(57)【要約】【課題】水蒸気の水成分と水蒸気の熱とによる水熱処理を行うに際して、水熱処理の処理条件の簡便な維持や処理効率向上を図る。【解決手段】約２００℃／２ＭＰａと言う高温高圧の水蒸気を処理釜１１０に導入して、この高温高圧の水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を処理釜１１０にて水熱処理するに際し、ボイラ１２０が圧送する水蒸気を蒸気過熱ヒータ１３０で加熱する。また、水蒸気導入に先立ち、処理釜１１０に高圧エアーを導入して処理釜１１０内を予め高圧環境としておくと共に、前回の水熱処理の際の残存水蒸気を水熱処理に処す前の被処理物に噴霧して、当該被処理物を予め昇温させておく。こうしたことにより、処理釜１１０における処理環境を高温高圧に維持する。【選択図】図１
2008055285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を水熱処理する水熱処理装置であって、
前記被処理物の投入口と排出口を有する中空の処理釜と、
前記処理釜に導入するための水蒸気を生成して圧送する水蒸気生成源と、
該水蒸気生成源の生成した水蒸気を前記処理釜の内部に導入するよう配設された水蒸気導入路と、
前記処理釜に投入された被処理物を処理釜内で攪拌する攪拌手段と、
前記水熱処理に際して処理環境の維持を図る維持手段とを備え、
該維持手段は、
前記水蒸気導入路の経路に形成され、該経路を通過する水蒸気を加熱した上で水蒸気を前記処理釜に送り出す水蒸気加熱機構と、
前記処理釜の内部に前記水熱処理の開始に先だって加圧エアーを導入する加圧エアー導入機構と、
前記水熱処理の終了後における前記処理釜の残存水蒸気を前記処理釜から排出して中空容器に蓄え、該蓄えた水蒸気を前記処理釜の前記投入口から投入される次回処理用の前記被処理物に噴射して次回処理被処理物を昇温させる昇温機構の少なくともいずれか一つの機構を有する
水熱処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水熱処理装置であって、
前記水蒸気導入路は、前記処理釜の複数の導入箇所に水蒸気導入を行うよう配設され、該複数の導入箇所の少なくとも一つを前記処理釜の前記排出口とし、前記排出口における前記被処理物を前記処理釜内に押し戻す
水熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水熱処理装置であって、
更に、
前記処理釜の周囲に中空の流体導入部を形成し、該流体導入部に導入した流体と前記処理釜との間の熱交換を可能とする熱交換釜と、
前記水熱処理の終了後に前記熱交換釜に、前記処理釜に残存する残存水蒸気の温度より低温の流体を導入する流体導入手段と、
前記水熱処理の終了後に前記残存水蒸気を前記処理釜から排出する水蒸気排出手段と、
を備える
水熱処理装置。
【請求項４】
水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を水熱処理する水熱処理装置であって、
前記被処理物の投入口と排出口を有する中空の処理釜と、
前記処理釜に導入するための水蒸気を生成して圧送する水蒸気生成源と、
該水蒸気生成源の生成した水蒸気を前記処理釜の内部に導入するよう配設された水蒸気導入路と、
前記処理釜に投入された被処理物を処理釜内で攪拌する攪拌手段と、
前記処理釜の周囲に中空の流体導入部を形成し、該流体導入部に導入した流体と前記処理釜との間の熱交換を可能とする熱交換釜と、
前記水熱処理の終了後に前記熱交換釜に、前記処理釜に残存する残存水蒸気の温度より低温の流体を導入する流体導入手段と、
前記水熱処理の終了後に前記残存水蒸気を前記処理釜から排出する水蒸気排出手段とを備える
水熱処理装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の水熱処理装置であって、
前記流体導入手段は、
前記熱交換釜に導入する前記流体の温度を前記残存水蒸気の温度から徐々に低下させつつ、流体を導入する
水熱処理装置。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５いずれかに記載の水熱処理装置であって、
前記流体導入手段は、
次回の前記被処理物の水熱処理に際して、前記熱交換釜に導入済みの前記低温の流体の排出を行った後、前記水蒸気生成源の生成した水蒸気を前記熱交換釜に導入する
水熱処理装置。
【請求項７】
水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を水熱処理する水熱処理方法であって、
前記被処理物の投入口と排出口を有する中空の処理釜に、前記被処理物を前記投入口から投入する工程と、
水蒸気を生成する水蒸気生成源から水蒸気を前記処理釜の内部に圧送する工程と、
前記投入済みの被処理物を前記水蒸気が導入済みの前記処理釜内で攪拌する工程と、
前記水熱処理に際して処理環境の維持を図る工程とを備え、
前記処理環境の維持を図る工程は、
前記処理釜に導入される水蒸気を加熱した上で水蒸気を前記処理釜に送り出す工程と、
前記処理釜の内部に前記水熱処理の開始に先だって加圧エアーを導入する工程と、
前記水熱処理の終了後における前記処理釜の残存水蒸気を前記処理釜から排出して中空容器に蓄え、該蓄えた水蒸気を前記処理釜の前記投入口から投入される次回処理用の前記被処理物に噴射して次回処理被処理物を昇温させる工程の少なくともいずれか一つの工程を有する
水熱処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の水熱処理方法であって、
前記処理釜の周囲に形成した中空の流体導入部に流体を導入して該導入した流体と前記処理釜との間の熱交換を可能とする熱交換釜に対して、前記水熱処理の終了後に、前記処理釜に残存する残存水蒸気の温度より低温の流体を導入する工程と、
前記水熱処理の終了後に前記処理釜に残存する残存水蒸気を前記処理釜から排出する工程とを有する
水熱処理方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の水熱処理方法であって、
前記水蒸気生成源から水蒸気を前記処理釜の内部に圧送する工程では、
前記水蒸気を前記処理釜の複数の導入箇所に導入しつつ、該複数の導入箇所の少なくとも一つを前記処理釜の前記排出口とし、前記排出口における前記被処理物を前記処理釜内に押し戻す
水熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品残渣、木くず、紙くず、生ゴミ、食料残飯の他、プラスチック容器弁当やビニール包装オニギリの残飯等の被処理物を水蒸気とその熱にて処理する水熱処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保全や資源循環に対する意識が高まり、被処理物の焼却処理といった既存の処理手法に変わる手法が種々提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献では、食品残渣、木くず、紙くず、生ゴミ、食料残飯等の一般廃棄物を被処理物を高温・高圧の水蒸気にて水熱処理して飼料や堆肥を製造している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−４７４０９号公報
【０００４】
特許文献１は、水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を水熱処理するに当たり、処理釜内を１ＭＰａに満たない圧力下で１５０℃前後の温度とすることが提案されている。こうした水熱処理の研究が進み、処理環境をより高温高圧化することで、プラスチック容器弁当やビニール包装オニギリの残板（以下、これらを便宜上、プラスチック含有残飯と呼ぶ）と一般廃棄物が混合した被処理物をも水熱処理できることが予想されるに到っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水熱処理の処理条件を高温高圧化するとしても、高温・高圧の水蒸気の処理釜導入には水蒸気発生源であるボイラの能力から制約を受けるので、高温高圧下の水熱処理が進まないのが現状である。また、水熱処理の処理能力向上の上から処理釜の大型化も求められているが、釜の大型化に伴い水熱処理の際の処理条件の確保や維持についての改良の余地が残されていた。
【０００６】
この他、処理効率の向上のために、水熱処理完了後には、速やかな処理生成物の排出による次回処理の早期の開始が望まれる。しかしながら、処理釜が高温高圧の水蒸気で充満されていることから、この水蒸気排出の上では処理釜の冷却による温度低下と圧力降下が必要であるものの、釜の大型化に伴い釜の温度低下と圧力降下に長時間を要していた。このため、次回の被処理物の水熱処理までの短縮化、延いては処理効率向上の上での改良の余地も残されていた。
【０００７】
本発明は、処理釜における水蒸気の水成分と水蒸気の熱とによる水熱処理を行うに際しての上記問題点を解決するためになされ、水熱処理の処理条件の簡便な維持や処理効率向上を図ること、或いはその両立を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の水熱処理装置とその方法では、水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を水熱処理するに際し、前記被処理物の投入口と排出口を有する中空の処理釜に、前記被処理物を前記投入口から投入し、この処理釜の内部に、水蒸気を生成する水蒸気生成源から水蒸気を圧送する。こうした水蒸気圧送により、処理釜内部を、投入済みの被処理物が圧送された水蒸気に触れ、水蒸気の持つ熱が被処理物の水熱処理に処される状態となる。そして、前記投入済みの被処理物を前記水蒸気が導入済みの前記処理釜内で攪拌することで、被処理物を満遍なく水蒸気に接触させつつ、被処理物へのより一律な熱の伝搬を図り、水熱処理を進行させる。
【０００９】
こうした水熱処理の進行には、水蒸気生成源からの高温高圧の水蒸気の圧送の継続が不可欠であるが、水蒸気生成源の能力上、高温高圧の水蒸気の安定した圧送、並びに圧送水蒸気の高温高圧化には限界があるので、こうした知見に立ち、本発明では、水熱処理に際して処理環境の維持を図ることとした。つまり、前記処理釜に導入される水蒸気を加熱した上で水蒸気を前記処理釜に送り出すことで、水蒸気生成源の能力に拘わらず高温高圧の水蒸気の安定した圧送、並びに圧送水蒸気の高温高圧化を図り、水熱処理の処理環境の維持を図ることとした。この場合、水蒸気の加熱は、処理釜に水蒸気を導入する経路にて行うことが簡便である。
【００１０】
また、前記処理釜の内部に前記水熱処理の開始に先だって加圧エアーを導入することで、処理釜内を予め高圧環境としておき、水熱処理の処理環境の高圧化を図り、水熱処理の処理環境の維持を図ることとした。或いは、前記水熱処理の終了後における前記処理釜の残存水蒸気を前記処理釜から排出して中空容器に蓄え、該蓄えた水蒸気を前記処理釜の前記投入口から投入される次回処理用の前記被処理物に噴射して次回処理被処理物を昇温させることで、次回の水熱処理の際の被処理物投入による温度降下を抑制し、水熱処理の開始当初からの処理環境の維持を図ることとした。次回の被処理物の昇温は残存水蒸気にて行うことから、被処理物の昇温のための熱源を別途用意する必要がなく、構成の簡略化、省資源化を図ることができる。
【００１１】
以上説明した構成を有する本発明は、次のような態様を採ることもできる。例えば、水蒸気生成源から水蒸気を前記処理釜の内部に導入するための水蒸気導入路を、前記処理釜の複数の導入箇所に水蒸気導入を行うように配設し、該複数の導入箇所の少なくとも一つを前記処理釜の前記排出口とし、前記排出口における前記被処理物を前記処理釜内に押し戻すようにできる。こうすれば、高温高圧下での水熱処理の最中に、被処理物が排出口を塞いで固化してしまうことや、排出口が塞がれてしまうことを回避できる。よって、水熱処理後の処理完了物の排出が円滑となり好ましい。
【００１２】
更に、前記処理釜の周囲に中空の流体導入部を形成し、該流体導入部に導入した流体と前記処理釜との間の熱交換を可能とする熱交換釜と、前記水熱処理の終了後に前記熱交換釜に、前記処理釜に残存する残存水蒸気の温度より低温の流体を導入する流体導入手段と、前記水熱処理の終了後に前記残存水蒸気を前記処理釜から排出する水蒸気排出手段とを備えるようにもできる。こうすれば、水熱処理後の処理釜を低温の流体との熱交換により短時間の内に効率よく冷却して内部の温度低下と圧力降下を促進した上で残存水蒸気を排出できる。よって、既述した水熱処理の処理環境維持に加え、次回の被処理物の水熱処理までの短縮化、延いては処理効率向上を図ることができる。
【００１３】
このように熱交換釜と当該釜への低温流体導入は、水熱処理の処理環境維持とは独立して構成でき、こうすれば、次回の被処理物の水熱処理までの短縮化、延いては処理効率向上を図ることができる。
【００１４】
熱交換釜と低温流体導入を図る上では、熱交換釜への低温流体の導入に際して、流体温度を前記残存水蒸気の温度から徐々に低下させつつ流体を導入するようにすることもできる。こうすれば、熱交換対象となる処理釜の急激な温度変化（温度低下）を抑制できるので、処理釜の耐久性確保の上から好ましい。
【００１５】
また、熱交換釜への低温流体導入を行うことに加え、次回の前記被処理物の水熱処理に際して、前記熱交換釜に導入済みの前記低温の流体の排出を行った後、前記水蒸気生成源の生成した水蒸気を前記熱交換釜に導入するようにすることもできる。こうすれば、次回の水熱処理では、熱交換釜に導入した水蒸気との熱交換によっても処理釜を昇温できるので、次回の水熱処理の環境維持に対して寄与できる。
【００１６】
以上説明した本発明の水熱処理は、例えば、処理釜内での処理環境を、約２ＭＰａ程度の高圧下で約２００℃の高温環境とすることが望ましい。このような高温高圧環境とすれば、プラスチック含有残飯と一般廃棄物が混合した被処理物をも水熱処理でき、環境保全、資源循環の点からも好ましい。そして、上記した本発明によれば、約２ＭＰａ／約２００℃という高温高圧下での水熱処理に際しての処理環境維持、生産効率向上に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は本発明の実施例である水熱処理装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
図示するように、本実施例の水熱処理装置１００は、処理釜１１０と、ボイラ１２０と、蒸気過熱ヒータ１３０と、コンプレッサ１３５と、熱交換釜１４０と、冷却装置１５０と、廃棄物投入ホッパ１６０と、制御装置１７０とを備える。処理釜１１０は、本実施例における被処理物たる食品残渣等の一般廃棄物やプラスチック含有残飯を処理するための中空の処理釜であり、耐圧性と耐温性を備えた鋼製の或いはステンレス製の釜である。そして、この処理釜１１０は、釜の上下に被処理物の投入口１１１と排出口１１２を備え、釜内部には複数の攪拌羽根１１３を回転自在に備えている。投入口１１１は、制御装置１７０の制御を受けて駆動する開口開閉機器１１４により開閉し、被処理物の投入時において開口し、次回の被処理物投入時まで閉鎖状態とされる。排出口１１２は、制御装置１７０の制御を受けて駆動する開口開閉機器１１５により開閉し、被処理物の処理（水熱処理）完了時において開口し、水熱処理の間に亘って閉鎖状態とされる。排出口１１２から排出された処理完了物、即ち後述する堆肥、飼料、燃料等は、図示しない搬送装置にて外部に搬送される。
【００１９】
攪拌羽根１１３は、処理釜１１０の外部のモータ１１６の回転に伴って処理釜１１０の内部にて回転し、処理釜１１０の内部に投入済みの被処理物を攪拌する。後述するように、処理釜１１０の内部は、高温高圧の水蒸気が導入されて水蒸気で充満されていることから、攪拌羽根１１３は、回転して被処理物を攪拌することで、被処理物を満遍なく水蒸気に接触させつつ、被処理物へのより一律な熱の伝搬を図る。
【００２０】
処理釜１１０には、内部の温度を検出する釜温度センサ２００と、内部の圧力を検出する釜圧力センサ２０１が装着され、これらのセンサは制御装置１７０に検出信号を出力する。制御装置１７０は、これらセンサからの出力信号を受けて、ボイラ１２０や蒸気過熱ヒータ１３０等を駆動制御する。こうした機器制御の様子については後述する。
【００２１】
ボイラ１２０は、制御装置１７０からの制御信号を受けて図示しない熱源にて水蒸気を生成し、その下流の蒸気過熱ヒータ１３０、延いては処理釜１１０に水蒸気を圧送する。水蒸気は、ボイラ１２０から処理釜１１０にかけて配設された水蒸気導入管１８０を経て、処理釜１１０に導入される。水蒸気導入管１８０は、複数管路に分岐して処理釜１１０に配管形成されており、処理釜１１０における複数箇所の噴出孔から処理釜内に水蒸気を噴出する。こうした水蒸気噴出により、水蒸気が処理釜１１０の内部に導入される。水蒸気導入管１８０から分岐した分岐水蒸気導入管１８１は、処理釜１１０の排出口１１２に設置された噴出孔１８２に配管され、この噴出孔１８２から水蒸気を処理釜１１０の内部に噴出する。噴出孔１８２は、排出口１１２において処理釜１１０の内部を指向して配設されているので、具体的には釜下方位置の排出口１１２において上向きに指向して配置されているので、噴出孔１８２から噴出された水蒸気は、排出口１１２排出口における被処理物を処理釜１１０の内部に押し戻す。
【００２２】
図１においては、水蒸気導入管１８０の分岐形態を省略したが、水蒸気導入管１８０からは複数の分岐水蒸気導入管１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ等が分岐している。よって、処理釜１１０の内部は、複数の分岐水蒸気導入管のそれぞれに対応する噴出孔から同時に噴出された水蒸気により、速やかに、且つくまなく充満されることになる。こうした水蒸気の導入・充満は、ボイラ１２０による水蒸気圧送によって起こり、本実施例では、処理釜１１０の内部の圧力が約２ＭＰａとなるようにした。
【００２３】
上記したように水蒸気の導入を受ける処理釜１１０は、２系統の水蒸気排出系を有する。一つの排出系は、水蒸気放出管１９３と当該管路のバルブ１９４とサイレンサ１９５を備える排出系であり、処理釜１１０から水蒸気を直接大気に放出する。この排出系が、水熱処理の終了後に処理釜１１０に残存している水蒸気（残存水蒸気）を処理釜１１０から排出する水蒸気排出手段に該当する。
【００２４】
他方の排出系は、水熱処理の終了時点で処理釜１１０の内部に残存する水蒸気（残存水蒸気）を次回の水熱処理に供される被処理物に噴射して当該被処理物を水熱処理に先だって昇温させるためのものであり、処理釜１１０から廃棄物投入ホッパ１６０まで配管された水蒸気還流管１９６と、当該管路のバルブ１９７とアキュムレータ１９８とアキュムレータ下流のバルブ１９９とを備える。バルブ１９７は、中空の容器であり、バルブ１９７の管路開放、バルブ１９９の管路閉鎖の期間において処理釜１１０の残存水蒸気を蓄え、この蓄えた残存水蒸気を、バルブ１９７の管路閉鎖、バルブ１９９の管路開放の期間において廃棄物投入ホッパ１６０の被処理物（次回処理用の被処理物）に噴射する。これにより、次回処理被処理物は水処理に先だって昇温することから、水蒸気還流管１９６はアキュムレータ１９８と協働して本発明の昇温機構を構成し、本発明の維持手段の一つに該当する。
【００２５】
蒸気過熱ヒータ１３０は、ボイラ１２０の下流側において水蒸気導入管１８０を取り囲んで配設され、図示しないヒータの熱を水蒸気導入管１８０を通過する水蒸気に与えて当該水蒸気を加熱した上で、その下流の処理釜１１０の側に加熱済み水蒸気を送り出す。よって、この蒸気過熱ヒータ１３０は、処理釜１１０の内部を高温水蒸気の熱で高温環境とするものであることから、本発明の水蒸気加熱機構に該当し、本発明の維持手段の一つに該当する。本実施例では、蒸気過熱ヒータ１３０による加熱により、約２００℃まで昇温させた水蒸気が処理釜１１０に圧送されるようにした。このため、処理釜１１０は、高温高圧の水蒸気導入を受けて、圧力が約２ＭＰａで温度が約２００℃の高温高圧環境下とされ、当該環境下において攪拌羽根１１３により被処理物を攪拌しつつ、水熱処理を行う。
【００２６】
水蒸気導入管１８０は、蒸気過熱ヒータ１３０により加熱を受ける領域において管路を蛇行して備えるので、蒸気過熱ヒータ１３０による加熱は、水蒸気導入管１８０の蛇行により経路が長い範囲で行われる。よって、蒸気過熱ヒータ１３０による水蒸気の加熱効率を高めることができる。
【００２７】
上記した水蒸気導入管１８０の開閉は、制御装置１７０からの駆動信号を受けて駆動するバルブ１８３や噴出孔近傍のバルブ１８４によりなされる。分岐水蒸気導入管１８０ａ〜１８０ｃ等においてもそれぞれの管路における噴出孔近傍の図示しないバルブにて開閉される。この場合、分岐水蒸気導入管１８１については、既述した水蒸気噴出による被処理物の押し戻し機能を担う都合上、最上流のバルブ１８３によってのみ開閉される。つまり、分岐水蒸気導入管１８１以外の分岐水蒸気導入管１８０ａ等にあってはこれら管路を閉鎖した状態で、分岐水蒸気導入管１８１からのみ水蒸気噴出ができるように構成されている。この分岐水蒸気導入管１８１からのみの水蒸気噴出については後述する。
【００２８】
上記した水蒸気導入管１８０には通過する水蒸気の圧力を検出するセンサ１９０が、ボイラ１２０や蒸気過熱ヒータ１３０には通過する水蒸気の温度を検出するセンサ１９１〜１９２が装着されている。これらセンサの検出信号は、制御装置１７０に出力されて、制御装置１７０によるボイラ１２０や蒸気過熱ヒータ１３０等を制御に用いられる。また、水蒸気導入管１８０や分岐水蒸気導入管１８１等の各分岐水蒸気導入管１８０ａ〜１８０ｃ等には、水蒸気の逆流を防止する図示しない逆流弁の他、圧力の過剰上昇時に減圧した上でガス排出を行う図示しない排出弁が適宜設置されている。
【００２９】
また、分岐水蒸気導入管１８１からは、更に分岐水蒸気導入管１８５が分岐され、この分岐水蒸気導入管１８５は、バルブ１８６、減圧機器ユニット１８７を経て、減圧水蒸気を後述の熱交換釜１４０の内部に導入する。この導入タイミングについては後述する。
【００３０】
コンプレッサ１３５は、バルブ１３６を経て処理釜１１０と接続されており、ほぼ約２ＭＰａの高圧エアーを処理釜１１０の内部に導入する。この高圧エアーの導入は、後述するように、処理釜１１０での水熱処理に先だって行われ処理環境維持のためになされることから、コンプレッサ１３５は、本発明の加圧エアー導入機構に該当し、本発明の維持手段の一つに該当する。
【００３１】
熱交換釜１４０は、処理釜１１０の胴体部周囲を取り囲むよう中空とされた流体導入部１４１を備える。この流体導入部１４１は、密閉状であり処理釜１１０の導体側壁と接触していることから、流体導入部１４１に導入された流体と処理釜１１０との間の熱交換を可能とする。流体導入部１４１に導入される流体は、本実施例では後述するように冷却水と水蒸気である。つまり、熱交換釜１４０は、流体導入部１４１からの流体排出路として、冷却水排出管１４２と水蒸気排出管１４３を備え、制御装置１７０により駆動制御される各管路のバルブ１４４〜１４５により、流体導入部１４１における冷却水排出、水蒸気排出を行う。熱交換釜１４０の流体導入部１４１への冷却水導入は後述する冷却装置１５０から行われ、水蒸気導入は既述した分岐水蒸気導入管１８５を経て行われる。冷却水・水蒸気の導入・排出タイミングについては、後述する。なお、水蒸気排出管１４３は、図において下方に描画されているが、冷却水の導入・排出に支障がないよう、実際は流体導入部１４１の上部に設置されている。
【００３２】
冷却装置１５０は、第１タンク１５１と第２タンク１５２とを備え、両タンク内の冷却水を混合バルブ１５３にて混合し、その混合冷却水を冷却配管１５４とその管路のバルブ１５５を経て熱交換釜１４０の流体導入部１４１に導入する。この流体導入部１４１への冷却水導入は、処理釜１１０における水熱処理の終了後になされる。第２タンク１５２は、水蒸気導入管１８０から分岐した熱交換用配管１８８の螺旋管部をタンク内に備え、当該配管を通過する水蒸気により、タンク内の冷却水を所定温度、例えば５０〜８０℃程度に維持する。熱交換用配管１８８の分岐箇所には分流バルブ１８９が配設され、この分流バルブ１８９により定められた分流通過量で、水蒸気は熱交換用配管１８８を通過する。よって、冷却装置１５０は、混合バルブ１５３による混合比に応じた第１タンク１５１の側からの冷却水量と第２タンク１５２の側からの冷却水量で定まる温度の冷却水を流体導入部１４１に送り込むことができる。冷却装置１５０から流体導入部１４１に導入される冷却水（混合冷却水）の温度は、第２タンク１５２における冷却水温度（５０〜８０℃）が上限であり、この温度は、処理釜１１０に導入される水蒸気温度（約２００℃）より低温である。よって、冷却装置１５０は、本発明の流体導入手段に該当する。
【００３３】
廃棄物投入ホッパ１６０は、処理釜１１０における水熱処理サイクルに合致したタイミングで被処理物を搬送しつつ、投入口１１１に投入する。制御装置１７０は、本実施例の水熱処理装置１００の制御を統括的に行うものであり、論理演算を実行するＣＰＵやプログラムやデータを記憶したＲＯＭ、データの一時的な読み書きを可能とするＲＡＭ等を有するコンピュータで構成される。そして、制御装置１７０は、既述した種々のセンサからの検出信号を入力し、こうした検出信号や図示しない操作盤からの運転条件設定パラメータに応じて、バルブ１８３等の種々のバルブ駆動制御、ボイラ１２０等の機器の駆動制御を実行する。
【００３４】
次に、本実施例の水熱処理装置１００で行う水熱処理プロセスについて説明する。図２はこの水熱処理プロセスの工程を表す工程図である。水熱処理の説明に先立ち、この水熱処理を行うために水熱処理装置１００が実行する処理について説明する。
【００３５】
制御装置１７０は、水蒸気導入管１８０のセンサ１９０や、蒸気過熱ヒータ１３０のセンサ１９１、ボイラ１２０のセンサ１９２、処理釜１１０の釜温度センサ２００および釜圧力センサ２０１の検出信号を入力し、ボイラ１２０の運転状態（水蒸気生成量、圧送量等）を制御しつつ、蒸気過熱ヒータ１３０の運転状態（加熱温度等）を制御する。これにより、水熱処理装置１００は、処理釜１１０が安定した温度・圧力（２００℃／２ＭＰａ）の水蒸気で充満されるよう、水蒸気を圧送する。この場合、処理釜１１０への水蒸気の導入初期においては、被処理物との接触による冷却を考慮して、上記の温度より約１０℃程度高めの水蒸気を導入するようにすることもできる。
【００３６】
また、制御装置１７０は、冷却装置１５０における第２タンク１５２の温度制御を行う。つまり、水蒸気導入管１８０に設けた分流バルブ１８９のバルブ開度調整を行い、第２タンク１５２の冷却水温度を、既述した５０〜８０℃の所定の温度、例えば８０℃に調整する。この温度調整に際しては、第２タンク１５２に設けた図示しない温度センサの検出信号を用いる。第２タンク１５２のタンク容量は、処理釜１１０の胴回りの熱交換釜１４０、詳しくはその流体導入部１４１を満たすに足りる容量であることから、処理釜１１０の内容積（本実施例では、約１０ｍ3 ）に比して十分に小さく、０．５ｍ3 程度である。しかも、調整温度は５０〜８０℃と、処理釜１１０に導入する水蒸気温度（約２００℃）に比して低温であることから、第２タンク１５２の冷却水温度調整のために分流バルブ１８９から熱交換用配管１８８に分流させる水蒸気量も少量である。よって、上記したように水蒸気を分流させても、水蒸気導入による処理釜１１０の昇温には影響がない。
【００３７】
水熱処理装置１００は、制御装置１７０にて上記した機器制御を実行しつつ、図２の水熱処理を行う。この水熱処理プロセスでは、まず、被処理物を廃棄物投入ホッパ１６０に投入する（ステップＳ１００）。被処理物の導入に続き、制御装置１７０は、廃棄物投入ホッパ１６０は、投入された被処理物を攪拌しつつ投入口１１１まで搬送すると共に、この被処理物に、アキュムレータ１９８に蓄積済みの水蒸気を噴霧して被処理物の昇温を図る（ステップＳ１１０）。アキュムレータ１９８は、水熱処理完了後の後述のステップ１５０にて高温状態のままの水蒸気を蓄積するので、制御装置１７０によるバルブ１９９の開弁制御により、アキュムレータ１９８内の高温水蒸気を噴霧して被処理物の昇温を図るのである。水蒸気は、アキュムレータ１９８での蓄積の間に温度低下を起こすが、次回の水熱処理までの期間では降温程度も少ないため、被処理物の昇温には差し支えない。
【００３８】
ステップＳ１１０に続き、制御装置１７０は、投入口１１１を開口開閉機器１１４により開放し、この投入口１１１に廃棄物投入ホッパ１６０から被処理物を昇温状態のまま投入する（ステップＳ１２０）。続いて、制御装置１７０は、投入口１１１を閉鎖した後、所定時間に亘ってバルブ１３６を開弁制御し、この間において、コンプレッサ１３５から処理釜１１０に圧縮エアーを導入する（ステップＳ１３０）。この圧縮エアー導入により、次に行う水蒸気導入による処理釜１１０の高圧化を促進させる。
【００３９】
続いて、制御装置１７０は、水蒸気導入管１８０の最上流のバルブ１８３と、分岐水蒸気導入管１８０ａ〜１８０ｃ等のそれぞれのバルブを開弁制御し、処理釜１１０に、ボイラ１２０で生成し蒸気過熱ヒータ１３０で高温化した高温高圧（２００℃／２ＭＰａ）の水蒸気を導入すると共に、処理釜内の攪拌羽根１１３をモータ１１６にて回転させ投入済みの被処理物を攪拌する（ステップＳ１４０）。こうした高温高圧の水蒸気導入により、処理釜１１０の内部では、投入済みの被処理物が高温高圧の水蒸気に触れ、水蒸気の持つ熱が被処理物の水熱処理に処される状態となる。そして、攪拌羽根１１３による被処理物攪拌により、投入済みの被処理物を満遍なく高温高圧の水蒸気に接触させつつ、被処理物へのより一律な熱の伝搬を図り、水熱処理を進行させる。なお、攪拌羽根１１３による被処理物攪拌は、ステップＳ１３０の圧縮エアー導入と並行して行うようにすることもできる。
【００４０】
水蒸気導入管１８０と分岐水蒸気導入管１８０ａ〜１８０ｃ等を介した高温高圧の水蒸気導入は、被処理物の水熱処理の間に亘って継続される。そして、排出口１１２では、分岐水蒸気導入管１８１を経て釜内の噴出孔１８２からの水蒸気導入が継続して行われている。よって、水熱処理の間において、排出口１１２では噴出孔１８２からの水蒸気導入により被処理物が釜内に押し戻されることから、排出口１１２の不用意な閉塞を招かないようにできる。
【００４１】
水熱処理装置１００の制御装置１７０は、高温高圧の水蒸気による被処理物の水熱処理を所定時間に亘って実行した後、バルブ１８３の閉弁制御、モータ１１６の停止制御を行って水熱処理を終了させる。そうすると、制御装置１７０は、水蒸気還流管１９６のバルブ１９７の開弁制御、バルブ１９９の閉弁制御を実行して、処理釜１１０における残存水蒸気をアキュムレータ１９８に導き、このアキュムレータ１９８に高温のままの水蒸気を蓄積する（ステップＳ１５０）。この水蒸気蓄積は、バルブ１９７の閉弁により終了する。こうして蓄積された水蒸気は、ステップＳ１１０にて既述したように被処理物昇温に用いられる。なお、アキュムレータ１９８の内容積は、処理釜１１０の内容積（約１０ｍ3 ）に比して小さいことから、アキュムレータ１９８への水蒸気蓄積後にあっても、処理釜１１０には依然として水蒸気が残存している。
【００４２】
アキュムレータ１９８への水蒸気蓄積が完了すると、制御装置１７０は、冷却装置１５０から熱交換釜１４０の流体導入部１４１に冷却水を導入する（ステップＳ１６０）。この冷却水導入は次のように行う。
【００４３】
まず、冷却水排出管１４２のバルブ１４４を閉弁制御して、流体導入部１４１を冷却水で満たす。それ以降は、排出側のバルブ１４４と導入側のバルブ１５５を開弁制御して、冷却装置１５０の冷却水を流体導入部１４１に循環供給する。図３は冷却水の循環供給の様子を説明する説明図である。
【００４４】
この図３に示すように、制御装置１７０は、冷却水導入当初の期間では、混合バルブ１５３による流量比を、第２タンク１５２の側を１００％、第１タンク１５１の側を０％とし、その後、第２タンク１５２については流量を低減し、第１タンク１５１については流量を増大させる。そして、冷却水導入の終期においては、第２タンク１５２の側を０％、第１タンク１５１の側を１００％とする。よって、流体導入部１４１に循環供給される冷却水の温度は、冷却水導入当初の期間では、第２タンク１５２の冷却水温度（約８０℃）となり、その後は、徐々に低下し、冷却水導入の終期では、第１タンク１５１の冷却水温（常温）となる。こうした冷却水循環がなされることから、熱交換釜１４０、詳しくは流体導入部１４１は、処理釜１１０との間で熱交換（冷却）を行うに当たり、当初は、処理釜１１０の内部温度との差が小さい温度で冷却しつつ、徐々により低い温度の冷却水で冷却する。この冷却は、処理釜１１０の内部の環境が約１００℃程度になるまで継続することが望ましい。
【００４５】
こうした処理釜１１０の冷却に続いては、水蒸気放出管１９３のバルブ１９４を開弁制御して、冷却完了時点で残存している水蒸気を総て大気に放出するステップＳ１７０）。この水蒸気放出は、上記したように温度・圧力とも低下した状態で行われることになる。
【００４６】
続いて、制御装置１７０は、開口開閉機器１１５を駆動して排出口１１２を開放し、処理完了物（堆肥、飼料、燃料）を処理釜１１０から排出する（ステップＳ１８０）。処理完了物が排出されると、制御装置１７０は、排出口１１２を閉鎖して次回の水熱処理に備える。なお、排出された処理完了物は、図示しないベルトコンベヤ等にて搬送される。
【００４７】
制御装置１７０は、ステップＳ１７０による残存水蒸気の大気放出が終わると、上記の処理完了物の排出と並行して次回の水熱処理に備えて処理釜１１０の昇温に取りかかる。即ち、制御装置１７０は、処理釜１１０の冷却のために熱交換釜１４０（詳しくは、流体導入部１４１）に導入していた冷却水を、冷却水排出管１４２のバルブ１４４を開弁制御することで冷却装置１５０の第１タンク１５１と第２タンク１５２に回収する（ステップＳ１９０）。次いで、バルブ１４４を閉弁制御して流体導入部１４１を密閉状とした上で、流体導入部１４１に分岐水蒸気導入管１８５を経て水蒸気を導入し（ステップＳ２００）、処理釜１１０をその胴回り周囲の流体導入部１４１により昇温させる。なお、こうして導入された水蒸気は、既述したステップＳ１６０における冷却水導入に際して、流体導入部１４１の水蒸気排出管１４３から大気放出されるので、冷却水導入に支障はない。
【００４８】
以上説明した本実施例の水熱処理装置１００では、約２００℃／２ＭＰａと言う高温高圧の水蒸気の水成分と水蒸気の熱にて被処理物を処理釜１１０にて水熱処理するに際し、処理釜１１０にその投入口１１１から被処理物を投入し、この処理釜１１０の内部には、水蒸気導入管１８０や分岐水蒸気導入管１８０ａ〜１８０ｃ等を経て上記高温高圧の水蒸気をボイラ１２０および蒸気過熱ヒータ１３０から圧送する。こうした水蒸気圧送により、処理釜１１０の内部を、投入済みの被処理物が圧送された高温高圧の水蒸気に触れ、水蒸気の持つ熱が被処理物の水熱処理に処される状態とする。そして、投入済みの被処理物を上記高温高圧の水蒸気が導入済みの処理釜１１０内で攪拌羽根１１３により攪拌することで、被処理物を満遍なく水蒸気に接触させつつ、被処理物へのより一律な熱の伝搬を図りつつ、水蒸気の水成分とその熱による水熱処理を進行させる。
【００４９】
こうした水熱処理の進行を図るに当たり、本実施例では、ボイラ１２０の生成した水蒸気をその圧送過程において蒸気過熱ヒータ１３０により加熱して、約２００℃／２ＭＰａと言う高温高圧の水蒸気を処理釜１１０に継続して導入することとした（ステップＳ１４０）。このような高温高圧の水蒸気の生成・圧送をボイラにて担うには、ボイラに高い能力が求められるが、そのボイラ能力には限界があるので、上記したような高温高圧の水蒸気を安定して継続導入することが難しいが、本実施例では、上記したように蒸気過熱ヒータ１３０による水蒸気加熱を行うことで、高温高圧の水蒸気を安定して継続導入できる。こうした高温高圧水蒸気の継続導入を行う水熱処理装置１００によれば、処理釜１１０を、水熱処理に望ましい処理環境下（約２００℃／２ＭＰａ）に置くことができると共に、当該処理環境を高温高圧に容易に維持できる。この場合、本実施例では、蒸気過熱ヒータ１３０による水蒸気加熱を行うに当たり、蒸気過熱ヒータ１３０による加熱を受ける経路を蛇行経路として経路長を長くして加熱効率を高めたので、水蒸気の高温化、延いては処理釜１１０の処理環境維持に好適である。
【００５０】
そして、以上説明したように処理釜１１０の内部での処理環境を約２００℃／２ＭＰａといった高温高圧で維持した上で、プラスチック含有残飯やこれと一般廃棄物が混合した被処理物を水熱処理するので、高い生産性を達成できる。また、水熱処理であることから、粉塵・煤煙の発生がなく環境保全の点から好ましいばかりか、被処理物からの有益な処理完了物（堆肥、肥料、燃料）生成という資源循環の点からも好ましい。
【００５１】
また、上記した高温高圧の水蒸気の導入に先立ち、処理釜１１０に高圧エアーを導入して処理釜１１０内を予め高圧環境としておくようにしたので、水熱処理の処理環境を高温高圧に容易に維持できる。しかも、この高温高圧の水蒸気導入に先立つ高圧エアー導入により高圧環境とした上で、その後に処理釜１１０に高温高圧の水蒸気導入を図ることから、水熱処理の処理環境維持がより一層簡便となる。
【００５２】
加えて、前回の水熱処理の際に処理釜１１０内に残存している高温の残存水蒸気を、水熱処理に処す前の被処理物に噴霧して（ステップＳ１１０）、当該被処理物を予め昇温させておく。よって、処理釜１１０の内部への被処理物の投入による温度降下を抑制することができるので、水熱処理の開始当初から処理環境を高温高圧に維持できる。しかも、この被処理物の昇温は、アキュムレータ１９８に蓄えておいた残存水蒸気にて行うことから、被処理物の昇温のための熱源を別途用意する必要がなく、構成の簡略化、省資源化を図ることができる。
【００５３】
また、本実施例では、水蒸気をボイラ１２０から処理釜１１０の内部に導入するための水蒸気導入管１８０を、複数の分岐水蒸気導入管１８０ａ〜１８０ｃ等に分岐させて複数の導入箇所にて処理釜１１０の内部に水蒸気導入を行うようにし、その上で、一つの分岐水蒸気導入管１８１の噴出孔１８２を処理釜１１０の排出口１１２に設置した。分岐水蒸気導入管１８１を経て噴出孔１８２から噴射された水蒸気は、排出口１１２における被処理物を処理釜１１０内に押し戻すように作用するので、高温高圧下での水熱処理の最中に、被処理物が排出口１１２を塞いで固化してしまうことや、排出口１１２が塞がれてしまうことを回避できる。よって、水熱処理後の処理完了物の排出が円滑となり好ましい。
【００５４】
更に、処理釜１１０の胴体部周囲を取り囲む中空の流体導入部１４１を備える熱交換釜１４０を配設した。そして、水熱処理の完了後には、この流体導入部１４１に冷却水を導入して、この冷却水との処理釜１１０の熱交換を行って処理釜１１０を冷却しつつ、処理釜１１０内の残存水蒸気を処理釜１１０から排出するようにした。よって、水熱処理後の処理釜を冷却水との熱交換により短時間の内に効率よく冷却して内部の温度低下と圧力降下を促進した上で、残存水蒸気を排出できる。このため、既述した水熱処理の処理環境維持に加え、次回の被処理物の水熱処理までの短縮化、延いては処理効率向上を図ることができる。
【００５５】
しかも、熱交換釜１４０（流体導入部１４１）への冷却水導入に際しては、導入する冷却水の温度が図３に示すように徐々に低くなるようにしたので、熱交換（冷却）の対象となる処理釜１１０を急激な温度変化（温度低下）に晒さないようにできることから、処理釜の耐久性確保の観点において好ましい。こうした冷却水温度の調整に当たっては、処理釜１１０に導入される水蒸気の熱を熱交換用配管１８８にて利用するので、エネルギ効率の上から、好ましい。
【００５６】
また、熱交換釜１４０（流体導入部１４１）への冷却水導入に加え、次回の前記被処理物の水熱処理に際して、熱交換釜１４０（流体導入部１４１）に導入済みの冷却水の排出を行った後、ボイラ１２０の生成した水蒸気を前記熱交換釜に導入するようにすることもできる。こうすれば、次回の水熱処理では、熱交換釜に導入した水蒸気との熱交換によっても処理釜を昇温できるので、次回の水熱処理の環境維持に対して寄与できる。
【００５７】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記の実施例では、処理釜１１０における処理環境維持に際して、蒸気過熱ヒータ１３０による水上気化熱、コンプレッサ１３５による事前の高圧エアー導入、残存水蒸気を用いた次回処理用の被処理物の昇温を併用したが、これらを、処理釜１１０の内容積や、被処理物の種類、水熱処理の際の環境（温度・圧力）に応じて、適宜選択して採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例である水熱処理装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【図２】この水熱処理プロセスの工程を表す工程図である。
【図３】冷却水の循環供給の様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００…水熱処理装置
１１０…処理釜
１１１…投入口
１１２…排出口
１１３…攪拌羽根
１１４、１１５…開口開閉機器
１１６…モータ
１２０…ボイラ
１３０…蒸気過熱ヒータ
１３５…コンプレッサ
１３６…バルブ
１４０…熱交換釜
１４１…流体導入部
１４２…冷却水排出管
１４３…水蒸気排出管
１４４…バルブ
１５０…冷却装置
１５１…第１タンク
１５２…第２タンク
１５３…混合バルブ
１５４…冷却配管
１５５…バルブ
１６０…廃棄物投入ホッパ
１７０…制御装置
１８０…水蒸気導入管
１８０ａ〜１８０ｃ…分岐水蒸気導入管
１８１…分岐水蒸気導入管
１８２…噴出孔
１８３、１８４…バルブ
１８５…分岐水蒸気導入管
１８６…バルブ
１８７…減圧機器ユニット
１８８…熱交換用配管
１８９…分流バルブ
１９０…センサ
１９１、１９２…センサ
１９３…水蒸気放出管
１９４…バルブ
１９５…サイレンサ
１９６…水蒸気還流管
１９７…バルブ
１９８…アキュムレータ
１９９…バルブ
２００…釜温度センサ
２０１…釜圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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