(57)【要約】【課題】外部から加わる熱を投入された有機物処理材料に効率よく伝達でき、また、熱分解ガスや残渣の排出部分における目詰まりが生じ難く、連続処理が可能な熱分解処理装置を提供する。【解決手段】良熱伝導材による内筒１２、この内筒１２の外周を、加熱空間１６を介して覆う外筒１３から成る熱分解炉１１を有する。この内筒１２内には多数のセラミックボール１９が設けられ、内筒１２の一端側から投入された有機物処理材料を加熱空間１６の熱により加熱し熱分解して熱分解ガスと残渣とを生成する。また、内筒１２の他端部を覆う生成物排出部材３１にはスリット３２が複数形成され、これらスリット３２を通して内筒１２内で生成された熱分解ガス及び熱分解残渣を排出部筐体３３内に排出する。さらに、この筐体３３内から熱分解ガス排出装置３５により熱分解ガスを外部に排出させ、残渣排出装置３６により熱分解残渣を外部に排出させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
良熱伝導材により円筒状に形成されその軸芯を中心に回転駆動される内筒、及びこの内筒の外周を加熱空間を介して覆い、この加熱空間内に加熱ガスが供給される外筒を有する熱分解炉と、
前記内筒の一端側に連結されこの内筒内に有機物処理材料を外気と遮断した状態で投入する材料投入装置と、
前記内筒内に設けられた多数のセラミックボールと、
前記内筒の他端部を覆うように設置され、前記セラミックボールの外径より小さな幅寸法のスリットが複数形成され、これらスリットを通して内筒内で生成された熱分解ガス及び熱分解残渣を排出させる生成物排出部材と、
この生成物排出部材を含む前記内筒の他端部を包囲して外気と遮断する排出部筐体と、
この排出部筐体に設けられ、前記熱分解ガスを外部に排出させる熱分解ガス排出装置、及び熱分解残渣を外部に排出させる残渣排出装置と、
を備えたことを特徴とする熱分解処理装置。
【請求項２】
生成物排出部材に形成された各スリットには、内筒の回転により前記スリット内を移動して、スリット内の付着物を掻き落とす掻き落とし部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の熱分解処理装置。
【請求項３】
内筒内には、その内部空間を軸線方向に対し複数区間に区分するリング状の区分材を設け、各区間内のセラミックボールの流出を防止するように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱分解処理装置。
【請求項４】
熱分解炉の内筒と外筒との間に形成された加熱空間を、それらの軸線方向に対して複数区間に区分し、それらの加熱温度を、材料が投入される一端側に近い区間ほど低く、生成物が排出される他端側に近い区間ほど高く設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱分解処理装置。
【請求項５】
区分された各加熱空間の温度を、熱分解炉に投入される有機物処理材料の温度と、熱分解炉から排出された残渣の温度とから、予め設定した関係で決定し制御する加熱温度制御手段を有することを特徴とする請求項４に記載の熱分解処理装置
【請求項６】
熱分解ガス排出装置は、一端が排出部筐体を貫通してその内部に連通する管体を有し、この管体内に、管体内面への付着物を掻き落とす掻き落とし機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の熱分解処理装置。
【請求項７】
掻き落とし機構は、管体の軸芯を中心として螺旋状に形成された螺旋リング状の掻き落とし体と、この掻き落とし体を、前記軸芯を中心として回転させる回転駆動機構と、前記螺旋リング状掻き落とし体のリング内周と接する掻き取り棒とで構成されることを特徴とする請求項６に記載の熱分解処理装置。
【請求項８】
残渣排出装置に入口側が連結した残渣冷却装置と、
この残渣冷却装置の排出側に一端が連結された残渣回収管に２個のバルブを直列に設け、これら２個のバルブを交互に開閉させて、外気の侵入を防止しながら残渣を排出させる残渣回収装置と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の熱分解処理装置。
【請求項９】
残渣回収装置は、
残渣回収管に設けられた２つのバルブのうち、上流側となる一方のバルブの上流側管路に設けられた温度センサーと、
この温度センサーの検出温度がある規定値以上になると、前記２つのバルブのうち下流側のバルブを閉じ、上流側のバルブを開き、所定時間後上流側バルブを閉じ、その後下流側バルブを開く一連の動作を実行させる制御機能を有する制御手段と
を備えていることを特徴とする請求項８に記載の熱分解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスや廃プラスチックなどの有機物処理材料を熱分解炉内で熱分解処理する熱分解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多量に排出されるごみに対し、所定の処理を施して資源として回収する各種の手法が提案されている。その一例として、バイオマス（木材、汚泥、家畜糞尿、生ごみ等）や廃プラスチック等の有機物処理材料を熱分解処理して、熱分解ガスと熱分解残渣とを生成し、熱分解ガスは凝縮することにより熱分解油として回収し、残渣は所定の処理を施すことにより炭化物などとして回収することが考えられている。この中でも、有機物処理材料として廃プラスチックを用いると、高効率で熱分解油を回収できるので、このような廃プラスチックを油化処理する装置に関して多くの提案がなされている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開２０００−１６７８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような熱分解処理装置では、投入された有機物処理材料を、低酸素状態を保って効率良く加熱でき、しかも、連続処理できることが好ましい。また、熱分解ガスや熱分解残渣を外部に排出する部分では多くの粉塵や油成分が通過するので目詰まりが生じやすい。
【０００４】
本発明の目的は、外部から加わる熱を投入された有機物処理材料に効率よく伝達でき、また、熱分解ガスや残渣の排出部分における目詰まりが生じ難く、連続処理が可能な熱分解処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の熱分解処理装置は、良熱伝導材により円筒状に形成されその軸芯を中心に回転駆動される内筒、及びこの内筒の外周を加熱空間を介して覆い、この加熱空間内に加熱ガスが供給される外筒を有する熱分解炉と、前記内筒の一端側に連結されこの内筒内に有機物処理材料を外気と遮断した状態で投入する材料投入装置と、前記内筒内に設けられた多数のセラミックボールと、前記内筒の他端部を覆うように設置され、前記セラミックボールの外径より小さな幅寸法のスリットが複数形成され、これらスリットを通して内筒内で生成された熱分解ガス及び熱分解残渣を排出させる生成物排出部材と、この生成物排出部材を含む前記内筒の他端部を包囲して外気と遮断する排出部筐体と、この排出部筐体に設けられ、前記熱分解ガスを外部に排出させる熱分解ガス排出装置、及び熱分解残渣を外部に排出させる残渣排出装置とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明では、生成物排出部材に形成された各スリットには、内筒の回転により前記スリット内を移動して、スリット内の付着物を掻き落とす掻き落とし部材を設けている。
【０００７】
また、本発明では、内筒内には、その内部空間を軸線方向に対し複数区間に区分するリング状の区分材を設け、各区間内のセラミックボールの流出を防止するとよい。
【０００８】
また、本発明では、熱分解炉の内筒と外筒との間に形成された加熱空間を、それらの軸線方向に対して複数区間に区分し、それらの加熱温度を、材料が投入される一端側に近い区間ほど低く、生成物が排出される他端側に近い区間ほど高く設定してもよい。
【０００９】
また、本発明では、区分された各加熱空間の温度を、熱分解炉に投入される有機物処理材料の温度と、熱分解炉から排出された残渣の温度とから、予め設定した関係で決定し制御する加熱温度制御手段を有するとよい。
【００１０】
また、本発明では、熱分解ガス排出装置は、一端が排出部筐体を貫通してその内部に連通する管体を有し、この管体内に、管体内面への付着物を掻き落とす掻き落とし機構を設けている。
【００１１】
また、本発明では、掻き落とし機構は、管体の軸芯を中心として螺旋状に形成された螺旋リング状の掻き落とし体と、この掻き落とし体を、前記軸芯を中心として回転させる回転駆動機構と、前記螺旋リング状掻き落とし体のリング内周と接する掻き取り棒とで構成するとよい。
【００１２】
また、本発明では、残渣排出装置に入口側が連結した残渣冷却装置と、この残渣冷却装置の排出側に一端が連結された残渣回収管に２個のバルブを直列に設け、これら２個のバルブを交互に開閉させて、外気の侵入を防止しながら残渣を排出させる残渣回収装置と  をさらに備えた構成でもよい。
【００１３】
さらに、本発明では、残渣回収装置は、残渣回収管に設けられた２つのバルブのうち、上流側となる一方のバルブの上流側管路に設けられた温度センサーと、この温度センサーの検出温度がある規定値以上になると、前記２つのバルブのうち下流側のバルブを閉じ、上流側のバルブを開き、所定時間後上流側バルブを閉じ、その後下流側バルブを開く一連の動作を実行させる制御機能を有する制御手段とを有する構成でもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、２重円筒構成の熱分解炉を用い、その中に多数のセラミックボールを設けたことにより、投入された有機物処理材料に対する熱伝達が効率的に行われる。また、生成された熱分解ガスや残渣の排出部分には付着物の除去機能を持たせたことにより目詰まりの発生を防止できる。さらに、連続処理により処理効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による熱分解処理装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図1は熱分解処理装置の主体となる熱分解炉１１の構成を示している。この熱分解炉１１は、内筒１２及び外筒１３からなる２重円筒構造となっている。内筒１２は外部に設けられた駆動機構１４により、その軸芯を中心として回転駆動される。この内筒１２内には、その一端（図示左端）に設けられた、詳細を後述する材料投入装置１５により有機物処理材料（以下、廃プラスチックとして説明する）が低酸素状態を保って投入される。
【００１７】
ここで、内筒１２は熱伝導性に優れた、例えば、ステンレスなどにより造られ、また、外筒１３は耐火性及び断熱性に優れたセラミック材などによって造られる。これら内筒１２と外筒１３との間は加熱用ジャケット１６として用いられる。この加熱用ジャケット１６内には、図示しない大形バーナによる加熱装置により、高温の加熱ガスが供給される。すなわち、外筒１３には熱風入口１７及び熱風出口１８が形成され、これらは上述した大形バーナと連結して熱風循環路を構成し、加熱ジャケット１６内に高温ガスを供給している。
【００１８】
ここで、加熱ジャケット１６内は、図２で示すように、複数の熱風入口１７及び熱風出口１８に対応して、複数区間１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃに区分されており、各区分に供給される熱風風量を変えることによりそれらの加熱温度に温度勾配を持たせる。すなわち、熱分解炉１１の内筒１２と外筒１３との間に形成された加熱空間（加熱用ジャケット）１６を、それらの軸線方向に対して複数区間１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃに区分し、それらの加熱温度を、材料が投入される図示左端側に近い区間ほど低く、生成物が排出される図示右端側に近い区間ほど高く設定する。
【００１９】
内筒１２内には、多数のセラミックボール１９が設けられている。このセラミックボール１９は、投入された廃プラスチックと混合接触し、加熱ジャケット１６から内筒１２に加えられた熱を廃プラスチックに効率よく伝達して、廃プラスチックの熱分解を促進し、効率化をはかっている。また、この内筒１２内は環状の仕切り部材２０により、軸方向に沿って複数区画に区分されており、セラミックボール１９が軸方向に流出しないように構成している。
【００２０】
したがって、熱分解炉１１の内筒１２に連続投入される廃プラスチックは、内筒１２の回転によりセラミックボール１９と混合接触し、図示右方に移動しながら加熱ジャケットからの熱により加熱されて熱分解され、熱分解ガスと残渣とを生成する。
【００２１】
前述した材料投入装置１５は、図１で示すように、外皮部材となる筒体２５を有し、この筒体２５内にスクリューフィーダ２６を設けている。このスクリューフィーダ２６は、２本のスクリューを互いに噛み合うように平行配置したもので、外部に設けられた駆動装置２７により回転駆動される。この材料投入装置１５の一端（図示右端）側は熱分解炉１１を貫通して内筒１２内部に突出している。また、この材料投入装置１５は、その他端（図示左端）側に材料入口２８が設けられており、図４で示すように、材料ホッパー２９と連結し、材料ホッパー２９から廃プラスチックの供給を受け、これを熱分解炉１１の内筒１２内に投入する。そして、これ以外の熱分解炉１１外の部分は、外気に対して気密に構成されている。
【００２２】
ここで、投入される廃プラスチックとしては、造粒処理されたものが好ましい。すなわち、造粒処理により廃プラスチックの嵩密度を高めることにより熱分解処理効率を高めることができる。
【００２３】
前記内筒１２の図示右端部には、その端面を覆うように生成物排出部材３１が設置されている。この生成物排出部材３１は板状を成し、その板面には、図３及び図５で示すように、複数のスリット３２が複数形成されている。このスリット３２の幅寸法は前記セラミックボール１９の外径より小さく設定し、このスリット３２からセラミックボール１９が排出されないように構成している。これらスリット３２は、内筒１２内で生成された熱分解ガス及び熱分解残渣の排出に用いられる。なお、図５中、３１ａは残渣掻き集め部材で、内筒１２の回転に伴い、内筒１２内の残渣を、スリット３２に向けて掻き集めるものである。
【００２４】
熱分解炉１１の図示右端部には、生成物排出部材３１で覆われた内筒１２の他端部を包囲して外気と遮断する排出部筐体３３が設けられる。この排出部筐体３３の上部には、熱分解ガスを外部に排出させる熱分解ガス排出装置３５が設けられ、また、下部には、熱分解残渣を外部に排出させる残渣排出装置３６が設けられている。
【００２５】
熱分解ガス排出装置３５は、内筒１２内で発生し、スリット３２を通って排出部筐体３３内に入った熱分解ガスを外部に導出して、図示しないガスエジェクタに供給する。そして、このガスエジェクタにより熱分解ガスは凝縮され、回収油となって図示しない貯留タンクに送られる。また、排出部筐体３３の下部に設けられた残渣排出装置３６は、内筒１２内で発生し、スリット３２を通って排出部筐体３３内に入った粉末状の残渣を外部に排出させる。
【００２６】
このように構成された熱分解炉１１は、図４で示すように、架台３８上に設置されている。この架台３８の下部には、残渣冷却装置３９及び冷却された残渣を回収する残渣回収装置４０が設けられる。残渣冷却装置３９は、図示左斜め上方に向って配置されたスクリュウコンベア状のもので、その図示右下端が残渣取入れ部となる。この残渣取入れ部は、上部に位置する残渣排出装置３６と排出管４１により連結しており、その中間部に設けたバルブ４２を介して、残渣排出装置３６から排出された高温の残渣を取り入れる。残渣冷却装置３９はこの高温残渣を、図示斜め左上方に搬送する過程で冷却する。残渣回収装置４０は、残渣冷却装置３９の搬送終端部である図示左上端に連結した残渣回収管４３を有する。この残渣回収管４３には、直列に配置された２つのバルブ４４，４５が設けられており、これら２つのバルブ４４，４５を交互に開閉させることにより、外気の侵入を防止しながら冷却された残渣を回収容器４６に回収させることができる。
【００２７】
ここで、残渣回収装置４０は、残渣回収管４３に設けられた２つのバルブ４４，４５のうち、上流側となる一方のバルブ４４の上流側管路に温度センサー４７を設けている。この温度センサー４７の測定値は制御手段４８に入力される。この制御手段４８は、以下に説明する制御機能を有する。すなわち、温度センサー４７の検出温度がある規定値以上になると、２つのバルブ４４，４５のうち下流側のバルブ４５を閉じ、上流側のバルブ４４を開き、所定時間後、上流側バルブ４４を閉じ、その後、下流側バルブ４５を開く。このように、２つのバルブ４４，４５を交互に開閉させることにより、上流側への外気の侵入を防止しながら冷却された残渣を回収容器４６に回収させる。
【００２８】
前記生成物排出部材３１に複数形成されたスリット３２には、図５で示すように、掻き落とし部材４８を設ける。この掻き落とし部材４８としては、例えば、図示のように鎖状のものを用いる。そして、この掻き落とし部材４８は、内筒１２の回転に伴い、自重によってスリット３２内を移動し、スリット３２内の付着物を掻き落とす。このスリット３２は、前述のように内筒１２内で生成された熱分解ガスや粉末状の残渣が通るものであり、スリット３２内には多くの塵埃成分などが付着する。しかし、上述のようにスリット３２内に書き落とし部材４８を設け、これを内筒１２の回転に伴い自重によってスリット３２内を移動させることにより、スリット３２内の付着物は掻き落とされ、目詰まりを確実に防止できる。
【００２９】
なお掻き落とし部材４８として鎖状のものを例示したが、これに限定されるものではなく、例えばワイヤ状のものでもよい。ただし、ある程度の自重を要するため、重量が不足する場合はワイヤに錘を取り付けてもよい。この他、掻き落とし部材４８としては、図６で示すように、両端に係合頭部を有する棒状のものを用いてもよい。この場合、係合頭部は運転中の脱落を防止するため、溶接などで棒体に固着しておく。
【００３０】
また、前記熱分解ガス排出装置３５は、図３で示すように、一端が排出部筐体３３を貫通してその内部に連通する管体５０を有する。この管体５０内には、管体内面への付着物を掻き落とす掻き落とし機構５１を設けている。掻き落とし機構５１は、管体５０の軸芯を中心として、図７で示すように、螺旋状に形成された螺旋リング状の掻き落とし体５２を有する。この掻き落とし体５２は、外部に設けられた回転駆動機構５３により、前記軸芯を中心として回転駆動される。また、螺旋リング状掻き落とし体５２に対しては、そのリング内周に接する掻き取り棒５４を設けている。
【００３１】
この熱分解ガス排出装置３５は熱分解ガスを排出させるものであるが、熱分解ガス中には多くの塵埃成分が含まれているので、この塵埃成分が管体５０の内面に付着する。そこで螺旋リング状の掻き落とし体５２を回転させることにより、管体５０の内面の付着物が掻き落とされる。また、掻き落とし体５２自体にも付着物が付着するので、その螺旋リング内周に接する掻き取り棒５４によって付着物を掻き落とす。このように掻き落とされた付着物は、掻き落とし体５２が螺旋状であることから、その回転により筐体３３の内側に送り込まれ、筐体３３下部の残渣排出装置３６から残渣と共に排出される。
【００３２】
上記構成において、図示しない造粒工程で造粒処理された廃プラスチックは、材料ホッパー２９から材料投入装置１５に供給され、材料投入装置１５によって外気と遮断された状態で、低酸素状態を保って熱分解炉１１の内筒１２内に投入される。
【００３３】
熱分解炉１１内に投入された廃プラスチックは、内筒１２の回転により、内筒１２内のセラミックボール１９と混合接触する。このため、加熱ジャケット１６からの熱が効率よく伝達され、図示右方へ移動しながら熱分解され熱分解ガスと残渣を生成する。
【００３４】
このとき、加熱ジャケット１６の各区間１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、それらの加熱温度を材料が投入される側の区間１６Ａほど低く、生成物が排出される側の区間１６Ｃほど高くなるように温度勾配をつけたので、廃プラスチックの熱分解を良好に行うことができる。この場合、熱分解炉１１に投入される廃プラスチックの温度と、熱分解炉１１から排出された残渣の温度とを測定し、これらの値から、各区間１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃの加熱温度を、予め設定した関係で決定し、制御するようにしてもよい。
【００３５】
このようにして内筒１２内で生成された熱分解ガス及び残渣は、生成物排出部材３１に形成されたスリット３２を通って筐体３３内に入る。そして、熱分解ガスは、ガス排出装置３５により外部に排出され、図示しないガスエジェクタにより凝縮され、回収油となって図示しないタンクに貯留される。また、粉末状の残渣は残渣排出装置３６により外部に排出され、冷却後回収される。
【００３６】
このとき、スリット３２では、掻き落とし部材４８により付着物が掻き落とされるので目詰まりを防止できる。また、熱分解ガス排出装置３５においても掻き落とし機構５１が動作することにより付着物が掻き落とされるので目詰まりを防止できる。これらの結果、高効率の熱分解処理を連続して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による熱分解処理装置の一実施の形態を示す一部は段斜視図である。
【図２】同上一実施の形態における熱分解炉の断面図である。
【図３】図２の右側断面図で、熱分解ガス排出装置及び残渣排出装置部分を示している。
【図４】同上一実施の形態の外観正面図である。
【図５】同上一実施の形態における生成物排出部材の正面図で、スリットと掻き落とし部材との関係を示している。
【図６】同上一実施の形態における生成物排出部材のスリットに設けられる掻き落とし部材の他の例を示す部分断面図である。
【図７】同上一実施の形態における螺旋状掻き落とし体と掻き落とし棒との関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１    熱分解炉
１２    内筒
１３    外筒
１５    材料供給装置
１６    加熱空間（加熱ジャケット）
１９    セラミックボール
２０    環状の仕切り部材
３１    生成物排出部材
３２    スリット
３３    排出部筐体
３５    熱分解ガス排出装置
３６    残渣排出装置
３９    残渣冷却装置
４０    残渣回収装置
４３    残渣回収管
４４，４５    バルブ
４７    温度センサー
４８    制御手段
５０    管体
５１    掻き落とし機構
５２    螺旋状掻き落とし体
５３    掻き落とし棒
【図１】
2007332220.tif 000003
【図２】
2007332220.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007332220.tif 000007
【図６】
2007332220.tif 000008
【図７】
2007332220.tif 000009