(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内に投入された廃棄物にマイクロ波発振器で発生したマイクロ波を照射して上記廃棄物を加熱し炭化する廃棄物の炭化装置であって、
上記本体に上記加熱の過程で発生する熱分解ガスを含む発生ガスを排気する排気口を設け、該排気口から排気された上記発生ガスを触媒酸化部に導入するための誘導管を、上記排気口から離間する方向に直線的に所定距離延長し、該延長端部を上記触媒酸化部の触媒筺体入口に接続して設けると共に、
棒状ヒータが挿入配置されている小径のヒータ管を、上記誘導管の排気口近傍の基端部から誘導管内にその長手方向に沿って挿入して複管構造の誘導管を構成すると共に、
給気ファンとそれに接続された給気管を設け、該給気管を上記ヒータ管の基端部に接続して上記給気ファンからの給気空気を上記ヒータ管内に供給し得るように構成し、
これにより上記誘導管の内側のヒータ管内には上記棒状ヒータにより昇温した空気が流れ、外側の誘導管内には上記本体からの発生ガスが流れる構造とし、
かつ上記排気口から所定距離以上離れた位置であって、上記誘導管内における上記ヒータ管の先端部に上記排気口から排気される上記ガスと上記給気管からの給気空気とを混合して希釈混合ガスを生成する混合部を設け、
さらに上記触媒酸化部の出口側に触媒酸化後のガスを排出する煙道を設置し、
かつ上記触媒酸化部の出口と上記煙道との間であって上記給気ファンと上記ヒータ管との間に熱交換器を設け、かつ上記給気ファンからの給気空気を上記給気管を介して上記熱交換器に導入して上記触媒酸化後のガスと上記給気空気との間で熱交換し得るように構成し、
熱交換後の温度の低下したガスを上記煙道に導入し、熱交換後の加熱された空気を上記給気管を介して上記ヒータ管に導入するように構成したものであることを特徴とする廃棄物の炭化装置。
【請求項２】
上記給気ファンの給気量を制御し得る制御部を設け、
該制御部はマイクロ波加熱初期の水蒸気が多い加熱初期段階においては給気ファンを低風量で駆動し、加熱初期段階における水蒸気成分に対して熱分解ガスの発生が増加した段階で上記給気ファンの風量を増加させる制御を行うものであることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の炭化装置。
【請求項３】
上記誘導管の流路を絞ることで該誘導管内の動圧を高め、これにより上記本体内の発生ガスを誘導管内に吸引し得るように構成したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物の炭化装置。
【請求項４】
上記給気ファンから上記誘導管への経路の途中に上記給気空気を分流する分岐管を設けると共に該分岐管に開閉弁を設け、
かつ上記分岐管の先端を上記誘導管の触媒酸化部入口に上記混合ガスの流れに沿って空気を供給し得るように上記誘導管に平行に接続し、上記開閉弁の開放により上記給気空気を上記誘導管内に供給し得るように構成したものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の廃棄物の炭化装置。
【請求項５】
上記本体下部にスクリューコンベアを配置すると共に該コンベアを正逆回転し得る駆動手段を設け、
上記廃棄物の炭化後は上記駆動手段を以って上記スクリューコンベアを回転させることで炭化物を粉砕し、かつ上記駆動手段を以って上記スクリューコンベアを逆転させることにより上記炭化物を本体外へ排出し得るように構成したものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の廃棄物の炭化装置。
【請求項６】
上記本体の外壁に該本体外壁を加熱し得る本体外壁加熱用熱交換器を取り付けると共に、
切換弁を介して上記触媒酸化後の高温ガスを上記本体外壁加熱用熱交換器に誘導し得る分岐管とを設け、
上記高温ガスの熱により上記本体外壁加熱用熱交換器を介して上記本体外壁を加熱することにより該本体内の温度上昇を促進し得る構成としたものであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の廃棄物の炭化装置。
【請求項７】
上記本体下部を上記スクリューコンベアに向かう下り傾斜面により構成すると共に、上記下り傾斜面の内面又は外面に当該下り傾斜面の加熱手段を設けたものであることを特徴とする請求項６記載の廃棄物の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済み紙オムツ等の含水率の高い廃棄物をマイクロ波により加熱炭化させ、発生する臭気を伴う水蒸気と熱分解ガスを触媒酸化させる、火炎燃焼を伴わない廃棄物の炭化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波で高含水率の試料を炭化させる技術は動物死体を炭化させる事例があるが（特許文献１）、液体成分は集液皿に集め、気体成分は活性炭と水フィルタで処理するものである。
【０００３】
特許文献２の厨芥処理機は、マイクロ波で厨芥を加熱すると共に、送風ファンで空気を流入させ厨芥を火炎焼却し、その排ガスの熱を厨芥の焼却に必要な空気と熱交換させるものである。
【０００４】
特許文献３の廃棄物処理装置は、一次燃焼室においてマイクロ波で廃棄物を加熱し、空気を流入させ燃焼し廃棄物を灰化させ、さらに加熱の過程で発生する可燃性ガスを二次燃焼室に誘導し、二次燃焼室内で当該可燃性ガスを火炎燃焼させた後、触媒で浄化して排気するものである。
【０００５】
特許文献４と特許文献５の炭化炉は、バーナーで熱分解ガスを火炎燃焼し、燃焼ガスを触媒で酸化させ、その反応熱を炭化エネルギーに利用するものであり、炭化炉本体の外部から被加熱物を加熱する外部加熱であり、熱分解ガスを直接触媒酸化させるものではない。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−３３３８３
【特許文献２】特開昭６２−９４７１６
【特許文献３】特開平１−１６７５１１
【特許文献４】特開２００２−２４１７５９
【特許文献５】特開２００３−２７７７６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１の装置は、液体成分と気体成分を分離して処理する構造や、気体成分を排気管に設けた排気ポンプで吸引する構造であるため装置全体が複雑で大型化するという課題がある。
【０００８】
上記特許文献２、３の装置は、塵芥等の廃棄物をマイクロ波で加熱するものであるが同時に塵芥或は可燃性ガスを火炎燃焼させるものであるから、火炎燃焼による有害物質の発生は避けられないという課題がある。
【０００９】
上記特許文献４、５の装置は、触媒による反応熱によって炭化炉本体を外部から加熱する方式であるから、廃棄物の炭化に長時間を要するとの課題がある。
【００１０】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、マイクロ波による内部加熱方式により廃棄物を効率的に加熱し得ると共に、熱分解ガス等の発生ガスを触媒酸化することにより排気を無臭化無害化し、かつ爆発等の危険もなく、装置構成も簡単な廃棄物の炭化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために、
第１に、本体内に投入された廃棄物にマイクロ波発振器で発生したマイクロ波を照射して上記廃棄物を加熱し炭化する廃棄物の炭化装置であって、上記本体に上記加熱の過程で発生する熱分解ガスを含む発生ガスを排気する排気口を設け、該排気口から排気された上記発生ガスを触媒酸化部に導入するための誘導管を、上記排気口から離間する方向に直線的に所定距離延長し、該延長端部を上記触媒酸化部の触媒筺体入口に接続して設けると共に、棒状ヒータが挿入配置されている小径のヒータ管を、上記誘導管の排気口近傍の基端部から誘導管内にその長手方向に沿って挿入して複管構造の誘導管を構成すると共に、給気ファンとそれに接続された給気管を設け、該給気管を上記ヒータ管の基端部に接続して上記給気ファンからの給気空気を上記ヒータ管内に供給し得るように構成し、これにより上記誘導管の内側のヒータ管内には上記棒状ヒータにより昇温した空気が流れ、外側の誘導管内には上記本体からの発生ガスが流れる構造とし、かつ上記排気口から所定距離以上離れた位置であって、上記誘導管内における上記ヒータ管の先端部に上記排気口から排気される上記ガスと上記給気管からの給気空気とを混合して希釈混合ガスを生成する混合部を設け、さらに上記触媒酸化部の出口側に触媒酸化後のガスを排出する煙道を設置し、かつ上記触媒酸化部の出口と上記煙道との間であって上記給気ファンと上記ヒータ管との間に熱交換器を設け、かつ上記給気ファンからの給気空気を上記給気管を介して上記熱交換器に導入して上記触媒酸化後のガスと上記給気空気との間で熱交換し得るように構成し、熱交換後の温度の低下したガスを上記煙道に導入し、熱交換後の加熱された空気を上記給気管を介して上記ヒータ管に導入するように構成したものであることを特徴とする廃棄物の炭化装置により構成される。
【００１２】
このように構成すると、使用済み紙オムツ等の廃棄物を火炎燃焼を伴わずにマイクロ波加熱により炭化することができ、不完全燃焼やダイオキシンの発生のおそれがない。また、熱分解ガスを含む発生ガスを給気ファンからの給気と混合することにより希釈化するため、例えば加熱分解ガスを爆発下限値以下まで容易に希釈化することができ、これにより爆発の危険のない安全な炭化装置を実現し得る。
【００１３】
第２に、上記給気ファンの給気量を制御し得る制御部を設け、該制御部はマイクロ波加熱初期の水蒸気が多い加熱初期段階においては給気ファンを低風量で駆動し、加熱初期段階における水蒸気成分に対して熱分解ガスの発生が増加した段階で上記給気ファンの風量を増加させる制御を行うものであることを特徴とする上記第１記載の廃棄物の炭化装置により構成される。
【００１４】
このように構成すると、給気ファンの風量制御を効率的に行うことができ、小容量のファンにより構造簡単な炭化装置を実現し得る。
【００１５】
第３に、上記誘導管の流路を絞ることで該誘導管内の動圧を高め、これにより上記本体内の発生ガスを誘導管内に吸引し得るように構成したものであることを特徴とする上記第１又は２記載の廃棄物の炭化装置により構成される。
【００１６】
かかる構成により、誘導管内のガスの流速が増加して動圧が高まり、これにより本体内で発生したガスが上記誘導管内に吸引されて該本体内の静圧の増加を防止することができる。例えば、本体内の静圧が大気圧程度によるように給気ファンの給気量の制御を行うことが好ましい。
【００１８】
上記排気口と上記混合部との距離は所定距離として例えば２０ｃｍ以上離すことが好ましい。このように構成することにより、混合部における給気空気が上記排気口から本体内に逆流することを防止することができる。
【００２０】
このように構成すると、排気口から混合部までの経路中の発生ガスを上記給気空気により加熱することができ、これにより発生ガス中に含まれるタール分が固形化して誘導管内に付着堆積等することを防止することができる。
【００２２】
このように構成すると、熱交換器において触媒酸化後の高温ガスの温度を給気空気の昇温に利用することができ、触媒酸化後の高温ガスの熱量を有効に利用することができる。
【００２３】
第４に、上記給気ファンから上記誘導管への経路の途中に上記給気空気を分流する分岐管を設けると共に該分岐管に開閉弁を設け、かつ上記分岐管の先端を上記誘導管の触媒酸化部入口に上記混合ガスの流れに沿って空気を供給し得るように上記誘導管に平行に接続し、上記開閉弁の開放により上記給気空気を上記誘導管内に供給し得るように構成したものであることを特徴とする上記第１〜３の何れかに記載の廃棄物の炭化装置により構成される。
【００２４】
このように構成すると、触媒酸化部出口の温度が所定温度以上に上昇した場合、上記開閉弁を開いて給気ファンの給気の一部を触媒酸化部の入口近傍に供給することにより、触媒出口温度を低下させることができる。これにより、マイクロ波出力を低下させることなく、触媒酸化部の出口温度の上昇を抑制して触媒の性能を維持することができる。
【００２５】
第５に、上記本体下部にスクリューコンベアを配置すると共に該コンベアを正逆回転し得る駆動手段を設け、上記廃棄物の炭化後は上記駆動手段を以って上記スクリューコンベアを回転させることで炭化物を粉砕し、かつ上記駆動手段を以って上記スクリューコンベアを逆転させることにより上記炭化物を本体外へ排出し得るように構成したものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の廃棄物の炭化装置により構成される。
【００２６】
このように構成すると、単一のスクリューコンベアにより炭化物の粉砕と排出を行うことができ、炭化装置の小型化を実現し得る。
【００２７】
第６に、上記本体の外壁に該本体外壁を加熱し得る本体外壁加熱用熱交換器を取り付けると共に、切換弁を介して上記触媒酸化後の高温ガスを上記本体外壁加熱用熱交換器に誘導し得る分岐管とを設け、上記高温ガスの熱により上記本体外壁加熱用熱交換器を介して上記本体外壁を加熱することにより該本体内の温度上昇を促進し得る構成としたものであることを特徴とする上記第１〜５の何れかに記載の廃棄物の炭化装置により構成される。
【００２８】
このように構成すると、本体内の廃棄物（紙オムツ等）の温度上昇を速めて炭化までの時間を短縮することが可能となる。
【００２９】
第７に、上記本体下部を上記スクリューコンベアに向かう下り傾斜面により構成すると共に、上記下り傾斜面の内面又は外面に当該下り傾斜面の加熱手段を設けたものであることを特徴とする請求項６記載の廃棄物の炭化装置により構成される。
【００３０】
上記下り傾斜面の加熱手段は、例えば板状ヒータやマイクロ波吸収体を上記傾斜面に設けることにより構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、使用済み紙オムツ等の廃棄物を火炎燃焼を伴わずにマイクロ波加熱で炭化することができ、また、加熱に伴って発生する熱分解ガス等を触媒酸化することにより無臭化、無害化することができ、不完全燃焼やダイオキシンの発生のおそれがない構造簡単な廃棄物の炭化装置を提供することができる。
【００３２】
また、熱分解ガス等を給気ファンからの給気と混合することにより希釈化する構成であるため爆発の危険のない安全な廃棄物の炭化装置を実現し得る。本体内に上記排気口からの空気が混入（逆流）することを防止して爆発が起こらないように構成している。
また、排気口から混合部までの経路中の発生ガスを給気空気により加熱することができ、これにより発生ガス中に含まれるタール分が固形化して誘導管内に付着堆積等することを防止することができる。
【００３３】
また、給気ファンの風量制御を効率的に行うことができ、小容量のファンにより効率的かつ構造簡単な炭化装置を実現し得る。
【００３４】
また、熱交換器において触媒酸化後の高温ガスの熱量を給気空気の昇温に利用することができ、触媒酸化後の高温ガスを有効に利用可能な炭化装置を実現し得る。
【００３５】
また、単一のスクリューコンベアにより炭化物の粉砕と排出を行うことができ、炭化装置の小型化を実現し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る廃棄物の炭化装置の構成を詳細に説明する。
【００３７】
図１において、１は廃棄物を加熱する本体であり、該本体１の材質はマイクロ波を反射するステンレス等の金属製であって全体として箱型に形成されている。尚、該本体１は円筒型に形成しても良い。この本体１の前面側上部にはパッキン等のガスシール性及び電波漏れ防止構造を持つ投入扉２を有する投入口２’が設けられており、上記前面側下部には同様にパッキン等のガスシール性及び電波漏れ防止構造を持つ排出扉２０を有する排出口２０’が設けられている。上記本体１は上記投入扉２及び排出口２０を閉じると密閉容器になり、加熱による発生ガスは本体１上部の本体排気口７から本体外に排気する。尚、上記排気口７は本体側面側上部に設けても良い。
【００３８】
３はマイクロ波発振器であり、該マイクロ波発振器３内のマグネトロンで発生したマイクロ波は、導波管４を通り、本体１上部に設置した供給口５から本体１内部へ照射される。上記供給口５には、マイクロ波が通過可能な耐熱性ガラス板５ａが設けられている。尚、本体１内にマイクロ波の定在波ができるのを防止するため、本体１内の天板下に、回転式電波散乱用アンテナ（図示せず）を設けても良い。上記加熱は誘電加熱の原理により、使用済み紙オムツ等の含水率が高い被加熱物（誘電体）自身が発熱体となる内部加熱方式であり、国内で一般的に使用されているマイクロ波発振周波数２４５０ＭＨｚにおいては水分のマイクロ波損失係数が大きく、紙オムツの高分子吸収材に吸収された水分をマイクロ波電力で効率良く直接加熱することができる。
【００３９】
上記本体１内部には、廃棄物としてポリエチレン製等のゴミ袋６に入れた使用済み紙オムツ６’が投入される。マイクロ波照射時には、上記投入扉２と、上記排出扉２０は閉じた状態とし、マイクロ波は使用済み紙オムツの被加熱物（水分等）に吸収され、その結果、紙オムツが発熱する。使用済み紙オムツは、上述のように通常は、複数個をポリエチレン等のゴミ袋６に入れ臭気が漏れない状態で投入する。上記紙オムツ６’は、特に紙オムツ内の高分子吸収剤に含まれる水分の誘電率が高いので、マイクロ波加熱により加熱初期に発熱し、ゴミ袋６は水蒸気の発生と温度上昇により一部が破れ、加熱が進むとゴミ袋６は縮み、紙オムツ６’はばらけた状態で乾燥を進める。
【００４０】
上記本体１外部の側面にはステンレス等の金属製の筐体からなる触媒筐体１５が設けられており、上記本体排気口７と触媒筐体入口１５ａとがガス誘導管（誘導管）１１により接続されている。このガス誘導管１１は上記排気口７から離間する方向（投入扉２方向）に直線的に所定距離延長し、該延長端部を上記触媒筐体１５方向に折曲して上記触媒筐体入口１５ａに接続されている。
【００４１】
マイクロ波加熱により本体１内で発生したガスは、上記本体１の上記排気口７を通り本体１から排気される。この本体排気口７は、目詰まりがしにくい直径３ｍｍ以上の孔を複数持つパンチングメタル板７ａにより閉鎖されており、該排気口７から本体１外部へのマイクロ波の電波漏れを防止している。
【００４２】
上記ガス誘導管１１には、その排気口７近傍の基端部から誘導管１１内部方向に該管１１の長手方向に沿って該誘導管１１より小径のヒータ管１０が挿入されており、これにより上記ガス誘導管１１と上記ヒータ管１０による複管構造が形成されている。このヒータ管１０内には、棒状ヒータ１０ａが該管１０に沿って挿入配置されている。このヒータ管１０は上記排気口７から上記誘導管１１内に導入されるガスを上記ヒータ管１０を介して加熱するためのものであり、該ヒータ管１０の先端部は後述のエジェクタ１２の位置まで延長され、該エジェクタ１２の環状排気口１２ｃ内に若干挿入されている。
【００４３】
上記触媒筐体１５の触媒筐体出口１５ｂには短管Ｔを介して熱交換器９の第１入口９ａが接続されており、該熱交換器９の上記第１入口９ａに対向する第１出口９ａ’にはガスを排気する煙道１７が接続されている。尚、煙道１７の先端は開放されており、排気ガスが該先端開放部より排気される。上記熱交換器９には上記第１入口９ａから第１出口９ａ’に向かう方向ａとは別の方向ｂに第２入口９ｂ及び第２出口９ｂ’が設けられており、上記第１入口９ａから第１出口９ａ’方向（矢印ａ方向）に流れる高温排出ガスと給気ファン８（後述）から第２入口９ｂを通って第２出口９ｂ’方向（矢印ｂ方向）に流れる空気流との間で熱交換し得るように構成されている。この熱交換器９は、例えば図１２に示す伝熱板９’を積層し、通路９ｃとめくら板９ｄで流路を直交する構成のプレート式熱交換器９により構成することができる。尚、触媒酸化部は触媒１５ｃの設置された触媒筐体１５により構成されている。
【００４４】
８は上記給気ファンであり、当該給気ファン８による給気（空気）を上記熱交換器９の第２入口９ｂに供給すべく該ファン８と上記熱交換器９の第２入口９ｂとが給気管８ａにて接続されている。また、上記第２出口９ｂ’から出る熱交換後の加熱空気を上記ヒータ管１０に導入するため上記第２出口９ｂ’と上記ヒータ管１０の基端部が給気管８ｂにて接続されている。従って、給気ファン８から熱交換器９に導入された空気は高温の排出ガスにて加熱され、高温空気となって上記第２出口９ｂ’から上記ヒータ管１０内に導入される。また上記排気ガスは、上記熱交換器９により上記空気により熱を奪われて温度が下がり、その後煙道１７を介して大気中に排気される。尚、上記給気管８ｂと上記ヒータ管１０により給気空気の供給管を構成している。
【００４５】
１２は上記誘導管１１の直線部分の先端部に設けたエジェクタであり、上記ヒータ管１０を介して導入される加熱空気の流路と上記誘導管１１から導入される発生ガスの流路とを各々絞って気体の流速を上昇させ、これによって動圧を高め上記排気口７から本体１内の発生ガスを吸引する機能を有するものである。また、上記加熱空気と上記発生ガスはこのエジェクタ１２の出側で混合希釈され、希釈された混合気として上記触媒筐体入口１５ａに流入していく。このエジェクタ１２の詳細を図３に示す。該エジェクタ１２は、中央に設けられた突出部１２ａと、該突出部１２ａの周縁に対向して設けられた環状突起１２ｂとの間に環状排出口１２ｃが設けられており、当該エジェクタ１２によりヒータ管１０を流れてくる加熱空気と上記誘導管１１を流れてくる発生ガスが当該エジェクタ１２の出口側で混合される。尚、エジェクタ１２の出口近傍における上記発生ガスと加熱空気との混合部分を以下混合部１３という。
【００４６】
上記触媒筐体１５内の触媒１５ｃの入口直前部分である触媒入口１４に入る混合ガスの濃度は、発生ガスと空気との混合濃度が燃焼の生じない爆発下限値の半分以下になるように希釈化する必要がある。そのため、上記給気ファン８で給気した空気と、上記本体１内にてマイクロ波加熱の過程で発生したガスとを、上記エジェクタ１２の直後の上記混合部１３において混合して発生ガスを希釈する。混合ガス濃度の調整は、給気ファン８の空気量の調整により行う。上記触媒入口１４での混合ガス温度は、例えば３５０℃になるように触媒入口温度センサー２４の温度データで、上記ヒータ１０ａの出力を制御する。図１の誘導管１１は２重管構造になっており、内側のヒータ管１０内にはヒータ１０ａにより昇温した空気が流れ、外側の誘導管１１内には本体１からの発生ガスが流れる構造であり、エジェクタ１２で流路を絞り空気の流速を上昇させ空気の動圧を高めることで上記本体１内の静圧を下げ（ベルヌーイの定理の利用）、該本体１内の発生ガスを誘導管１１方向に吸引する構造である。本体１内の発生ガスの静圧は、給気量が変化しても大気圧近傍（＋３０ｍｍＡｑ〜−３０ｍｍＡｑ）程度に調整する。
【００４７】
また、上記マイクロ波加熱により本体１内で発生する熱分解ガスの温度が２５０℃以上になった状態で、本体１内に給気ファン８からの空気が排気口７から混入（逆流）すると本体１内で爆発の危険性がある。そこで、上記本体排気口７と給気外気との混合部１３との距離、即ち加熱管１１の上記排気管７から上記混合部１３までの距離を所定距離（例えば２０ｃｍ以上）設けた構造にする。これにより、本体１内に上記排気口７からの空気が混入（逆流）することを防止して上記爆発が起こらないように構成している。
【００４８】
また、使用済み紙オムツ６’の加熱により発生するガスは、投入重量に対して数％のタール分を持ち、発生ガスが１００℃程度に冷えた場合、タールが固化して誘導管１１内側に堆積するおそれがある。これを防止するため、給気ファン８で給気した給気空気を熱交換器９とヒータ１０ａで昇温し、その昇温空気をヒータ管１０内に通して、その昇温空気で本体排気口７と上記混合部１３との間の上記ガス誘導管１１内の発生ガスを加熱する構造としている。これにより、上記ガス誘導管１１内での上記タールの堆積を防止し得る。
【００４９】
上記触媒筐体１５には導入されるガスを酸化するための触媒１５ｃが設置されている。この触媒１５ｃは複数のハニカム状の透孔が幅方向（筐体入口１５ａから筐体出口１５ｂ方向）に形成された構造を有しており、触媒活性成分の材質は白金、又はパラジウム、又は白金とパラジウムの混合材料等により構成される。尚、上記触媒１５ｃの出口部分を触媒出口１６とする。上記触媒筐体１５の入口１５ａには複数の小孔の貫設されたバッフル板２３がガスの入力方向に直交する方向に支持ボルト２３ａ、２３ａにより設置されている（図４参照）。このバッフル板２３を設けることにより、上記混合部１３を通過した混合ガスを、ハニカム形状の上記触媒１５ｃへ均一に流すことができ、また混合ガス中の粉塵等の固形物を当該板２３に衝突させて下方に堆積させ、これにより粉塵等の固形物の上記触媒１５ｃ内への混入を防止し得る。この触媒１５ｃにて、混合ガス（水蒸気、一酸化炭素、水素、アンモニア、炭化水素類、揮発性有機化合物等）は酸化され、二酸化炭素と水と窒素酸化物等になり、触媒出口１６を通り、熱交換器９で給気に熱を与える熱交換をして温度が下がり、煙道１７より大気へ放出される。
【００５０】
２７は分岐管（分岐通路）であり、その一端は上記給気ファン８と上記熱交換器９の第２入口９ｂとの間の給気管８ａに接続され、他端（先端）の分岐通路出口２２は上記触媒筐体１５の触媒筐体入口１５ａに上記ガスの流れに沿って空気を供給し得るように上記誘導管１１に平行に接続されている。
【００５１】
２１は当該分岐管２７に設けられた開閉弁である。上記触媒出口１６の温度が所定温度以上（例えば７５０℃以上）になると、触媒の性能維持（主に熱劣化防止）のため、触媒出口１６の温度を低下させる必要がある。このためには、上記本体１内における発生ガス量を減少させて触媒１５ｃの発熱量を抑える方法がある。この際、マイクロ波発振器３の出力を低下させることにより発生ガス量を低下させることが考えられるが、マイクロ波出力を低下させると炭化までの全体の加熱時間が長くなるという問題がある。また、給気量を増大させて触媒出口１６の温度を下げることもできるが、そのためには大容量の給気ファンが必要となる。
【００５２】
そこで、これらの問題解決のため、上記分岐通路２７を設け、当該分解通路２７の先端部の出口２２を、上記触媒筐体入口１５ａに接続された誘導管１１に接続する。そして、触媒出口１６付近に設けた温度センター２５により触媒出口１６の温度が所定高温温度以上（例えば７５０℃以上）の場合には、上記開閉弁２１を開いて給気ファン８で給気する外気空気の一部を、分岐通路２７に分流させ、上記触媒筐体入口１５ａにて混合ガスと合流させる構造とすることにより、触媒入口温度を所定の温度以下に抑制する。これにより、マイクロ波出力を低下させずに触媒出口１６の温度を所定高温温度以下にすることができる（図６区間（ロ）’等）。
【００５３】
分岐通路２７の分岐通路出口２２の接続部の向きは、混合ガスの流れに沿って誘導管１１に平行に下流方向に向けるか（図１の通路出口２２の向き）、図１０又は図１１の分岐通路出口２２’のように流路断面が大きい触媒筐体入口１５ａに接続すれば，本体１内の静圧の変化は少ない。しかし、分岐通路２７の出口を図１１の分岐通路出口２２”のように混合ガスの流れに対して例えば垂直に接合すると、混合ガスの静圧は上昇して本体１内静圧が上昇し、これにより本体１内のガスの発生量を抑えて触媒出口１６の温度を低下させることも可能である。
【００５４】
図２は本体の正面から見た位置関係図であり、本体１内の底部には紙オムツ６’の炭化物の破砕と排出を兼ねたスクリューコンベア１８を本体下部前後両端で軸支し、一端の本体１外側には排出出口２０’を設け、他端の本体１外側には正逆駆動モータ（駆動手段）１９を設けている。
【００５５】
本体１内の下部には、炭化物がスクリューコンベア１８に集まるように該スクリューコンベア１８に向けて下り傾斜面となるような左右両側傾斜板３０、３０が、上記スクリューコンベア１８の回転軸の両側に設置されている（図２）。回転する当該スクリューコンベア１８と本体底面１’及び上記傾斜板３０との間は、マイクロ波による放電が生じない程度の間隙が設けられている。上記左右両側傾斜板３０，３０と本体１との接続構造は、本体１内で加熱の過程で発生したガスが左右両側傾斜板３０，３０の外部の空間Ｓには漏れない様に、密閉構造とされている。
【００５６】
２８は冷却ファンであり、マイクロ波照射が停止して所定時間経過後、外気を当該冷却ファン２８で冷却空気入口２９、２９から上記空間Ｓ内に送風し、上記左右両側傾斜板３０，３０等の金属板を介して上記本体１外部から該本体１内部を冷却し得る構造となっている。
【００５７】
また図２に示すように、上記金属製本体１の底部の左右両側傾斜板３０、３０の外側に板状ヒータ３７を取り付け、上記左右両側傾斜板３０，３０の内側には炭化珪素発熱体等のマイクロ波吸収体３６を取り付ける。かかるヒータ３７とマイクロ波吸収体３６は両方取り付けても良いが、何れか一方でも良い。マイクロ波は金属製本体１の内側壁面で反射を繰り返すが、金属製壁面の近傍１．５ｃｍ程度（マイクロ波波長は１２ｃｍの場合）では、マイクロ波が反射して被加熱物（紙オムツ６’）を加熱できないので、紙オムツ６’が炭化せずに上記傾斜板３０，３０の内側金属面に付着することがある。このため、上記ヒータ３７を設けて上記傾斜板３０，３０を加熱するか、或いはマイクロ波吸収体３６により上記傾斜板３０，３０を加熱することにより、上記付着を防止して上記傾斜板３０，３０近傍の紙オムツ６’の炭化を促進するものである。
【００５８】
次に図５に基づいて本発明の電気的構成を説明する。本発明の炭化装置は所定の動作手順の記憶されたシーケンサー等の制御部４０を有しており、当該制御部４０は入力部に接続された各種機器から得られるデータに基づいて、図７から図９に示す動作手順に基づいて、出力部に接続された被制御機器を順次制御する。上記制御部４０の入力部には、触媒入口に設けられた温度センサー２４、触媒出口に設けられた温度センサー２５、本体１内の温度を検出し得る温度センサー２６、及び各種機器の制御時間を設定し得るタイマーＴＭが接続されている。上記制御部４０の出力部には、マイクロ波発振器３、上記給気ファン８及びそのファンの回転数を制御し得るインバータ８ａ、上記冷却ファン２８及びそのファンの回転数を制御し得るインバータ２８ａ、上記スクリューコンベヤ１８を制御するための正逆駆動モータ１９、上記ヒータ１０ａ及び上記開閉弁２１が接続されている。上記制御部４０の動作は以下の動作説明により明らかにする。
【００５９】
本発明は上述のように構成されるものであり、次に本発明装置の動作を説明する。
【００６０】
まず、投入扉２を開けて本体１内にポリエチレン製のゴミ袋６に入れられた使用済紙オムツ６’を投入する。その後、投入扉２を閉めて自動運転をスタートする（図７Ｓ１）。
【００６１】
制御部４０は給気ファン８をインバータ８ａを介して低速運転し（図６の風量（１）参照）、かつヒータ１０ａをオンする（図７Ｓ２）。その後、制御部４０はタイマーＴＭからの計時信号をカウントし、２０分の経過を判断する（図７Ｓ３）。上記制御部４０は２０分経過したことを検出すると、マイクロ波発振器３の運転を開始し、紙オムツ６’の加熱を開始する（図７Ｓ４）。尚、上記制御部４０は常時本体１の温度センサー２６の温度を監視している（図７Ｓ５’）。
【００６２】
使用済み紙オムツ６’は一般に重量で５０％以上の水分を持つため、マイクロ波加熱を開始すると（図７Ｓ４）、本体１内に発生するガスはアンモニア臭を含んだ水蒸気成分が多いガスであり、水分蒸発が主であるため本体１庫内温度は約１００〜１５０℃の範囲で横ばい状態（図６の（イ）区間）となる。この水蒸気成分の多い発生ガスは上記排気口７からガス誘導管１１内に導入され、ヒータ管１０により加熱されると共にエジェクタ１２を介して混合部１３にて給気空気と混合希釈され、触媒筐体入口１５ａを介して触媒１５に導入される。
【００６３】
このとき、制御部４０は触媒入口１４の温度が約３５０℃程度になるように、ヒータ１０ａの通電を制御する。上記発生ガスは触媒１５により酸化されて臭気等が除去された後、触媒出口１６から熱交換器９に導入され、熱交換後に煙道１７から排気される。この段階（図６の区間（イ））においては発生ガスは水蒸気が主であるため触媒酸化による発熱量は少なく、触媒入口１４と触媒出口１６の温度差は小さいので、制御部４０はインバータ８ａにより給気ファン８の風量を低風量（図６の風量（１））に設定する。
【００６４】
その後、マイクロ波による加熱が進むと、発生ガス中の水蒸気成分に対して一酸化炭素、水素、アンモニア、炭化水素類、メタンやエタン等を含む熱分解ガスが増加して行き、これに伴って触媒酸化による発熱量も増加して触媒出口１６の温度が増加して行く（図６中（ロ）区間）。そして制御部４０は触媒出口１６の温度センサー２５の温度が４５０℃以上になったことを検出すると、給気ファン８の回転数をインバータ８ａを介して増加させ、当該ファン８の中速運転を開始する（図７Ｓ５、Ｓ６、図６の風量（２）参照）。  
【００６５】
さらに、加熱を進めると発生ガス中の水蒸気成分に対して熱分解ガスが増える状態（図６の区間（ロ）)になり、触媒酸化による発熱量がさらに増加していくため、熱分解ガスの濃度を爆発下限値の半分の濃度にすべく、給気ファン８による給気量をさらに増加する制御を行なう。即ち、制御部４０は上記触媒出口１６の温度が６００℃以上になったことを検出すると、給気ファン８の回転数をインバータ８ａを介してさらに増加させ、当該ファン８の高速運転を開始する（図７Ｓ７、Ｓ８、図６風量（３）参照）。かかる状態においては、加熱分解ガスは、上記排気口７から誘導管１１に導入され、上記ヒータ管１０により加熱されると共にエジェクタ１２において経路を絞り込まれて流速を増し、混合部１３において給気空気と混合されて爆発下限値以下に希釈化される。
【００６６】
この希釈化された熱分解ガスは上記触媒筐体入口１５ａを介して上記触媒１５ｃを通過して触媒酸化され、無害化、無臭化される。この時点において、これらの触媒酸化後のガス温度は約５００℃〜６００℃であり、このガスは熱交換器９において給気ファン８からの給気に熱を奪われて温度が低下し、煙道１７から排出されていく。一方、上記給気ファン８から熱交換器９に導入された空気は５００℃〜６００℃の排気ガスにより加熱され、上記ヒータ管１０に導入され、触媒入口温度（温度センサー２４の検出温度）が所定温度（例えば３５０℃）以下であれば、ヒータ１０ａによりさらに加熱された後、エジェクタ１２において経路が絞り込まれて流速を増し、該エジェクタ１２から排出する。よって、上記熱分解ガスと上記高温空気は上記混合部１３により混合され、熱分解ガスは爆発下限値以下に希釈され、触媒筐体１５に筐体入口１５ａから導入されていく。上記加熱分解ガスは上記触媒１５ｃを通過して触媒酸化され、熱交換器９を介して排気されていく（図６区間（ロ））。
【００６７】
上記区間（ロ）において、制御部４０は、触媒出口１６の出口温度が７５０℃以上になったことを検出すると、開閉弁２１を開いて給気ファン８からの加熱されていない空気を分岐通路２７を介して触媒入口１５ａに導入する（図７Ｓ９、Ｓ１０）。すると、触媒筐体入口１５ａにおいて混合ガスに上記非加熱空気が混合され、希釈されると共に触媒入口１４での混合ガスの温度が低下し、これにより触媒出口１６の温度が急激に低下する（図６「分岐通路弁開」の区間（ロ）’参照、図７Ｓ１１）。これにより、マイクロ波発振器３の出力を低下させることなく、触媒出口１６の温度を低下させ、触媒の性能を維持することができる。尚、分岐通路開閉弁２１を開く制御は、触媒入口温度が所定温度付近に低下するまで開くか、ＯＮ−ＯＦＦ制御を繰り返すか（図７Ｓ１２からＳ９）、出口温度センサー２５の温度に応じて調整する制御か、いずれも可能である。
【００６８】
触媒出口１６の温度が高くなると、上記熱交換器９での給気への熱交換熱量が増し、触媒入口温度（温度センサー２４の検出温度）が所定温度以上であれば、ヒータ１０ａの通電が不要となり、さらに触媒入口１４の温度は所定温度以上となり、誘導管１１において発生ガスは熱交換器９での昇温空気のみで加熱される。
【００６９】
その後、制御部４０は上記給気ファン８の高速回転を維持したまま、運転を継続し（図７Ｓ１２）、その間、制御部４０は常時本体１内の温度センサー２６により本体１内の温度を監視している（図７Ｓ１２’、Ｓ５’）。そして、本体庫内温度が約３００℃以上（図２中区間（ハ））になると、炭化が進んで熱分解ガスの発生量と発熱量が低下して、触媒出口１６の温度は下がるため、それに伴い給気ファン８の風量も少なくする制御を行う（図６中区間（ハ）、風量（４）参照、図７Ｓ１２）。制御部４０は本体１内の上記温度センサー２６からの温度データに基づいて本体１内温度が４００℃以上に達したことを検出すると（図７Ｓ１２’又は図７Ｓ５’）、本体１内の紙オムツ６’の炭化が終了したと判断し、マイクロ波照射を停止する（図７Ｓ６’）。
【００７０】
さらに制御部４０は、インバータ８ａを介して給気ファン８の風量を発生ガス量と発熱量に対応して低下させ、以降タイマーＴＭからの計時信号に基づいて約３０分の蒸らしを行う（図８Ｓ１３、Ｓ１４）。
【００７１】
マイクロ波照射を停止すると、発生ガス量は極端に少なくなるが、紙オムツ６’自身の温度が高いためガスは発生し続け、上記触媒入口１４の温度を所定温度に維持しながら、上記触媒出口１６の温度が高温にならない程度に給気ファン８の風量を低風量付近で運転する（図８Ｓ１３、Ｓ１４）。
【００７２】
上記給気ファン８の風量は段階的でなく、触媒入口、出口、庫内温度、給気量弁等の入力に対して、無段階的（リニア）に変化させてもよい。また、各設定温度とタイマー時間は固定でなく、廃棄物の内容、量及び触媒の種類により適時変更する。
【００７３】
マイクロ波加熱終了時の上記本体１内の温度を高くすれば、紙オムツ６’の減量率（炭化後の重量／初期重量）は小さくなる。マイクロ波照射の終了の条件は、本体庫内温度センサー２６の温度が４００℃以上になったことに基づいて行われるが（図７Ｓ１２’、Ｓ５’、Ｓ６’）、上記本体内温度センサー２６の温度と上記触媒出口センサー２５の温度変化（温度の低下）の両方を検出したときに、マイクロ波照射終了するように設定することもできる。尚、マイクロ波照射終了を、上記区間（ロ）内の例えば庫内温度２００℃以下の炭化が行われる以前のタイミングで行えば、紙オムツは炭化に至らず乾燥状態にとどめることが可能である。
【００７４】
次に、制御部４０は上記蒸らしが終了したと判断すると、強制冷却ファン２８を約３０分間駆動して、本体１内を強制的に冷却する（図８Ｓ１５）。
【００７５】
その後、制御部４０は、給気ファン８を停止し、ヒータ１０ａへの通電も停止する（図８Ｓ１６）。そして、正逆回転モータ１９を駆動してスクリューコンベア１８を逆転（又は正転）させ、紙おむつ６’の炭化物を粉砕する（図８Ｓ１７）。即ち、庫内の温度を所定温度以下に温度低下させた後、スクリューコンベア１８を逆転し炭化物をモータ１９側へ送り、本体壁へ押し付け一定時間破砕し続ける。また、本体壁に押し付けず、スクリューコンベア１８の螺旋方向をモータ１９側と排出口２０’側とで逆方向（右（左）方向螺旋と左（右）方向螺旋）とし、コンベア１８中央近傍で炭化物同士を衝突させ、押しつぶして破砕する方法も考えられる。その後、自動運転が終了する（図８Ｓ１８）。その後、操作者が排出扉２０を開いて、自動排出スイッチを押すとスクリューコンベア１８が正転（又は逆転）し、破砕した炭化物を排出口２０’から排出する（図９Ｓ１９からＳ２２）。
【００７６】
尚、マイクロ波加熱時に、粉塵が舞わない程度に、スクリューコンベア１８を短時間または間欠で回転することも考えられる。
【００７７】
次に、本発明の他の実施形態を図１０、図１１に基づいて説明する。尚、図１０、図１１において、上記実施形態と同一部分には同一符号を付して便宜上その説明を省略する。
【００７８】
図１０は本体１の外側側面金属板に、複数のフィン３３を取付けた本体外壁取付用熱交換器（本体外壁加熱用熱交換器）３２を接触状態で固設し、触媒出口１６の温度が本体１庫内温度より高い場合、酸化ガス流切換弁３１で分岐管３８を介して触媒酸化後のガスの一部又は全部を上記本体外壁取付用熱交換器３２側に切換え、上記外壁取付用熱交換器３２のフィン３３を加熱し本体１の壁面を通じて本体１内に熱伝達し、本体１内の温度を昇温するシステムである。上記本体側壁取付用熱交換器３２で熱交換した排気ガスは、熱交換器９の前で熱交換前弁３４を通り合流するか、熱交換後弁３５を通り熱交換器９の後に合流させる。このような構成とすることにより、本体１内の紙オムツ６’の温度上昇を速めて該紙オムツの炭化に要する時間を短縮することが可能となる。給気ファン８は煙道１７の符号８’の位置に取り付けて当該ファン（８’）にて強制排気することも可能である。
【００７９】
ヒータと混合部は、図１１の例のような構成も考えられる。即ち、熱交換器９の第２出口９ｂ’に接続された給気管８ｂをガス誘導管１１に接続し、該給気管８ｂ内に給気空気を加熱するヒータ１０ａ’を設ける。また、本体排気口７から上記ガス誘導管１１に小径誘導管１１’を接続し、上記ガス誘導管１１内における当該誘導管１１’の端部にエジェクタ１２’を設け、該エジェクタ１２’の出側に発生ガスと給気空気の混合部１３’を設ける。このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、当該実施形態においては給気管８ｂにより供給管が構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る廃棄物の炭化装置の側面断面図である。
【図２】同上装置の正面図である。
【図３】（イ）は同上装置のエジェクタの正面図、（ロ）は同上エジェクタの側面断面である。
【図４】同上装置の触媒筐体入口近傍の側面断面図である。
【図５】同上装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】同上装置の加熱の過程における加熱時間と各部温度との関係、加熱温度と風量との関係を示す図である。
【図７】同上装置の制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図８】同上装置の制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図９】同上装置の制御部の動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】同上装置の他の実施形態を示す同上装置の側面断面図である。
【図１１】同上装置の他の実施形態を示す同上装置の側面断面図である。
【図１２】同上装置に利用し得る熱交換器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    本体
３    マイクロ波発振器
６’  紙オムツ
７    排気口
８    給気ファン
８ｂ  給気管
９    熱交換器
１０  ヒータ管
１０ａ  ヒータ
１１  ガス誘導管
１２  エジェクタ
１３  混合部
１５  触媒筐体
１５ａ  触媒筐体入口
１６  触媒出口
１７  煙道
１８  スクリューコンベア
１９  正逆回転モータ
２０’  排出口
２５  触媒出口温度センサー
２６  本体温度センサー
２１  開閉弁
２２  分岐部通路先端
２７  分岐管
３０  左右両側傾斜板
３１  切換弁
３２  本体外壁加熱用交換器
３６  マイクロ波吸収体
３７  傾斜板用ヒータ
３８  分岐管
【図１】
0004564443.tif 000002
【図２】
0004564443.tif 000003
【図３】
0004564443.tif 000004
【図４】
0004564443.tif 000005
【図５】
0004564443.tif 000006
【図６】
0004564443.tif 000007
【図７】
0004564443.tif 000008
【図８】
0004564443.tif 000009
【図９】
0004564443.tif 000010
【図１０】
0004564443.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004564443.tif 000013