以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態に係る各構成は、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。また、以下の図においては、説明の便宜上、一部の構成を省略することがある。
図1は、実施の形態に係る分解処理装置搭載車両の側面図である。なお、以下の説明において、特に明示しない限り、「左」、「右」、「前」、「後」は、車体に対する向きであり、各図において矢印で示した方向を基準として用いる。但し、以下の実施の形態での各構成の向きは、一例にすぎず、任意の向きに変更することができる。
図1に示すように、分解処理装置搭載車両(以下、「車両」と称する)10はトラックを基本構造としており、車両前方にキャビン11が設けられ、キャビン11の後方に前後方向に延在する荷台12が設けられている。キャビン11の下部には前輪14及び後輪15を駆動するためのエンジン13が設置されている。荷台12には、前後方向に3つの区画が形成され、前方から後方に向かって順に、発電エリア12Aと、プラズマ処理エリア12Bと、作業エリア12Cとを備えている。
続いて、発電エリア12Aの各構成について説明する。図2は、荷台の内部を透視した車両の平面図である。図2に示すように、車両10は、発電エリア12Aにおいて、左右に並んで配置された直流発電機17及び交流発電機18を備えている。発電エリア12Aでは、直流発電機17及び交流発電機18の前後及び左右方向が周壁20によって囲われている。また、発電エリア12Aでは、直流発電機17及び交流発電機18の上方に、後述する排気部21(図3参照)が設けられ、車両走行時等において排気部21と周壁20とによって発電エリア12Aを閉塞した空間を形成する。左右両側の周壁20は、ウィングボディとして開閉され、発電エリア12A内を外部に開放し、各発電機17、18を外部に露出可能となっている。交流発電機18は、図1に示すエンジン13とは別のエンジンを搭載し、このエンジンの出力を利用して交流電力を発電するものである。
図3は、荷台の内部を左右方向中央位置で透視した車両の左側面図である。直流発電機17は、エンジン13の出力を利用して発電するものである。具体的には、図3に示すように、エンジン13の駆動によってプロペラシャフト22が回転され、この回転がギヤボックス23を介して直流発電機17の入力軸を回転させて直流電力が発電される。このように、交流及び直流電力を発電が可能とすることで、電源設備のない保管場所においても、後述する水プラズマ発生装置等の各機器を作動させることができる。
次いで、プラズマ処理エリア12Bの各構成について説明する。図4は、荷台の内部を左寄りの位置で透視した車両の左側面図である。図2及び図4に示すように、車両10は、プラズマ処理エリア12Bにおいて、閉塞した空間となる処理室25を備えている。また、車両10は、処理室25内に、前後に並んで配置された水プラズマ発生装置27及び排気処理装置28を更に備えている。水プラズマ発生装置27は、直流発電機17(図4では不図示)から直流電力が供給されて直流アークを発生(アーク放電)させる。この直流アークの発生によって、水プラズマ発生装置27内に供給された水が解離、電離されて高エネルギーとなる水プラズマのジェット気流が噴射される。水プラズマ発生装置27の詳細な構成は後述する。
水プラズマ発生装置27から噴射される水プラズマのジェット気流には、後述する供給装置を介して有害廃棄物(分解対象物)が投入される。水プラズマのジェット気流は、極めて高温で超高速な流体となり、この流体内に投入された有害廃棄物の有害物質は、瞬時に分解されてプラズマ化してからガスになる。
排気処理装置28は、水プラズマ発生装置27の水プラズマ噴射下流側、すなわち、水プラズマ発生装置27の前方に設けられる。排気処理装置28は、水プラズマによってガス化した分子を処理するものであり、酸性となったガスは強アルカリ性水を介して中和され、無害となったガスは上方の排気部21(図2では不図示)に排出される。排気部21は、複数のファンを備えて発電エリア12Aの上部を排気用の通路とし、発電エリア12Aの前方からガスを排出する。排気処理装置28の詳細な構成は後述する。
図5は、処理室の内部を上下方向中央位置で透視した車両の平面図である。図2、図3及び図5に示すように、処理室25内の前方寄りの位置には、供給ポンプ31(図5では不図示)と真空ポンプ32(図2では不図示)とが上下に並設されている。上段の供給ポンプ31は、水プラズマ発生装置27に冷却水及びプラズマ用水を供給するものであり、プラズマ用水は、更に高圧ポンプ33(図5では不図示)によって高圧水として圧送される。真空ポンプ32は、水プラズマ発生装置27から冷却水及びプラズマ用水を排出するために吸引する。真空ポンプ32では水と空気とが混合された状態で吸引するため、混合された水と空気とが気液分離器35に送出されて分離される。各ポンプ31〜33及び気液分離器35は、交流発電機18から供給された交流電力によって駆動する。
各ポンプ31〜33と水プラズマ発生装置27とを接続する配管(不図示)の経路においては、図2及び図4に示すように、サージタンク37が設けられている。かかるサージタンク37を介して各ポンプ31〜33による水圧の変化(脈動)が抑制され、安定した水圧によって水プラズマ発生装置27への冷却水及びプラズマ用水の供給及び排出が行えるようになる。
水プラズマ発生装置27の冷却水及びプラズマ用水は、図3及び図5に示す水槽40に貯留され、各ポンプ31〜33によって循環されて利用される。なお、冷却水及びプラズマ用水は、水プラズマ発生装置27に供給する際の水圧が異なるだけで同じ水が利用される。真空ポンプ32で吸引し気液分離器35によって分離された水(冷却水及びプラズマ用水)は水槽40内に流れ込む。水槽40は、処理室25の後半部領域における床部分を二重床構造とし、かかる二重床によって形成される空間内に設置される。水槽40は、前後に2列、左右に4列の合計8体設けられ、図5の矢印で示すように、各水槽40によって蛇行して水が流れる。それぞれの水槽40がパイプ等で接続される。そして、全ての水槽40を流れた水は、荷台12の下方であって後輪15の前方に配置されたラジエータ41を介してタンク42内に流れ込む。かかる水の流れにおいて、水プラズマ発生装置27で加熱された水が冷却され、供給ポンプ31を介して再度水プラズマ発生装置27に供給される。
なお、水プラズマ発生装置27は、図4に示すように、水槽40の上方に設置されているので、水プラズマ発生装置27から発せられる音が水槽40内の水によって減衰するよう防音効果が得られる。
図2に示すように、処理室25を形成する後方の壁体には左右にそれぞれ出入口47が設けられ、これら出入口47を開閉するドア48が設けられている。従って、出入口47を通じて作業者が、処理室25内と処理室25の後方における荷台12上のスペースとで出入り可能となっている。
次いで、作業エリア12Cの各構成について説明する。図2及び図4に示すように、車両10は、開放した空間となる作業エリア12Cにおいて、荷台12上に設置された供給装置50を更に備えている。供給装置50は、コンプレッサ51と、コンプレッサ51による圧縮エアーを貯留するエアータンク52と、エアータンク52内の圧縮エアーによって粉状の有害廃棄物を搬送する粉体搬送装置53と、エアータンク52内の圧縮エアーによって液状の有害廃棄物を搬送する液体搬送装置54とを備えている。供給装置50は、処理室25内に後述するノズル110、111(図7参照)を更に備え、ノズル110、111は、不図示の配管を介して粉体搬送装置53及び液体搬送装置54から送出される有害廃棄物を水プラズマ発生装置27から噴射される水プラズマに投入する。
作業エリア12Cにおいて、荷台12の左右両側には側あおり板56がそれぞれ設けられる。側あおり板56は、下端部において荷台12にヒンジ連結され、起立位置と水平位置との間で回転可能となっている。水平位置とした側あおり板56は、荷台12と同一面上に位置するようになり、作業エリア12Cにおいて荷台12と共に床面として作業スペースを形成する。起立位置とした各側あおり板56の内面には、はしご部57(図4では不図示)がそれぞれ設けられ、各はしご部57の前端部は、側あおり板56の前端部に回転可能に連結されている。従って、側あおり板56を水平位置としてから、はしご部57の後端が前方に位置するよう回転して接地させることで、作業者がはしご部57を介して荷台12と地面との間を容易に昇降できるようになる。
ここで、図6に示すように、上述した水プラズマ発生装置27、排気処理装置28及び供給装置50を含んで有害廃棄物を分解処理することができる分解処理装置60が構成される。以下、本実施の形態の分解処理装置60の各構成について説明する。図6は、本実施の形態の分解処理装置を一部側断面した説明図である。
水プラズマ発生装置27は、スタンド70を介して所定の高さ位置に支持されている。水プラズマ発生装置27は、前後に延びる陰極71と、陰極71の前端側が挿入されるチャンバ72と、チャンバ72の斜め下前方に設けられる鉄製円板状の陽極73と、陽極73を支持する陽極支持部75とを備えて構成されている。
陰極71は、炭素からなる丸棒によって形成され、送りねじ軸機構76を介して前後方向に変位してチャンバ72への挿入量を調整可能となっている。チャンバ72は、陽極支持部75の上方に支持板78を介して支持されている。陽極支持部75の後端には、前後に延びる延長筒体79が連結され、延長筒体79の後端にはモータ80が設けられている。モータ80の駆動力は、延長筒体79及び陽極支持部75を通じて陽極73に伝達され、陽極73が回転可能に設けられている。
チャンバ72には、供給ポンプ31を介して冷却水が供給され、また、高圧ポンプ33を介してプラズマ用水が供給される。プラズマ用水の一部は、チャンバ72の前端側から水プラズマとして噴射される。チャンバ72に供給された冷却水と、噴射されなかったプラズマ用水とは、真空ポンプ32を介して吸引される。陽極支持部75においても、陽極73の内部を流す冷却水が供給ポンプ31を介して供給され、陽極73にて吸熱を行った冷却水が真空ポンプ32を介して吸引される。
排気処理装置28は、箱状の筐体83と、筐体83の下部に設けられるとともに上部を開放して高アルカリ性水を貯留する水槽84を荷台12上に備えている。排気処理装置28は、筐体83内であって水槽84の上方にガス化した廃棄物を処理する処理空間85を形成している。また、排気処理装置28は、処理空間85内に設けられるシャワー装置87及びパネル体88を更に備えている。
水槽84の内部には、吸水口90が設けられ、吸水口90から図示しないポンプ91(図2参照)の作動によって水槽84内の高アルカリ性水がシャワー装置87に供給される。シャワー装置87は、供給された高アルカリ性水を処理空間85内で噴射し、ガス化した酸性ガスを中和させる。中和された分子は、排気部21によって外部に排出される。また、水槽84内の高アルカリ性水は、吸水口90からパネル体88上部の供給口92にも汲み上げられ、汲み上げられた高アルカリ性水はパネル体88の後面全体を伝って水槽84に流れ落ちる。この高アルカリ性水の流れによって、上述と同様に酸性ガスとの中和が行われ、また、水プラズマによって発生した熱が吸収されて排気処理装置28全体の冷却作用が得られる。
排気処理装置28と水プラズマ発生装置27とは、壁体93を隔てて配置されている。壁体93は、排気処理装置28の処理空間85を後方から閉塞し、処理空間85の内部と、外部の水プラズマ発生装置27が設置される空間とを仕切ってそれらの間での気密性が維持される。
ここで、壁体93には、筒状の収容体95が貫通して設けられ、収容体95はチャンバ72の後述する噴射口側となる前端側と陽極73とを収容している。これにより、収容体に95によって水プラズマ発生装置27から噴射される水プラズマのジェット気流がカバーされる。壁体93における収容体95の貫通部分は全溶接され、壁体93によって収容体95が保持されるとともに、それらの間での気密性が保たれる。収容体95は、円筒状に形成される筒本体部96と、筒本体部96の一端側(水プラズマ発生装置27側)に形成される後方開口形成部97と、筒本体部96の他端側(排気処理装置28側)に形成される前方開口形成部98とを備えている。筒本体部96の軸線方向は、水プラズマ発生装置27側より排気処理装置28側の方が低くなるように傾斜している。
図7は、収容体の側断面図である。図7に示すように、収容体95を構成する筒本体部96、後方開口形成部97及び前方開口形成部98は、二重構造となっており、その厚み内に冷却水が流れる単一の空間100を形成している。この空間100には、冷却水用の供給路102と排出路103とが連通している。供給路102は、筒本体部96の前方下端側に設けられ、排出路103は、後方開口形成部97の上端側に形成されている。収容体95では、図示しないポンプを介して供給路102から冷却水が供給され、空間100内に導入される。そして、空間100において供給路102から排出路103に流れる冷却水によって、水プラズマによって発生した熱が吸収され、収容体95の冷却作用が得られる。
図8Aは、収容体を後方から見た図であり、図8Bは、収容体を前方から見た図である。図8Aに示すように、後方開口形成部97に形成される開口97aは、陽極73とチャンバ72の前端側とを収容し得るよう、それらに対応した開口形状に形成されている。図8Bに示すように、前方開口形成部98に形成される開口98aは、前方開口形成部98の上半部領域に形成されて下端部が水平方向に沿って延在している。従って、図6に示すように、収容体95内における前方開口形成部98と筒本体部96との下側コーナー部に貯留空間105が形成される。この貯留空間105には、水プラズマによって分解処理されなかった有害廃棄物が貯留され、前方開口形成部98の下部を貫通する通路106を介して排出される。
図7に戻り、収容体95には、供給装置50(図4参照)を構成する第1ノズル110が貫通して支持されている。本実施の形態では、第1ノズル110は収容体95の上部に装着され、先端が下向きとなって配置されている。第1ノズル110は、液体搬送装置54に接続されており、液状の有害廃棄物が液体搬送装置54から不図示の配管等を介して第1ノズル110に搬送され、第1ノズル110の先端から有害廃棄物を投入可能となっている。
ここで、収容体95は、第2ノズル111を貫通して支持することができる。つまり、供給装置50は、第1ノズル110に加えて第2ノズル111を更に備え、第1及び第2ノズル110、111を選択的に利用することができる。本実施の形態では、第2ノズル111は収容体95の下部に装着され、先端が上向きとなって配置されている。第2ノズル111は、粉体搬送装置53に接続されており、粉状の有害廃棄物が粉体搬送装置53から不図示の配管等を介して第2ノズル111に搬送され、第2ノズル111の先端から有害廃棄物を投入可能となっている。なお、第1及び第2ノズル110、111には、不図示の循環手段を介して通路106から排出された有害廃棄物も再度投入される。
収容体95における各ノズル110、111の貫通部分には、雌ねじ部112が設けられる一方、各ノズル110、111の外周には雌ねじ部112にねじ込み可能な雄ねじ部113が設けられている。従って、雌ねじ部112に雄ねじ部113をねじ込むことで、各ノズル110、111が収容体95に保持され、また、ねじ込み量を変化させることで各ノズル110、111の延出方向の位置調整を行えるようになる。
図8Aに示すように、第1ノズル110は、収容体95上部の左右二箇所位置に設けてもよく、第2ノズル111は、収容体95下部の左右二箇所位置に設けてもよい。この場合、収容体95の上下の二箇所位置に雌ねじ部112を設け、雌ねじ部112に雄ねじ部113をねじ込むときに、左右の各ノズル110、111の先端位置が揃うように配置調整する。
次いで、第1及び第2ノズル110、111の先端の位置について、図9を参照して以下に説明する。図9は、第1及び第2ノズルの先端位置の説明図である。ここで、図9に示すように、水プラズマ発生装置27においては、後述するように円筒内周面となる噴射口145から水プラズマのジェット気流Jが噴射される。この水プラズマのジェット気流Jは、本実施の形態では、噴射口145から前方に向かうに従って錘状に広がるように噴射され、その中心軸線位置C1は、噴射口145の中心軸線位置C1と同一となって前後方向に延出する。
有害廃棄物の投入時において、各ノズル110、111の先端は、水プラズマのジェット気流Jの内部に配置される。ここで、水プラズマのジェット気流Jは噴射によって発光する領域となる。好ましくは、噴射口145の開口を中心軸線位置C1に沿って延出した空間A1内に各ノズル110、111の先端が位置するように配置される。図9では、各ノズル110、111の先端が中心軸線位置C1から離れているが、当該中心軸線位置C1に一致又は重なるように配置されるようにしてもよい。また、陰極71を中心軸線位置C1に沿って延出した空間A2内に各ノズル110、111の先端が配置されるようにしてもよい。このようにノズル110、111の先端位置を設定することで、水プラズマのジェット気流Jのより高温となる部分に有害廃棄物を投入することができる。これにより、投入した有害廃棄物をガス化した廃棄物に効率良く分解し、収容体51を通じて排気処理装置28の処理空間85(図6参照)に排出することができる。
続いて、第1及び第2ノズル110、111の内部構造について図10を参照して説明する。図10は、第1及び第2ノズルの内部構造を示す断面図である。図10に示すように、第1ノズル110は、三重管構造となる冷却構造120を備えており、内側から外側に向かって順に第1通路121、第2通路122及び第3通路123を形成している。第1ノズル110の基端部(図9中上端)は接続部110aとされ、液体搬送装置54(図6参照)に連通する配管(不図示)に接続される。接続部110aは第1通路121に連通している。従って、第1通路121は、液体搬送装置54から搬送される有害廃棄物が通過されて第1ノズル110の先端から有害廃棄物を投入可能となる。
第2通路122及び第3通路123は、第1ノズル110の先端側で相互に連通して冷却水が流れる単一の空間となり、この空間には冷却水用の供給路125と排出路126とが連通している。第1ノズル110の基端側において、供給路125は第2通路122に連通し、排出路126は第3通路123に連通している。具体的には、第1ノズル110では、図示しないポンプを介して供給路125から冷却水が供給され、第2通路122内に導入される。そして、第2通路122内で冷却水が第1ノズル110の基端側から先端側に向かって通過してから、当該先端で折り返されるように流れて第3通路123内に導入される。第3通路123では冷却水が第1ノズル110の先端側から基端側に向かって通過して排出路126より排出される。このような冷却水の流れによって、水プラズマによって発生した熱が吸収され、第1ノズル110の長さ方向全体に亘って冷却作用が得られる。
なお、第1及び第2ノズル110、111は、上下の向きが略反対となるものの同一の構造となっており、接続先が液体搬送装置54と粉体搬送装置53とで異なっているだけなので、第2ノズル111の構造についての説明は省略する。
次いで、チャンバ72の内部構造について図11ないし図13を参照して説明する。図11は、チャンバの側断面図、図12は、チャンバの平面断面図、図13は、チャンバの縦断面図である。
図11及び図12に示すように、水プラズマ発生装置27を構成するチャンバ72は、前後方向に延びる円筒内周面を形成するチャンバ本体140と、チャンバ本体140の前方には装着された前壁部141とを備え、それらの内側に水プラズマを発生させるための内部空間142を形成している。前壁部141には内部空間142に連通する開口が形成され、この開口を前方から塞ぐように噴射口形成板144が取り付けられている。噴射口形成板144には水プラズマを噴射する噴射口145が形成されている。
チャンバ本体140の内部には、前方寄りの位置に周方向に延びるリブ140aが形成され、このリブ140aより前側にプラズマ用水供給路147が形成されている。また、前壁部141には、その開口内に流れ込むプラズマ用水を排出するプラズマ用水排出路148が形成されている。プラズマ用水供給路147には、高圧ポンプ33から高圧なプラズマ用水が供給され、プラズマ用水排出路148からは真空ポンプ32の負圧によってプラズマ用水が吸引される。
チャンバ本体140のリブ140aより後側には冷却水供給路150及び冷却水排出路151(図12では不図示)が形成されている。冷却水供給路150には、供給ポンプ31から冷却水が供給され、冷却水排出路151からは真空ポンプ32の負圧によって冷却水が吸引される。プラズマ用水供給路147、冷却水供給路150及び冷却水排出路151は、円筒内周面となる丸穴状に形成されている。
図13に示すように、プラズマ用水供給路147は、縦断面視で円形となる内部空間142の下部で連通して左右方向に延出している。具体的には、内部空間142の下部接線方向にプラズマ用水供給路147が延在し、より具体的には、プラズマ用水供給路147の下端が内部空間142の下端から延びる接線上に位置している。これにより、プラズマ用水供給路147から流れ込むプラズマ用水が内部空間142の周方向に沿って滑らかに流れる。
なお、プラズマ用水供給路147の内径d1は、内部空間142を形成するチャンバ本体140の内周面と後述する筒状部162との間の幅h1と同一又は概略同一に設定されている。冷却水供給路150を縦断面視した形状は、プラズマ用水供給路147と同じとなり、プラズマ用水と同様に冷却水も内部空間142に流れ込ませることができる。また、冷却水排出路151は、縦断面視で内部空間142の上部に連通して左右方向に延出している。
水プラズマ発生装置27は、チャンバ72内に収容される概略筒状の渦水流発生器160を備えている。渦水流発生器160は、内部空間142と中心軸線位置C1が一致するように配置されている。なお、この中心軸線位置C1は、上述した噴射口145の中心軸線位置C1(図9参照)と一致する。従って、縦断面視で内部空間142は、その内周面と渦水流発生器160の外周面との間で円状の空間を形成し、上述のように内部空間142に流れ込んだプラズマ用水は、円状の空間を旋回するように流れる。
図14は、チャンバの一部と渦水流発生器の分解縦断面図である。図14に示すように、渦水流発生器160は、円筒状をなす筒状部162と、筒状部162の内周から突出するように形成された第1中間仕切部163及び第2中間仕切部164と、筒状部162の一端側(後端側)に形成される後側仕切部(一端側仕切部)165と、筒状部162の他端側(前端側)に形成される前側仕切部(他端側仕切部)166とを備えた形状に形成されている。第1中間仕切部163は第2中間仕切部164より後方に配置されている。後側仕切部165は、後方の陰極71(図11参照)に対向して配置される。渦水流発生器160の前端部は、前壁部141の開口に嵌め込まれる。
図15は、渦水流発生器の分解縦断面図である。図15に示すように、筒状部162は、軸方向(前後方向)に複数に分割可能な構造となっており、噴射口145側(前側)に位置する前端部170と、前端部170と反対側(後側)に位置する後端部171と、それらの間に位置する第1中間部173、第2中間部174、3体の水流形成リング176及び6体のスペーサリング177とによって形成される。3体の水流形成リング176の前後両側にスペーサリング177がそれぞれ設けられ、スペーサリング177の内周が前方又は後方に突出して水流形成リング176の内周に嵌り込む。第1中間部173及び第2中間部174は、スペーサリング177を介在させた状態で前後両側から水流形成リング176によって挟まれるように配置される。そして、前後に3体並ぶ水流形成リング176のうち、最前の水流形成リング176の前方にスペーサリング177を介在させて前端部170が設けられ、最後の水流形成リング176の後方にスペーサリング177を介在させて後端部171が設けられている。
図16は、渦水流発生器の一部の分解斜視図である。図15及び図16に示すように、前端部170は、前側仕切部166の外周にフランジ状に連なって形成され、後端部171は、後側仕切部165の外周にフランジ状に連なって形成されている。従って、前端部170と前側仕切部166とによって一部品となるヘッド部160Aが形成され、後端部171と後側仕切部165とによって一部品となるエンド部160Bが形成される。また、第1中間部173は、第1中間仕切部163の外側にフランジ状に連なって形成され、第2中間部174は、第2中間仕切部164の外側にフランジ状に連なって形成される。従って、第1中間部173と第1中間仕切部163とによって一部品となる穴有り円板部160Cが形成され、第2中間部174と第2中間仕切部164とによって一部品となる穴有り円板部160Dが形成される。
各仕切部163〜166は、筒状部162の中心軸線位置C1を含むように円形の開口部163a〜166aを備えている。本実施の形態では、開口部163a〜166aの中心位置は、中心軸線位置C1に一致している。各開口部163a〜166aの開口形状は、異なる大きさに形成されている。具体的には、後側仕切部165の開口部165aの開口径D1が最も大きく、第1中間仕切部163の開口部163aの開口径D2が最も小さく形成されている。また、第2中間仕切部164の開口部164aの開口径D3、前側仕切部166の開口部166aの開口径D4とすると、D4>D3>D2となる大小関係となっている。これにより、第1中間仕切部163の開口部163aから前方に向かう(陰極71(図11参照)から離れる)に従って開口径(開口形状)が大きくなり、錘状となる空間が形成される。
各仕切部163〜166の後面は、各開口部163a〜166aの中心位置に近付くに従って前方に向かう(陰極71(図11参照)から離れる)テーパ面163b〜166bによって形成されている。第1中間仕切部163、第2中間仕切部164、前側仕切部166のテーパ面163b、164b、166bは、椀状面に沿って凹むように湾曲している。具体的には、テーパ面163b、164b、166bの断面視で、開口部163a、164a、166aの近傍領域が中心軸線位置C1に直交する面上に位置し、かかる領域から外側に行くほど傾斜が急になる湾曲面となっている。各仕切部163〜166の前面は、中心軸線位置C1に直交する面上に位置するように形成される。
第1中間仕切部163、第2中間仕切部164、前側仕切部166では、開口部163a、164a、166aとテーパ面163b、164b、166bとの間に円弧状の面取り部163c、164c、166cが形成されている。面取り部163c、164c、166cの曲率は、テーパ面163b、164b、166bの曲率より大きく設定されている。
ここで、図13及び図15に示すように、3体の水流形成リング176それぞれには、複数の通路180が形成されている。本実施の形態では、1体の水流形成リング176に3つの通路180が形成され、図13では、2つの通路180が不図示となっている。このように通路180が形成されることで、中心軸線位置C1の延出方向では、水流形成リング176が配置される3箇所位置で通路180が3つずつ形成され、当該3つの通路180の前後方向での位置が同じとなる。また、通路180は、前後に隣り合う仕切部163〜166の間それぞれに、3つずつ形成されることとなる。各通路180は、円筒内周面となる丸穴状に形成されている。
図13に示すように、通路180は、水流形成リング176の周方向に等角度毎(本実施の形態では120°毎)に形成されている。各通路180は、水流形成リング176の内外で連通するように貫通しており、厚さ方向に対して傾斜する方向に延出している。具体的には、各通路180は、連通位置における水流形成リング176の内周接線方向に延在し、より具体的には、水流形成リング176の内周接線位置に通路180の内周面が線状に重なるように形成されている。従って、通路180の最も内側の端縁と水流形成リング176の内周との間で隆起した部分がないように形成される。また、通路180の外部から内部にプラズマ用水が流れる方向と、水流形成リング176の外部でプラズマ用水が旋回して流れる方向とでなす角度θは鋭角となっている。
上記のように通路180を形成したので、筒状部162の外部でチャンバ本体140の内周面に沿って流れるプラズマ用水は、通路180を通過して筒状部162の内部に流れ込む。そして、プラズマ用水が筒状部162の内周面に沿って滑らかに流れるようになり、縦断面視で中心軸線位置C1に空洞を形成するように円状に旋回する渦水流が形成される。
水プラズマ発生装置27は、チャンバ72内において、渦水流発生器160の後方に更に種々の構成を備えている。以下、かかる構成について、前方の構成から後方に向かって順に説明する。
図11に示すように、チャンバ本体140のリブ140a後面には、円筒状のストッパ201が接触して設けられている。ストッパ201の開口部には、渦水流発生器160における後側仕切部165及び後端部171が嵌り込み、渦水流発生器160が後方に移動しないように位置決めしている。
ストッパ201の後面には、段付き円筒状のケース202が接触して設けられ、このケース202の後面には、円筒状の水流形成筒体203が嵌め込まれて設けられている。図12にも示すように、水流形成筒体203は、上述した通路180と同様の形状をなす複数の通路203aが形成されている。これら通路203aによって冷却水供給路150から内部空間142に供給される冷却水が水流形成筒体203内に流れ込み、陰極71と接触して冷却する。冷却を行った冷却水は冷却水排出路151(図12では不図示)から排出される。
なお、冷却水供給路150から供給される冷却水は、ストッパ201等を通じて前方の渦水流発生器160に流れ込み、プラズマ用水としても利用される。また、プラズマ用水がストッパ201等を通じて陰極71を冷却することを妨げるものでない。要するに、プラズマ用水及び冷却水は、供給位置及び供給圧力の違いによって主として利用される用途を意味するものであり、それぞれ互いの用途を兼ね備えて利用される。
水流形成筒体203の左側にはセンサ用穴203bが形成され、このセンサ用穴203bに対向する位置にはセンサ204(図11では不図示)が設けられている。センサ204は、チャンバ本体140に形成されたセンサ取付孔140b(図11では不図示)内に装着されている。センサ204は、センサ用穴203bを通じて当該センサ用穴203bの前後位置での陰極71の有無を検出する。センサ204によって陰極71がないことを検出すると、その検出データが制御手段(不図示)に出力されて送りねじ軸機構76(図6参照)を駆動し、陰極71を所定量前進させる。これにより、陰極71の前端位置をセンサ用穴203bから前方への所定範囲内に維持することができる。
水流形成筒体203の後方には、内部に段差が形成された段付き円筒状のケース206が設けられている。ケース206の前端部は、水流形成筒体203の後端側に嵌め込まれている。ケース206の内部には、陰極71に接触して保持する接触体207が設けられている。接触体207は、図示省略したが周方向所定角度毎に分割して形成され、その内径寸法が可変となっている。また、接触体207の外周にはリング状の弾性体208が設けられ、この弾性体208の弾性力によって接触体207を介して陰極71を締め付けて陰極71と接触体207との接触状態が保たれる。
接触体207の後端面には、リング状のシール保持体209が接触しており、シール保持体209の内部にはシール210が設けられている。シール210は、陰極71との間での液密性を維持し、冷却水がシール210より後方に漏出することが規制される。
シール保持体209の後端面には、リング状のコネクタ211が接触しており、コネクタ211には、アダプタ等(不図示)を介して配線213が接続されている。配線213には、配電盤等を介して直流発電機17(図2参照)からの直流電力が供給される。コネクタ211、シール保持体209及び接触体207は導電体によって構成され、これらを通じて陰極71と配線213との電気的な導通が行われる。これにより、陰極71にアーク放電を発生させるための直流電力が供給される。
コネクタ211の後端面には、リング状のスペーサ214が接触しており、スペーサ214の後端面には、陰極71が貫通される止めねじ215が接触している。チャンバ本体140の後方における内周面には、止めねじ215にねじ結合可能な雌ねじ(不図示)が形成され、止めねじ215をねじ込んで前進させることで、上述した渦水流発生器160後方の各構成における前後方向の位置決めが行われる。
なお、チャンバ72内において、符号221〜225を付した構成は、Oリング等からなるシール部材であり、それらの接触面での液密性を維持するものである。
次に、渦水流発生器160における渦水流について説明する。図13に示すように、プラズマ用水供給路147から高圧となるプラズマ用水を供給すると、内部空間142を形成するチャンバ本体140の内周面と渦水流発生器160の外周面との間で筒状に形成される空間で旋回するようにプラズマ用水が流れる。この旋回するプラズマ用水の流れによって、プラズマ用水が通路180を通過して筒状部162の内部に流れ込む。このとき、通路180の内周面が水流形成リング176の内周接線位置に線状に重なるので、プラズマ用水が筒状部162の内周面に沿って滑らかに流れるようになる。
図17は、図11を一部拡大した渦水流を説明するための図である。図17に示すように、通路180から筒状部162の内側に流れ込んだプラズマ用水は、前後方向で隣り合う仕切部163〜165の間で旋回するように流れる。ここで、旋回して流れるプラズマ用水は、前壁部141に形成されたプラズマ用水排出路148から吸引される。このため、プラズマ用水は、開口部163a、164a、166aを通じて前方に流れ、前側仕切部166の前端と噴射口形成板144との間の隙間を通過してプラズマ用水排出路148から排出される。このとき、中心軸線位置C1に空洞Hを形成するように旋回する渦水流Wが形成される。ここで、渦水流Wに空洞Hが形成されないと、陽極73と陰極71との間でアーク放電AR(図18参照)が発生しないため、空洞Hを安定して生じるよう渦水流Wを形成されることが重要となる。
そこで、本発明者は、様々な条件下で多数の実験を行い、図14及び図16に示すように、開口部163a、164a、166aの開口径D2〜D4がD4>D3>D2となる大小関係となるときに、最も安定して渦水流Wの空洞Hが形成されることを知見した。これは、前方に向かうに従って開口径D2〜D4が大きくなる錘状となる空間が形成されるため、下流側(前寄り)となる程、プラズマ用水が後ろから前へ流れ易くなることに起因すると推測される。なお、上記以外の大小関係であっても、開口径D1〜D4が異なる大きさに形成されることによっても、空洞Hが安定して形成されるようになる。このとき、開口部163a〜166aのうち、少なくとも1つが他と比べて異なる大きさであればよい。このように異なる大きさに形成することで、各開口部163a、164a、166aを通過して流れるプラズマ水の量について調整の自由度を高めることができる。これにより、渦水流Wに空洞Hが良好に形成されるよう、種々の開口径を採用することができ、水プラズマを安定して噴射することができる。
また、テーパ面163b、164b、166bが椀状面に沿って凹むように湾曲したり、円弧状の面取り部163c、164c、166cを形成したりしたので、渦水流Wの形成を阻害するような乱流が発生し難くなって空洞Hの安定形成に寄与することができる。
なお、プラズマ用水は、旋回する流れによって渦水流発生器160やチャンバ本体140を冷却する効果も奏する。
空洞Hを備えた渦水流Wが形成された状態で、図18に示すように、陽極73及び陰極71に直流電力が供給されると、それらの間にアーク放電ARが発生される。このとき、渦水流Wの空洞Hを通過するようにアーク放電ARが発生される。このアーク放電ARの発生によって、渦水流Wを形成するプラズマ用水が解離、電離されて高エネルギーとなる水プラズマのジェット気流Jが噴射口145から噴射される。
水プラズマのジェット気流Jは極めて高温で超高速な流体となり、図9に示すように、各ノズル110、111の先端から投入された有害廃棄物は分解される。本実施の形態では、図9を用いて上述した位置に各ノズル110、111の先端を配置したので、水プラズマのジェット気流Jのより高温となる部分で分解を好条件にて行うことができ、投入した有害廃棄物をガス化した廃棄物に効率良く分解することができる。ここで、有害廃棄物としては、PCB、硫酸ピッチ、アスベスト、フロン、ハロン、タイヤ、各種ゴミ等を例示することができ、図7に示すように、液状のものは液体搬送装置54、粒状や粉状のものは粉体搬送装置53を介してノズル110、111から投入される。このような有害廃棄物を投入しても、無害化した廃棄物に分解することができる。
有害廃棄物の分解処理中において、収容体95を加熱することとなるが、その厚み内に冷却水を通過させることで冷却して利用することができる。また、各ノズル110、111にあっても、特に先端は水プラズマのジェット気流J中に位置するために多大なエネルギーを受けて加熱されるが、図10を用いて上述した冷却構造120によって加熱による損傷を抑制することができる。
水プラズマのジェット気流Jによってガス化した酸性ガスは、図6を用いて上述した排気処理装置28によって中和せしめ、水プラズマにより処理した後のガスをより安全な排気ガスに変えることができる。そして、無害となったガスは上方の排気部21から排出することができる。
上記実施の形態によれば、上述した有害廃棄物の処理を車両10において行うことができるので、水プラズマ発生装置27を運搬及び作動可能となり、移動が困難な有害排気物をその保管場所で処理することができる。これにより、有害廃棄物の処理移動コストを削減できる上、大量の処理が可能となり処理費用の削減を図ることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、上記実施の形態では、中間仕切部を第1中間仕切部163及び第2中間仕切部164の2体としたが、上記のように渦水流Wを形成できる限りにおいて、中間仕切部を3体以上としたり、1体としたりしてもよい。
また、図15に示すように、渦水流発生器160を複数の部材によって分割可能な構造としたが、これに限られるものでなく、前後に隣接する部材を一体化して形成してもよい。例えば、ヘッド部160Aについて、その後方のスペーサリング177及び水流形成リング176を一体に備えた形状に変更する等、成形し得る限りにおいて様々な構造を採用することができる。
また、開口部163a〜166aの開口形状は円形に限られず、上記のように渦水流Wを形成できる限りにおいて、楕円形や多角形形状等に変更してもよい。
また、水流形成リング176の周方向における通路180の位置は、特に限定されるものでない。図15では、全ての水流形成リング176において、通路180の位置が揃っているが、水流形成リング176毎に通路180の位置を変更してもよい。
また、各ノズル110、111の位置や向きは、上記実施の形態と同様の先端位置とする限りにおいて変更してもよい。
また、水プラズマ発生装置27によって分解処理する対象物は、上記した有害廃棄物に限られるものでなく、特に有害でないものを分解処理の対象物としてもよい。更に、水プラズマ発生装置27は、廃棄物処理に利用することに限定されるものでなく、溶射等の水プラズマを利用した任意の処理に利用することができる。