(57)【要約】      （修正有）【課題】木材などの加水分解装置および土壌細菌を使った堆肥化装置、減容化装置、消滅装置のコストを減少させるために一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を発生させる空気の電子化装置を使って土壌細菌を使わずに常温常圧下で加水分解する装置を提供する。【解決手段】鉄板をドラム型に加工した加水分解装置の本体１に投入蓋８と排出蓋９を取り付ける。そして、本体１左右の円壁中心部に中空の支持金具１４ａと１４ｂを取り付け、支持金具１４ａには送気管４を差し込み、支持金具１４ｂには送気管５を差し込んで、それぞれが自在に動くよう取り付ける。さらに、送気管５に筒管６を接続して、本体１の槽内空気（ト）が吸引排気（チ）となって筒管６を介して送気管５から密閉容器外へ排気できる構造とする。【選択図】図１
0003193750.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
鉄板などで作られたドラム型の密閉容器に電子化された空気を吹き込む電子化装置と、密閉容器の上部から資材を投入するための投入蓋と、密閉容器の底部から処理物を取り出すための取出蓋と、密閉容器から空気を排気するための排気管とを備え、密閉容器を駆動機で周回させながら生ゴミ、苅草、食品加工屑、活性汚泥、魚腸骨類、醤油滓などの有機物を加水分解することを特徴とする電子式ドラム型低温加水分解装置。
【請求項２】
前記ドラム型の密閉容器内部に電子化された空気によって加水分解された処理物が電子化空気の帯電作用で微細粉末になったものを静電的に捕取するための金属プレート板を付設した構造の装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、ドラム型形状の反応器を用いて、空気中の酸素分子を電磁的に励起させる事によりスーパーオキシドアニオンなどの活性酸素を発生させる空気の電子化装置によって、動物体、植物体、魚体、海藻、菌類、細菌類、藻類、草木、花卉、果実、木材、紙、パルプなどのバイオマス資材や生ゴミ、野菜屑、食品加工屑、出戻り食品、活性汚泥、魚腸骨類、浚渫汚泥、廃油、ビールかす、コーヒーかす、米かす、豆かす、油粕、酒粕、味噌・醤油滓などの動植物残渣、有機性廃棄物、農産廃棄物、浚渫廃棄物などを低温で加水分解する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、生ゴミや野菜屑などに土壌微生物を媒介して発酵処理することにより有機性廃棄物を分解処理する装置があった。また、木材やパルプチップなどのバイオマス資材を加水分解するための装置として超臨界装置、亜臨界装置、酵素分解装置、濃硫酸煮沸装置などがあった。これらの装置は、土壌微生物や酵素、濃硫酸などを使用し、高温高圧下で熱分解処理するためのもので、構造的にも材質的にも特殊な装置であった。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】  例えば、土壌微生物を使用する装置であれば、土壌微生物を媒介させるための水分量や温度などの環境条件や通気性、撹拌などの機械的条件を整える必要があり、それらの操作を行うための熟練作業が必要とされていた。また、超臨界や亜臨界装置では１００℃を超える高温と１０気圧を超える高圧を加える操作が必要とされ、酵素分解装置では特殊な酵素を使いこなす熟練的な操作が必要とされ、濃硫酸煮沸装置ではＰＨ１以下の強酸性溶液のもとで操作する過酷な作業が必要とされていた。したがって、これらの操作に使われる反応器や装置は、高温高圧、強酸性に耐える構造と特殊な材料が使われていたので、装置の製作費が高価となり、機械的操作や反応操作も汎用的でない難点があった。【０００４】  本考案は、様々な有機物の加水分解を土壌微生物や酵素、濃硫酸など使用することなく、常温常圧下で行なえることが特徴である。そして、装置構造が簡易であり、鉄板やアルミニウム、炭素繊維、ＦＲＰなどの汎用的な材料で安価に製作できる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  その課題を解決するための手段として、常温常圧下で有機物を加水分解する装置を開発した。その基本技術は、動物、植物、細菌、菌類、藻類などのバイオマス由来の有機物を加水分解する作用物質として一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を含有する空気を用いるもので、本考案は０℃から１００℃以下の温度領域で有機物を加水分解させることを特徴とする。【０００６】  本考案者らは、本考案の基本技術となる空気中の酸素分子を電磁的に励起させることにより、一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を発生させるための空気の電子化装置を考案している（文献１）。【０００７】  文献１：空気の電子化装置（実用新案登録第３１３３３８８号）【０００８】  この空気の電子化装置は、高電圧を流した放電針から電子を発生させる放電管の先端に電磁コイルを巻きつけ、そのコイルの中心部に空気を流し込むことで空気中の酸素分子を電磁的に励起させることによって一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種を発生させる空気の電子化装置である。【０００９】  一重項酸素、二重項酸素などの活性酸素種は、極めて酸化力が強いことが知られている（文献２）。【００１０】  文献２：活性酸素（Ｐ１３〜Ｐ２５）  中野  稔他  共立出版  １９８８年【００１１】  活性酸素種は、老化や過酸化脂質を伴う血管障害などの病気発生をもたらす極めて酸化力が強いものとして知られている。そして、様々な有機物を酸化分解する作用を有する事も知られている。そこで、本考案者らは活性酸素種の高エネルギー的に作用するラジカル反応が生ごみや野菜屑などに含まれる有機物、木質や紙、パルプなどの有機物の加水分解に活用できるのではないかと考えた。その結果、一軸型の撹拌機を備えた反応器に空気の電子化装置を組み込んだ電子式低温加水分解装置（文献３）を考案した。【００１２】  文献３：実用新案登録第３１５０６２８号【００１３】  その考案は、鉄板を加工して箱形形状の密閉容器を作り、その密閉容器に加水分解を行なう内容物を攪拌するための攪拌機を取り付け、密閉容器の底部に撒気管を取り付け、その撒気管に本考案者らが考案した電子化装置と送風機を取り付けて密閉容器の撒気管から電子化空気を供給する構造の加水分解装置である。【００１４】  その加水分解装置によると、密閉容器の内部に取り付けたパドル型の攪拌機を作動させ、電子化装置を組み込んだ送風機によって電子化空気を密閉容器の底部から散気管を介して散気しながら密閉容器に野菜屑などの資材を投入すると、投入した固形状の資材は２０℃から４０℃程度の低い温度で可溶化する。その加水分解に要する日数は、野菜屑のような柔らかいものでは１日程度、大根や玉ねぎのような硬いものでは３日間程度で可溶化する。【００１５】  しかしながら、この形状の装置ではパドル型攪拌機に機械的負荷が掛かった場合は撹拌機が破損し、密閉容器の底部に組み込んだ散気管が詰まると機能不全に陥ることがあった。そこで、それらの欠点を無くするために、密閉容器の内部に取り付けた攪拌機を無くし、散気管を排除して密閉容器内に電子化空気を配管で直接吹き込む構造に改めた。しかし、この構造では密閉容器内に投入される資材をかき混ぜることができないので、密閉容器をドラム型にして自転させ、その自転によって容器内の資材を撹拌する形状にした。【００１６】  すなわち、本考案はドラム型の密閉容器に処理すべき資材を投入し、処理物を取り出すための投入口と取出口を設け、密閉容器を駆動機で自転させ、密閉容器の片方から電子化空気を送入して他方から排気させる構造にしたものである。この構造にすると、密閉容器内に撹拌機を取り付けなくてもドラムを回転させながら送風機によって電子化空気を密閉容器に送り込むと、密閉容器に投入した野菜屑などが２０℃から４０℃程度の低い温度でも可溶化してスラリー状態になる。【００１７】  ところが、この構造には欠点があった。その欠点とは、可溶化してスラリー状態になった可溶物が電子化空気によって乾燥し、その乾燥物が電子化空気の帯電作用を受けて分散し、空気流に乗って系外へ流出することである。【００１８】  その問題を解決する手段として、本考案者らは電気集塵の捕集技術を応用して密閉容器の空気の出口側に一枚の金属プレート板を取り付けることを考案した。そして、その金属プレート板と電子化装置に組み込まれている高電圧発生器の陽極端子とを導線で接続することを思い付いた。すなわち、電子化空気の静電作用により帯電した処理物を陽極に帯電させた金属プレート板によって静電的に捕集するものである。そのようにすれば、帯電して浮遊する処理物を空気流に乗って系外へ流出する前に金属プレート板により捕集されるから、乾燥した処理物を系外へ逃がすことなく容器内に止めることができる。【００１９】  金属プレート板で捕集される処理物はプレート面に留まるが、それを取り除くためには回転ドラムに掻取棒を設けて、その掻取棒がプレート面を擦る構造にすると良い。
【考案の効果】
【００２０】  本考案によれば、まずドラム型の密閉容器に処理すべき野菜屑などの資材を投入し、次いで空気の電子化装置と送風機を作動させて密閉容器に電子化空気を供給しながら容器を回転させると、密閉容器に投入された資材は２０℃から４０℃程度の低い温度で可溶化し、スラリー状のものになる。その加水分解される日数は、野菜屑のような柔らかいものであれば１日程度、芋やニンジンのような硬いものであっても３日間程度である。通常、白菜やキャベツなどを水に晒しても１日では可溶化しない。特に、芋やゴボウのような繊維が多いものは１週間でも可溶化しない。そのような繊維が多いものを意図的に加水分解しようとすると、圧力釜を使って高温高圧で煮沸するか、セルロース分解酵素を使って酵素分解するしかない。特に、紙質や木質などは濃硫酸で煮沸して酸分解するしかない。【００２１】  有機炭素を解離させる手段として、一重項酸素や二重項酸素などの活性酸素種によって炭素分子の共有結合を切り離す方法があることが知られている。一重項酸素は、酸素分子に紫外線や磁力線が照射されると生成されるが、その一重項酸素に遊離電子が加わるとスーパーオキシドアニオンとなり、そのスーパーオキシドアニオンに水素イオンが加わると過酸化水素となり、さらにヒドロキシルラジカルが生成されることが知られている（文献４）。【００２２】  文献４：活性酸素の新しい検出技術の開発  ＢＩＯ  ＩＮＤＵＳＴＲＹ  Ｖｏｌ．１４  Ｎｏ６  １９９７（Ｐ６）西岡一【００２３】  そして、スーパーオキシドアニオンやヒドロキシルラジカルなどの活性酸素種は極めて酸化力が強い物質であり、その酸化力は活性酸素種の結合エネルギーの準位が高いことによって起るので、有機化合物の基本的な結合形体である炭素と炭素の共有結合（Ｃ−Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ≡Ｃ）、炭素と水素の水素結合（Ｃ−Ｈ）よりもエネルギー準位が高いことによって常温、常圧下で有機物の炭素結合と水素結合を解離して分解することが知られている。【００２４】  本考案による電子化空気によって野菜屑などの有機物が可溶化するのは、電子化装置により作り出される電子化空気の量子的な解離作用（加水分解）によるものと想定している。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２５】  図１および図２は、本考案の電子式ドラム型低温加水分解装置に関わる実施形態を示す構造図である。【００２６】  図１および図２において、鉄板をドラム型に加工した加水分解装置の本体１に投入蓋８と排出蓋９を取り付ける。そして、本体１左右の円壁中心部に中空の支持金具１４ａと１４ｂを取り付け、支持金具１４ａには送気管４を差し込み、支持金具１４ｂには送気管５を差し込んで、それぞれが自在に動くよう取り付ける。さらに、送気管５に筒管６を接続して、本体１の槽内空気（ト）が吸引排気（チ）となって筒管６を介して送気管５から密閉容器外へ排気できる構造とする。【００２７】  架台１６の上面四隅に動輪１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを取り付け、その上に本体１を載せて四隅の動輪１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで支えられる構造にして、それらの動輪の何れかを駆動機１２で駆動させることによって本体１がドラム回転する構造とする。駆動機１２により動輪１１ａまたは１１ｂまたは１１ｃまたは１１ｄを駆動させる方法は、駆動機１２から動輪１１ａまたは１１ｂまたは１１ｃまたは１１ｄへの動力伝達は、駆動ベルト１３で連結させる方法であっても、直接連結させる方法であってもよい。【００２８】  送風機３と電子化装置２を接続し、さらに電子化装置２と送気管４を接続管１７で接続する。そして、排気ファン７と送気管５とを接続管１８で接続し、さらに排気ファン７と排気管１９とを接続することで、送風機３により送入される空気（ホ）が電子化装置２によって電子化空気（ヘ）になったものを送気管４から本体１に送入し、本体１内部の槽内空気（ト）を排気ファン７によって吸引することで筒管６から吸引排気（チ）を吸引して排気管１９から放出排気（リ）として系外へ排出される構造とする。【００２９】  送気管５の末端部に円盤状の金属プレート板１０を接合する。そして、金属プレート板１０の表面を一様に掻き取ることができる掻取棒１５を本体１の内側に接合する。さらに、電子化装置２の陽極端子２０と、金属プレート板１０が接合されている送気管５とを接続配線２１で接続して、電子化装置２から供給される陽極電位が流れる構造とする。【００３０】  金属プレート板１０と掻取棒１５の役割は、本体１に送入される電子化空気（ヘ）の帯電作用によって分散化して系外へ流出する処理物（ハ）を陽極帯電させた金属プレート板１０で電気的に捕集するものであり、金属プレート板１０で捕集された電着物（ニ）を掻取棒１５で掻き取って本体１に回収するものである。【００３１】  この構造物において、加水分解しようとする生ゴミや野菜屑などの資材（イ）を投入蓋８から本体１に投入する。そして、投入蓋８と取出蓋９を閉めた状態で送風機３、電子化装置２、排気ファン７を作動させ、さらに駆動機１２を作動させると、本体１の処理資材（ロ）は本体１の回転により攪拌されつつ、電子化装置２から供給される電子化空気（ヘ）を取り込んで混合させる。【００３２】  本体１に接続管１７で接続されている電子化装置２の内部は、非電導性の材料で作られている放電管２２に放電針２３と対面極２４が固定されている。その放電管２２の先端に電磁コイル２６を巻き付けた空芯ボビン２５を接合して一体化する。��して、放電針２３と対面極２４に高圧電源装置２９を接続し、電磁コイル２６に電流電源装置３０を接続した構造とする。【００３３】  この実施形態において、放電針２３に数千ボルトのマイナス高電圧を掛け、電磁コイル２６に数アンペアの電流を流して空気（ホ）を送入すると、その空気の流れに乗って放電針２３から放射される陰電子が空芯ボビン２５の中を通過する過程で電磁コイル２６から発生する磁界に曝され、空芯ボビン２５の中心部を空気流に沿って直進する磁力線の作用（電磁誘導）を受けて激しく陰電子が回転する状態となり、空気中の酸素分子を電磁的に励起させて一重項酸素を発生させると共に、酸素分子に一個の自由電子（ｅ‐）が組込まれたスーパーオキシドアニオン（・Ｏ２−）を含有する電子化空気（ヘ）が発生する。【００３４】  電子化装置２によってスーパーオキシドアニオンなどの活性酸素種を発生させるためには放電針２３に空気を供給する必要があるが、送風機３により送入される空気（ホ）がその役割を作り出している。そして、電子化装置２によって作り出される電子化空気（ヘ）が送気管４から本体１に導入されて槽内空気（ト）となり、本体１の回転により掻き混ぜられる処理資材（ロ）と接触して、槽内空気（ト）の強い酸化力によって加水分解されるものである。【００３５】  本体１に組み込まれる電子化装置２は、本考案者らが既に考案している実用新案登録第３１３３３８８号の空気の電子化装置を使用する。【００３６】  本考案では、本体１の底部に取出蓋９を設けて、本体１から処理物（ハ）が取り出せる構造にしているが、回転する本体１の停止位置を操作して、投入蓋８の位置が底部になるよう停止させれば、投入蓋８から処理物（ハ）を系外に取り出すことができる。その操作を意図的に行う場合は、投入と取出を兼用して投入蓋８だけを本体１に取り付ける構造であっても良い。また、図１、図２では、投入蓋８と取出蓋９を本体１のドラム周壁に取り付けているが、ドラムの側面部に組み込んだ構造であってもよい。【００３７】  投入蓋８および取出蓋９と本体１の開口部の接合法はネジ止めでよいが、操作を容易にする観音開きや片開き構造の扉であってもよい。特に重要なことは密閉性であり、本体１との密閉性が保たれるよう投入蓋８および取出蓋９の接合部分にパッキン材を噛ませると効果的である。【００３８】  本体１の材質は、熱延薄板の鉄板製でよいが、亜鉛メッキ鉄板、カラー塗装鉄板、アルミニウム板、ステンレス板などの他の金属板でもよい。また、炭素繊維、ＦＲＰ、ＰＶＣなどのプラスチック素材でもよい。外装に保温材を巻き、内面に耐蝕塗料を施してもよい。
【実施形態の効果】
【００３９】  この実施形態によれば、本体１に投入する野菜などの資材（イ）が電子化空気（ヘ）の強い酸化力によって加水分解され、水溶性の処理物（ハ）となる。その反応の過程にある処理資材（ロ）は、資材（イ）と処理物（ハ）が混ざり合った粥状の状態にあって、その粥状の処理資材（ロ）が電子化空気（ヘ）を含んだ槽内空気（ト）と接触するのは、本体１が回転することにより本体１の壁面を滑落する状態のもとで起っており、その接触作用が加水分解反応を促進させる。
【００４０】  この実施形態の効果は、処理すべき資材の種類によって異なるが、繊維質が柔らかい白菜やキャベツなどの野菜屑は２０℃前後の常温下で約１日も処理すればジュース状に可溶化した処理物となる。また、繊維質が堅いサトウキビや稲わらなどは細かく破砕したものを処理すると３日間で細かい粉状の処理物となる。
【００４１】  木材は、セルロースの集合体である。その集合体はセルロースがリグニンで固められた状態のものである。木材をバイオマス資源として化学的に利用しようとする場合は、含水炭素の重合物である繊維質を解砕する必要があるが、リグニンは強靱なプラスチック状の重合物であるため、酵素で分解することが非常に難しい。したがって、通常はリグニンの機能を破壊するために、高温・高圧下で煮沸したり、強酸・強アルカリ物質に曝したり、超臨界・亜臨界状態で加水分解するので、高温・高圧に耐える特殊な構造物と、強酸・強アルカリ物質に耐える特殊な材料を使った堅固なものになっている。
【００４２】  近年、活性酸素種を活用して難分解性有機物を処理する方法が注目されるようになった（文献５）。
【００４３】文献５：難分解性有害有機物処理への適用を目指すＯＨラジカル発生装置  飯島崇文他  東芝レビュー  ｖｏｌ．６１  Ｎｏ．８（２００６）
【００４４】  本考案の原理は文献５に類似した方法によるもので、有機化合物の炭素結合を活性酸素種によって分解するものである。例えば、セルロースやリグニンなどの有機化合物は、炭素と炭素、炭素と水素などの共有結合によって形成されているが、この共有結合は強いので、熱で解離しようとすれば３００〜５００℃程度に加熱する必要がある。そのような強い共有結合であっても、スーパーオキシドアニオンやヒドロキシルラジカルなどの活性酸素種を用いれば、活性酸素種の強い酸化力によって低い温度でも解離させることができる。その解離作用は、セルロースとリグニンを切り離すだけでなく、セルロースやリグニンも切断して、有機物の最少単位である単糖体と水にまで加水分解することができる。
【００４５】  したがって、この実施形態によれば、常温、常圧の下で様々な有機物を加水分解できるから、鉄板などの加工しやすい材料で反応器を製作することができ、従来の高温・高圧、耐薬品性を考慮した高級な装置に比べて製作コストが安くできる効果がある。
【００４６】  ただし、この実施形態で問題になる点は、電子化空気によって加水分解された処理物（ハ）が電子化空気の帯電作用によって微細粉末になるため、その粉末が吸引排気（チ）と共に系外へ排出される点である。それを防ぐ手立てとして、本考案では本体１に金属プレート板１０を設置し、これを陽極帯電させることによって槽内空気（ト）により飛散する微細粉末（帯電粒子）を捕取するよう工夫している。
【他の実施形態】
【００４７】  図１の実施形態では、既に本考案者らが考案している実用新案登録証登録第３１３３３８８号の空気の電子化装置を使用するものであるが、スーパーオキシドアニオンとヒドロキシルラジカルを発生させる機能をもった装置であれば同様の形態と機能を作り出すことができる。そのような電子化装置を本考案の電子化装置に換えて実施してもよい。
【００４８】  本体１の内部温度が高いと、水分の蒸散性を高めることができる。処理物（ハ）の水分量を減らすためには本体１の内部温度を高めることが有効であるから、その目的のために電子化空気（ヘ）を加温するための電熱ヒーターなどの昇温装置を取り付けてもよい。
【００４９】  本考案の実施形態は、植物体、動物体、藻類、菌類、細菌類などの各種有機物をスーパーオキシドアニオンやヒドロキシルラジカルなどの活性酸素種をもって加水分解するものであるが、加水分解された後の処理物は、酵素や微生物によって分解され易くなるので、処理物（ハ）に土壌細菌や酵素を加えて腐蝕させ、消滅させることがあってもよい。
【産業上の利用の可能性】
【００５０】  本考案に関わる加水分解装置は、空気の電子化装置をもって常温域で有機物を加水分解させるものであり、産業上の利用では、薩摩芋、馬鈴薯、砂糖大根、トウモロコシなどを加水分解して可溶化させたものを搾汁して可溶性澱粉や単糖液を搾取することができる。また、白菜、キャベツ、大根、人参、ミカンなどの農産物を加水分解して水溶性搾汁液や液肥原料、乳酸発酵原料などの資材として活用することができる。さらに、苅草や刈り芝、間伐樹葉などを加水分解してアルコール発酵原料とし、セルロースやリグニンなどの分解、精製装置として活用できる。生ごみや野菜屑、魚腸骨などを加水分解して肥料原料とし、減容・消滅させるための廃棄物処理装置として活用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この考案の一実施形態を示す装置の形態図である。
【図２】この考案のなかの空気の電子化装置の構造を示す形態図である。
【符号の説明】
【００５２】１        本体
２        電子化装置
３        送風機
４        送気管
５        送気管
６        筒管
７        排気ファン
８        投入蓋
９        取出蓋
１０      金属プレート板
１１ａ    動輪
１１ｂ    動輪
１１ｃ    動輪
１１ｄ    動輪
１２      駆動機
１３      駆動ベルト
１４ａ    支持金具
１４ｂ    支持金具
１５      掻取棒
１６      架台
１７      接続管
１８      接続管
１９      排気管
２０      陽極端子
２１      接続配線
２２      放電管
２３      放電針
２４      対面極
２５      空芯ボビン
２６      電磁コイル
２７      吸気管
２８      送気管
２９      高圧電源装置
３０      電流電源装置
イ        資材
ロ        処理資材
ハ        処理物
ニ        電着物
ホ        空気
ヘ        電子化空気
ト        槽内空気
チ        吸引排気
リ        放出排気
【図１】
0003193750.tif 000003
【図２】
0003193750.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月12日(2014.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
鉄板などで作られたドラム型の密閉容器に電子化された空気を吹き込む電子化装置と、密閉容器の上部から資材を投入するための投入蓋と、密閉容器の底部から処理物を取り出すための取出蓋と、密閉容器から空気を排気するための排気管とを備え、密閉容器を駆動機で回転させながら生ゴミ、苅草、食品加工屑、活性汚泥、魚腸骨類、醤油滓などの有機物を加水分解することを特徴とする電子式ドラム型低温加水分解装置。
【請求項２】
鉄板などで作られたドラム型の密閉容器内部で電子化された空気によって加水分解された処理物が電子化空気の帯電作用で微細粉末になって浮遊するものを静電的に捕取するための金属プレート板を付設した構造を特徴とする請求項１記載の電子式ドラム型低温加水分解装置。