(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入される廃棄物の量を計量する計量手段と、
計量された前記廃棄物を投入する中空容器と、該中空容器の開口部分に設けられた開閉可能な蓋とを有し、該蓋を閉じることで密閉可能な断熱構造からなる処理タンクと、
前記処理タンク内に液体窒素供給源から所定量の液体窒素を供給する液体窒素供給手段と、
前記計量手段で計量された前記廃棄物の計量値に基づいて、前記処理タンクに投入された前記廃棄物を所定の温度まで冷凍可能な液体窒素の必要量を算出すると共に、該算出値に基づいて前記液体窒素供給手段から前記処理タンク内に供給される前記液体窒素の量を制御する制御部と、
を備え、前記廃棄物が投入された前記処理タンク内に前記液体窒素を供給し、前記蓋を閉じて密閉することにより、前記廃棄物を所定の温度まで冷凍することを特徴とする廃棄物の冷凍処理装置。
【請求項２】
前記処理タンクの位置を移動させる移送手段をさらに備え、
前記移送手段は、
前記処理タンクに投入された前記廃棄物に対応した量の前記液体窒素を前記液体窒素供給手段から供給する液体窒素供給エリアと、
前記廃棄物を所定の温度まで冷凍する冷凍処理エリアと、
冷凍された前記廃棄物を排出する排出エリアと、
の間を順番に前記処理タンクを移動させながら処理することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物の冷凍処理装置。
【請求項３】
前記移送手段は、前記処理タンクの下部に設けられた車輪と、前記処理タンクが移送される経路に敷設された移送経路レールと、前記処理タンクを押し進めるプッシャーと、を備え、前記排出エリアでは、前記処理タンクを上下反転機構により上下を反転させて前記蓋を開き、冷凍された前記廃棄物を排出することを特徴とする請求項２に記載の廃棄物の冷凍処理装置。
【請求項４】
廃棄物の冷凍処理装置で実行される冷凍処理方法であって、
前記廃棄物の冷凍処理装置は、計量手段と、処理タンクと、液体窒素供給手段と、制御部と、移送手段とを備え、
前記計量手段が、予め粗く裁断された前記廃棄物の量を計量する工程と、
前記制御部が、計量された前記廃棄物の計量値に基づいて、前記処理タンクに投入された前記廃棄物を所定の温度まで冷凍可能な液体窒素の必要量を算出する工程と、
前記制御部が、算出された液体窒素の必要量に基づいて前記液体窒素供給手段に対し断熱構造を有する前記処理タンク内に供給される前記液体窒素の量を制御する工程と、
前記処理タンクが、前記廃棄物と前記液体窒素との投入後、蓋を閉めた密閉状態で前記廃棄物を所定の温度まで冷凍させる工程と、
前記移送手段が、前記処理タンクを上下反転させて冷凍された前記廃棄物を排出する工程と、
を含むことを特徴とする廃棄物の冷凍処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、廃棄物の冷凍処理装置および冷凍処理方法に関し、更に詳しくは、廃棄物投与量に影響されることなく液体窒素による冷凍処理を高効率に行うことが可能となる廃棄物の冷凍処理装置および冷凍処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の廃棄物の冷凍処理装置を示す構成図である。廃タイヤ、マット、ペットボトル等の廃棄物は、質を劣化させずに細かく粉砕し、選別・再利用する必要があり、冷凍処理を施すことが一般的となっている。冷凍処理装置は、廃棄物を大まかに裁断する裁断機、冷凍した後にさらに細かく粉砕する粉砕機、および選別機等と組み合わされて使用されるものである。
【０００３】
従来の冷凍処理装置７１（特開昭５５−５８４３号）は、液体窒素を溜めたタンク７２の中に上記裁断機によってチップ状に裁断された廃棄物７３を投与する構造を有する。具体的には、上記タンク７２の外部と内部を循環して通過するように設けられたメッシュコンベア７４で当該廃棄物７３が移送され、液体窒素７５に浸漬されることによって冷凍される。これによって、チップ状の廃棄物７３は摂氏マイナス１６０度前後に冷やされ、その後、細かく粉砕処理が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の廃棄物の冷凍処理装置は、投入される廃棄物７３の量には無関係に液体窒素７５をタンク７２に十分に溜め込んでおく必要があり、タンク７２全体を断熱構造７６で囲っても液体窒素７５の気化を抑えることができず、無駄が多かった。すなわち、液体窒素量を廃棄物の量に合わせる機構がないので、投入量の脈動に対応できず、いつも大量の液体窒素を溜め込み、コストがかかるという問題点があった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、廃棄物投与量に影響されることなく液体窒素による冷凍処理を高効率に行うことが可能となる廃棄物の冷凍処理装置および冷凍処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係る廃棄物の冷凍処理装置は、投入される廃棄物の量を計量する計量手段と、計量された前記廃棄物を投入する中空容器と、該中空容器の開口部分に設けられた開閉可能な蓋とを有し、該蓋を閉じることで密閉可能な断熱構造からなる処理タンクと、前記処理タンク内に液体窒素供給源から所定量の液体窒素を供給する液体窒素供給手段と、前記計量手段で計量された前記廃棄物の計量値に基づいて、前記処理タンクに投入された前記廃棄物を所定の温度まで冷凍可能な液体窒素の必要量を算出すると共に、該算出値に基づいて前記液体窒素供給手段から前記処理タンク内に供給される前記液体窒素の量を制御する制御部と、を備え、前記廃棄物が投入された前記処理タンク内に前記液体窒素を供給し、前記蓋を閉じて密閉することにより、前記廃棄物を所定の温度まで冷凍することを特徴とする。
【０００７】
ベルトコンベア等の移送手段により移送され、投入された廃棄物は、機械的な秤、圧力センサー、ロードセル、その他の計量手段によって計量され、その値は制御部に送られる。制御部は、伝送される廃棄物の量からそれを冷凍するのに必要となる液体窒素の最適量を算出し、液体窒素供給手段、たとえば管に付設された電磁弁を制御する。これにより、液体窒素供給手段から供給される液体窒素の量が制御され、断熱構造を有する処理タンクに所望の量の液体窒素が注入される。
【０００８】
計量された廃棄物は、処理タンクに液体窒素とともに同封される。なお、上記計量手段と処理タンクは別体にしてもよいし、同体にしてもよい。別体にする場合は、処理タンクの上部に計測手段を設け、計量した廃棄物を下部の処理タンクに落とし込んでもよいし、計量手段の上に処理タンクを載せて処理タンクごと重量等を計測するようにしてもよい。
【０００９】
また、請求項２にかかる廃棄物の冷凍処理装置は、請求項１にかかる廃棄物の冷凍処理装置において、前記処理タンクの位置を移動させる移送手段をさらに備え、前記移送手段は、前記処理タンクに投入された前記廃棄物に対応した量の前記液体窒素を前記液体窒素供給手段から供給する液体窒素供給エリアと、前記廃棄物を所定の温度まで冷凍する冷凍処理エリアと、冷凍された前記廃棄物を排出する排出エリアと、の間を順番に前記処理タンクを移動させながら処理することを特徴とする。
【００１０】
廃棄物を冷凍処理するには廃棄物および液体窒素を処理タンクに同封した後、適当な時間の経過が必要となる。そこで、前記処理タンクは、液体窒素供給エリアにおいて重量が計測された廃棄物に対応した量の液体窒素が供給された後、廃棄物を所定の温度に冷凍する冷凍処理エリアに移動される。この行程は順次行われ、冷凍処理エリアに移動された各処理タンクは、断続的または連続的に移動しながら冷凍処理される。冷凍処理エリアの出口には、十分に冷凍処理された廃棄物を処理タンクから排出する排出エリアを設ける。排出し終わった処理タンクは、再び廃棄物および液体窒素を同封させるために液体窒素注入エリアに戻る。
【００１１】
なお、移送手段には、処理タンク下部に車輪を設けて自由に動ける状態にした上で、プッシャーと呼ばれる伸縮自在の押し棒でレールに沿って押し進める手段や、経路にそって設けたローダーに処理タンクを係合し、循環経路を誘導させる手段、またはコンベヤー等の移送手段が含まれる。
【００１２】
また、請求項３にかかる廃棄物の冷凍処理装置は、請求項２にかかる廃棄物の冷凍処理装置において、前記移送手段は、前記処理タンクの下部に設けられた車輪と、前記処理タンクが移送される経路に敷設された移送経路レールと、前記処理タンクを押し進めるプッシャーと、を備え、前記排出エリアでは、前記処理タンクを上下反転機構により上下を反転させて前記蓋を開き、冷凍された前記廃棄物を排出することを特徴とする。
【００１３】
処理タンクが移送される経路には、レールが敷設される。処理タンクは、その下部に車輪が設けられ、上記レール上を移動可能となる。また、処理タンクは、移送経路のいくつかの箇所に設けられるプッシャーによって、押し進められる。排出エリアでは、処理タンクを上下反転させる構造を有するようにして処理タンク内で冷凍された廃棄物を排出する。
【００１４】
また、請求項４にかかる廃棄物の冷凍処理方法は、廃棄物の冷凍処理装置で実行される冷凍処理方法であって、前記廃棄物の冷凍処理装置は、計量手段と、処理タンクと、液体窒素供給手段と、制御部と、移送手段とを備え、前記計量手段が、予め粗く裁断された前記廃棄物の量を計量する工程と、前記制御部が、計量された前記廃棄物の計量値に基づいて、前記処理タンクに投入された前記廃棄物を所定の温度まで冷凍可能な液体窒素の必要量を算出する工程と、前記制御部が、算出された液体窒素の必要量に基づいて前記液体窒素供給手段に対し断熱構造を有する前記処理タンク内に供給される前記液体窒素の量を制御する工程と、前記処理タンクが、前記廃棄物と前記液体窒素との投入後、蓋を閉めた密閉状態で前記廃棄物を所定の温度まで冷凍させる工程と、前記移送手段が、前記処理タンクを上下反転させて冷凍された前記廃棄物を排出する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、この実施の形態１にかかる廃棄物の冷凍処理装置を示す構成図である。同図に示すように、この廃棄物の冷凍処理装置は、バケット１と、廃棄物の飛び散りを防止するホッパー２と、当該ホッパー２の下部に配置され、二重構造等の断熱構造を有する処理タンク３とから構成される。バケット１には秤や圧力センサー４といった計量手段が設けられ、計量された値を電気的に出力できるようにしておく。処理タンク３近傍には、液体窒素供給源５から液体窒素を供給できるように液体窒素供給管６が設けられる。この液体窒素供給管６には電磁弁７および流量センサー８が設けられる。流量センサー８は、検知した値を電気的に出力できるようにしておく。
【００１７】
上記バケット１には、予め粗く裁断されたペットボトル、マット類、廃タイヤ等の廃棄物９がベルトコンベア１０等により運び込まれるようになっている。これらの廃棄物９は、上記計量手段によって計量され、その値は電気信号として制御部１１に送られる。制御部１１は、伝送される廃棄物９の量から、それを冷凍するのに必要となる液体窒素の最適量を算出し、液体窒素供給管６に付設された電磁弁７を制御する。これにより、液体窒素供給管６から供給される液体窒素の量が制御され、処理タンク３に所望の量の液体窒素が注入される。
【００１８】
計量された廃棄物９は、手動または自動でバケット１から落下し、上記液体窒素と同様に処理タンク３に同封される。なお、自動でバケット底部１２の開閉を行うには、空圧／油圧シリンダを利用してシャッターを開閉したり、モータのシャフトを利用して開閉することが出来る。これら空圧／油圧シリンダやモータは制御部１１に接続し、制御部１１からの信号により、所望のタイミングで開閉することが好ましい。
【００１９】
たとえば、廃棄物９の重量から割り出せる廃棄物９の体積が処理タンク３の容積を超えそうになった場合、バケット底部１２を開き、液体窒素の最適量と共に、処理タンク３に同封する。また、上記のようにして割り出せる廃棄物９の体積がまだ処理タンク３を一杯にするだけの量に満たなくても、一定時間経過したときにバケット底部１２を開き、適量の液体窒素とともに同封することも可能である。
【００２０】
図２は、制御部の概要を示す構成図であり、（ａ）にそのハードウエア構成を示す。制御部１１は、ＣＰＵ（中央演算装置）２１を中心に、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）２４をバス２５で接続した構成である。ＣＰＵ２１の実行プログラムは、ＲＯＭ２２に予め格納される。また、このＲＯＭ２２には、入出力インターフェースとの通信プログラムやモニター出力するためのプログラムも格納される。なお、図では省略したが、入出力インターフェースには、その先に接続されるデバイス（電磁弁、流量センサー、空圧／油圧シリンダ用のコンプレッサー等）に応じてＡ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータが設けられる。
【００２１】
図２（ｂ）に、上記制御部１１の機能ブロックを示す。制御部１１は、上記ハードウエアとＲＯＭ２２に格納されたプログラムによって実現され、システム制御部３１を中心に、入出力部３２、計量値入力部３３、流量入力部３４、流量制御部３５およびバケット底開閉部３６で構成される。入出力部３２には、制御部１１に付属し得るキーボード、モニター、ドライブ装置、およびプリンター等が接続可能であり、システム制御部３１の命令によって入出力を統括する。
【００２２】
計量値入力部３３は、秤や圧力センサー４からの信号を受け、システム制御部３１における液体窒素の最適量算出に資する。流量入力部３４は、液体窒素供給管に設ける流量センサー等からの信号を受け、その値をシステム制御部３１に渡す。流量制御部３５は、システム制御部３１において流量入力部３４からの値を参考にして算出される液体窒素の最適量を基に、弁の開閉度等を決定する。
【００２３】
図３は、この廃棄物の冷凍処理装置における冷凍処理の流れを示すフローチャートである。まず、ベルトコンベア等で移送されてきた廃棄物の量を計量する（ステップＳ１０１）。次に、廃棄物の熱容量を参考にして、これを冷凍するのに必要な液体窒素の量を算出・決定する（ステップＳ１０２）。このように算出された値を基に、液体窒素供給管の弁を制御し、流量センサーからの値をフィードバックしつつ、処理タンクに適量の液体窒素を注入する（ステップＳ１０３）。これと同時に、計量し終わった廃棄物も処理タンクに収納する（ステップＳ１０３）。このようにして、バケット一つ分の廃棄物の冷凍処理が完了する。その後、残りの廃棄物が残存しているかどうかをチェックし（ステップＳ１０４）、廃棄物がさらに移送されてきているならば、上記と同様に、当該廃棄物と適量の液体窒素とを処理タンクに同封していく。
【００２４】
このように、この実施の形態１に係る廃棄物の冷凍処理装置によれば、廃棄物の量に応じて最適な量の液体窒素が処理タンクに注入されるので、たとえ廃棄物の投入量に脈動があっても、液体窒素を効率よく利用することができる。これにより、大量に液体窒素を溜めておく方式に比べ、液体窒素の無駄な気化を抑制することができ、冷凍処理にかかるコストを抑えることができる。また、廃棄物の種類が変われば、熱容量も変わり、それを十分に冷凍可能な液体窒素の量も変化するが、制御部は汎用性が高いので、廃棄物の種類の変化にもプログラムのパラメータ等を変更することによって容易に対応することができる。
【００２５】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかる冷凍処理装置を示す構成図である。この冷凍処理装置は、実施の形態１にかかる冷凍処理装置を基礎として、さらに処理タンクをレールで誘導し、循環経路を移動させるようにしたものである。したがって、重複を避けるため、ここでは実施の形態１にかかるバケット、制御部等の説明は省略する。
【００２６】
処理タンク３が循環する経路は、液体窒素供給エリア４１、冷凍処理エリア４２および排出エリア４３とから構成される。これらのエリア４１、４２、４３にはレール４４を敷設して処理タンク３を循環させる。なお、ここでは、循環経路をレール敷設によって構成したが、経路にそって設けたローダー（誘導柱）に処理タンク３を係合し、循環経路を誘導させる手段や、コンベアー等の移送手段を用いても良い。
【００２７】
液体窒素供給エリア４１は、上記実施の形態１で説明したように、計量された廃棄物に対応した量の液体窒素と廃棄物が処理タンク３に同封されるエリアである。冷凍処理エリア４２は、処理タンク３内で、液体窒素と同封された廃棄物が所定の温度にまで冷凍されるエリアである。液体窒素供給エリア４１から冷凍処理エリアへの処理タンク３の移送は、プッシャー４５と呼ばれる伸縮自在な棒で処理タンク３を押し進めて行う。処理タンク３は、その下部にレール４４にはまる車輪を有するので、レール４４に沿って進む。
【００２８】
循環経路の一部に直角方向に移動する部分４６、４７がある場合は、その方向の往復移動専用の台車４８を用いてもよい。この場合、台車４８の上部にはレール４４を延長する方向で、かつ、切り離し可能にしてレール４４を敷設すると共に、処理タンク３を固定するストッパ（図示省略）を設けておくのが好ましい。台車４８は２つの経路を中継し、処理タンク３を一方の経路から他方に渡した後は、元の位置に戻り、次に移送されてくる処理タンク３を待つ。これにより、処理タンク３の経路は断続的または連続的に循環可能となる。
【００２９】
処理タンク３の経路の最後尾には、十分に冷凍処理された廃棄物を排出するための排出エリア４３が設けられる。図５は、処理タンク３の構造を示す外観図である。上述したように、処理タンク３は、レール４４にはまる様に設けられた車輪５１を下部に有する。上部にはヒンジで開閉する蓋５２が設けられる。相対する二つの側面には、排出エリア４３で使用するサポート５３が付設される。このサポート５３は、後述するように、処理タンク３を上下反転させるためのもので、断面を角形、平板形、その他の非円形状にしておくのが好ましい。
【００３０】
図６は、処理タンクを上下反転させる様子を示す説明図である。排出エリア４３では、まず、台車４８上の処理タンク３が伸縮やっとこ６１で把持され、持ち上げられる。その後、伸縮やっとこ６１が設けられるベース６２は、ローダー６３で排出箱６４の上方まで移動させられる。そして、非円形状のサポート５３が回転させられることにより、廃棄物９は排出箱６４に排出される。その後、空になった処理タンク３は元の台座上に戻される。戻された処理タンク３は、再び液体窒素供給エリア４１に戻り、廃棄物９と適量の液体窒素とが同封される。
【００３１】
なお、同図では、処理タンク３を把持するために伸縮やっとこ６１を用いた例を示しているが、これに限らず、テレスコピックスライド板等でもよい。また、強磁界を発生させる電磁石で、処理タンク３のサポート５２や側面を把持し、動滑車を利用したクレーンで持ち上げるようにしてもよい。もっとも、処理タンク３を持ち上げるのではなく、一段低い位置に置いた排出箱６４に処理タンク３を反転させ、廃棄物９を落とし入れてもよい。
【００３２】
このように、この実施の形態２に係る廃棄物の冷凍処理装置によれば、処理タンクが液体窒素供給エリア４１、冷凍処理エリア４２、および排出エリア４３を循環するので、液体窒素の効率的・経済的な利用が可能になると共に、冷凍処理を連続させ、自動化することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る廃棄物の冷凍処理装置（請求項１）によれば、廃棄物の量に応じて最適な量の液体窒素が処理タンクに注入されるので、廃棄物の投入量に脈動があっても、液体窒素を効率よく利用することができる。これにより、液体窒素の無駄な気化を抑制することができ、冷凍処理にかかるコストを抑えることができる。
【００３４】
また、この発明に係る廃棄物の冷凍処理装置（請求項２）によれば、処理タンクが液体窒素供給エリア、冷凍処理エリア、および排出エリアを循環するので、液体窒素の効率的・経済的な利用が可能になると共に、冷凍処理を連続して行うことができる。
【００３５】
また、この発明に係る廃棄物の冷凍処理装置（請求項３）によれば、廃棄物の冷凍処理を効率よく行え、従来行っていた液体窒素の浸漬処理よりも処理にかかるコストを抑えることができる。また、レールとプッシャーによって、処理タンクを循環移送することができ、廃棄物の排出も上下反転させることにより可能となるので、処理装置全体を自動化することができる。
【００３６】
また、この発明に係る廃棄物の冷凍処理方法（請求項４）によれば、廃棄物の量に応じて最適な量の液体窒素が処理タンクに注入されるので、廃棄物の投入量に脈動があっても、液体窒素を効率よく利用することができる。これにより、液体窒素の無駄な気化を抑制することができ、冷凍処理にかかるコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる廃棄物の冷凍処理装置を示す構成図である。
【図２】制御部の概要を示す構成図であり、（ａ）はハードウエア構成、（ｂ）は機能ブロックである。
【図３】冷凍処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施の形態２にかかる冷凍処理装置を示す構成図である。
【図５】処理タンクの構造を示す外観図である。
【図６】処理タンクを上下反転させる様子を示す説明図である。
【図７】従来の廃棄物の冷凍処理装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  バケット
３  処理タンク
４  秤や圧力センサー
６  液体窒素供給管
７  電磁弁
８  流量センサー
９、７３  廃棄物
１１  制御部
４１  液体窒素供給エリア
４２  冷凍処理エリア
４３  排出エリア
４５  プッシャー
４８  台車
５３  サポート
【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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