(57)【要約】【課題】より少ないエネルギで有機物を可溶化することができる可溶化装置、可溶化方法、可溶化制御装置及びコンピュータプログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の可溶化装置は、昇温部と、保温部と、制御部と、を持つ。昇温部は、複数の第１伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第１伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱する。保温部は、１つの第２伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第２伝熱管の内部に前記昇温部によって加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を所定時間の間、前記可溶化温度に保温する。制御部は、前記昇温部及び前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を、前記昇温部及び前記保温部のそれぞれで個別に制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第１伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱する昇温部と、
１つの第２伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第２伝熱管の内部に前記昇温部によって加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を所定時間の間、前記可溶化温度に保温する保温部と、
前記昇温部及び前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を、前記昇温部及び前記保温部のそれぞれで個別に制御する制御部と、
を備える可溶化装置。
【請求項２】
前記昇温部と前記保温部とを接続する管路であって、前記複数の第１伝熱管によって加熱された有機性廃棄物を集約して前記第２伝熱管に供給する仕切り管をさらに備え、
前記仕切り管は、前記昇温部における有機性廃棄物の加熱と、前記保温部における有機性廃棄物の保温とが互いに影響しないように、前記昇温部と前記保温部とを断熱して接続する、
請求項１に記載の可溶化装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１伝熱管の出口付近における有機性廃棄物の温度が前記可溶化温度となるように、前記昇温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する、
請求項１又は２に記載の可溶化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記昇温部に対する有機性廃棄物の供給量と、前記有機性廃棄物の物性と、前記昇温部に供給する熱媒体の物性と、に基づいて、前記昇温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する、
請求項１又は２に記載の可溶化装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２伝熱管の出口付近における熱媒体の温度が前記可溶化温度となるように、前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の可溶化装置。
【請求項６】
前記昇温部から排出された熱媒体の一部又は全部が前記保温部に供給される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の可溶化装置。
【請求項７】
前記昇温部は、熱媒体の搬送路を複数形成する仕切り板をさらに備え、前記仕切り板によって形成される複数の前記搬送路のそれぞれに熱媒体を流通させることで、前記有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱し、
前記制御部は、複数の前記搬送路のそれぞれに供給される熱媒体の熱量又は供給量を、複数の前記搬送路のそれぞれで個別に制御する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の可溶化装置。
【請求項８】
前記制御部は、第１伝熱管の内壁面における有機性廃棄物の温度が１００℃以下となるように、前記昇温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の可溶化装置。
【請求項９】
複数の第１伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第１伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させる昇温部により、前記有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱する昇温ステップと、
１つの第２伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第２伝熱管の内部に前記昇温部によって加熱された有機性廃棄物を流通させる保温部により、前記有機性廃棄物を所定時間の間、前記可溶化温度に保温する保温ステップと、
前記昇温部及び前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を、前記昇温部及び前記保温部のそれぞれで個別に制御する制御ステップと、
を有する可溶化方法。
【請求項１０】
複数の第１伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第１伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させることにより前記有機性廃棄物を加熱する昇温部と、１つの第２伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第２伝熱管の内部に前記昇温部によって加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を保温する保温部と、を備える可溶化装置を制御する可溶化制御装置であって、
前記昇温部に供給される有機性廃棄物が所定の可溶化温度にまで加熱されるように、前記昇温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する第１制御部と、
前記保温部に供給される有機性廃棄物が所定時間の間、前記可溶化温度に保温されるように、前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する第２制御部と、
を備える可溶化制御装置。
【請求項１１】
複数の第１伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第１伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させることにより前記有機性廃棄物を加熱する昇温部と、１つの第２伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第２伝熱管の内部に前記昇温部によって加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を保温する保温部と、を備える可溶化装置を制御するコンピュータに、
前記昇温部に供給される有機性廃棄物が所定の可溶化温度にまで加熱されるように、前記昇温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する第１制御ステップと、
前記保温部に供給される有機性廃棄物が所定時間の間、前記可溶化温度に保温されるように、前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を制御する第２制御ステップと、
を実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可溶化装置、可溶化方法、可溶化制御装置及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理や産業排水処理で発生する汚泥には生物由来の有機物であるバイオマス資源が含まれており、これらのバイオマス資源をエネルギ源や有価物として有効活用する試みがなされている。バイオマス資源を有効活用する試みの一つとして、汚泥の嫌気性消化によって生じるバイオガスの回収が挙げられる。しかしながら、汚泥の嫌気性消化のみでは必ずしも投資コストに見合う量のバイオガスを回収できるとは限らない。そのため、バイオガスの回収に必要な設備を導入している下水処理場は全体のごく一部にとどまっているのが実情である。
【０００３】
このような課題を解決するため、近年では、エネルギ源を高密度に含む生ごみや家畜糞尿、草木類等の湿潤系バイオマス資源を混合して汚泥を嫌気性消化することにより、バイオガスの回収効率を向上させる試みがなされている。この場合、湿潤系バイオマス資源の嫌気性消化を効率良く行うためには、消化対象をより消化しやすい形態に転換させる前処理が必要となる。従来、このような前処理としてバイオマス資源の可溶化処理が行われているが、前処理に必要なエネルギや導入コストも含めて考えると、従来の可溶化方法では必ずしも十分な費用対効果が得られない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２８８００号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９５５０号公報
【特許文献３】特開２０１１−９８２４９号公報
【特許文献４】特開昭６２−２２５５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、より少ないエネルギで有機物を可溶化することができる可溶化装置、可溶化方法、可溶化制御装置及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の可溶化装置は、昇温部と、保温部と、制御部と、を持つ。昇温部は、複数の第１伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第１伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱する。保温部は、１つの第２伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、前記第２伝熱管の内部に前記昇温部によって加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、前記有機性廃棄物を所定時間の間、前記可溶化温度に保温する。制御部は、前記昇温部及び前記保温部に供給される熱媒体の温度又は供給量を、前記昇温部及び前記保温部のそれぞれで個別に制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の低温加熱方式の可溶化処理において汚泥を所定時間加熱したときの可溶化温度と可溶化率との関係性を例示する図。
【図２】従来の可溶化装置の構成の具体例を示す図。
【図３】第１の実施形態の可溶化装置の構成の具体例を示す図。
【図４】第１の実施形態における温度測定部の配置例を示す図。
【図５】第１の実施形態における制御部の構成の具体例を示す図。
【図６】第２の実施形態の可溶化装置の構成の具体例を示す図。
【図７】第２の実施形態における制御部の構成の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の可溶化装置、可溶化方法、可溶化制御装置及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
【０００９】
（概略）
従来、下水処理や産業排水処理で発生する汚泥等の廃棄物に含まれる有機物の嫌気性消化（以下単に「消化」ともいう。）により、廃棄物からメタン及び二酸化炭素を主成分とするバイオガスを回収する試みがなされている。消化によって回収されるバイオガスの約６０％はメタンであり、回収されたメタンをエネルギ源として活用することで、外部から調達するエネルギ量を削減することができる。例えば、バイオガスの回収施設では、回収したメタンをガスボイラーで熱に変換し、その熱を消化槽の加温に必要なエネルギとして活用することができる。また、バイオガスの回収施設を備える水処理施設では、回収したメタンを用いてガスエンジン発電機で発電し、その電力を施設内で使用することにより、水処理施設全体での電力費を削減することができる。また、発電した電力を売却することで経済的な利益を得ることも可能である。しかしながら、バイオガスの回収施設を導入したとしても回収できるバイオガスの量が少ないと、十分な経済的利益を享受できない。そのため、バイオガスの回収効率を向上させる方法が研究されている。
【００１０】
バイオガスの回収効率を向上させる方法の一つとして、汚泥を湿潤系バイオマスと混合して消化する方法がある。しかしながら、湿潤系バイオマスに含まれる有機物は下水処理等で発生する汚泥に比べて固形物の含有率が高く、高分子の物質を多く含んでいるため、湿潤系バイオマスが混合された汚泥（以下「混合汚泥」という。）を消化する場合、嫌気性消化工程が必ずしも効率良く進行しない場合がある。このような課題を解決するため、混合汚泥中の高分子有機物を低分子化（液化）する可溶化処理を嫌気性消化の前処理として行う方法が検討されている。なお、有機物の低分子化は、バイオガスの増産とともに、バイオガス回収後の汚泥量削減にも寄与するため、湿潤系バイオマスを混合しない場合において行われる場合もある。
【００１１】
従来、高温高圧条件下での水熱処理や超音波処理等による可溶化技術が開発されているが、可溶化処理に多くのエネルギを必要とすることから、バイオガスの回収のために投入するエネルギと回収可能なエネルギとの収支がマイナスになってしまう場合があった。また、可溶化処理に多くのエネルギを必要とすることから装置が大型化し、そのために導入コストが高くなるという課題もあった。
【００１２】
例えば、このような前処理の一例として、有機物を水熱反応温度より低い温度で加熱する低温加熱方式の可溶化技術が開発されている。低温加熱方式の可溶化処理では、高温高圧条件下での水熱処理や超音波処理等によって有機物を可溶化する方式に比べて投入するエネルギが少ないことにより耐圧容器が不要となり、設備コストを抑えられるというメリットがある。
【００１３】
図１は、従来の低温加熱方式の可溶化処理において汚泥を所定時間加熱したときの可溶化温度と可溶化率との関係性を例示する図である。図１は、未処理汚泥のＶＳＳ（Volatile Suspended Solids：揮発性浮遊物質)に対する、可溶化された汚泥のＶＳＳの減少率を可溶化率と定義し、可溶化温度が８０℃であるときの可溶化率を１００％として表したものである。図１に示すように、可溶化率は可溶化温度に応じて変動することから、バイオガスを効率良く回収するためには、加熱中の可溶化温度を最適な温度に維持することが望ましい。なお、可溶化温度と可溶化率との関係性は汚泥の性状や加熱時間等によって変動しうる。図１に示す関係性はあくまで一例であり、可溶化温度と可溶化率との関係性は必ずしも図１に示す関係性に限定されない。
【００１４】
図２は、従来の可溶化装置の構成の具体例を示す図である。図２は、従来構成として一般的な多管式熱交換器を備えた可溶化装置９０の構成例を示す。可溶化装置９０は、有機性廃棄物と熱媒体との熱交換によって有機性廃棄物を加熱する熱交換器として機能する。例えば、可溶化装置９０は、熱媒体の搬送路を構成する筐体部９１と、有機性廃棄物の搬送路となる伝熱管９２と、有機性廃棄物の投入口９３及び排出口９４と、熱媒体の投入口９５及び排出口９６と、を備える。可溶化装置９０は、投入口９３から投入された有機性廃棄物が伝熱管９２を介して熱媒体と接触しながら排出口９４まで搬送されることにより、有機性廃棄物が熱媒体の熱によって加熱される。
【００１５】
具体的には、可溶化装置９０は、装置内に投入された有機性廃棄物を常温から可溶化温度まで上昇させる昇温ゾーンと、有機性廃棄物の温度を可溶化温度に維持する保温ゾーンと、に分けられる。ここで、可溶化温度と同じ温度の熱媒体を可溶化装置９０に供給する場合（以下「第１のケース」という。）を考える。可溶化装置９０は、有機性廃棄物が昇温ゾーンに滞留している間にその中心温度を可溶化温度に到達させる必要があるため、昇温ゾーンは、その分の滞留時間が確保される大きさに構成される。すなわち、この場合、昇温ゾーンは可溶化温度に応じた大きさで構成される必要があり、場合によっては装置が大型化してしまう可能性がある。
【００１６】
なお、可溶化装置９０による有機性廃棄物の加熱時間（すなわち、昇温ゾーンにおける滞留時間）は、有機性廃棄物の搬送速度や搬送路の長さ等によって調整される。例えば、有機性廃棄物の搬送速度は、可溶化装置９０の内部に有機性廃棄物を供給するポンプ等の搬送機器（図示せず）の吐出圧力を制御することにより調整される。
【００１７】
一方、可溶化温度より高い温度の熱媒体を可溶化装置９０に供給する場合（以下「第２のケース」という。）を考える。この場合、有機性廃棄物の中心温度が可溶化温度に到達する時間が第１のケースよりも短くなるため、昇温ゾーンの大きさも第１のケースより小さくすることができる。その一方で、第２のケースでは、有機性廃棄物の中心温度が可溶化温度に達し、保温ゾーンに送られた有機性廃棄物は、保温ゾーンに滞留している間、可溶化温度よりも高い温度で加熱され続けることになるため、可溶化温度よりも高い温度に維持されることになる。具体的には、第２のケースにおいて供給される熱媒体の温度をＹ１［℃］とすると、Ｙ１［℃］から熱交換による降下温度ΔＹ［℃］を引いたＹ２（＝Ｙ１−ΔＹ）［℃］で加熱され続けることになる。ここで、可溶化温度をＸ［℃］とすると、Ｙ２［℃］はＸ［℃］よりも大きい場合を想定する。
【００１８】
このため、第２のケースでは、第１のケースに比べて装置を小型化することができる一方で、保温ゾーンに滞留する有機性廃棄物の温度を適切な可溶化温度の範囲に維持することができなくなる可能性があり、可溶化効率が低下してしまう可能性がある。また、過度に加熱された有機性廃棄物は、伝熱管９２の内部壁に焦げ付いてしまう可能性がある。このような可溶化効率の低下や有機性廃棄物の焦げ付きは、必要以上のエネルギ消費をもたらす可能性がある。
【００１９】
このような事情を鑑み、以下、より少ないエネルギで有機物を可溶化することができる可溶化装置、可溶化方法、可溶化制御装置及びコンピュータプログラムの実施形態について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態の可溶化装置の構成の具体例を示す図である。第１の実施形態の可溶化装置１は、昇温ゾーンを構成する昇温部２、保温ゾーンを構成する保温部３、昇温部２と保温部３とを接続する仕切り管４を備える。昇温ゾーンは、複数の伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、伝熱管の内部に有機性廃棄物を流通させることにより、有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱する領域である。保温ゾーンは、１つの伝熱管の外部に熱媒体を流通させ、伝熱管の内部に昇温ゾーンにおいて加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、有機性廃棄物を所定時間の間、可溶化温度に保温する領域である。昇温部２は、従来構成の可溶化装置と同様に、一般的な多管式熱交換器の構成を備える。具体的には、昇温部２は、筐体部２１及び伝熱管２２を備える。
【００２１】
筐体部２１は、昇温ゾーンにおける熱媒体の搬送路を構成する。具体的には、筐体部２１は、熱媒体の投入口である第１の熱媒体投入口２１１と、熱媒体の排出口である第１の熱媒体排出口２１２とを有し、第１の熱媒体投入口２１１から順次投入される熱媒体を搬送路に送り出すとともに、搬送路を搬送されてきた熱媒体を第１の熱媒体排出口２１２から順次排出する。なお、筐体部２１の内部には、熱媒体の移動方向を制限する１つ又は複数の邪魔板２１３が配置され、この移動方向の制限によって筐体部２１の内部の熱媒体が蛇行しながら搬送される。このような熱媒体の搬送により、複数の伝熱管２２によって搬送される有機性廃棄物を均等に加熱することができる。
【００２２】
また、筐体部２１は、有機性廃棄物の投入口である第１の有機性廃棄物投入口２１４と、有機性廃棄物の排出口である第１の有機性廃棄物排出口２１５とを有し、第１の有機性廃棄物投入口２１４から順次投入される有機性廃棄物を伝熱管２２の内部に送り出すとともに、伝熱管２２の内部を搬送されてきた有機性廃棄物を第１の有機性廃棄物排出口２１５から順次排出する。第１の有機性廃棄物排出口２１５から排出された有機性廃棄物は仕切り管４によって集約され、後段の保温部３に供給される。なお、仕切り管４は、昇温部２における有機性廃棄物の加熱と、保温部３における有機性廃棄物の保温とが互いに影響しないように、昇温部２と保温部３とを断熱して接続する。
【００２３】
伝熱管２２（第１伝熱管の一例である）は、昇温ゾーンにおける有機性廃棄物の搬送路となる配管である。伝熱管２２は、その外部表面が筐体部２１の内部を搬送される熱媒体に接触するように配置される。伝熱管２２の内部を搬送される有機性廃棄物は、伝熱管２２の菅壁を介して管外部の熱媒体と熱交換することによって加熱される。なお、図１には、６本の伝熱管２２を備えた昇温部２が示されているが、昇温部２が備える伝熱管２２の数は５本以下であってもよいし、７本以上であってもよい。
【００２４】
また、伝熱管２２には、伝熱管２２の内部を搬送される有機性廃棄物の温度と、伝熱管２２の外部を搬送される熱媒体の温度とを測定する温度測定部２２１が備えられる。温度測定部２２１の測定データは、後述する制御部５による熱媒体の温度又は供給量の制御に用いられる。図３は、伝熱管２２の出口付近の温度を観測する場合における温度測定部２２１の配置例を示しているが、温度測定部２２１の設置位置は必要な観測点に応じて任意に変更されてもよいし、複数の温度測定部２２１が異なる観測点に設置されてもよい。
【００２５】
図４は、第１の実施形態における温度測定部２２１の配置例を示す図である。図４は、３つの温度計２２２−１〜２２２−３を備えた温度測定部２２１の例を示す。温度計２２２−１は伝熱管２２の中心部に配置され、伝熱管２２の内部を紙面垂直方向に搬送される有機性廃棄物の中心温度を測定する。温度計２２２−２は、伝熱管２２の内壁部に配置され、伝熱管２２との接触面における有機性廃棄物の温度を測定する。温度計２２２−３は、伝熱管２２の外壁部に配置され、伝熱管２２の外部を搬送される熱媒体の温度を測定する。温度計２２２−１〜２２２−３は、後述する制御部５（図示せず）と通信可能に接続され、測定データを制御部５に送信する。
【００２６】
続いて、保温部３について説明する。保温部３は、筐体部３１と１本の伝熱管３２とを備える。筐体部３１は、保温ゾーンにおける熱媒体の搬送路を構成する。具体的には、筐体部３１は、熱媒体の投入口である第２の熱媒体投入口３１１と、熱媒体の排出口である第２の熱媒体排出口３１２とを有し、伝熱管３２の周囲にらせん状の搬送路を構成する。筐体部３１は、第２の熱媒体投入口３１１から順次投入される熱媒体を搬送路に送り出すとともに、搬送路を搬送されてきた熱媒体を第２の熱媒体排出口３１２から順次排出する。
【００２７】
また、筐体部３１は、有機性廃棄物の投入口である第２の有機性廃棄物投入口３１３と、有機性廃棄物の排出口である第２の有機性廃棄物排出口３１４とを有し、仕切り管４を介して第２の有機性廃棄物投入口３１３から順次投入される有機性廃棄物を伝熱管３２の内部に送り出すとともに、伝熱管３２の内部を搬送されてきた有機性廃棄物を第２の有機性廃棄物排出口３１４から順次排出する。
【００２８】
伝熱管３２（第２伝熱管の一例である）は、保温ゾーンにおける有機性廃棄物の搬送路となる配管である。保温ゾーンでは、複数の伝熱管２２で昇温ゾーンを搬送されてきた有機性廃棄物を１本の伝熱管３２で搬送するため、伝熱管３２は昇温ゾーンから送られる有機性廃棄物を受け入れられるだけの大口径を有する。伝熱管３２の内部を搬送される有機性廃棄物は、伝熱管３２の菅壁を介して管外部の熱媒体と熱交換することによって、所定の範囲内の可溶化温度に維持される。
【００２９】
また、筐体部３１には、保温ゾーンの出口側で熱媒体の温度を測定する温度測定部３１５が備えられる。温度測定部３１５は、後述する制御部５と通信可能に接続され、測定データを制御部５に送信する。
【００３０】
図５は、第１の実施形態における制御部５の構成の具体例を示す図である。制御部５（第１制御部及び第２制御部の一例である）は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。制御部５は、プログラムの実行によって測定データ取得部５１、昇温ゾーン制御部５２及び保温ゾーン制御部５３として機能する。なお、制御部５の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、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である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
【００３１】
測定データ取得部５１は、昇温部２の温度測定部２２１から伝熱管２２の内部を搬送される有機性廃棄物の温度の測定データと、伝熱管２２の外部を搬送される熱媒体の温度の測定データと、を取得する。以下、これらの測定データを第１測定データという。測定データ取得部５１は、取得した第１測定データを昇温ゾーン制御部５２に出力する。
【００３２】
測定データ取得部５１は、保温部３の温度測定部３１５から保温ゾーンの出口側における熱媒体の温度の測定データを取得する。以下、この測定データを第２測定データという。測定データ取得部５１は、取得した第２測定データを保温ゾーン制御部５３に出力する。
【００３３】
昇温ゾーン制御部５２は、昇温部２に供給された有機性廃棄物の温度を制御する機能を有する。具体的には、昇温ゾーン制御部５２は、筐体部２１に流入する熱媒体の温度又は供給量を調節することにより有機性廃棄物の温度を制御する。ここで、熱媒体は図示しない加熱装置によって加熱され、図示しないポンプ等の搬送機器によって筐体部２１の内部に供給されるものとし、昇温ゾーン制御部５２はこれらの加熱装置及び搬送機器の制御によって、筐体部２１に供給される熱媒体の温度又は供給量を調節可能であるものとする。
【００３４】
例えば、昇温部２における有機性廃棄物の滞留時間がＴ１分である場合、昇温ゾーン制御部５２は、昇温部２に供給された有機性廃棄物の中心温度がＴ１分の加熱によって可溶化温度Ｘ℃に到達するように、熱媒体の温度又は供給量を制御する。この場合、例えば、昇温ゾーン制御部５２は、伝熱管２２の出口付近における有機性廃棄物の中心温度（以下「出口温度」という。）を観測し、出口温度の目標値をＸ℃とするフィードバック制御を行ってもよい。また、昇温ゾーン制御部５２は、有機性廃棄物の物性（例えば比熱）や温度、処理量、熱媒体の物性（例えば比熱）等に基づいて、出口温度をＸ℃とするために必要な熱媒体の温度又は供給量を決定してもよい。
【００３５】
保温ゾーン制御部５３は、保温部３に供給された有機性廃棄物の温度を制御する機能を有する。具体的には、保温ゾーン制御部５３は、伝熱管３２の内部を搬送される有機性廃棄物の温度を可溶化温度Ｘ℃に維持する（保温する）ように、筐体部３１に流入する熱媒体の温度又は供給量を調節する。以下、この動作を保温動作という。ここで、熱媒体は図示しない加熱装置によって加熱され、図示しないポンプ等の搬送機器によって筐体部３１の内部に供給されるものとし、保温ゾーン制御部５３はこれらの加熱装置及び搬送機器の制御によって、筐体部３１に供給される熱媒体の温度又は供給量を調節可能であるものとする。
【００３６】
例えば、保温部３における有機性廃棄物の滞留時間がＴ２分である場合、保温ゾーン制御部５３は、保温部３に供給された有機性廃棄物の中心温度がＴ２分の間、可溶化温度Ｘ℃に維持されるように、熱媒体の温度又は供給量を制御する。このとき、第２の熱媒体投入口３１１から投入された熱媒体は、有機性廃棄物に対して熱を供給することにより、供給した熱量分の温度低下を伴いながら筐体部３１の内部を搬送される。そのため、この場合、例えば、保温ゾーン制御部５３は、伝熱管３２の出口付近における熱媒体の温度をＸ℃に維持するように、熱媒体の温度又は供給量を調節する。
【００３７】
例えば、保温ゾーン制御部５３は、伝熱管３２の出口付近における熱媒体の温度を観測し、この温度の目標値をＸ℃とするフィードバック制御を行ってもよい。また、保温ゾーン制御部５３は、有機性廃棄物の物性（例えば比熱）や温度、処理量、熱媒体の物性（例えば比熱）等に基づいて、出口温度をＸ℃とするために必要な熱媒体の温度又は供給量を決定してもよい。
【００３８】
なお、保温部３の役割は、昇温ゾーンにおいて常温から可溶化温度Ｘ℃にまで加熱された有機性廃棄物の温度を可溶化温度Ｘ℃に維持する（保温する）ことであるため、保温部３には、昇温部２に供給される熱媒体よりも低温の熱媒体が供給される。一方、昇温部２に供給された熱媒体は、昇温部２の内部で有機性廃棄物に供給した熱量の分だけ温度が低下した状態で排出される。そこで、昇温部２から排出される熱媒体の熱量を有効活用するため、保温部３には昇温部２から排出された熱媒体の一部又は全部が供給されてもよい。この場合、昇温部２から排出された熱媒体に冷却媒体を混合するなどして温度調節を行ってもよい。
【００３９】
ここで、有機性廃棄物を伝熱管３２を介して間接的に加熱する場合、有機性廃棄物が水分を含んでいる間は、伝熱管３２との接触面における有機性廃棄物の温度は１００℃を超えることはない。ところが、接触面付近の水分が蒸発してしまうと接触面における有機性廃棄物の温度が上昇し、有機性廃棄物が接触面に焦げ付く可能性がある。そこで、実施形態の可溶化装置１は、伝熱管３２の内壁における有機性廃棄物の焦げ付きを抑制するための手段として以下の構成１又は構成２を備える。
【００４０】
構成１は、保温ゾーン制御部５３が熱媒体の温度又は供給量を制御することにより有機性廃棄物の焦げ付きを抑制する構成である。具体的には、保温ゾーン制御部５３は、保温動作を行っている間、伝熱管３２の内壁面における有機性廃棄物の温度を観測し、この温度が１００℃を超えないように熱媒体の温度又は供給量を制御することにより、有機性廃棄物の焦げ付きを抑制する。
【００４１】
構成２は、攪拌機によって伝熱管３２の内部の有機性廃棄物を攪拌することにより有機性廃棄物の焦げ付きを抑制する構成である。例えば、構成２は、伝熱管３２の内部にラインミキサ等の撹拌機を設置することにより実現される。攪拌機は、搬送路の一部に設けられてもよいし、搬送路の全長に渡って設けられてもよい。構成２によれば、有機性廃棄物は攪拌機によって攪拌されながら伝熱管３２の内部を搬送されるため、伝熱管３２の内部における有機性廃棄物の温度分布が一様化される。これにより、伝熱管３２の内壁面における有機性廃棄物の局所的な温度上昇が抑制され、内壁面における有機性廃棄物の焦げ付きを抑制することができる。
【００４２】
また、伝熱管３２の内部において有機性廃棄物の温度分布が一様化されることにより、有機性廃棄物の温度分布のムラによる可溶化効率の低下を抑制する効果も期待できる。さらに、伝熱管３２の内部において有機性廃棄物の温度分布が一様化されれば、保温ゾーンに供給する熱量をより適切に調節することができるため、熱媒体による無駄な熱供給を抑制する効果も期待できる。
【００４３】
なお、可溶化装置１は、有機性廃棄物の焦げ付きを抑制する手段として、構成１又は構成２のいずれか一方を備えてもよいし、構成１及び構成２の両方を備えてもよい。
【００４４】
このように構成された第１の実施形態の可溶化装置１は、昇温ゾーンを構成する昇温部２と保温ゾーンを構成する保温部３とを備えることにより、昇温ゾーンにおける有機性廃棄物の加熱と、保温ゾーンにおける有機性廃棄物の加熱とをそれぞれで独立して制御することができる。このような構成を備えることにより、第１の実施形態の可溶化装置１は、１つの多管式伝熱管で昇温ゾーン及び保温ゾーンを構成する従来の可溶化装置に比べて、有機性廃棄物の可溶化に必要なエネルギを効率良く供給することが可能になり、より少ないエネルギで有機性廃棄物を可溶化することができる。
【００４５】
また、第１の実施形態の可溶化装置１では、小口径の多管式の伝熱管２２を用いて昇温部２が構成される。昇温部２は、処理対象の有機性廃棄物を複数の伝熱管２２で分散して搬送するとともに、高熱量を有する熱媒体を伝熱管２２の外壁に接触させながら搬送することにより、常温の有機性廃棄物を短時間で所定の可溶化温度にまで加熱することができる。このような昇温部２によれば、昇温ゾーンにおける有機性廃棄物の滞留時間を短縮させることができるため、可溶化装置の大きさを従来よりも小型化することが可能になる。
【００４６】
また、第１の実施形態の可溶化装置１では、大口径の１つの伝熱管３２を用いて保温部３が構成される。保温部３は、昇温部２から送られてくる有機性廃棄物を大口径の１つの伝熱管３２で搬送するとともに、保温に必要な熱量を有する熱媒体を伝熱管３２の外壁に接触させながら搬送することにより、搬送中の有機性廃棄物を所定の可溶化温度に維持する（保温する）ことができる。このような保温部３によれば、必要最低限の熱量の供給によって有機性廃棄物を保温することができ、有機性廃棄物の可溶化に必要なエネルギを削減することが可能になる。
【００４７】
また、第１の実施形態の可溶化装置１では、保温ゾーンに供給された有機性廃棄物が、従来の多管式伝熱管に代えて大口径の１つの伝熱管３２によって搬送される。この場合、伝熱管３２は、従来の多管式伝熱管よりも短い長さで同じ容積を確保することができるため、可溶化装置の大きさを従来よりも小型化することが可能になる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の可溶化装置の構成の具体例を示す図である。可溶化装置１ａは、昇温部２に代えて昇温部２ａを備える点で第１の実施形態の可溶化装置１と異なる。昇温部２ａは、邪魔板２１３に代えて仕切り板２１６を筐体部２１の内部に備え、昇温ゾーンが仕切り板２１６によって第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンの３つの領域に分割される点で第１の実施形態における昇温部２と異なる。仕切り板２１６は、筐体部２１の内部に、第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンのそれぞれに独立した熱媒体の搬送路を構成する。
【００４９】
また、昇温部２ａは、第１の熱媒体投入口２１１及び第１の熱媒体排出口２１２を第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンのそれぞれに備える点で第１の実施形態における昇温部２と異なる。第１の熱媒体投入口２１１−１及び第１の熱媒体排出口２１２−１は第１昇温ゾーンに、第１の熱媒体投入口２１１−２及び第１の熱媒体排出口２１２−２は第２昇温ゾーンに、第１の熱媒体投入口２１１−３及び第１の熱媒体排出口２１２−３は第３昇温ゾーンに、それぞれ対応する。
【００５０】
また、昇温部２ａは、伝熱管２２の内部を搬送される有機性廃棄物の温度と、伝熱管２２の外部を搬送される熱媒体の温度とを測定する温度測定部２２１を第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンのそれぞれに備える点で第１の実施形態における昇温部２と異なる。
【００５１】
また、第２の実施形態の可溶化装置１ａは、制御部５に代えて、第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンにおいて供給される熱媒体の温度又は供給量を、各昇温ゾーンごとに独立して調節可能である制御部５ａ（図７にて後述する）を備える点で第１の実施形態の可溶化装置１ａと異なる。
【００５２】
以上が、第１の実施形態の可溶化装置１と第２の実施形態の可溶化装置１ａとの構成の違いであるが、その他の可溶化装置１ａの構成は第１の実施形態の可溶化装置１と同様である。そのため、第１の実施形態と同様の構成には図３と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５３】
図７は、第２の実施形態における制御部５ａの構成の具体例を示す図である。制御部５は、昇温ゾーン制御部５２に代えて、昇温ゾーン制御部５２ａを備える点で第１の実施形態における制御部５と異なる。その他の構成は第１の実施形態における制御部５と同様である。そのため、第１の実施形態と同様の構成には図５と同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５４】
昇温ゾーン制御部５２ａは、第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンの各昇温ゾーンにおいて、伝熱管２２との接触面における有機性廃棄物の焦げ付きを抑制するように、各昇温ゾーンに供給される熱媒体の温度又は供給量を調節する。上述のとおり、有機性廃棄物の含水率が高い状態では、接触面における有機性廃棄物の温度が１００℃を超える可能性が低い。そのため、昇温ゾーン制御部５２ａは、伝熱管２２との接触面における有機性廃棄物の温度を第１昇温ゾーン、第２昇温ゾーン、第３昇温ゾーンのそれぞれについて観測し、その温度が１００℃を超えない範囲では、高熱量を有する熱媒体を供給して急速に有機性廃棄物の温度を上昇させる。
【００５５】
また、接触面における有機性廃棄物の温度が１００℃を超えて上昇する場合には、昇温ゾーン制御部５２ａは、供給する熱媒体の温度又は供給量を低下させることで有機性廃棄物の焦げ付きを抑制する。
【００５６】
このように構成された第２の実施形態の可溶化装置１ａは、昇温ゾーンを複数に分割して熱媒体の温度又は供給量を調節することにより、有機性廃棄物の焦げ付きを抑制するとともに、効率良く有機性廃棄物を加熱することができる。また、昇温ゾーンにおける有機性廃棄物の加熱が効率化されることにより、可溶化装置のさらなる小型化も期待できる。なお、図６では、３つの昇温ゾーンを有する可溶化装置１ａの例を示したが、第２の実施形態の可溶化装置において、昇温ゾーンの数は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００５７】
また、制御部５又は５ａは、可溶化装置１又は１ａとは別体の可溶化制御装置として構成されてもよい。
【００５８】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数の伝熱管２２の外部に熱媒体を流通させ、伝熱管２２の内部に有機性廃棄物を流通させることにより、有機性廃棄物を所定の可溶化温度にまで加熱する昇温部２と、１つの伝熱管３２の外部に熱媒体を流通させ、伝熱管３２の内部に昇温部２によって加熱された有機性廃棄物を流通させることにより、有機性廃棄物を所定時間の間、可溶化温度に保温する保温部３と、昇温部２及び保温部３に供給される熱媒体の温度又は供給量を、昇温部２及び保温部３のそれぞれで個別に制御する制御部５（又は５ａ）と、を持つことにより、より少ないエネルギで有機物を可溶化することができる。
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
１，１ａ…可溶化装置、２，２ａ…昇温部、２１…筐体部、２１１，２１１−１〜２１１−３…第１の熱媒体投入口、２１２，２１２−１〜２１２−３…第１の熱媒体排出口、２１３…邪魔板、２１４…第１の有機性廃棄物投入口、２１５…第１の有機性廃棄物排出口、２１６…仕切り板、２２…伝熱管、２２１…温度測定部、２２２−１〜２２２−３…温度計、３…保温部、３１…筐体部、３１１…第２の熱媒体投入口、３１２…第２の熱媒体排出口、３１３…第２の有機性廃棄物投入口、３１４…第２の有機性廃棄物排出口、３１５…温度測定部、３２…伝熱管、４…仕切り管、５，５ａ…制御部、５１…測定データ取得部、５２，５２ａ…昇温ゾーン制御部、５３…保温ゾーン制御部、９０…従来の可溶化装置、９１…筐体部、９２…伝熱管、９３…有機性廃棄物の投入口、９４…有機性廃棄物の排出口、９５…熱媒体の投入口、９６…熱媒体の排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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