(57)【要約】【課題】施設全体をコンパクトにできるとともに、種々の廃棄物が混入していても適切に選別することができる廃棄物選別貯留装置及び該廃棄物選別貯留装置を備えた廃棄物処理施設を提供する。【解決手段】本発明に係る廃棄物選別貯留装置１は、廃棄物３を廃棄物処理装置に供給すべきものとそうでないものに選別して貯留するものであって、廃棄物３を貯留する貯留部５と、貯留部５に貯留された廃棄物３を種類別に選別する選別装置７と、種類の違いによって選別された廃棄物３を種類ごとに貯留する選別廃棄物貯留区画９とを備え、選別装置７は、廃棄物特性情報を検知する廃棄物特性検知手段１１と、廃棄物特性情報が検知された廃棄物３を選別廃棄物貯留区画９における廃棄物３の種類に対応する区画に移動するロボットアーム１３と、廃棄物特性情報から廃棄物３の種類を特定してロボットアーム１３を制御する制御部１５とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を廃棄物処理装置に供給すべきものとそうでないものに選別して貯留する廃棄物選別貯留装置であって、
廃棄物を受け入れて一時的に貯留する貯留部と、前記貯留部に貯留された廃棄物を種類別に選別する選別装置と、種類の違いによって選別された廃棄物を種類ごとに貯留する選別廃棄物貯留区画と、を備え、
前記選別装置は、
前記貯留部に貯留された廃棄物を探査して該廃棄物の特性に基づく廃棄物特性情報を検知する廃棄物特性検知手段と、該廃棄物特性検知手段によって前記廃棄物特性情報が検知された廃棄物を前記選別廃棄物貯留区画における廃棄物の種類に対応する区画に移動する移動手段と、前記廃棄物特性検知手段により検知された前記廃棄物特性情報から廃棄物の種類を特定して前記移動手段を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記廃棄物特性情報と廃棄物の種類とを紐付ける関係を教師データとして記憶する教師データ記憶部と、
前記廃棄物特性検知手段により検知された前記廃棄物特性情報と前記教師データ記憶部に記憶された前記教師データを比較して廃棄物の種類を特定する種類特定部と、
前記種類特定部によって種類が特定された廃棄物を、該種類に対応する選別廃棄物貯留区画に移動するように前記移動手段に移動指示する移動手段制御部と、
を備えていることを特徴とする廃棄物選別貯留装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記廃棄物特性情報と廃棄物の種類とを紐付ける関係を機械的に学習して前記教師データを更新する機械学習部をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の廃棄物選別貯留装置。
【請求項３】
請求項1又は２に記載の廃棄物選別貯留装置を備えたことを特徴とする廃棄物処理施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特性の異なる種々の廃棄物が混入していても適切に選別して貯留することができる廃棄物選別貯留装置、該廃棄物選別貯留装置を備えた廃棄物処理施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物や産業廃棄物等の廃棄物を処理する廃棄物処理施設としては、例えば廃棄物を焼却処理する焼却施設や、食品廃棄物からバイオガスを取り出すメタン発酵処理施設などがある。
このような廃棄物処理施設においては、処理不適物の除去という観点から、例えば、焼却施設では焼却不適物の除去が、メタン発酵処理施設では発酵不適物の除去がそれぞれ行われ、また、資源の有効活用といった観点から、廃棄物を投入する前に有用物の回収が行われる。
【０００３】
処理不適物の除去や有用物の回収に関し、例えば、特許文献１には、多種多様の物が混在する瓦礫や建築物を解体処理した廃棄物であっても効率よく選別することが可能な廃棄物の選別システムに関する技術が開示されている。
特許文献１に開示の廃棄物の選別システムは、「搬送手段上を搬送される廃棄物を、撮像装置で撮像された画像データ及び各種センサからの計測データに基づいて、その素材別に選別する際に、作業者が特定の廃棄物の素材情報を指定することによって、作業者が指定した素材情報が撮像装置で撮像された画像データ及び各種センサからの計測データと紐付けされて、選別教師データとして記憶部に記憶される。この選別教師データは、本発明の選別システムが廃棄物を選別する際の教師データとして利用され、学習データとして蓄積され、日々学習して高精度化される。この選別教師データは、瓦礫或いは住宅の解体によって生じる廃棄物をコンベアで搬送して選別する毎に、画像データや各種センサからの計測データに紐づけて記憶される。このように、作業者が素材を指定することにより、形状や大きさ、色調、色彩などが異なる種々の廃棄物に対する選別教師素材データを極めて効率的に収集・構築することができ、廃棄物選別の基礎データとすることができる。」（特許文献１の［００２２］参照）というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９６９６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、搬送しながら廃棄物の種類を特定し選別するため、時間を要するという課題があった。
また、選別後の廃棄物を貯留する貯留槽に加えて搬送前に廃棄物を一時的に貯留する貯留槽が必要であるため、廃棄物処理施設全体が大きくなってしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、廃棄物処理施設全体をコンパクトにできるとともに、種々の廃棄物が混入していても適切に選別することができる廃棄物選別貯留装置及び該廃棄物選別貯留装置を備えた廃棄物処理施設を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る廃棄物選別貯留装置は、廃棄物を廃棄物処理装置に供給すべきものとそうでないものに選別して貯留するものであって、
廃棄物を受け入れて一時的に貯留する貯留部と、前記貯留部に貯留された廃棄物を種類別に選別する選別装置と、種類の違いによって選別された廃棄物を種類ごとに貯留する選別廃棄物貯留区画と、を備え、
前記選別装置は、
前記貯留部に貯留された廃棄物を探査して該廃棄物の特性に基づく廃棄物特性情報を検知する廃棄物特性検知手段と、該廃棄物特性検知手段によって前記廃棄物特性情報が検知された廃棄物を前記選別廃棄物貯留区画における廃棄物の種類に対応する区画に移動する移動手段と、前記廃棄物特性検知手段により検知された前記廃棄物特性情報から廃棄物の種類を特定して前記移動手段を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記廃棄物特性情報と廃棄物の種類とを紐付ける関係を教師データとして記憶する教師データ記憶部と、
前記廃棄物特性検知手段により検知された前記廃棄物特性情報と前記教師データ記憶部により記憶された前記教師データを比較して廃棄物の種類を特定する種類特定部と、
前記種類特定部によって種類が特定された廃棄物を、該種類に対応する選別廃棄物貯留区画に移動するように前記移動手段に移動指示する移動手段制御部と、
を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記制御部は、前記廃棄物特性情報と廃棄物の種類とを紐付ける関係を機械的に学習して前記教師データを更新する機械学習部をさらに備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）また、本発明の廃棄物処理施設は、上記（１）又は（２）に記載の廃棄物選別貯留装置を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、廃棄物処理施設全体をコンパクトにできるとともに、種々の廃棄物が混入していても適切に選別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る廃棄物選別貯留装置の説明図である。
【図２】本実施の形態に係る廃棄物特性検知手段としてのセンサ、及び移動手段としてのロボットアームの説明図である。
【図３】本実施の形態に係る貯留部及び選別廃棄物貯留区画の配置関係の説明図である。
【図４】本実施の形態に係る移動手段としてのロボットアームの動作の一例の説明図である。
【図５】複数の処理施設がある場合の態様の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態に係る廃棄物選別貯留装置１は、図１に示すように、廃棄物３を焼却炉等の廃棄物処理装置に供給すべきものとそうでないものに選別して貯留するものであって、廃棄物３を受け入れて一時的に貯留する貯留部５と、貯留部５に貯留された廃棄物３を種類別に選別する選別装置７と、種類の違いによって選別された廃棄物３を種類ごとに貯留する選別廃棄物貯留区画９（図３参照）と、を備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１３】
＜廃棄物処理装置＞
廃棄物処理装置は、廃棄物処理施設に設けられて廃棄物３をその特性により処理する装置であり、例えば、廃棄物３を焼却処理する焼却炉、ガス化溶融炉、あるいはメタン発酵槽を備えて食品廃棄物からバイオガスを取り出すメタン発酵装置等がある。
【００１４】
＜貯留部＞
貯留部５は、廃棄物３を回収するごみ収集車等によって搬送される廃棄物３を受け入れて貯留するものであり、例えば貯留ピット等である。このような貯留ピットには、貯留されている廃棄物３を焼却に適するよう発熱量を均一化させるために攪拌したり、貯留部５から焼却炉に向けて搬送したりするためのクレーンが設けられている。
【００１５】
＜選別装置＞
選別装置７は、貯留部５に貯留された廃棄物３を種類別に選別するものであり、廃棄物３の特性情報を検知する廃棄物特性検知手段１１と、廃棄物３を選別廃棄物貯留区画９に移動する本発明の移動手段としてのロボットアーム１３と、移動手段を制御する制御部１５とを備えている。
以下、選別装置７の各構成を詳細に説明する。
【００１６】
《廃棄物特性検知手段》
廃棄物特性検知手段１１は、貯留部５に貯留された廃棄物３を探査して廃棄物３の特性に基づく廃棄物特性情報を検知する。検知した情報は、制御部１５に送信される。
廃棄物特性検知手段１１は、センサ、カメラ等あるいはこれらの組み合わせによって構成でき、図１に示すように、貯留部５の内壁に設置され、あるいはロボットアーム１３の先端部に設けられる。
【００１７】
ここで、選別の対象となる物とそれを検知する具体的手段について説明する。
選別対象としては、ポリ塩化ビニル（PVC）、空き缶などの金属、コンクリート塊、瀬戸物、ガラス瓶などの焼却不適物、水銀使用製品等が挙げられる。
【００１８】
〔ポリ塩化ビニル（PVC）〕
ポリ塩化ビニル（PVC）は、重量比にして塩素が約半分を占める。そのため、焼却すると塩化水素ガスなどの腐食性ガスが発生し、炉を損傷させたり、ボイラ管を腐食させたりして、炉操業を阻害させる。それ故に、選別して焼却処理対象から外す必要がある。
PVC製品としては、例えば、衣類、壁紙、バッグ、インテリア（クッション材、断熱材、防音材、保護材など）、縄跳び用などのロープ、電線被覆（絶縁材）、防虫網（網戸など）、包装材料、水道パイプ、建築材料、農業用資材（農業用ビニール）、レコード盤、消しゴム等がある。
【００１９】
ポリ塩化ビニル（PVC）を検知する廃棄物特性検知手段１１としては、近赤外線を照射し、吸収される光波長スペクトルの違いを利用する近赤外線センサ、X線を照射し、透過率の違いあるいは表面の元素から発生する蛍光X線スペクトルを利用するX線センサ、可視光の反射・透過により、明度・色・サイズ・形状を検知する通常（可視光）カメラ等が挙げられる。
【００２０】
〔焼却不適物〕
コンクリート塊、瀬戸物、ガラス瓶などの焼却不適物は、焼却後の灰処理作業の搬送に用いられるコンベアを詰まらせるなど灰処理作業（搬出作業等）に支障を与えることから、焼却処理対象から外す必要がある。
焼却不適物を検知する廃棄物特性検知手段１１としては、高出力パルスレーザ光を照射して瞬間的なプラズマを発生させ、その発光スペクトルを分析し元素を特定、主に金属を識別するレーザー励起プラズマ分光法(LIBS)や、主に鉄系金属を識別、選別する磁石、可視光の反射・透過により、明度・色・サイズ・形状を検知、ガラス瓶なども識別できる通常（可視光）カメラあるいは3Dカメラが挙げられる。
【００２１】
〔水銀使用製品〕
水銀使用製品は、一部の水銀は燃焼排ガス中にガスとして含まれ、その濃度が規制値を超えると支障をきたし、操業の一時停止などの事態が生ずる可能性があり、焼却処理対象から外す必要がある。
水銀使用製品には、ランプ類（蛍光ランプほか）、水銀式血圧計、水銀式体温計、ボタン電池等がある。
【００２２】
水銀使用製品を検知する廃棄物特性検知手段１１は、通常（可視光）カメラと3Dカメラの組み合わせによりＡＩ（人工知能）に製品の特徴（形状など）を記憶させることで検知可能となる。
【００２３】
《ロボットアーム》
ロボットアーム１３は、廃棄物特性検知手段１１によって廃棄物特性情報が検知された廃棄物３を、選別廃棄物貯留区画９（図３参照）における廃棄物３の種類に対応する区画に移動させるものである。
ロボットアーム１３の例としては、図１、図２に示すように、先端に廃棄物３をキャッチ（把持、保持）できる機構を備え、貯留部５の壁に設置されたものが適用できる。
廃棄物３をキャッチする機構としては、図２（ａ）に示すように、廃棄物３を可動爪１７によって把持できるクリップ型のものや、図２（ｂ）に示すように、廃棄物３を吸引部１９で吸引することで保持できるバキューム型のものが適用できる。
【００２４】
ロボットアーム１３の配置としては、例えば、図３に示すように、貯留部５の内部をＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４つの区画に分割して、各区画に一つのロボットアーム１３を設置する。
ここで、各ロボットアーム１３の動作に関し、区画Ａに設置したロボットアーム１３を例に挙げて説明する。
また、ロボットアーム１３の動作に関し、ロボットアーム１３の先端に廃棄物特性検知手段１１であるセンサが設置されている場合を例に挙げて、図４に基づいて説明する。
図４に示すように、区画Ａを、１列の幅が50cm〜1mの探査対象列に６分割し、ロボットアーム１３の先端が、列１から列６まで順に移動して探査する。具体的には、列１の図中下から上に探査しながら移動し、列２の図中上から下に移動しながら探査し、このような動きを繰り返すことで、列６まで移動する。
【００２５】
なお、ロボットアーム１３に廃棄物特性検知手段１１が取り付けられていない場合には、ロボットアーム１３は各区画内の全体を順に移動する必要はなく、制御部１５によって支持された位置に移動できるようにすればよい。
また、本発明の移動手段はロボットアーム１３に限らず、制御部１５の指示により所定の位置に移動して、選別対象となった廃棄物３をキャッチして選別廃棄物貯留区画９に移動できるものであれば、その形状、機構は特に限定されない。
【００２６】
《制御部》
制御部１５は、廃棄物特性検知手段１１により検知された廃棄物特性情報から、廃棄物３の種類を特定して、ロボットアーム１３を制御する。
このような機能を有する制御部１５は、教師データを記憶する教師データ記憶部２１と、廃棄物特性情報に基づいて廃棄物３の種類を特定する種類特定部２３と、移動手段の動作制御を行う移動手段制御部２５と、教師データ記憶部２１の教師データを更新する機械学習部２７と、を備えている（図１参照）。
【００２７】
教師データ記憶部２１は、廃棄物特性情報と廃棄物３の種類とを紐付ける関係を教師データとして記憶するものである。
種類特定部２３は、廃棄物特性検知手段１１により検知された廃棄物特性情報と前記教師データ記憶部に記憶された教師データを比較して廃棄物３の種類を特定する。
移動手段制御部２５は、種類特定部２３によって種類が特定された廃棄物３を、該種類に対応する選別廃棄物貯留区画９に移動するように移動手段に移動指示する。
なお、移動手段がロボットアーム１３であり、ロボットアーム１３の先端に廃棄物特性検知手段１１としてのセンサが取り付けられている場合には、廃棄物３から選別するべきものを探査するためのロボットアーム１３の動作は、移動手段制御部２５によって行われるようにするのが好ましい。
【００２８】
機械学習部２７（ＡＩ）は、教師データ記憶部２１に記憶されている教師データを機械学習により更新する。ここで、教師データの更新は、例えば、あらかじめ教師データ用の画像を用意して、それに基づいて機械学習を行うことで教師データを更新してもよいし、あるいは、廃棄物特性検知手段１１としての3Dカメラからの画像情報に基づいて、操作者がモニタの表示を見て、廃棄物特性情報と廃棄物３の種類を紐づけ、紐づけ情報を入力することで教師データを更新するようにしてもよい。
なお、機械学習部２７（ＡＩ）によって更新された教師データは、教師データ記憶部２１に最新の教師データとして反映される。
また、教師データは、特許文献１に開示されているように、機械学習部２７により学習を実施するようにプログラミング処理され、誤差逆伝播法による最適化手法を用いた畳み込みニューラルネットワークにより機械学習を実施するように構成されていてもよい。
さらに、機械学習部２７（ＡＩ）は、教師データ記憶部２１の記憶機能を兼ね備えるようにしてもよい。
【００２９】
＜選別廃棄物貯留区画＞
選別廃棄物貯留区画９は、種類の違いによって選別された廃棄物３を種類ごとに貯留するために設けられた区画である。
選別廃棄物貯留区画９は、図３に示すように、貯留部５に隣接して設けられ、例えば焼却するのに適さない廃棄物３を貯留する「焼却不適物」区画２９、ポリ塩化ビニル（PVC）を貯留する「ＰＶＣ」区画３１、水銀使用製品を貯留する「水銀使用製品」区画３３に区分されている。
【００３０】
選別廃棄物貯留区画９は、図３のように複数の区画に分かれているものに限定されず、例えば焼却炉に設けられた貯留部５に設ける場合には、「焼却不適物」区画２９のみからなるものでもよい。
また、選別廃棄物貯留区画９は、貯留部５の内部に設けられてもよく、あるいは貯留部５の外部に設けられてもよい。
【００３１】
次に、上記のように構成された廃棄物選別貯留装置１の動作について、廃棄物処理装置として焼却炉を、移動手段として先端にセンサを付けたロボットアーム１３を例に挙げて説明する。
家庭から排出される廃棄物３（可燃ごみ）は、ごみ収集車により焼却施設に運搬され、貯留部５では、その種類に関係なく、全て所定範囲の大きさに破砕したうえで、貯留用ごみピット（貯留部５）に投入（搬入）される。貯留部５に貯留された廃棄物３は、クレーン等によって定期的に攪拌が行われ、また焼却炉に向けて搬出が行われる。
【００３２】
貯留部５内では、各ロボットアーム１３（図４参照）が担当区画を移動しており、その先端に取り付けられたセンサ（廃棄物特性検知手段１１）が廃棄物３を常時探査し、廃棄物３の特性に基づく廃棄物特性情報を検知している。
検知した廃棄物特性情報は、制御部１５に送信される。制御部１５では、種類特定部２３が廃棄物特性情報と教師データを比較して廃棄物３の種類を特定し、選別の対象かどうかを判断、及び選別対象の場合にはその種類の特定をする。
特定された種類が、例えばポリ塩化ビニル（PVC）であった場合には、選別の対象となるため、移動手段制御部２５がロボットアーム１３を制御して、ロボットアーム１３に当該廃棄物３をキャッチさせ、選別廃棄物貯留区画９における「ＰＶＣ」区画３１に移動し、当該廃棄物３の把持を解除して当該廃棄物３を「ＰＶＣ」区画３１内に投入する。
【００３３】
上記のような動作を繰り返すことで、貯留部５に貯留された廃棄物３の中から、例えば焼却対象として相応しくないものが選別廃棄物貯留区画９に移動され、貯留部５に貯留されている廃棄物３はその大部分が焼却対象となる。
貯留部５では、定期的にクレーンによって廃棄物３の焼却炉への搬出が行われ、焼却対象として相応しい廃棄物３を対象とした適切な焼却処理が行われる。他方、選別廃棄物貯留区画９に移動した廃棄物３については、それぞれの特性に適した処分、例えば埋立やリサイクルなどに供される。
【００３４】
このように本実施の形態によれば、貯留部５に貯留されている状態の廃棄物３に対して、廃棄物特性検知手段１１によって廃棄物特性情報を検知するようにしたので、廃棄物特性情報を得るために例えばベルトコンベア等で搬送する必要がなく、無駄な時間を要さない。
また、廃棄物特性情報を検知するために、一時的な貯留をする必要もなく、設備の大型化を招くこともない。
また、本実施の形態では、機械学習部２７を備えているので、機械学習部２７によって、教師データ記憶部２１に記憶されている教師データが更新され、廃棄物３の選別精度ならびに処理速度が向上する。
【００３５】
また、本実施の形態の廃棄物選別貯留装置１を、焼却炉やメタン発酵装置を備えている廃棄物処理施設３５に設置することで、施設の大型化を招くことなく、各処理方法に適した廃棄物３の処理を迅速かつ適切に行うことができる。
【００３６】
なお、上述したように、貯留部５では貯留されている廃棄物３をクレーン等によって定期的に攪拌しているので、このクレーンの動きとロボットアーム１３とが干渉しないようにする必要があるが、制御部１５における移動手段制御部２５に、クレーンの稼動時間のデータを入力し、移動手段制御部２５はこのデータに基づいて、これと重ならないようにロボットアーム１３の制御を行うようにすればよい。
【００３７】
また、上記の説明では、選別廃棄物貯留区画９は特定された種類に対応する区画に区分されるものであったが、選別廃棄物貯留区画９に種類が特定できない廃棄物３を投入するための「仕分け不可」区画を設け、操作者が画像をもとに仕分け不可と判断したものを投入するようにしてもよい。仕分け不可とした特性情報については、機械学習部２７に登録することで、以後は自動判断できるようにすればよい。
【００３８】
また、上記の説明では、ロボットアーム１３が探査するタイミングについては特に限定しておらず、貯留部５に設けられている搬出用のクレーンと干渉しないタイミングで行えばよいが、例えば、貯留部５に貯留されている廃棄物３の量を検知できるセンサを設置し、貯留部５における廃棄物３の貯留量との関係で、ロボットアーム１３による探査のタイミングを変えるようにしてもよい。例えば、貯留部５に貯留されている廃棄物量が多くなっている場合には、ロボットアーム１３による探査のタイミングを短くして、焼却対象となる廃棄物３を焼却炉に搬出する時間間隔を短くできるようにしてもよい。
【００３９】
また、上記説明した各廃棄物処理施設３５は、それぞれ選別装置７を有し、各選別装置７には教師データ記憶部２１を備えているが、さらに、図５に示すように、コンピュータによって構成される管理装置３７や表示装置３９を備えた管理センタ４１を設け、各施設の選別装置７に蓄積されている教師データを総合的に管理する管理データベース４３を設けるようにしてもよい。
管理データベース４３には、各施設の教師データが送信され、総合的な教師データに統括され、管理データベース４３として一括管理される。このようにすることで、例えば廃棄物処理施設３５Ａにおいては特性に基づく種類特定ができなかった廃棄物３について、総合的な教師データを利用することで、特定可能になるという効果が得られる。
また、新規に廃棄物処理施設３５Ｃを建設しても、管理センタ４１に蓄積されている管理データベース４３を活用することで、すぐに施設を稼働させることができ、また、すでに稼働している施設でデータの損失があった場合でも、即座に管理センタ４１から補填することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  廃棄物選別貯留装置
３  廃棄物
５  貯留部
７  選別装置
９  選別廃棄物貯留区画
１１  廃棄物特性検知手段
１３  ロボットアーム
１５  制御部
１７  可動爪
１９  吸引部
２１  教師データ記憶部
２３  種類特定部
２５  移動手段制御部
２７  機械学習部
２９  「焼却不適物」区画
３１  「ＰＶＣ」区画
３３  「水銀使用製品」区画
３５  廃棄物処理施設
３５Ａ  廃棄物処理施設（焼却施設）
３５Ｂ  廃棄物処理施設（メタン発酵処理施設）
３５Ｃ  廃棄物処理施設（新規施設）
３７  管理装置
３９  表示装置
４１  管理センタ
４３  管理データベース
【図１】
2020203249.tif 000003
【図２】
2020203249.tif 000004
【図３】
2020203249.tif 000005
【図４】
2020203249.tif 000006
【図５】
2020203249.tif 000007