(57)【要約】【課題】公衆衛生及び有機性廃棄物の効率的かつ環境保護的処理及び処分のための改良型システムを提供する。【解決手段】本発明は、公衆衛生廃棄物、石油廃棄物、及び他の有機性廃棄物を含む廃棄物の処理及び処分に関する。より詳細には、本発明は、乗客搬送車両のような可搬型及び遠隔廃棄物発生源から、及び下水及び汚水処理システムが実際的ではない遠隔施設からのこれらの種類の廃棄物を処理して処分するものである。処理システム（１００）は、内燃機関のような高温排気流を発生する装置から放出された熱エネルギを利用する。本発明は、一般的に、廃棄材料をタンク（１）から均質化装置（９）を通して通過させる段階を伴っている。均質化装置（９）は、粒径を小さくして、廃棄物の流れを水蒸気、気体、及び不活性灰に変える高温排気流（２２）に注入することができるように廃棄物の流れを十分に混合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの廃棄物発生源であって、該少なくとも１つの廃棄物発生源からの廃棄物を貯蔵するためのタンクと流体連通した発生源、
を含み、
前記廃棄物は、液体部分と固体部分を含み、
前記タンクは、前記廃棄物を該タンクから除去するための吐き出し管を含み、
前記吐き出し管と流体連通した前記廃棄物を均質化するための手段、
を更に含み、
前記均質化するための手段は、前記廃棄物の前記固体部分の粒径を小さくするための手段、及び該廃棄物の前記液体部分と該廃棄物の該固体部分とを実質的に均質な廃棄物の流れに混合するための手段を含み、
前記固体部分の粒径を小さくするための手段と前記液体部分及び固体部分を混合するための手段は、実質的に同時に行われ、
前記均質化するための手段に連結した前記実質的に均質化された廃棄物の流れを加熱するための手段と、
排気発生源の排気流内に配置されて前記加熱するための手段に連結された、前記実質的に均質化された廃棄物の流れを注入するための手段と、
を更に含むことを特徴とする廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２】
前記タンクに貯蔵された前記廃棄物を細断させるための手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項３】
前記実質的に均質化された廃棄物の流れにオゾンを注入するための少なくとも１つの手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項４】
前記オゾンと前記実質的に均質化された廃棄物の流れとを混合するための少なくとも１つの手段を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項５】
前記均質化するための手段と、前記加熱するための手段と、前記注入するための手段とを水でパージするための手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項６】
前記均質化するための手段と前記実質的に均質化された廃棄物の流れを注入するための手段との間に配置された注入ポンプを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項７】
前記均質化するための手段及び前記注入ポンプは、共通の主発動機によって電力供給されることを特徴とする請求項６に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項８】
前記実質的に均質化された廃棄物の流れを注入するための手段は、前記排気発生源の吐き出しに接続することができる導管内に配置された注入ノズルを含むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項９】
前記排気流の速度の増加を誘発するための手段を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１０】
前記実質的に均質化された廃棄物の流れを加熱するための手段は、前記排気発生源によって発生した高温流体を利用して熱を該実質的に均質化された廃棄物の流れに伝達する熱交換器を含むことを特徴とする請求項８に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１１】
前記実質的に均質化された廃棄物の流れを加熱するための手段は、前記排気発生源の吐き出しに接続することができる前記導管内で前記注入ノズルの下流側に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１２】
前記実質的に均質化された廃棄物の流れを加熱するための手段は、前記排気発生源によって発生した高温流体を利用して熱を該実質的に均質化された廃棄物の流れに伝達する熱交換器を含むことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１３】
前記実質的に均質化された廃棄物の流れを加熱するための手段は、前記排気発生源によって発生した高温流体を利用する前記熱交換器の下流側に配置された、該排気発生源によって発生した該排気を利用して熱を該実質的に均質化された廃棄物の流れに伝達する第２の熱交換器を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１４】
前記均質化するための手段は、
入口ポートと出口ポートを有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された中心シャフトと、
前記中心シャフトを回転させるための手段と、
前記中心シャフトに作動的に連結した少なくとも１つのホモジナイザ段と、
を更に含み、
前記ホモジナイザ段は、上部エッジと切断面を有する下部エッジとを有する回転ブレードと、該回転ブレードの該下部エッジの該切断面に接触した上部側面、下部側面、及び該上部側面から該下部側面への前記廃棄物の流れの移動を可能にする複数の分粒孔を有する分粒篩とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１５】
前記均質化するための手段は、前記中心シャフトに沿って順番に配置された複数のホモジナイザ段を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１６】
前記ハウジングの前記入口ポートは、前記廃棄物の流れが前記複数のホモジナイザ段の第１のものに入ることを可能にし、前記出口ポートは、該複数のホモジナイザ段の最後のものを出る該廃棄物の流れの吐き出しを可能にすることを特徴とする請求項１５に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１７】
各前記連続的ホモジナイザ段の各前記分粒篩の前記上部側面は、前のホモジナイザ段よりも小さい直径を有する複数の分粒孔を含むことを特徴とする請求項１６に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１８】
各前記連続的ホモジナイザ段の各前記分粒篩上の前記複数の分粒孔は、テーパ付きであることを特徴とする請求項１７に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項１９】
前記分粒孔の前記テーパは、前記分粒篩の前記上部側面から該分粒篩の前記下部側面まで増大することを特徴とする請求項１８に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２０】
前記中心シャフトを回転させるための手段は、正回転及び逆回転を有する反転モータであることを特徴とする請求項１６に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２１】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記回転ブレードは、該回転ブレードの前記上部エッジに沿って配置された第２の切断面を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２２】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記回転ブレードは、前記反転モータが前記逆回転で作動する時に、該回転ブレードが前記中心シャフトに沿って摺動して該回転ブレードの前記上部エッジの前記切断面を前のホモジナイザ段の前記分粒篩の前記下部側面と接触させるように該中心シャフトと摺動的に係合することを特徴とする請求項２１に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２３】
前記ハウジングは、前記出口ポートと流体連通した再循環ポートを更に含み、
前記再循環ポートは、前記出口ポートを通って前記複数のホモジナイザ段の最後のものを出る前記廃棄物の流れの吐き出しの一部分が、該再循環ポートを通って該複数のホモジナイザ段の最後のものに再循環して戻ることを可能にする、
ことを特徴とする請求項１６に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２４】
前記廃棄物の流れを前記複数のホモジナイザ段を通してポンピングするための手段を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２５】
前記ポンピングのための手段は、前記中心シャフトと作動的に連結されて前記ハウジング内に配置された推進装置を含むことを特徴とする請求項２４に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２６】
前記ポンピングのための手段は、前記複数のホモジナイザ段と流体連通した外部ポンプを含むことを特徴とする請求項２４に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２７】
前記外部ポンプは、前記中心シャフトを回転させるための手段によって電力供給されることを特徴とする請求項２３に記載の廃棄物処理及び処分システム。
【請求項２８】
液体部分と固体部分を有する廃棄物の流れを均質化するための装置であって、
入口ポートと出口ポートを有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された中心シャフトと、
前記中心シャフトを回転させるための手段と、
前記中心シャフトに作動的に連結した少なくとも１つのホモジナイザ段と、
を含み、
前記ホモジナイザ段は、上部エッジと切断面を有する下部エッジとを有する回転ブレードと、該回転ブレードの該下部エッジの該切断面に接触した上部側面、下部側面、及び該上部側面から該下部側面への廃棄物の流れの移動を可能にする複数の分粒孔を有する分粒篩とを含む、
ことを特徴とする装置。
【請求項２９】
前記中心シャフトに沿って順番に配置された複数のホモジナイザ段を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記ハウジングの前記入口ポートは、前記廃棄物の流れが前記複数のホモジナイザ段の第１のものに入ることを可能にし、前記出口ポートは、該複数のホモジナイザ段の最後のものを出る該廃棄物の流れの吐き出しを可能にすることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
各前記連続的ホモジナイザ段の各前記分粒篩の前記上部側面は、前のホモジナイザ段よりも小さい直径を有する複数の分粒孔を含むことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
各前記連続的ホモジナイザ段の各前記分粒篩上の前記複数の分粒孔は、テーパ付きであることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記分粒孔の前記テーパは、前記分粒篩の前記上部側面から該分粒篩の前記下部側面まで増大することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記中心シャフトを回転させるための手段は、正回転及び逆回転を有する反転モータであることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３５】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記回転ブレードは、該回転ブレードの前記上部エッジに沿って配置された第２の切断面を更に含むことを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記回転ブレードは、前記反転モータが前記逆回転で作動する時に、該回転ブレードが前記中心シャフトに沿って摺動して該回転ブレードの前記上部エッジの前記切断面を前のホモジナイザ段の前記分粒篩の前記下部側面と接触させるように該中心シャフトと摺動的に係合することを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記ハウジングは、前記出口ポートと流体連通した再循環ポートを更に含み、
前記再循環ポートは、前記出口ポートを通って前記複数のホモジナイザ段の最後のものを出る前記廃棄物の流れの吐き出しの一部分が、該再循環ポートを通って該複数のホモジナイザ段の最後のものに再循環して戻ることを可能にする、
ことを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３８】
前記廃棄物の流れを前記複数のホモジナイザ段を通してポンピングするための手段を更に含むことを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記ポンピングのための手段は、前記中心シャフトと作動的に連結されて前記ハウジング内に配置された推進装置を含むことを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記ポンピングのための手段は、前記複数のホモジナイザ段と流体連通した外部ポンプを含むことを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
前記外部ポンプは、前記中心シャフトを回転させるための手段によって電力供給されることを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
液体部分と固体部分を有する廃棄物の流れを処理して処分する方法であって、
タンクから廃棄物を除去するための吐き出し管を含むタンクに、廃棄物の流れを貯蔵する段階と、
前記吐き出し管に流体連通した、前記廃棄物を均質化するための手段を設ける段階と、  を含み、
前記均質化するための手段は、前記廃棄物の前記固体部分の粒径を小さくするための手段、及び該廃棄物の前記液体部分と該廃棄物の該固体部分とを実質的に均質な廃棄物の流れに混合するための手段を含み、
前記固体部分の粒径を小さくするための手段と前記液体部分及び固体部分を混合するための手段は、実質的に同時に行われ、
前記均質化するための手段によって生成された前記実質的に均質化された廃棄物の流れを加熱する段階と、
前記加熱された実質的に均質化された廃棄物の流れを排気発生源の排気流に注入する段階と、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
前記均質化するための手段は、
入口ポートと出口ポートを有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された中心シャフトと、
前記中心シャフトを回転させるための手段と、
前記中心シャフトに作動的に連結した複数のホモジナイザ段と、
を更に含み、
前記複数のホモジナイザ段の各々は、上部エッジと切断面を有する下部エッジとを有する回転ブレードと、該回転ブレードの該下部エッジの該切断面に接触した上部側面、下部側面、及び該上部側面から該下部側面への前記廃棄物の流れの移動を可能にする複数の分粒孔を有する分粒篩とを含む、
ことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ハウジングの前記入口ポートは、前記廃棄物の流れが前記複数のホモジナイザ段の第１のものに入ることを可能にし、前記出口ポートは、該複数のホモジナイザ段の最後のものを出る該廃棄物の流れの吐き出しを可能にすることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記中心シャフトを回転させるための手段は、正回転及び逆回転を有する反転モータであることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記回転ブレードは、該回転ブレードの前記上部エッジに沿って配置された第２の切断面を更に含むことを特徴とする請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記回転ブレードは、前記反転モータが前記逆回転で作動する時に、該回転ブレードが前記中心シャフトに沿って摺動して該回転ブレードの前記上部エッジの前記切断面を前のホモジナイザ段の前記分粒篩の前記下部側面と接触させるように該中心シャフトと摺動的に係合することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記加熱された実質的に均質化された廃棄物の流れは、内燃機関の排気に注入されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
液体部分と固体部分を有する廃棄物の流れを均質化するための装置であって、
入口ポートと出口ポートを有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された中心シャフトと、
前記中心シャフトを回転させるための手段と、
前記中心シャフトに作動的に連結した少なくとも１つのホモジナイザ段と、
を含み、
前記少なくとも１つのホモジナイザ段は、最上部積層回転ブレード及び最下部積層回転ブレードを有して各々が少なくとも１つの切断用付属物を備えた複数の積層回転ブレードを含む積層回転ブレードアセンブリと、該最下部積層回転ブレードの該少なくとも１つの切断用付属物に接触した上部側面、下部側面、及び該上部側面から該下部側面への廃棄物の流れの移動を可能にする複数の分粒孔を有する分粒篩とを含む、
ことを特徴とする装置。
【請求項５０】
前記中心シャフトに沿って順番に配置された複数のホモジナイザ段を更に含むことを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記ハウジングの前記入口ポートは、前記廃棄物の流れが前記複数のホモジナイザ段の第１のものに入ることを可能にし、前記出口ポートは、該複数のホモジナイザ段の最後のものを出る該廃棄物の流れの吐き出しを可能にすることを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
各前記連続的ホモジナイザ段の各前記分粒篩の前記上部側面は、前のホモジナイザ段よりも小さい直径を有する複数の分粒孔を含むことを特徴とする請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
各前記連続的ホモジナイザ段の各前記分粒篩上の前記複数の分粒孔は、テーパ付きであることを特徴とする請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記分粒孔の前記テーパは、前記分粒篩の前記上部側面から該分粒篩の前記下部側面まで増大することを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記中心シャフトを回転させるための手段は、正回転及び逆回転を有する反転モータであることを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５６】
各前記連続的ホモジナイザ段の前記積層回転ブレードアセンブリは、前記反転モータが前記逆回転で作動する時に、該積層回転ブレードアセンブリが前記中心シャフトに沿って摺動して前記最上部積層回転ブレードの前記少なくとも１つの切断用付属物を前のホモジナイザ段の前記分粒篩の前記下部側面に接触させるように該中心シャフトと摺動的に係合することを特徴とする請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記ハウジングは、前記出口ポートと流体連通した再循環ポートを更に含み、
前記再循環ポートは、前記出口ポートを通って前記複数のホモジナイザ段の最後のものを出る前記廃棄物の流れの吐き出しの一部分が、該再循環ポートを通って該複数のホモジナイザ段の最後のものに再循環して戻ることを可能にする、
ことを特徴とする請求項５６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、公衆衛生及び有機性廃棄物の効率的かつ環境保護的処理及び処分のための改良型システムに関する。より詳細には、本発明は、乗客搬送車両のような移動オペレーション、又は従来の処理及び処分手段が実際的ではない固定オペレーションから発生する人糞や他の類似の有機性廃棄物の処理及び処分に関する。本明細書で説明する処理及び処分システムは、廃棄物を適切に処分するのに十分な熱を排出する内燃機関又は任意の他の装置の作動中に排出される熱を利用する。本発明はまた、ビルジ水や他の油性水廃棄物のような産業廃棄物を含む石油及び／又は他の有機化合物を含む廃棄物の処理及び処分が可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来のいくつかの廃棄物処理及び処分方法が存在する。特定の処理及び処分方法の選択は、主として２つの要素、つまり、１）処理及び処分を必要とする特定の廃棄物と、２）処理及び処分施設を設置すべき特定の場所とに依存する。過度の濃度で大きな健康上の危険性をもたらすバクテリア、特に糞便性大腸菌を含む公衆衛生廃棄物ということが多い人糞の処理及び処分が特に重要である。公衆衛生廃棄物の発生は、多くの場合、処理及び処分に付随する固有の問題を呈する遠隔又は可搬型施設のような場所で起こるものである。従来の廃棄物処理及び処分システムは、これらの状況に対して設計されているが、従来のシステムは、いくつかの欠点を有する。
【０００３】
遠隔又は可搬型施設のための従来の廃棄物処理及び処分システムは、一般的に、廃棄物を受け取って溜めるための大きな貯留タンクを含む。廃棄物は、適切な薬剤を用いて消毒することができ、消毒された状態で、廃棄物は、通常は他の場所で行われる更に別の処理のために除去することができるまで貯蔵される。車両、船舶、航空機、及び鉄道車輌のような可搬型施設の場合、可搬型施設が廃棄物受け取りサイトに到着するまで廃棄物を貯蔵する必要がある。遠隔施設、特に従来の下水及び汚水処理システムが実際的ではないものの場合、廃棄物は、それを除去して廃棄物受け取りサイトに送出することができる時まで貯蔵する必要がある。薬剤並び処理済み廃棄物を貯蔵する必要性は、かなりの貯蔵能力を要求し、可搬型施設又は遠隔施設の建造費及び運転費の両方を増大させるものである。
【０００４】
船舶の場合、従来の処理及び処分システムでは、廃棄物質を薬剤及び／又は間接的な熱で処理してバクテリア含有物を破壊する。廃棄物は、処理された状態で環境に排出することができる。化学的システムは、使用される薬剤の費用及び薬剤の使用に伴って放たれる有害な臭いを含むいくつかの欠点を有する。また、化学的システムは、バクテリアを殺すに際して完全に有効ものであるとは限らず、その結果、排出された廃棄物質は、依然として汚染問題及び環境問題を引き起こす場合がある。間接的な熱を使用して廃棄物質を殺菌するシステムはまた、特に、廃棄物を適切に殺菌するために必要とされる熱伝達面積が極端に広く、熱を発生させるための化学酸化剤及び給油が潜在的に必要であるという欠点を有し、これらは、建設及び運転費の増大をもたらすものである。
【０００５】
さらに、益々厳しくなる環境規制により、処理済み廃棄物でさえも内陸部の水路及び湖水のようなある一定の区域における排出が禁止されている。従来の処理及び処分システムは、これらの区域では使用することができず、従って、廃棄物受け取りサイトに到達するまで廃棄物を保持するための適切な貯蔵能力を有するシステムが必要である。廃棄物受け取りサイトを探し出してそこまで移動しなければならないその経費及び不便さが、規制を無視して直接貯蔵タンクを環境に廃棄する誘引として働き、環境規制の目的を挫折させている。
【０００６】
米国特許第６，１０６，７０３号において、本明細書の発明人は、内燃機関の排気ガスを利用して公衆衛生及び他の種類の廃棄物を処分する廃棄物処理及び処分システムを開示した。米国特許第６，１０６，７０３号の開示は、本明細書において引用により組み込まれている。同特許は、一般的に、トイレ、調理室、シャワー、ビルジタンク、又は他の類似の発生源のような供給源から発生した廃棄物を受け取るための貯蔵タンクと、貯蔵タンクに連結された少なくとも１つの細断装置と、固形廃棄物の粒径を小さくするためのレジューサと、遠心分離装置と、注入ポンプと、内燃機関の排気マニホールド内に配置された注入ノズルとで構成された廃棄物処理システムを開示するものである。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，１０６，７０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、いくつかの点で米国特許第６，１０６，７０３号に開示された廃棄物処理及び処分システムを改良したものである。本発明は、流体移動装置に対して共通のエネルギ源を利用することによってシステム作動を簡素化するものである。更に、本発明は、オゾン発生器及び高周波活性化装置を組み込んで熱処理前に廃棄物を調整する。本発明はまた、排気流への注入の前に廃棄物を熱的に調整する液体／液体及び気体／液体予熱器を組み込んでいる。廃棄物を予熱すると処分効率が上がり、作動能力限界が大きくなる。分粒篩設計の改良、ブレード設計の改良、逆作動を可能にする装置の変更、再循環入口ポートの追加、及び外部ポンプ機能を含む、ホモジナイザと本明細書で呼ぶレジューサに対する大きな改良が行われた。これらの変更は、粒子の縮小を改善し、遠心分離装置のような固形排泄物分離装置を不要にする。本発明はまた、排気マニホールドスプール部分を用いて注入器設計を改良し、これは、既設の排気マニホールドの変更を不要にするものである。最後に、工程制御上の改良が追加されており、これは、他の変更と共に全体的なシステム効率及び性能を改善し、システム設置に必要とされる空間を低減するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の改良型廃棄物処理及び処分システムの好ましい一実施形態を示す処理流れ図である。
【図２】外部ポンプを特徴とするホモジナイザの好ましい一実施形態の断面図である。
【図３】内部ポンプ推進装置を特徴とするホモジナイザの別の好ましい実施形態の断面図である。
【図４】ホモジナイザ内で利用されるブレードアセンブリの好ましい一実施形態の側面斜視図である。
【図５】図４のブレードアセンブリの正面斜視図である。
【図６】図４のブレードアセンブリに対して利用される３つのブレードのうちの第１のブレードの正面斜視図である。
【図７】図４のブレードアセンブリに対して利用される３つのブレードのうちの第２のブレードの正面斜視図である。
【図８】図４のブレードアセンブリに対して利用される３つのブレードのうちの第３のブレードの正面斜視図である。
【図９】図４のブレードアセンブリを特徴とするホモジナイザの好ましい一実施形態の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明においては、本発明の一部を成して本発明を実施することができる特定的な実施形態を例示的に示す添付図を参照する。他の実施形態を利用することができ、また、本発明の範囲から逸脱することなく構造上の変更を行うことができることを理解すべきである。
【００１１】
図１は、廃棄物処理システム１００の好ましい実施形態を示している。貯蔵タンク１は、トイレ、シャワー、流し、台所、ビルジ、及び他の有機性廃棄物源のような廃棄物発生源から廃棄物を受け取るものである。発生源からの廃棄物は、接続管２を通じて貯蔵タンク１に送られる。貯蔵タンク１は、大気通気口３及び吐き出し管４を含む。廃棄物は、吐き出し管４を通じて貯蔵タンク１から破砕ポンプ５に流れる。破砕ポンプ５は、貯蔵タンク１内に存在する固形廃棄物のサイズを小さくしかつ貯蔵タンク１内の廃棄物を細断することによって貯蔵タンク１からの廃棄物を調整する。破砕廃棄物は、破砕ポンプ５から吐き出されて、ホモジナイザ９と流体連通している導管７を通る。ホモジナイザ９が使用されている状態で、破砕ポンプ５からの破砕廃棄物の一部は、再循環されて導管６を通って貯蔵タンク１に戻り、貯蔵タンク１内の廃棄物の細断が促進される。ホモジナイザ９が作動中ではないとき、破砕ポンプ５から吐き出された廃棄物の全ては、再循環されて貯蔵タンク１に戻る。導管７内の逆止弁８は、ホモジナイザ９から貯蔵タンク１への廃棄物の逆流を防止する。
【００１２】
ホモジナイザ９は、主駆動装置１０によって駆動され、主駆動装置１０は、従来の誘導モータでもよいし、遠心又は容積式回転機器を駆動するために使用することができる任意の他の装置でもよい。主駆動装置１０は、反転誘導モータであることが好ましい。また、主駆動装置１０は、ホモジナイザ９の駆動に加えて、共通のシャフトを通じて破砕ポンプ５を駆動するために使用することができる。しかし、説明のために、図１は、個別のポンプユニットとして、共通のシャフトによって駆動されない破砕ポンプ５を示している。ホモジナイザ９は、最小の分粒篩開口部よりも大きいサイズの粒子が一切ホモジナイザ９を出ることができないように、廃棄物を一連のカッターブレード３９及び分粒篩４０（図２、図３、及び図９が最も分かりやすい）を通過させることによって廃棄物の固体含有量を少なくするものである。最小の分粒篩開口部よりも大きい粒子があれば、サイズが小さくなるまでホモジナイザ９内に留まることになる。廃棄物の液体部分は、固形廃棄物の実質的に均一なサイズの粒子と均質化され、導管１１を通じてホモジナイザ９から一緒に吐き出される。
【００１３】
殺菌及びディスポーザ処理を高めるために、市販のオゾン発生器３Ａを使用すると、オゾンをベンチュリ３５Ａを通じて導管１１に注入することにより均質化された廃棄物を予め調整することができる。オゾンは、バクテリアを殺すことによって廃棄物を殺菌し、また、排気流２２に注入されると、有機体の酸化のために更なる酸素を供給するものである。ベンチュリ３５Ａだけで十分に高いオゾン分解を達成するが、ミキサを使用すると更に分解を増大させることができる。廃棄物の特性、システム制約事項、経費、汚れ傾向、及び機械の耐久性に応じて、機械式、固定式又は他の種類のミキサを使用することができる。図１においては、高周波活性化装置３６Ａ、つまり、超音波装置が使用されている。
【００１４】
予め調整された均質化廃棄物は、注入ポンプ１２に供給され、注入ポンプ１２は、主駆動装置１０によって共通のシャフトを通じて駆動される。注入ポンプ１２は、容量性ポンプであることが好ましい。予め調整された均質化廃棄物は、注入ポンプ１２から導管１３に吐き出される。導管１３から、均質化廃棄物の流れは分割される。導管１３からの均質化廃棄物流の一部は、再循環されて貯蔵タンク１に戻る。再循環された均質化廃棄物流は、再使用可能にされた均質化廃棄物の一部をホモジナイザ９に戻すことによって更に分割することができる。再循環されてホモジナイザ９に戻る均質化廃棄物は、図１、図２、図３、及び図９で示すように、再循環ポート４７を通じてホモジナイザ９に供給してもよいし、変形例として、導管７内で貯蔵タンク１からの供給物と組み合わせて、入口ポート３８を通じてホモジナイザ９に供給してもよい。
【００１５】
注入ポンプ１２からの均質化廃棄物流の残りは、予熱器１６、つまり液体／液体熱交換器に進む。均質化廃棄物は、予熱器１６に入る前に、第２のオゾン発生器３４Ｂ及び関連のベンチュリ３６Ｂを利用することによって更に調整することができる。上流側のものと同様に、高周波活性化装置３６Ｂを使用してオゾン分解が最大にされる。予熱器１６は、シェル及びチューブ型の熱交換器であることが好ましいが、水又は内燃機関又は他の装置に関連した他の媒体を用いて、熱を均質化廃棄物の燃料流に伝達することができる。変形例として、内燃機関又は他の装置に関連した媒体から熱を受け取ってその熱を廃棄物流に伝達する熱伝達流体を中間ヒートシンクとして使用してもよい。均質化された廃棄物流を予熱すると、廃棄物流の水分含有量の温度が上がり、廃棄物が注入される排気流に及ぼす冷却効果が低減される。廃棄物は、予熱器１６を出た後、引き続き導管１７を通り、導管１７は、予熱器１８に廃棄物を供給する。予熱器１８は、気体／液体熱交換器であり、ここで、熱は、排気２２から廃棄物流に吸収されて、廃棄物注入前に廃棄物流の水分含有量は、確実に蒸発温度近傍か又はそれを超える温度になる。廃棄物流の水分含有量が蒸発温度近傍か又はそれを超える温度の状態で、廃棄物が注入されると水分含有量を瞬時に蒸発させるのに必要とされる熱が最小限に抑えられる。変形例として、予熱器１８は、熱伝達流体を利用して熱を排気２２から廃棄物流に送る液体／液体熱交換器としてもよい。スプール部分１９は、予熱器１８及び注入ノズル２０を収納する。スプール部分１９は、既設の排気マニホールドに対する所要の変更を不要にすることによってシステムの設置を容易にする。
【００１６】
また、スプール部分１９は、ファン又は類似の装置を組み込んで排気２２の速度を上げることにより、注入された廃棄物の乱流及び半径方向の分布を保証することができる。変形例として、空気又は再利用排気２２のような付加的な材料源で排気２２を補充することにより排気２２の流量を大きくすることができ、これは、その速度を増大させるであろう。
【００１７】
排気２２の平行流又は対向流として注入ノズル２０を通じて排気２２に廃棄物を注入することができる。スプール部分１９の直径全体に亘る廃棄物分布を最大にするために、廃棄物は、排気２２流の対向流として注入されることが好ましい。更に、ベンチュリ型のスプール部分を利用して廃棄物流を導管１７から排気２２に引き入れることができる。ベンチュリ型のスプール部分は、廃棄物流の液体部分を噴霧化するという付加的な利点を有する。更に、ベンチュリノズルを使用することもできる。ベンチュリノズルは、スプール部分１９内で中央に配置され、排気２２の流れを利用してベンチュリ型スプール部分と同様に導管１７から廃棄物を引き込むものである。予熱済み均質化廃棄物が注入されると、廃棄物燃料流の水分は、瞬時に蒸発して蒸気となり、排気２２と共に排気スタック２３を通じてスプール部分１９を出る。廃棄物流内の固形廃棄物粒子は、乾燥すると酸化を引き起こすのに十分な熱を吸収する。酸化は、不活性鉱物灰及び水蒸気の生成をもたらすことになる。不活性鉱物灰及び水蒸気は、排気２２と共に排気スタック２３から流れ出る。
【００１８】
温度センサ２１は、排気スタック２３に入る前に排気２２の温度を測定する。圧力センサ３３は、注入器ライン圧力を測定する。これらのセンサ２１及び３３の両方は、スプール部分１９内に収納され、測定値をコンピュータ２４に中継する送信器が装備されている。コンピュータ２４は、それが設けられている遠隔又は可搬型施設から電源ライン２５を通じて電力を受け取り、システム全体の作動を制御するものである。コンピュータ２４は、排気ガス温度及び注入器ライン圧力と共に、貯蔵タンク１内に取り付けられた高レベルセンサ３１、低レベルセンサ３２、及び高レベルアラーム１０２から値を受け取ることができる。変形例として、図１に示すように、高レベルセンサ３１、低レベルセンサ３２、及び高レベルアラーム１０２は、破砕ポンプ５と一体化されたコントローラにのみにルーティングしてもよい。この構成においては、破砕ポンプ５は、システムの残りから独立して作動する。破砕ポンプ５の作動がシステム作動から切り離された状態で、コンピュータ２４は、圧力センサ６２を利用して、廃棄物が開放弁５９によってホモジナイザ９に流れることができる前に破砕ポンプ５が使用中であることを保証する。また、コンピュータ２４は、排気２２を廃棄物処理システム１００に送る内燃機関又は他の装置から付加的なデータを受け取ることができる。コンピュータ２４は、システムの作動を制御し、遠隔パネル２６を通じて内部及び外部パラメータのモニタリングを可能にするものである。
【００１９】
また、図１は、ホモジナイザ９の逆洗及び様々なシステム構成要素のパージを可能にする逆流置換システム及び淡水パージシステムを示している。コンピュータ２４は、主駆動装置１０の作動を逆転させることによって逆流置換システムを制御し、この逆転により、ホモジナイザ９及び注入ポンプ１２の作動が逆転される。ホモジナイザ９及び注入ポンプ１２の作動を逆転させることにより、システムは、短時間にホモジナイザ９を通じて逆洗し、それによってホモジナイザ９内に収納された内部構成要素を自己洗浄する。同様に、コンピュータ２４は、廃棄物の処理を中止し、システム全体が淡水のみを処理することを可能にすることによってパージシステムの作動を制御する。淡水は、飲料水タンク２８のような任意の水源からシステムに供給することができる。このようにして、飲料水タンク２８からの淡水により、注入ノズル２０、注入ポンプ１２、及びホモジナイザ９、並びに予熱器１６及び１８、オゾンベンチュリ３５Ａ及び３５Ｂ、及び高周波活性化装置３６Ａ及び３６Ｂのようないかなる付属システムもパージされる。逆流防止装置２９は、逆洗中の飲料水タンク２８の汚れを防止する。
【００２０】
コンピュータ２４は、電磁弁のような流量調節制御弁及び全開／全閉型弁の両方を利用してプログラムされた工程制御方法を通じて、様々なシステム構成要素の作動を制御する。同様に、コンピュータ２４は、制御弁１５を通じて再利用均質化廃棄物を調節することにより、再循環ポート４７を通じてホモジナイザ９に戻る再利用均質化廃棄物の割合を制御する。
【００２１】
図１に示す好ましい実施形態では、注入速度は、流量制御弁１４及び電磁弁５８及び５９によって制御される。通常の作動中、電磁弁５８及び５９は、全開であり、流量制御弁１４及び１５は、再循環されて貯蔵タンク１に戻る流量を調節する。制御弁１４の位置は、温度センサ２１及び／又は圧力センサ３３の測定値に基づいてコンピュータ２４によって設定される。また、制御弁１４の位置は、排気２２を供給する装置の回転速度のような他のシステムパラメータによって設定することができる。作動停止システムを電磁弁５８及び５９及び制御弁１４及び１５、他のシステム構成要素、並びに逆流置換システム及びパージシステムの作動と結合することができる。例えば、コンピュータ２４が所定の最小回転速度値又は他の測定値のような排気２２を供給する装置からの信号を受け取った場合、又は高圧が測定されて圧力センサ３３から送信された場合、コンピュータ２４は、電磁弁５９を閉じることにより貯蔵タンク１からの廃棄物がホモジナイザ９に入るのを防止する。
【００２２】
その後、コンピュータ２４は、逆洗サイクルを起動して残留物があればホモジナイザ９から除去する。逆洗サイクル後、コンピュータ２４は、逆洗を初期化した条件が除かれたことを確認するデータを受け取る。この条件が解除されない場合、第２の逆洗サイクルを使用することができる。逆洗サイクル後、コンピュータ２４は、淡水パージサイクルを開始し、弁２７、２７Ａ、又は６４を開いて弁５９を閉じることにより、確実にシステムには廃棄物がないようにすることができる。最後に、逆洗及びパージサイクルが終了した後、コンピュータ２４は、電磁弁５８を閉じて制御弁１４を全開にし、その結果、廃棄物流全体が再循環される。その後、コンピュータ２４が電磁弁５９及び制御弁１５を開くことによってホモジナイザ９を再び使用中にすることができ、ホモジナイザ９の吐き出し分の全体が再循環されて貯蔵タンク１に戻るか、又は、ホモジナイザ９は、休止のままとすることができ、その場合、貯蔵タンク１内の廃棄物を細断するために破砕ポンプ５のみが使用される。システムパラメータによって開始される逆洗サイクルに加えて、コンピュータ２４は、所定の間隔で逆洗サイクルを開始することができ、その結果、システムは、廃棄物を除去して自己洗浄装置として作動することができる。
【００２３】
逆洗作動中、電磁弁５８は、開状態のままであることにより、ホモジナイザ９を通じて注入ノズル２０からの逆流が可能になる。好ましい実施形態では、逆洗作動は、持続時間が相対的に短く、少量の材料のみがシステム内を逆流する。しかし、飲料水タンク２８からの淡水供給分は、ホモジナイザ９の出口にルーティングされ、その後、貯蔵タンク１にルーティングされることにより、より長くより完全な逆洗を可能にすることができる。パージ作動中、電磁弁５９が閉じることにより、貯蔵タンク１からの廃棄物がホモジナイザ９に入るのが防止される。制御弁２７が開くことにより、淡水がホモジナイザ９に入り、その後、通常の作動経路を通じて注入ノズル２０に流れることができ、その結果、ホモジナイザ９と注入ノズル２０の間に設けられた全てのシステムがパージされる。変形例として、タンク２８からのパージ水は、制御弁２７Ａを通じて注入ポンプ１２に、又は制御弁６４を通じてスプール部分１９にルーティングすることができ、その場合には、熱交換器１８及び注入ノズル２０をパージすることができる。
【００２４】
図２は、ホモジナイザ９の好ましい一実施形態を示している。ホモジナイザ９は、固体及び液体が入口ポート３８に入り、かつ一連のホモジナイザ段４４と接触することを可能にする。各ホモジナイザ段４４は、マルチエッジ回転ブレード３９、分粒篩４０、個々の分粒篩４０間の距離を維持するスペーサ６０、及び逆転ブレード４５を含む。各回転ブレード３９は、少なくとも２つの切断用エッジ３７Ａ及び３７Ｂを利用する。通常作動中、切断用エッジ３７Ｂは、関連の分粒篩４０に対して作動し、特定のホモジナイザ段４４が構成される。逆洗中、切断用エッジ３７Ａは、直接上流側に位置し、逆転ブレード４５によって分離されたホモジナイザ段４４に関連した分粒篩４０に対して作動する。各連続的ホモジナイザ段４４に関連した分粒篩４０は、漸進的に小さくなる分粒孔４１を含み、その結果、廃棄物がホモジナイザ段４４を通過するにつれて固形廃棄物のサイズが漸進的に摩滅する。
【００２５】
各ホモジナイザ段４４内の分粒篩４０の分粒孔４１の直径の減少により、固体及び液体は徐々に混ざることができる。固体は、ホモジナイザ９を通過する時に連続的に小さくなる。廃棄物がホモジナイザ９を通過する時に、廃棄物の小球が分粒孔４１を通過する。この作用は、分粒孔４１のテーパによって高められる。また、分粒孔４１はテーパ付きであるので、その結果、分粒孔４１が汚れる傾向が小さくなり、従って、詰まりの可能性及び逆洗サイクルの回数及び継続時間が低減される。達成可能な分粒孔４１のテーパの量は、分粒篩４０の厚みに依存する。分粒篩４０の厚みの好ましい範囲は、約１／４インチ（０．６３５ｃｍ）から約１／３２インチ（０．０７９ｃｍ）である。この厚み範囲の場合、分粒孔４１内のテーパの好ましい範囲は、約４％から約５０％である。廃棄物の小球は、分粒孔４１を通過する時に次のホモジナイザ段４４の回転ブレード３９によって剪断され、その結果、廃棄物のうちの分粒孔４１を貫通した部分は、ホモジナイザ９の次の段４４まで移動することができる。この工程は、各ホモジナイザ段４４で繰り返される。最後のホモジナイザ段４４の分粒孔４１のサイズにより、ホモジナイザ９から吐き出される最大粒子サイズが設定される。廃棄物の品質及び排気発生源によって供給された熱の量は、システムによって処理することができる最大粒径に影響を与えるが、一般的に、ホモジナイザ９から吐き出される好ましい最大粒径は、約１／５，０００インチ（０．００５ｍｍ）から約１／３０，０００インチ（０．０００８ｍｍ）である。
【００２６】
ホモジナイザブレード３９は、シャフト４６に沿って摺動的に係合し、このシャフトは、逆転空間４５によって示すように、ブレード３９が所定の距離を摺動して前進又は後退することを可能にするものである。一方向へシャフト４６が回転すれば、ブレード３９は、特定のホモジナイザ段４４に関連した分粒篩４０に接触し、シャフト４６の回転方向を逆転させると、ブレード３９は、前のホモジナイザ段４４に関連した分粒篩４０の裏面に接触し、分粒篩４０の裏面に分布している残留物があれば除去する。同時に、シャフト４６の回転方向を逆転させると流出液が戻され、分粒篩４０を通じてテーパ付き分粒孔４１を塞ぐ可能性がある残留物があれば除去される。ホモジナイザ９は、外部ポンプ４２（図２に示す通り）又は内部ポンプ推進装置５１（図３に示す通り）を使用することができ、又はポンプを全く使用しないとすることもできる。内部又は外部ポンプ機構が使用された場合、主発動機１０は、共通シャフト４６を通じてこの機構を駆動することができる。
【００２７】
以前のブレード３９に対して様々な間隔でシャフト４６回りにマルチエッジブレード３９を順番に配置することができる。すなわち、図５に示す多尖形星型パターンと同様に、前部斜視図で見るとブレードの多尖形星型パターンが作り出される。複数のブレードエッジは、各段４４に入る固体と複数の接点を作り、その結果、注入装置２０が吐き出している排気２２の所定の温度に基づいて注入速度が上がる。ホモジナイザ９と共に内部ポンプ推進装置５１又は外部ポンプ４２が使用されているか又は全くポンプが使用されていないかに関係なく、流体は、出口ポート４３を通じてホモジナイザ９から吐き出される。上述のように、吐き出し廃棄物の一部を再利用して、再循環ポート４７を通じて最後のホモジナイザ段４４に戻すことができる。ホモジナイザ９から吐き出された廃棄物の一部を再循環することにより、粒径分布及びシステム性能が改善される。
【００２８】
図４は、ホモジナイザブレード３９の別の好ましい実施形態を示している。図４に示すように、ブレードアセンブリ２００は、複数の個々のブレード２１０、２２０、及び２３０を含む。図４に示す好ましい実施形態は、シャフト４６に沿って順番に配置された８枚の個々のブレードを含む。最下部ブレード２０１は、シャフト４６の軸線に対してゼロ度の角度でシャフト４６に沿って配置されている。最下部ブレード２０１の上方のブレードは、シャフト４６に対して３０度の角度でシャフト４６に沿って配置される。ブレードアセンブリ２００の各連続的ブレードは、前のブレードよりも３０度大きい角度でシャフト４６に沿って配置され、前部斜視図を見ると図５の星型パターンが出現している。最下部ブレード２０１は、ブレードアセンブリ２００が設けられているホモジナイザ段４４に関連した分粒篩４０に対して作動する。最上部ブレード２０２は、ホモジナイザ９の主駆動装置１０が逆転された時にブレードアセンブリ２００の直接上流側にあるホモジナイザ段４４の分粒篩４０の裏側に対して作動する。
【００２９】
図５は、ブレードアセンブリ２００の星型パターンの前部を示している。ブレードアセンブリ２００は、図６、図７、及び図８にそれぞれ示す個々のブレード２１０、２２０、及び２３０を積み重なることによって作り出された複数のブレードを含む。
図６に示すブレード２１０は、中心部分２１３に連結された少なくとも２つの切断用付属物２１１及び２１２を含む。中心部分２１３は、内面２１４を含み、内面２１４がシャフト４６の表面に接触するようにシャフト４６に沿って摺動的に係合する。図示の好ましい実施形態では、シャフト４６及び内面２１４の両方は、組み立てられた状態でいかなる感知できる滑りもなくシャフト４６の回転をブレード２１０に移す実質的に正方形の断面図を有する。異なる断面のシャフトについては、シャフトキーを利用するような回転を変換する代替的手段を使用することもできる。
【００３０】
図７及び図８に示すブレード２２０及び２３０は、それぞれ、ブレード２１０と実質的に類似のものである。ブレード２２０は、中心部分２２３に連結された少なくとも２つの切断用付属物２２１及び２２２を含む。ブレード２３０は、中心部分２３３に連結された少なくとも２つの切断用付属物２３１及び２３２を含む。図７に示すように、切断用付属物２２１及び２２２は、切断用付属物２２１及び２２２が、ブレード２１０の切断用付属物２１１及び２１２と異なる角度でシャフト４６に沿って配置されるように、中心部分２２３に連結されている。同様に、図８に示すように、切断用付属物２３１及び２３２は、切断用付属物２３１及び２３２が、ブレード２１０の切断用付属物２１１及び２１２及びブレード２２０の切断用付属物２２１及び２２２と異なる角度でシャフト４６に沿って配置されるように、中心部分２３３に連結されている。シャフト４６に沿って摺動してブレード２１０、２２０、及び２３０と係合することにより、図５で最も良く分るように切断用付属物の星型パターンが出現し、切断用付属物がシャフト４６から外方に放射状に広がっている。
【００３１】
最後に、図９は、複数のホモジナイザ段４４の第１のホモジナイザ段に設けられたブレードアセンブリ２００を特徴とするホモジナイザ９を示している。残りのホモジナイザ段４４は、図２に示して上述したブレード３９を利用する。ブレード３９は、ブレード３９が互いに垂直方向に作動するようにシャフト４６に沿って摺動的に係合する。ホモジナイザ９は、１つのホモジナイザ段４４において、少なくとも２つのホモジナイザ段４４において、又は全てのホモジナイザ段４４においてブレードアセンブリ２００を使用することができる。
本発明を特定的な実施形態に関して説明したが、その変形及び変更が当業者には疑いもなく明らかになることが予想される。したがって、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に該当する全ての変形及び変更を網羅するように解釈されるものとする。
【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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【図８】
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【図９】
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