものかに基づき、ドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態を監視することができる。例えば、監視部１１１は、演算部１１０において所定の時間間隔で算出された総括伝熱係数Ｕ、ドラム２の外壁面の温度Ｔ２、及び被処理物１０１の温度Ｔ４を記録していき所定の期間における総括伝熱係数Ｕ、ドラム２の外壁面の温度Ｔ２、及び被処理物１０１の温度Ｔ４の経時的変化を監視するようにしてもよい。加熱炉測温センサ６で計測された加熱炉３の温度Ｔ１、外壁面測温センサ７で計測されたドラム２の外壁面の温度Ｔ２、内壁面測温センサ８で計測されたドラム２の内壁面の温度Ｔ３、及び被処理物測温センサ９で計測された被処理物１０１の温度Ｔ４は、被処理物１０１の状態やバーナー５の燃焼状態等によって短期的に変動するため、総括伝熱係数Ｕ等の短期的な監視ではドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態を把握することが困難となる。監視部１１１は、所定の期間における経時変化を監視することにより、ドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態の把握が可能となる。監視部１１１は、ドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態が異常であると判断したときには、報知装置１２に対して異常の報知をするための信号を送信する。報知装置１２は、作業者に対してドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着した付着物の付着状態を報知して、剥離作業等のメンテナンスを促すことができる。

投入量制御部１１２は、演算部１１０によって算出された総括伝熱係数Ｕに基づき投入装置１における被処理物１０１の投入量を制御する。投入量制御部１１２は、例えば、算出された総括伝熱係数Ｕを設計値に近付けるように被処理物１０１の投入量を制御する。投入量制御部１１２は、算出された総括伝熱係数Ｕが設計値を所定の値（安全マージン）上回るように被処理物１０１の投入量を制御してもよい。加熱炉３から供給される熱エネルギーが一定であるとすると、被処理物１０１の投入量が増えれば被処理物１０１の温度が低下する。一方、被処理物１０１の投入量が減れば被処理物１０１の温度が上昇する。投入量制御部１１２は、算出された総括伝熱係数Ｕに基づき投入装置１における被処理物１０１の投入量を制御して被処理物１０１の熱分解性能を安定させることができる。

供給エネルギー量制御部１１３は、演算部１１０によって算出された総括伝熱係数Ｕに基づき、バーナー５によって供給される補助燃料１０４の燃焼による加熱量とバルブ１３の開度を制御する。例えば、供給エネルギー量制御部１１３は、算出された総括伝熱係数Ｕを設計値に近付けるようにバーナー５によって供給される補助燃料１０４の燃焼による加熱量とバルブ１３の開度を制御する。供給エネルギー量制御部１１３は、算出された総括伝熱係数Ｕが設計値を所定の値（安全マージン）上回るようにバーナー５によって供給される補助燃料１０４の燃焼による加熱量とバルブ１３の開度を制御してもよい。燃焼排ガス１０５は、燃焼炉４において補助燃料１０４とガス１０２が燃焼することによって生成され、バルブ１３を介して燃焼炉４から加熱炉３に排出される。従って、バーナー５によって供給される加熱量を増加させれば燃焼排ガス１０５の温度が上昇し、バーナー５によって供給される加熱量を低下させれば燃焼排ガス１０５の温度も低下する。供給エネルギー量制御部１１３は、バーナー５に供給される補助燃料１０４の量やバーナー５に供給される空気の量によって燃焼による加熱量を制御する。また、バルブ１３の開度を大きくすれば燃焼排ガス１０５の排出量が増えて加熱炉３の温度が上昇し、バルブ１３の開度を小さくすれば燃焼排ガス１０５の排出量が減って加熱炉３の温度が低下する。供給エネルギー量制御部１１３は、バーナー５の燃焼とバルブ１３の開度を制御することにより、加熱炉３に供給する熱量を制御して熱分解性能を安定させることができる。

［第２の実施形態］
先ず、図４を用いて、第２の実施形態における熱分解装置の構成を説明する。図４は、第２の実施形態の熱分解装置の構成の一例を示す図である。

加熱炉測温センサ６−１、加熱炉測温センサ６−２、及び加熱炉測温センサ６−３は、ドラム２に設定された複数の領域毎にそれぞれ対応して配置される。ドラム２に設定された複数の領域とは、ドラム２に対して設定された任意の複数の領域である。本実施形態では、図４に示すように、ドラム２の図４図示左右方向に３つの領域を設けて、それぞれの領域に対応した位置に加熱炉測温センサ６−１、加熱炉測温センサ６−２、及び加熱炉測温センサ６−３を配置する場合を例示する。ドラム２の左右方向に設けられる３つの領域は、被処理物１０１の投入位置から残渣１０３の排出口までの間に左右方向に略等間隔で設けられた領域である。３つの領域を左右方向に設けることにより、被処理物１０１の投入位置から残渣１０３の排出口までの温度分布を把握することが可能となる。加熱炉測温センサ６−１、加熱炉測温センサ６−２、及び加熱炉測温センサ６−３は、それぞれの領域に対応した位置における加熱炉３の温度を測定（測温）して、スリップリング１０を介して制御装置１１に測定結果を送る。なお、ドラム２に設定された領域に対応した位置とは、ドラム２の外壁部に設けられた１点を領域の中心とした場合、その中心を通過する外壁部に鉛直な直線に対して、略直線上にある位置をいう。同じ領域にある測温センサの配置は、図１、図３又は図４において直線状に表される。また、第２の実施形態では、３つの加熱炉測温センサを上記の３つの領域で配置する場合を説明したが、領域の数や位置は任意である。例えば、加熱炉３が図４図示左右方向に長い場合、加熱炉３の長さに応じて加熱炉測温センサを配置する領域の数を増やしてもよい。

外壁面測温センサ、内壁面測温センサ、及び被処理物測温センサは、加熱炉測温センサ６−１、加熱炉測温センサ６−２、及び加熱炉測温センサ６−３の配置に対応してドラム２の図４図示左右方向に設けられた３つの領域にそれぞれ配置される。すなわち、加熱炉測温センサ６−１が配置される領域に対応して、外壁面測温センサ７−１（又は内壁面測温センサ８−１）、及び被処理物測温センサ９−１を配置する。加熱炉測温センサ６−２が配置される領域に対応して、外壁面測温センサ７−２（又は内壁面測温センサ８−２）、及び被処理物測温センサ９−２を配置する。また、加熱炉測温センサ６−３が配置される領域に対応して、外壁面測温センサ７−３（又は内壁面測温センサ８−３）、及び被処理物測温センサ９−３を配置する。すなわち、加熱炉測温センサ、外壁面測温センサ（又は内壁面測温センサ）、及び被処理物測温センサは、それぞれの領域で１組のセンサ群を形成して、制御装置１１は、各領域毎に上述した総括伝熱係数Ｕを算出する。

燃焼炉４には、加熱炉測温センサ６−１が配置される領域に対応して、バルブ１３−１が配置されて、燃焼排ガス１０５−１を加熱炉測温センサ６−１が配置される領域に排出する。バルブ１３−１の開度を大きくすると燃焼排ガス１０５−１の排出量が増加して加熱炉測温センサ６−１が配置される領域の温度が上昇する。同様に、加熱炉測温センサ６−２が配置される領域に対応して、バルブ１３−２が配置されて、燃焼排ガス１０５−２を加熱炉測温センサ６−２が配置される領域に排出する。また、加熱炉測温センサ６−３が配置される領域に対応して、バルブ１３−３が配置されて、燃焼排ガス１０５−３を加熱炉測温センサ６−３が配置される領域に排出する。制御装置１１は、それぞれのセンサ群が配置される領域毎に総括伝熱係数Ｕを算出して、領域毎にバルブ１３−１〜バルブ１３−３の開度を調節し、加熱炉３の温度を領域毎に制御する。

次に、図５を用いて、図４で説明した第２の実施形態の熱分解装置のシステム構成を説明する。図５は、第２の実施形態の熱分解装置のシステム構成の一例を示す図である。

演算部１１０は、加熱炉測温センサ６−１で計測された加熱炉測温センサ６−１が配置された領域の加熱炉３の温度、外壁面測温センサ７−１で計測されたドラム２の同領域の外壁面の温度（又は内壁面測温センサ８−１で計測されたドラム２の同領域の内壁面の温度）、及び被処理物測温センサ９−１で計測された被処理物１０１の同領域の温度に基づき、ドラム２の同領域における伝熱状態を示す総括伝熱係数Ｕ１を算出する。総括伝熱係数Ｕ１の算出方法は式（１）と同様である。また、演算部１１０は、加熱炉測温センサ６−２で計測された加熱炉測温センサ６−２が配置された領域の加熱炉３の温度、外壁面測温センサ７−２で計測されたドラム２の同領域の外壁面の温度（又は内壁面測温センサ８−２で計測されたドラム２の同領域の内壁面の温度）、及び被処理物測温センサ９−２で計測された被処理物１０１の同領域の温度に基づき、ドラム２の同領域における伝熱状態を示す総括伝熱係数Ｕ２を算出する。さらに、演算部１１０は、加熱炉測温センサ６−３で計測された加熱炉測温センサ６−３が配置された領域の加熱炉３の温度、外壁面測温センサ７−３で計測されたドラム２の同領域の外壁面の温度（又は内壁面測温センサ８−３）で計測されたドラム２の同領域の内壁面の温度、及び被処理物測温センサ９−３で計測された被処理物１０１の同領域の温度に基づき、ドラム２の同領域における伝熱状態を示す総括伝熱係数Ｕ３を算出する。すなわち、演算部１１０は、上記領域毎に総括伝熱係数Ｕ１、Ｕ２及びＵ３（以下、「Ｕ１等」という。）を算出する。算出された総括電熱係数Ｕ１等によって領域毎にドラム２における伝熱状態を知ることが可能となる。

監視部１１１は、演算部１１０において算出された総括伝熱係数Ｕ１等の経時変化を監視する。監視部１１１は、総括伝熱係数Ｕ１等の経時変化において、総括電熱係数Ｕ１等の低下の原因がドラム２の外壁面の温度Ｔ２の低下によるものか、被処理物１０１の温度Ｔ４の低下によるものかに基づき、ドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態を領域毎に監視することができる。監視部１１１は、所定の期間における経時変化を監視することにより、領域毎のドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態の把握が可能となる。監視部１１１は、領域毎のドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着する付着物の付着状態が異常であると判断したときには、報知装置１２に対して領域毎の異常の報知をするための信号を送信する。報知装置１２は、作業者に対して領域毎のドラムの外壁面又はドラムの内壁面に付着した付着物の付着状態を報知して、領域毎の剥離作業等のメンテナンスを促すことができる。

投入量制御部１１２は、演算部１１０によって算出された総括伝熱係数Ｕ１等に基づき投入装置１における被処理物１０１の投入量を制御して熱分解性能を安定させることができる。投入量制御部１１２は、例えば、Ｕ１等の平均値に基づき被処理物１０１の投入量を制御する。また、投入量制御部１１２は、Ｕ１等の最低値に基づき被処理物１０１の投入量を制御してもよい。

供給エネルギー量制御部１１３は、演算部１１０によって算出された総括伝熱係数Ｕ１等に基づき、バーナー５によって供給される補助燃料１０４の燃焼による加熱量とバルブ１３−１、バルブ１３−２及びバルブ１３−３の開度を制御する。供給エネルギー量制御部１１３は、総括伝熱係数Ｕ１等に基づき、領域毎にバルブ１３−１、バルブ１３−２及びバルブ１３−３の開度を制御する。なお、バーナー５による加熱量は、Ｕ１等の平均値又は最低値に基づき制御してもよい。なお、バルブ１３−１、バルブ１３−２及びバルブ１３−３は、いずれか１つのバルブの開度を変更すると他のバルブから排出される燃焼排ガス１０５−１〜３の排出量に影響を与える。従って、バルブの開度の制御は、各領域での加熱炉３の温度変化を考慮して行うようにしてもよい。例えば、ある領域における総括伝熱係数の低下が発生した場合、その領域のバルブ１３の開度を大きくするとともに、他の領域での温度低下が発生しないようにバーナー５による加熱量を大きくしてもよい。供給エネルギー量制御部１１３は、バーナー５によって供給される補助燃料１０４の燃焼による加熱量を制御するとともに、領域毎のバルブ１３−１、バルブ１３−２及びバルブ１３−３の開度を制御することにより、各領域での温度制御をして、熱分解性能を安定させることが可能となる。

なお、制御装置１１の各機能は、それぞれハードウェアで実現されても、ソフトウェアで実現されても、又はハードウェアの一部にソフトウェアを用いたミドルウェアで実現されてもよい。また、制御装置１１の各機能は、機能によって機能ブロックで表したものであるため、それぞれの機能は、複数の機能ブロックに分割して実現されてもよい。また、複数の機能の一部又は全部をまとめて１つの機能ブロックで実現されてもよい。すなわち、本実施形態で説明する制御装置１１の各機能の区分は便宜上の区分であって、制御装置１１がその機能を有する限り本実施形態に含まれるものとする。制御装置１１の各機能は、例えば、制御装置１１のＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行するプログラムによって実現される。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、熱分解装置は、ドラムと、加熱炉と、加熱炉測温部と、外壁面測温部と、内壁面測温部と、被処理物測温部と、演算部とを持つことにより、熱分解性能の安定を図った熱分解装置及び熱分解方法を提供することができる。

なお、上述した装置は、コンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、各機能ブロックの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録する。この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、ＣＰＵが実行することで実現してもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体のことをいう。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」は、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置を含む。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、短時間の間、動的にプログラムを保持するものを含んでいてもよい。短時間の間、動的にプログラムを保持するものは、例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線である。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、サーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。また、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。また、上記プログラムは、プログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。プログラマブルロジックデバイスは、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）である。
また、図を用いて説明した装置の各機能部は、ソフトウェア機能部であるものとしたが、機能の一部又は全部は、ＬＳＩ等のハードウェア機能部であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…投入装置、２…ドラム、３…加熱炉、４…燃焼炉、５…バーナー、６…加熱炉測温センサ、７…外壁面測温センサ、８…内壁面測温センサ、９…被処理物測温センサ、１０…スリップリング、１１…制御装置、１１０…演算部、１１１…監視部、１１２…投入量制御部、１１３…供給エネルギー量制御部、１２…報知装置、１３…バルブ

Claims (10)

1. 内部に投入された被処理物を加熱して熱分解するドラムと、
   前記ドラムの外側に設けられて前記ドラムの外壁面を加熱する加熱炉と、
   前記加熱炉の温度を計測する加熱炉測温部と、
   前記ドラムの外壁面の温度を計測する外壁面測温部と、
   前記加熱炉測温部及び前記外壁面測温部の計測結果に基づき前記ドラムの内壁面の温度を算出する内壁面温算出部と、
   前記被処理物の温度を計測する被処理物測温部と、
   前記加熱炉測温部、前記外壁面測温部及び前記被処理物測温部の計測結果、並びに前記内壁面温算出部の算出結果に基づき、前記ドラムにおける伝熱状態を示す係数を取得する演算部と
   を備える、熱分解装置。
2. 前記加熱炉測温部、前記外壁面測温部及び前記被処理物測温部は、前記ドラムに設定された複数の領域にそれぞれ対応して配置され、
   前記演算部は、前記複数の領域の領域毎に前記係数を取得する、請求項１に記載の熱分解装置。
3. 内部に投入された被処理物を加熱して熱分解するドラムと、
   前記ドラムの外側に設けられて前記ドラムの外壁面を加熱する加熱炉と、
   前記加熱炉の温度を計測する加熱炉測温部と、
   前記ドラムの内壁面の温度を計測する内壁面測温部と、
   前記加熱炉測温部及び前記内壁面測温部の計測結果に基づき前記ドラムの外壁面の温度を算出する外壁面温算出部と、
   前記被処理物の温度を計測する被処理物測温部と、
   前記加熱炉測温部、前記内壁面測温部及び前記被処理物測温部の計測結果、並びに前記外壁面温算出部の算出結果に基づき、前記ドラムにおける伝熱状態を示す係数を取得する演算部と
   を備える、熱分解装置。
4. 前記加熱炉測温部、前記内壁面測温部及び前記被処理物測温部は、前記ドラムに設定された複数の領域にそれぞれ対応して配置され、
   前記演算部は、前記複数の領域の領域毎に前記係数を取得する、請求項３に記載の熱分解装置。
5. 前記被処理物を前記ドラムの内部に投入する投入装置と、
   取得された前記係数に基づき前記投入装置における前記被処理物の投入量を制御する投入量制御部と
   をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱分解装置。
6. ドラムの外側に設けられた加熱炉で前記ドラムの外壁面を加熱して、前記ドラムの内側に投入された被処理物を熱分解する熱分解ステップと、
   前記加熱炉の温度を計測する加熱炉測温ステップと、
   前記ドラムの外壁面の温度を計測する外壁面測温ステップと、
   前記加熱炉測温ステップ及び前記外壁面測温ステップにおける計測結果に基づき前記ドラムの内壁面の温度を算出する内壁面温算出ステップと、
   前記被処理物の温度を計測する被処理物測温ステップと、
   前記加熱炉測温ステップ、前記外壁面測温ステップ及び前記被処理物測温ステップにおける計測結果、並びに前記内壁面温算出ステップにおける算出結果に基づき、前記ドラムにおける伝熱状態を示す係数を取得する演算ステップと
   を含む、熱分解方法。
7. 前記加熱炉測温ステップ、前記外壁面測温ステップ及び前記被処理物測温ステップにおける温度の計測は、前記ドラムに設定された複数の領域にそれぞれ対応して実施され、
   前記演算ステップにおいて、前記複数の領域の領域毎に前記係数を取得する、請求項６に記載の熱分解方法。
8. ドラムの外側に設けられた加熱炉で前記ドラムの外壁面を加熱して、前記ドラムの内側に投入された被処理物を熱分解する熱分解ステップと、
   前記加熱炉の温度を計測する加熱炉測温ステップと、
   前記ドラムの内壁面の温度を計測する内壁面測温ステップと、
   前記加熱炉測温ステップ及び前記内壁面測温ステップにおける計測結果に基づき前記ドラムの外壁面の温度を算出する外壁面温算出ステップと、
   前記被処理物の温度を計測する被処理物測温ステップと、
   前記加熱炉測温ステップ、前記内壁面測温ステップ及び前記被処理物測温ステップにおける計測結果、並びに前記外壁面温算出ステップにおける算出結果に基づき、前記ドラムにおける伝熱状態を示す係数を取得する演算ステップと
   を含む、熱分解方法。
9. 前記加熱炉測温ステップ、前記内壁面測温ステップ及び前記被処理物測温ステップにおける温度の計測は、前記ドラムに設定された複数の領域にそれぞれ対応して実施され、
   前記演算ステップにおいて、前記複数の領域の領域毎に前記係数を取得する、請求項８に記載の熱分解方法。
10. 被処理物を前記ドラムの内部に投入する投入ステップと、
    取得された前記係数に基づき前記投入ステップにおける被処理物の投入量を制御する投入量制御ステップと
    をさらに含む、請求項６から９のいずれか１項に記載の熱分解方法。

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