(57)【要約】【課題】異臭や悪臭を抑え、運転エネルギー使用量が少ない残飯、生ゴミ、木屑、紙、プラスチック等を含むゴミを減量化する装置とこの装置の運転方法を提供する。【解決手段】炭化槽内の下部でゴミを加水熱分解させ、このゴミの上に低温の未加水熱分解のゴミを有し、加水熱分解中のゴミから発生するガスを低温の未加水熱分解ゴミと熱交換し、ガス中の異臭成分や悪臭成分を凝縮又は凝固させるとともに、ガスの保有熱を未加水熱分解ゴミの予熱に利用することにより回収する。凝縮又は凝固した異臭成分や悪臭成分は、未加水熱分解のゴミに付着するので、異臭や悪臭を炭化槽内に封じ込めることができる。また、炭化槽から排出されるガスから水蒸気を回収し、回収した水蒸気を炭化槽内に戻し、加水熱分解反応に使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板（２０）の近傍の胴（１９）の外表面の一部にヒータ（４）を設置した炭化槽（３）を有し、前記ヒータ（４）の設置上端から運転中におけるゴミ表面の下限位置となるレベル計（６）までの長さ（Ｌ３）が前記ヒータの設置幅の長さ（Ｌ２）以上であり、前記炭化槽（３）内の上部空間（Ｒ）の温度が室温から１００℃になるように前記ヒータ（４）の加熱量を制御することを特徴とするゴミ減量化装置と装置の運転方法。
【請求項２】
前記炭化槽（３）内の上部空間（Ｒ）の相対湿度が５０％〜９５％になるように炭化槽（３）内への注水量を制御することを特徴とする請求項１のゴミ減量化装置と装置の運転方法。
【請求項３】
中央部に前記炭化槽（３）の上部空間（Ｒ）につながる導管（１３）、上部に導管（１４）、下部に導管（１５）が接続されている重ガス分離器（８）を有することを特徴とする請求項１及び２のゴミ減量化装置と装置の運転方法。
【請求項４】
槽（３）内の底板（２０）近傍へ水蒸気を供給する短管（５）につながる導管（１６）が接続されている軽ガス分離器（９）を有することを特徴とする請求項１、２及び３のゴミ減量化装置と装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱蒸気雰囲気中において残飯、生ゴミ、木屑、紙、プラスチック等を含むゴミを減量化する装置とこの装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の過熱蒸気雰囲気中において熱分解するゴミ減量化装置には、燃焼過程を有しないのでダイオキシンを発生しない、加水熱分解反応を応用しているので減量処理時間が短い等の長所を有しているが、経済的理由等から異臭や悪臭への対策が十分完備されておらず、残された課題となっている。
【０００３】
例えば、異臭や悪臭の成分を専用の加熱炉で処理する公知技術の廃棄物炭化装置には、装置コストが増加する課題及びエネルギー使用量が増加する課題が残されている。
【０００４】
また、木炭生成時に発生するガスを改質する公知技術において、被加熱中の木材廃材の上に低温の被加熱前の木材廃材を有する炭化槽が記述されており、この技術をゴミ減量化に応用すると、異臭や悪臭が抑制され、運転エネルギーが削減される効果が期待されるが、具体策となる装置構造や運転方法が明らかにされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１５８２３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、ゴミ減量化装置において、装置コストを増加することなく異臭や悪臭を抑制すること、運転時の使用エネルギー量を削減すること、処理時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
異臭や悪臭を抑制する課題は、加水熱分解によってゴミから発生するガスを冷却してガス中に含まれる異臭成分や悪臭成分を凝縮又は凝固させ、異臭や悪臭を炭化槽の外部に排出させないことにより達成される。発生ガスの冷却温度をより低くすると、異臭成分や悪臭成分の凝縮や凝固が促進されるので、異臭や悪臭を抑制する効果が大きくなる。また、悪臭成分や異臭成分の中には、水溶性の成分が含まれているので、発生ガスの冷却温度を１００℃以下にすると、蒸気の凝縮が盛んになり、異臭や悪臭を抑制する効果が更に大きくなる。
【０００８】
したがって、運転時の発生ガスの冷却温度は、室温から１００℃にする。
【０００９】
ゴミからの発生ガスの冷却は、加水熱分解中のゴミの上に所定量の低温の未加水熱分解ゴミを有する状態で運転することにより、加水熱分解によってゴミから発生するガスを未加水熱分解のゴミの中を通り抜ける間に冷却することで達成される。
【００１０】
運転エネルギーを削減する課題は、上記したゴミから発生するガスが未加水熱分解のゴミの中を通り抜けるとき、ガスの保有熱を未加水熱分解のゴミの予熱に使用する熱回収を行うことによって解決される。
【００１１】
処理時間を短縮する課題は、相対湿度を高くすることにより加水熱分解反応を促進させることにより解決される。相対湿度を高くすることは、外部に排出されるガスから水蒸気を回収し、この水蒸気を炭化槽内に戻すことにより達成される。
【００１２】
炭化槽内への水の注入量を多くすると、相対湿度が高くなるので加水熱分解反応を促進するが、注入した水を気化するので気化熱として多くの熱エネルギーを消費する問題を生じる。このため、炭化槽内への水の注入量は加水熱分解反応に使用される量に制限する課題があり、この課題は炭化槽内の相対湿度を監視して水の注入量を制御することにより解決される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、運転エネルギーの使用量を増加することなく、処理時間が短く、異臭や悪臭が抑制される残飯、生ゴミ、木屑、紙、プラスチック等を含むゴミの減量化装置と装置の運転方法を提供する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例によるゴミ減量化装置と装置の運転方法を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明の実施例によるゴミ減量化装置と装置の運転方法を示す概略図である。この本発明の実施例によるゴミ減量化装置は、外装１、保温材２、炭化槽３、ヒータ４、短管５、レベル計６及び７、重ガス分離器８、軽ガス分離器９、温度制御器１０及び１１、湿度制御器１２等から構成されている。
【００１７】
炭化槽３の外表面は、保温材２で覆われ、保温材２の表面は外装１で覆われる。ヒータ４は、炭化槽３の底板２０に近い胴１９の外表面の一部に帯状に設置される。胴１９の表面のヒータ４の設置箇所には温度制御器１０が設置され、炭化槽３内上部の空間Ｒには温度制御器１１及び湿度制御器１２が設置される。炭化槽３内には、運転時におけるゴミＢ表面の下限位置にレベル計６、上限位置にレベル計７が設置される。
【００１８】
ヒータ４、ゴミＢ表面の下限位置のレベル計６及びゴミＢ表面の上限位置のレベル計７が設置される位置は、ゴミＢの組成、ゴミＢの処理容量、ヒータ４設置部における加熱負荷、炭化槽３の寸法、ゴミＢの減量化率、炭化槽３内に堆積するゴミＢ減量化の残渣物の取り出す頻度等によって変わる。
【００１９】
炭化槽３の底板２０からヒータ４設置の下端までの長さ（以下、Ｌ１と記す）は、炭化槽３の直径の１／２〜１／３が適する。炭化槽３内のＬ１の範囲内のゴミＢは、ヒータ４からの熱が胴１９及び底板２０から伝わり、加水熱分解が生じ、ガスを発生しながら減量化される。
【００２０】
炭化槽３の胴１９におけるヒータ４設置幅となる下端から上端までの長さ（以下、Ｌ２と記す）は、炭化槽３の全長の１／１０〜１／５が適する。炭化槽３内のＬ２の範囲内のゴミＢは、ヒータ４からの加熱によって加水熱分解を生じ、ガスを発生しながら減量化する。減量化によって容積が減少すると、上部から未加水熱分解のゴミが降下してくる。
【００２１】
ヒータ４の設置上端から運転時におけるゴミＢ表面の下限位置となるレベル計６までの長さ（以下、Ｌ３と記す）は、ヒータ４の設置の長さＬ２と同等か又は同等以上が適する。Ｌ３をＬ２と同等にするその理由は、Ｌ２範囲内におけるヒータ４からの加熱量とＬ３範囲内におけるガスの放熱量が近似できることにある。Ｌ３をＬ２より大きくする理由は、発生したガスを十分冷却し、異臭や悪臭の抑制を安定的に行うこと及び発生ガスからの熱回収を安定的に行うことにある。
【００２２】
炭化槽３内のＬ２の範囲内のゴミＢから発生したガスは、Ｌ３の範囲内の低温の未加水熱分解のゴミＢの隙間を上昇し、上部の空間Ｒに出る。このとき、Ｌ２の範囲内のゴミＢから発生したガスはＬ３の範囲内の未加水熱分解のゴミＢと熱交換する。この熱交換において、ガスは１００℃以下に冷却され、未加水熱分解ゴミＢは加熱される。このとき、ガスに含まれる異臭成分や悪性成分は、凝縮や凝固し、未加水熱分解ゴミＢの表面に付着する。
【００２３】
運転時におけるゴミＢ表面の下限位置とするレベル計６から上限位置となるレベル計７までの距離（以下、Ｌ４と記す）は、任意に決めることができる。Ｌ４を大きくすると、１回のゴミ投入量が多くなり、ゴミ投入の時間間隔が長くなる。
【００２４】
重ガス分離器８は、上部に軽ガス分離器９につながる導管１４が接続され、中央部に炭化槽３内の上部の空間Ｒにつながる導管１３が接続され、下部に装置外につながる導管１５が接続されている。
【００２５】
軽ガス分離器９は、上部に装置外につながる導管１７が接続され、中央部に重ガス分離器８の上部につながる導管１４が接続され、下部に炭化槽３内の底板２０近傍に蒸気を供給する短管５につながる導管１６が接続されている。
【００２６】
炭化槽３内の空間Ｒ内のゴミＢから発生したガスは、導管１３を通って重ガス分離器８に入る。このゴミＢから発生したガスは、水蒸気、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、水素及びその他の微量ガス等から構成されている。重ガス分離器８内では、比較的軽い水蒸気やメタンや水素等は上部に集まり、比較的重い二酸化炭素、一酸化炭素等は下部に集まるガス分離が行われる。
【００２７】
重ガス分離器８内の上部に集まった水蒸気とメタンと水素等の混合ガスは、導管１４を通って軽ガス分離器９に供給される。また、重ガス分離器８内の下部に集まった二酸化炭素や一酸化炭素等の混合ガスＧ１は、導管１５を通して装置外に排出される。
【００２８】
導管１４を通って軽ガス分離器９に入った水蒸気とメタンと水素等の混合ガスは、軽ガス分離器９内において、比較的軽いメタンや水素等は上部に集まり、比較的重い水蒸気は下部に集まるガス分離が行われる。
【００２９】
軽ガス分離器９内の上部に集まったメタンや水素等の混合ガスＧ３は、導管１７を通って装置外に排出される。この混合ガスＧ３は、気体燃料として利用できる。
【００３０】
軽ガス分離器９内の下部に集まった水蒸気等のガスＧ２は、導管１６及び短管５を通って炭化槽３内の底板２０近傍に供給され、ゴミＢの加水熱分解に使用される。
【００３１】
加水熱分解によって、炭化槽３内には二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、水素等のガスを発生した後のゴミＢの残渣物が残される。ゴミＢの残渣物は、９５％以上が炭素である。炭化物残渣は、固形燃料や土壌改良材として利用される。
【００３２】
表１に本発明の一実施例によるゴミ減量化装置の仕様を示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
本発明の実施例によるゴミ減量化装置の運転は、つぎのように行う。
【００３５】
ゴミＢは、投入口２１から炭化槽３内へ投入される。運転時において、炭化槽３内のゴミＢ表面は、下限位置のレベル計６と上限位置のレベル計７の間にあるように制御される。下限位置レベル計６からレベル低の信号が出たときは、直ちに、ゴミＢの炭化槽３への投入を始め、上限位置レベル計７からレベル高の信号が出たときは、直ちに、ゴミＢの投入を停止する。
【００３６】
ヒータ４の加熱量は、温度制御器１０によって炭化槽３の胴１９の温度が４５０℃を超えないように、及び、温度制御器１１によって炭化槽３内の空間Ｒ内の温度が室温から１００℃以下に保たれるように、制御される。胴１９の温度が４５０℃を超えない制御は、胴１９に使用される炭素の含有量が少ないステンレス材の強度が確保されるために行う。空間Ｒ内の温度が室温から１００℃以下に保つ制御は、異臭及び悪臭を抑制するために行う。
【００３７】
炭化槽３内への注水量は、炭化槽３内の空間Ｒ内の相対湿度が５０〜９５％に維持されるように制御される。水Ｗは、加水熱分解反応が生じているところに水蒸気が供給されやすくするため、底板２０近傍に通じる短管５内に注入される。
【００３８】
炭化槽３内の空間Ｒ内の相対湿度は、加水熱分解の反応速度を大きくするために高くすることが好ましいが、空間Ｒ内のガスには、二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、水素及びその他のガスが含まれるので、１００％にすることはできない。加水熱分解の反応速度を考慮すると、相対湿度は５０％以上とし、９５％程度で良い。
【００３９】
水蒸気中において十分な加水熱分解が行われると、野菜類は１／５０〜１／１００に、穀類は１／２０〜１／４０に、木屑や紙類は１／５〜１／４に、プラスチック類は１／５０〜１／１００に減量し、炭化槽３内にそれぞれの炭化物が残渣として残る。
【００４０】
炭化槽３内部には炭化物残渣が堆積し、高さがヒータ４設置の上部に近づくと、運転を停止し、炭化物残渣を炭化槽３の外部に取り出す。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のゴミ減量化装置の提供によって、異臭及び悪臭の問題が解決されるので、住宅地及び商業地におけるゴミ減量化装置の設置が可能になる。本発明のゴミ減量化装置が住宅地及び商業地において設置されると、家庭用や業務用のゴミが平均で約１／２０に減量化するので、自治体や廃棄物処理業者が実施しているゴミ収集回数が減少でき、ゴミ処理に費やされる経費が削減される効果が得られる。
【００４２】
加水熱分解によるゴミ減量化過程において発生する水素、メタンガス、一酸化炭素等の可燃ガスは、気体燃料として使用できる。炭化物残渣は、固体燃料や湿度調整材、農業用の土壌改良材として利用できる。
【００４３】
また、本発明のゴミ減量化装置は、ゴミの燃料化装置や炭化装置への応用が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：外装、２：保温材、３：炭化槽、４：ヒータ、５：短管、６：レベル計、７：レベル計、８：重ガス分離器、９：軽ガス分離器、１０：温度制御器、１１：温度制御器、１２：湿度制御器、１３〜１７：導管、１９：胴、２０：底板、２１：投入口、Ｂ：ゴミ、Ｗ：水、Ｇ１：ガス、Ｇ２：ガス、Ｇ３：ガス
【図１】
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