(57)【要約】  本発明は、内管要素（２）およびハウジング（４）を含むマイクロ波熱分解反応器（１）を提供し、内管要素（２）は、マイクロ波透過性材料で作製され、ハウジングの内部に配置され、第１の開放端（５）および第２の開放端（６）を含み、ハウジング（４）は、内管要素（２）のまわりの環状空間（７、４４）を囲む第１の内面と、廃棄物入口（１０）と、固形物出口（１１）と、ガス出口（１２）と、マイクロ波導波路（１４）用のポート（１３）と、を含み、廃棄物入口および固形物出口は、それぞれ内管要素の第１の開放端および第２の開放端と連通し、マイクロ波導波路用のポートは、環状空間と連通し、内管要素とハウジングの廃棄物入口および固形物出口とは、内管要素のまわりの環状空間と流体連通していない導管の一部を形成し、内管要素は、内管要素の第１の開放端（５）および第２の開放端の少なくとも一方に配置されたシリンダ形状の弾性組立体（５４）を介してハウジングの内部にクランプされ、弾性組立体は、内管要素（２）の長手方向拡大を可能にするように適合され、内管要素の中心線（Ｃ）と一致する中心線を有する中央通過通路（５７）を含む。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管要素（２）およびハウジング（４）を含むマイクロ波熱分解反応器（１）であって、
・  前記内管要素（２）は、マイクロ波透過性材料で作製され、前記ハウジングの内部に配置され、第１の開放端（５）および第２の開放端（６）を含み、
・  前記ハウジング（４）は、前記内管要素（２）のまわりの環状空間（７、４４）を囲む第１の内面と、廃棄物入口（１０）と、固形物出口（１１）と、ガス出口（１２）と、マイクロ波導波路（１４）用のポート（１３）と、を含み、前記廃棄物入口および前記固形物出口は、それぞれ前記内管要素の前記第１の開放端および前記第２の開放端と連通し、マイクロ波導波路用の前記ポートは、前記環状空間と連通し、
・  前記内管要素と前記ハウジングの前記廃棄物入口および前記固形物出口とは、前記内管要素のまわりの前記環状空間と流体連通していない導管の一部を形成し、
前記内管要素は、前記内管要素の前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端の少なくとも一方に配置されたシリンダ形状の弾性組立体（５４）を介して前記ハウジングの内部にクランプされ、前記弾性組立体は、前記内管要素（２）の長手方向拡大を可能にするように適合され、前記内管要素の中心線（Ｃ）と一致する中心線を有する中央通過通路（５７）を含む、マイクロ波熱分解反応器（１）。
【請求項２】
前記弾性組立体は、前記内管要素の中心線（Ｃ）に平行な方向に圧縮可能である少なくとも１つのばね要素（５４）と、流体密環状壁と、を含み、前記ばね要素は、第１の端部（５５）および第２の端部（５６）を有する、請求項１に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項３】
前記ばね要素（５４）は、シリンダ状であり、前記内管要素の中心線（Ｃ）と一致する中心線を有する中央通過通路（６８）を含む、請求項２に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項４】
前記ばね要素（５４）は、均等に分配された力を、前記内管要素の前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端（６）の少なくとも一方に提供するように配置される、請求項２または３に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項５】
前記ばね要素は、ステンレス鋼などの適切な金属で作製される、請求項２から４のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項６】
前記ばね要素（５４）は、ベローズ形状である、請求項２から５のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項７】
前記内管要素（２）の前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端（６）の各々は、前記内管要素の中心線に垂直な平面に配置された環状面（５８、５９）を含む、請求項１から６のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項８】
前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端（６）の各々は、前記環状面を特徴とするフレア部分（６０、６１）を含む、請求項７に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項９】
保護スリーブ（６２）は、好ましくは、前記内管要素（２）の内容積が前記ばね要素と流体連通しないように、前記少なくとも１つのばね要素（５４）の内側に配置される、請求項１から８のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１０】
前記弾性組立体（５４）は、前記導管の一部を形成する、請求項１から９のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１１】
前記ガス出口（１２）および前記固形物出口（１１）は、前記内管要素（２）の下流に配置された共通の出口（１１、１２）である、請求項１から１０のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１２】
前記内管要素（２）は、使用中に前記廃棄物入口（１０）に進入する材料が重力によって前記第１の開放端から前記第２の開放端まで前記内管要素を通して輸送されるように、実質上鉛直であって前記第１の開放端（５）が前記第２の開放端（６）よりも高いレベルに配置される、請求項１から１１のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１３】
前記第２の開放端（６）の前記環状面（５９）は、前記内管要素が環状肩部（６３）と前記弾性組立体との間にクランプされるように、前記ハウジングの内部の前記環状肩部に面する、請求項７に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１４】
前記ハウジングは、フランジ要素（６４）と前記内管要素の前記第１の開放端との間に前記弾性組立体（５４）をクランプするように配置された前記フランジ要素（６４）を含む、請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器と、マイクロ波源（４９）と、ガス処置システム（４７）と、を含む廃棄物処置システムであって、
・  前記マイクロ波源（４９）は、マイクロ波導波路（１４）によって前記ポート（１３）に連結され、
・  前記ガス処置システム（４７）は、前記ガス出口（１２）に連結されており、前記ガス出口（１２）の圧力が使用中に周囲圧力未満に保たれ得るように配置された吸引デバイス（４８）を含む、廃棄物処置システム。
【請求項１６】
マイクロ波による加熱を受け易い任意の材料のマイクロ波支援熱分解用の請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器または請求項１４に記載の廃棄物処置システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波支援熱分解反応器の分野に関し、より詳細には、廃棄物処理のためのマイクロ波熱分解反応器、廃棄物処理システムにおけるそういったマイクロ波熱分解反応器の使用、および、マイクロ波熱分解反応器を含む廃棄物処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
沖合い、例えば、船上での廃棄物処理および管理は、通常、焼却炉の使用、その後の毎週陸上に上陸するための調理油、オイルスラッジ、紙、プラスチック、段ボールおよび木製パレットなどの廃棄物の収集、ならびに、下水汚泥および食品廃棄物の海への排出を組み合わせることによって得られる。結果として、環境フットプリントは、特に、船舶交通量の高いエリアでは、かなり大きい。これは、特にクルーズ船に関連して顕著であり、特定の港および海洋領域は、海への排出、ならびに、煙道ガスの放出を禁止する非常に多くの立法措置を有する。後者の禁止は、港における船に適用され、斯くして、船上の焼却炉の使用を制限する。廃棄物の処理および管理に関する同じ課題および問題の多くは、大規模な廃棄物処理施設へのアクセスが制限される田舎エリア、島々および同種の場所で見受けられる。
【０００３】
通常の焼却炉に加えて、熱分解システムは、廃棄物処理システムにおいても使用されてきた。熱分解は、酸素を欠く高い温度での有機材料の熱化学的分解であり、これらのシステムでは、熱分解反応は、内部プラズマアークまたは外部加熱によって得られる。焼却炉の代わりに熱分解反応器を使用することの利点は、大気汚染および残渣の排出の観点から環境への影響が少ないことである。チャーに加えて、熱分解反応器は、合成ガスおよび／またはバイオオイルを生成し、それらは、エネルギーを熱または電力として生成するように、ボイラおよび／またはガスタービンに燃料供給するために使用できる。そういった熱分解反応器を使用する既知の廃棄物処理システムは、焼却炉を使用するシステムに対して多数の点で優れているが、改善に関する大きな可能性は、依然として残存する。
【０００４】
熱分解の技術における最近の重要な進展は、マイクロ波支援熱分解反応器である。これらの反応器では、マイクロ波は、熱分解されるべき材料を加熱するために使用される。
マイクロ波支援熱分解のためにマイクロ波熱分解反応器を使用する廃棄物処理システムは、知られている。そういったシステムの例は、例えば、米国特許第５，３８７，３２１（Ｂ１）号および米国特許第６，１８４，４２７（Ｂ１）号に開示されている。廃棄物処理および廃棄物からエネルギーへの応用において、マイクロ波支援熱分解を使用することの物理的原理、効果および利点は、Ｌａｍら（Ｅｎｅｒｇｉｅｓ  ２０１２、５、４２０９−４２３２）によって検討されている。
【０００５】
マイクロ波支援熱分解反応器は、ＣＮ１０２５８０６５０Ｂに開示されている。ＣＮ１０２５８０６５０Ｂでは、反応器の内部で発生したガスは、反応器の側壁に配置された出口開口を介して反応器の内管要素から退出するのを可能にされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、廃棄物処理システム、処置システム、および／または、処理システムにおける様々なタイプの廃棄物のマイクロ波支援熱分解に適したマイクロ波支援熱分解反応器を提供することである。本発明は、単純な構造を有し、熱分解される廃棄物のタイプおよびサイズ分配に関して強く、反応器を通して熱分解されるべき廃棄物を動かすための複雑な解決策に依存しないマイクロ波熱分解反応器を提供する。特に、本発明は、稼動寿命およびより短いサービス間隔の改善を有する反応器を提供する。本発明の更なる目的は、従来技術のマイクロ波支援熱分解反応器および廃棄物処理システムの不利益のうちの少なくとも幾つかを軽減または除去することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、添付の特許請求の範囲によっておよび以下において定義される。
第１の態様では、本発明は、内管要素およびハウジングを含むマイクロ波熱分解反応器を提供し、
・  内管要素は、マイクロ波透過性材料で作製され、ハウジングの内部に配置され、第１の開放端および第２の開放端を含み、
・  ハウジングは、内管要素のまわりの環状空間を囲む第１の内面と、廃棄物入口と、固形物出口と、ガス出口と、マイクロ波導波路用のポートと、を含み、廃棄物入口および固形物出口は、それぞれ内管要素の第１の開放端および第２の開放端と連通し、マイクロ波導波路用のポートは、環状空間と連通し、
・  内管要素とハウジングの廃棄物入口および固形物出口とは、内管要素のまわりの環状空間と流体連通していない導管の一部を形成し、
内管要素は、内管要素の第１の開放端および第２の開放端の少なくとも一方に配置されたシリンダ形状の弾性組立体を介してハウジングの内部にクランプされ、弾性組立体は、内管要素の長手方向拡大を可能にするように適合され、内管要素の中心線と一致する中心線を有する中央通過通路を含む。
【０００８】
換言すると、弾性組立体は、使用中に内管要素の熱による長手方向拡大、即ち、内管要素の中心線に平行な方向への内管要素の拡大を可能にするように適合される。
換言すると、弾性組立体を介してクランプすることによって、弾性組立体は、第１の開放端および／または第２の開放端に、少なくとも間接的に接触、即ち、動作可能に連結される。
【０００９】
弾性組立体は、導管に対して半径方向に流体密であって、内管要素の第１の開放端と廃棄物入口との間、または、内管要素の第２の開放端と固形物出口との間の導管の一部を形成するように配置される、と定義することもできる。
【００１０】
内管要素は、管要素の長手方向に作用する圧縮力によってクランプされる。
弾性組立体は、第１の開放端との流体密連結を提供して導管の一部を形成するように配置できる。弾性組立体は、使用中に内管要素の長手方向拡大を可能／吸収／受理するように配置される。
【００１１】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、シリンダ形状の弾性組立体は、内管要素の第１の開放端に配置される。
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、弾性組立体は、内管要素の中心線に平行な方向に圧縮可能である少なくとも１つのばね要素と、流体密環状壁と、を含み、ばね要素は、第１の端部および第２の端部を有する。好ましくは、流体密環状壁は、少なくとも１つのばね要素の第１の端部から第２の端部まで少なくとも延びる。
【００１２】
ばね要素は、第１および第２の端部の各々に配置されたシールリングを含むことができる。ばね要素は、第１および第２の端部の少なくとも一方に配置されたシールリングを含むことができる。
【００１３】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ばね要素は、シリンダ状であり、内管要素の中心線と一致する中心線を有する中央通過通路を含む。
通過通路は、内管要素の内側断面、即ち、内管要素によって形成される導管の部分の内側断面と実質上等しいかまたはそれよりも大きい断面を有することができる。
【００１４】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ばね要素は、均等に分配された力を、内管要素の第１の開放端および第２の開放端の少なくとも一方に提供するように配置される。
換言すると、ばね要素は、第１および／または第２の開放端に均等に分配された力、好ましくは、第１および／または第２の開放端の各々の環状面に均等に分配された力を提供するように配置され、環状面は、内管要素の中心線に垂直な平面内にある。
【００１５】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ばね要素は、ステンレス鋼などの適切な金属で作製される。
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ばね要素は、ベローズ形状である。ベローズ形状が意図されるのは、統合された流体密環状壁および通過通路を有するシリンダ状ばね要素を意味するということである。好ましくは、ばね要素は、金属ベローズである。
【００１６】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、内管要素の第１の開放端および第２の開放端の各々は、内管要素の中心線に垂直な平面に配置された環状面を含む。好ましくは、環状面の少なくとも内側環状セクションは、第１の開放端と第２の開放端との間の長手方向中途の位置で、即ち、内側環状セクションに適用された圧縮力が内管要素の壁によって支持されるように、内管要素の横断面と重なる。
【００１７】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、第１の開放端および第２の開放端の各々は、環状面を特徴とするフレア部分、あるいは、フランジ部分を含む。
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、弾性組立体は、少なくとも１つのばね要素の内側に、好ましくは、内管要素および導管／流路の内容積がばね要素と流体連通しないように、配置された保護スリーブを含む。保護スリーブは、好ましくは、導管の流路とばね要素（または弾性組立体）との間に配置される。弾性組立体は、保護スリーブを含むものとして定義できる。
【００１８】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、弾性組立体は、導管の一部を形成する。換言すると、弾性組立体は、環状空間と流体連通していない導管の一部を形成または構成する。換言すると、ばね要素、流体密環状壁、および／または、保護スリーブは、導管の一部を形成する。
【００１９】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、内管要素は、使用中に廃棄物入口に進入する材料が重力によって第１の開放端から第２の開放端まで内管要素を通して輸送されるように、実質上鉛直であって第１の開放端が第２の開放端よりも高いレベルに配置される。
【００２０】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、第２の開放端の環状面は、内管要素が環状肩部と弾性組立体との間にクランプされるように、ハウジング（または内部）の環状肩部に面する。第１のシールリングは、流体密連結を確実にするために、環状肩部と内管要素の第２の開放端の環状面との間に配置できる。
【００２１】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、弾性組立体は、第１の開放端の環状面に向けて強制される。第２のシールリングは、流体密連結を確実にするために、内管要素の第１の開放端の環状面と弾性組立体との間に配置できる。
【００２２】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ハウジングは、フランジ要素と内管要素の第１の開放端との間に弾性組立体をクランプするように配置されたフランジ要素を含む。第３のシールリングは、流体密連結を確実にするために、弾性組立体とフランジ要素との間に配置できる。
【００２３】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、弾性組立体は、好ましくは、それぞればね要素の第１および第２の端部に配置された第２または第３のシールリングの少なくとも一方を含む。
【００２４】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、保護スリーブは、フランジ要素とばね要素（または弾性組立体）との間に配置されたフランジ部分を含み、フランジ部分は、フランジ要素とばね要素との間に流体密連結を提供するために、シールリングとして機能できる。
【００２５】
実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、内管要素の第１の開放端に配置されたカラー要素を含み、カラーは、保護スリーブの下端を受容するように配置された環状のくぼみを含む。
【００２６】
実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、弾性組立体と内管要素の第１または第２の開放端のいずれかとの間、内管要素の第１または第２の開放端とハウジングの肩部との間、および／または、弾性組立体とフランジ要素との間、に配置された少なくとも１つのシールリングを含み、少なくとも１つのシールリングは、好ましくは、金属またはセラミック繊維で作製されるが、他の適切な材料のシールリングが、同じく使用できる。
【００２７】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ガス出口は、導管と流体連通している、即ち、ガス／揮発性物質が廃棄物入口の下流で反応器から退出できるようになっている。
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ガス出口および固形物出口は、内管要素の下流に配置された共通の出口である。換言すると、ガス出口および固形物出口は、内管要素の下流に配置された単一の出口を構成する。換言すると、ガスおよび固形物のための共通または単一の出口は、内管要素に関連して廃棄物入口の対向する端に配置される。
【００２８】
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ガス出口および固形物出口は、別個の出口である。
マイクロ波熱分解反応器の実施形態では、ガス出口は、ハウジングの内部に配置された第１の開放端を含んで内管要素の第１の開放端に面するガス出口管を特徴とする。
【００２９】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、ガス出口管の第１の開放端は、内管要素の第１の開放端のレベルにまたはそれより上に配置される。ガス出口管の第１の開放端は、好ましくは、第１の開放端のレベルより上に配置される。ガス出口管の第１の開放端は、好ましくは、廃棄物材料の層が使用中に内管要素の第１の開放端とガス出口管の第１の開放端との間に配置できるように、内管要素の第１の開放端より上のレベルにある。後者の特徴は、熱分解プロセスで生成されたガス／揮発性物質についての更に改善された濾過を可能にする。
【００３０】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、内管要素の中心線は、ガス出口管の第１の開放端と交差する。換言すると、内管要素の中心線は、ガス出口管の第１の開放端の水平断面と交差する。
【００３１】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、ガス出口管の第１の開放端は、内管要素の中心線のまわりに実質上中心決めされる。
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、内管要素の中心線は、ガス出口管の第１の開放端の中心線と交差する。
【００３２】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、ガス出口管の第１の開放端は、内管要素の第１の開放端よりも小さい断面積を有する。
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、廃棄物入口は、ガス出口管の第１の開放端より上のレベルに配置される。
【００３３】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、廃棄物入口は、内管要素の第１の開放端より上のレベルに配置される。
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、廃棄物入口は、ガス出口管の第１の開放端より上のレベルに配置され、ハウジングは、ガス出口管の第１の開放端のまわりの円周方向空間を定義する第２の内面を含む。廃棄物入口は、好ましくは、円周方向空間より上のレベルに配置される。
【００３４】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、ガス出口管は、第１の開放端を特徴とする鉛直管セクションを含む。円周方向空間は、鉛直管の少なくとも一部のまわりに配置される。
【００３５】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、廃棄物入口は、円周方向空間を介して内管要素の第１の開放端と連通している。
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、ハウジングの第２の内面は、上側および下側の開口を有する鉛直入口管の一部であり、廃棄物入口は、上側開口に配置され、下側開口は、内管要素の第１の開口端に面する。ガス出口管は、鉛直セクションおよび水平セクションを含み、鉛直セクションは、第１の開放端を含み、水平セクションは、鉛直入口管の壁を通って延びる。
【００３６】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、第１の内面を含むハウジングのセクションは、２重壁であり、２重壁セクションは、冷却流体がその内部を流通できる内部空間を含む。反応器は、内部空間と流体連通している冷却流体入口および冷却流体出口を含む。
【００３７】
１つの実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、内管要素のまわりに配置されたシリンダ形状のマイクロ波分配要素を含み、マイクロ波分配要素は、マイクロ波を透過しない材料で作製され、ポートから内管要素の中へのマイクロ波の通行を可能にするための少なくとも１つの開口を含む。
【００３８】
１つの実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、使用中に、内管要素のまわりの環状空間の中に不活性ガスを提供するように配置された不活性ガス入口を含む。
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、ガス出口管の第２の開放端は、周囲圧力未満がガス出口管の第１の開放端に存在できるように、吸引デバイスを含むガス処置システムに連結可能である。
【００３９】
マイクロ波熱分解反応器の１つの実施形態では、不活性ガス入口は、少なくとも周囲圧力の不活性ガスが使用中に環状空間に存在できるように、不活性ガス源に連結可能である。
【００４０】
第２の態様では、本発明は、第１の態様の任意の実施形態に係るマイクロ波熱分解反応器と、マイクロ波源と、ガス処置システムと、を含む廃棄物処置システムを提供し、
・  マイクロ波源は、マイクロ波導波路によってポートに連結され、
・  ガス処置システムは、ガス出口またはガス出口管に連結されており、ガス出口管の第１の開放端でのまたはガス出口での圧力が使用中に周囲圧力未満に保たれ得るように配置された吸引デバイスを含む。
【００４１】
１つの実施形態では、廃棄物処置システムは、反応器の入口に廃棄物を提供するための配置と、反応器の固形物出口を退出する固形物を除去するための配置と、を含む。
廃棄物処置システムの１つの実施形態では、固形物出口チャンバは、少なくとも１つの固形物コンベヤを介してマイクロ波熱分解反応器の固形物出口に連結されている。固形物コンベヤは、固形物出口と固形物出口チャンバとの間の流体密連結を提供する。少なくとも１つの固形物コンベヤは、固形物出口チャンバに入る前に固形物を冷却するための熱交換システムを任意選択で含むことができる。
【００４２】
第３の態様では、本発明は、マイクロ波による加熱を受け易い任意の材料のマイクロ波支援熱分解用の、第１の態様に係るマイクロ波熱分解反応器の使用、および／または、第２の態様に係る廃棄物処置システムの使用を提供する。
【００４３】
第１の態様の実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、廃棄物入口と連通し、熱分解されるべき材料をガス密様式で内管要素の第１の開放端に提供するように配置された廃棄物入口組立体と、固形物出口と連通し、ガス密様式でマイクロ波熱分解反応器から材料が退出するのを可能にするように配置された固形物出口組立体と、を含む。用語「ガス密方式」は、材料が、周囲ガス、即ち、空気／酸素が反応器の内管要素の中に吸い込まれるのを防止する様式で、熱分解反応器の中におよび外に移送されることを意味するものである。
【００４４】
第１の態様の実施形態では、廃棄物入口組立体および固形物出口組立体の少なくとも一方は、それぞれ廃棄物入口チャンバおよび固形物出口チャンバを含む。
第１の態様の実施形態では、廃棄物入口チャンバおよび固形物出口チャンバの各々は、それぞれのチャンバを隔離するための第１の弁および第２の弁を含む。第１および第２の弁は、好ましくは、ゲート弁、更にはより好ましい摺動ゲート弁である。
【００４５】
第１の態様の実施形態では、廃棄物入口チャンバおよび固形物出口チャンバの各々は、それぞれのチャンバの不活性ガスパージのためのガス入口およびガス出口を含む。
第１の態様の実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、環状空間の内部の圧力を監視するための圧力センサを含む。
【００４６】
第１の態様の実施形態では、ガス出口またはガス出口管は、周囲圧力未満が存在するか、または、使用中のガス出口管のガス出口もしくは第１の開放端に得られ得るように、吸引デバイスを含むガス処置システムに連結可能である。
【００４７】
第１の態様の実施形態では、不活性ガス入口は、少なくとも周囲圧力の不活性ガスが使用中に環状空間に存在するかまたは存在し得るように、不活性ガス源に連結可能である。
マイクロ波導波路用のポートは、マイクロ波源からポートに案内されたマイクロ波が環状空間（即ち、第１の態様の環状空間または第４の態様の第１の環状空間）の中に導入されるように配置される。
【００４８】
第１の態様の実施形態では、ガス出口またはガス出口管の第１の開放端は、内管要素の第１の開放端の上流および廃棄物入口の下流に配置される。本出願では、用語「上流」は、内管要素を通して熱分解されるべき廃棄物材料の動きに対する位置を指す。
【００４９】
廃棄物入口は、内管要素の第１の開放端の上流に配置されると定義でき、固形物出口は、内管要素の第２の開放端の下流であると定義できる。
第１の態様の実施形態では、ハウジングは、マイクロ波導波路用の複数のポートを含む。
【００５０】
第１の態様の実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、使用中にポートを通して進入するマイクロ波が内管要素への直接の影響を防止されるように、内管要素とマイクロ波導波路用のポートとの間に配置されたマイクロ波ブロックセクションを含む。
【００５１】
マイクロ波ブロックセクションは、マイクロ波導波路用のポートに面する、好ましくは、マイクロ波導波路用のポートに少なくとも等しい断面積を有するプレート要素であり得る。好ましくは、プレート要素の断面積は、ポートの断面積よりも大きい。
【００５２】
第１の態様の実施形態では、廃棄物入口チャンバおよび固形物出口チャンバは、ハウジングのそれぞれ廃棄物入口および固形物出口に連結される。
第１の態様の実施形態では、マイクロ波熱分解反応器は、ハウジングの内面に面する外面と、内管要素に面する内面と、を含む中空シリンダ状要素を含むマイクロ波分配要素を特徴とする。
【００５３】
第１の態様の実施形態では、マイクロ波分配要素の少なくとも１つの開口は、マイクロ波が、少なくとも１つの開口を通して、使用中にマイクロ波分配要素の少なくとも２つの対向する半径方向から内管要素の中に通行できるように配置される。
【００５４】
第１の態様の実施形態では、少なくとも１つの開口は、マイクロ波分配要素の直径の対向する側に、完全に重なる開口が存在しないように、好ましくは、マイクロ波分配要素の直径の対向する側に、開口の重なりが存在しないように、配置される。
【００５５】
第１の態様の実施形態では、少なくとも１つの開口は、少なくとも１つのスロットであり、好ましくは、少なくとも１つのスロットは、螺旋形状スロット配置の少なくとも一部として形状付けされる。
【００５６】
第１の態様の実施形態では、マイクロ波分配要素は、複数の開口を含む。
第１の態様の実施形態では、マイクロ波分配要素は、第２の環状空間が内管要素とマイクロ波分配要素との間に提供されるように、内管要素のまわりに配置される。換言すると、本発明の第１の態様では、環状空間は、第１の環状空間と第２の環状空間に分離される。
【００５７】
用語「廃棄物」は、マイクロ波熱分解反応器における熱分解に適した任意のタイプの材料を含むことを意図している。
内管要素に関連して使用される用語「鉛直」は、内管要素の中心線の方向を指す。
【００５８】
用語「上流」および「下流」は、内管要素の第１の開放端から第２の開放端に向けて廃棄物材料ストリームの相対的な動きである。
本発明は、以下の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の例示的なマイクロ波熱分解反応器の斜視図である。
【図２】図１のマイクロ波熱分解反応器の側面図である。
【図３】図１のマイクロ波熱分解反応器の側面図である。
【図４】図２のマイクロ波熱分解反応器の断面図Ｂ−Ｂである。
【図５】図１のマイクロ波熱分解反応器の上面図である。
【図６】図５のマイクロ波熱分解反応器の断面図Ａ−Ａである。
【図７】図１のマイクロ波熱分解反応器の側面図である。
【図８】図７のマイクロ波熱分解反応器の断面図Ｃ−Ｃである。
【図９】図１のマイクロ波熱分解反応器の主要な要素の分解側面図である。
【図１０】第２の例示的なマイクロ波熱分解反応器の断面側面図である。
【図１１】図１０の詳細Ａの拡大図である。
【図１２】図１０の詳細Ｂの拡大図である。
【図１３】第３の例示的なマイクロ波熱分解反応器の断面側面図である。
【図１４】本発明に係るマイクロ波熱分解反応器を特徴とする例示的な廃棄物処理システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
第１の例示的なマイクロ波熱分解反応器は、図１〜９に示される。
反応器は、マイクロ波を透過する流体密である材料で作製された内管要素２を特徴とする。管要素は、上端５（即ち、第１の開放端）および下端６（即ち、第２の開放端）を有する（図９参照）。外管要素３（即ち、マイクロ波分配要素）は、内管要素２の周りにそれと同心に配置されて、第１の環状空間７を内管要素および外管要素間に境界決めしている（図４参照）。反応器のハウジング４、より具体的には、ハウジングの第１の内面は、外管要素のまわりの第２の環状空間４４（図４参照）を取り囲み、第２の環状空間をマイクロ波導波路に連結するためのポート１３を特徴とする。導波路は、マグネトロンおよびソリッドステートジェネレータなどの適切なマイクロ波源からマイクロ波を転送するためのものである。ポート１３は、マイクロ波を透過する材料で作製された窓（図示せず）を含む。窓は、マイクロ波がハウジングに進入するのを可能にし、同時に、ガスが第１の環状空間７および第２の環状空間４４から退出するのを防止する。ハウジング４は、入口１０（または廃棄物入口）、固形物出口１１、ガス出口管１２、および、不活性ガス入口４５を特徴とする（図４および５参照）。ハウジングの入口１０および固形物出口は、それぞれ内管要素３の上端５および下端６と連通するように配置される。ガス出口管１２は、熱分解プロセスで発生したガスが反応器から脱出／退出できるように、ハウジング４の内側に配置されて内管要素の第１の開放端５に面する第１の開放端３８（図６および８参照）を含む。ガス出口管１２の第１の開放端３８は、内管要素２の第１の開放端５のレベルより上に配置され、内管要素２の中心線Ｃのまわりに実質上中心決めされている（図８参照）。ガス出口管１２の第１の開放端をこのように配置することは、ガス／揮発性物質がガス出口管１２を介して退出するのを可能にされる前に、固形廃棄物が反応器内部に存在する生成ガスおよび揮発性物質間の非常に有利な増加されて改善された相互作用が提供される。ガス出口管の第１の開放端の開示された配置は、最適な解決策であると考えられる。しかしながら、ガス／揮発性物質と固形物との相互作用の増加は、同じく予期され、その条件は、内管要素の中心線Ｃがガス出口管１２の第１の開放端と交差することである。開示されたガス出口配置は、内管要素の中心に向けて内管要素内の固形廃棄物を通って上昇するガス／揮発性物質を案内し、斯くして、揮発性物質と固形廃棄物との間の所望の相互作用を増加させる。
【００６１】
更なる利点は、内管要素の上端５よりも上のレベルにガス出口管１２の第１の開放端を有することによっても得られる。この配置は、或る量の熱分解されていない廃棄物が、内管要素の上端とガス出口管の第１の開放端との間に存在するのを可能にする。或る量の熱分解されていない廃棄物は、ガス出口管に進入する前における生成済みガス／揮発性物質の濾過の増加を提供し、また、熱分解されるべき内管要素に進入する前における熱分解されていない廃棄物のマイクロ波吸収を改善する。
【００６２】
固形廃棄物とガス／揮発性物質との間の相互作用の増加および改善は、少なくとも２つの理由のために有利である。それは、固形物のマイクロ波吸収を増加させるが、その理由は、固形物が、ガス／揮発性物質から高沸騰揮発性物質（例えば、タール）および粒子（例えば、チャー）を吸収または濾過し、加えて、より均質で純粋なガス／揮発性物質の分数を提供するからである。
【００６３】
ハウジング４の入口１０（即ち、廃棄物入口または固形物入口）は、供給管１５およびガス出口管１２を含む組立体またはハウジングセクションの一部であり得る。供給管１５は、第１の端部１６および第２の端部１７を有し、入口１０は、供給管の第１の端部１６に配置される。第２の端部１７は、円周方向空間１８が、供給管１５と、第１の開放端３８を含むガス出口管１２の鉛直セクションと、の間に形成されるように、内管要素２の第１の開放端５に面する。円周方向空間１８を介して内管要素の上端５と連通する入口を有するという特徴は、円周方向空間が内管要素への最適化された廃棄物供給を確実にする廃棄物バッファとして機能できるという理由で、非常に有利である。
【００６４】
不活性ガス入口４５（図４および５を参照）は、第１および第２の環状空間に、即ち、ハウジングの第１の内面と内管要素との間の環状空間に、不活性ガス（通常は窒素であるが、二酸化炭素、アルゴン、煙道ガス等々などの任意の他の適切な不活性ガスでもあり得る）を提供するように配置される。
【００６５】
内管要素２は、ハウジング４の入口１０および固形物出口１１と共に流路／導管３７（図８参照）の一部であり、内管要素のまわりの環状空間７、４４と流体連通していない。
外管要素の壁は、螺旋構成（即ち、螺旋スロット配置）に配置された複数のスロット８（即ち、開口）を特徴とする（図９参照）。使用中、ポート１３を介して反応器に進入するマイクロ波は、スロットを介して内管要素と外管要素との間の第１の環状空間７に進入するであろう。外管要素の効果は、内管要素の内部の廃棄物材料に影響を与えるマイクロ波のより均一な分配を提供することである。これはこれで、材料のより均質な加熱を提供する。
【００６６】
留意されたいことは、有利な効果を提供するが、マイクロ波分配要素（即ち、内管要素２）が反応器の機能性にとって必須ではないということである。そういったマイクロ波分配要素を含まない反応器の実施形態では、ハウジングは、内管要素とハウジング（即ち、ハウジングの内面）との間の単一の環状空間を区切る。以下では、第１および第２の環状空間を組み合わせたものは、一般に環状空間と呼ばれる。
【００６７】
使用中、マイクロ波熱分解反応器は、鉛直方向の内管要素を備えて配置され、ハウジングの入口１０と、ハウジングの固形物出口１１より上のレベルに配置された内管要素の上端５と、内管要素の下端と、を有する。これは、熱分解されるべき廃棄物材料が重力の使用だけによって反応器を通過するという特徴を含む幾つかの利点を提供する。更に、熱分解中に、内管要素の下方の部分／レベルに形成されたガス状および／または揮発性生成物（主として炭化水素ガス／蒸気）は、内管要素を通って上昇し、内管要素のより高いレベルに位置する廃棄物材料と相互作用するであろう、即ち、ガスの揮発性のより低い成分、ならびに、ガス流によって上向きに案内されるチャー粒子は、廃棄物材料によって／上に吸収されるであろう。ガス状生成物ならびにチャー粒子は、一般に、ハウジングの入口により近い廃棄物材料よりも遥かに高いマイクロ波吸収能力を有し、結果としての効果は、それ故に上記廃棄物材料におけるマイクロ波吸収の増加である。後者の効果は、非常に有利であるが、その理由は、廃棄物材料のより効果的な熱分解を可能にするからである。この効果は、効果的な熱分解を得るために、チャーなどのマイクロ波吸収添加剤の追加を別途必要とするかもしれない材料の効果的な熱分解を提供することすらあり得る。マイクロ波吸収の増加に加えて、ガス状および／または揮発性生成物と廃棄物材料との間の相互作用は、ガス出口管１２を介して出る前におけるガスの効率的なスクラビング／濾過を提供する。上で議論されたように、ガス出口管１２の第１の開放端３８の開示された配置は、ガス／揮発性物質と廃棄物材料との間の最適な相互作用を提供する。
【００６８】
上で述べられたように、この特定の実施形態では、マイクロ波分配要素３のスロット８は、螺旋構成で配置される。しかしながら、マイクロ波分配に対する有用または適切な均質化効果は、他のスロット構成によって得られることがある。更なる実施形態は、スロットが、円形、楕円形、および多角形などの様々な断面積を有する開口によって置き換えられることが斯くして想定される。必要なことは、開口が、第２の環状空間から第１の環状空間へのマイクロ波の通行を可能にするために、寸法決めされることである。更に、開口は、開口が外管要素の直径方向の対向する側で完全に重ならないように好ましくは配置される。そういった重なりを回避することによって、大部分のマイクロ波は、内管要素の長手方向の第１の環状空間の内部で反射および分配される。
【００６９】
マイクロ波熱分解反応器は、複数の温度センサ４２および圧力センサ４３を含む。センサ自体は、示されておらず、図面では、参照番号４２／４３は、それぞれのセンサ用のセンサマウント／ポートを識別するために使用される。センサは、反応器内の温度状態と、第１の環状空間７および第２の環状空間４４内の圧力（即ち、内管要素とハウジングの第１の内面との間の環状空間内の圧力）と、を監視する。例えば、下で説明されるような廃棄物処理システムで使用されるとき、様々なセンサは、適切な制御および監視システム（図示せず）に接続される。
【００７０】
開示された反応器の外管要素３（即ち、マイクロ波分配要素）は、使用中にマイクロ波熱分解反応器の内部から熱を除去するための第１の熱交換システムを含む。第１の熱交換システムは、機能的な反応器に必須ではないが、幾つかの有利な効果を提供する。熱交換システムは、外管要素３の壁の内部に配置された螺旋状の流体チャネル４１を特徴とする（即ち、流体チャネルは、マイクロ波分配要素の外面および内面間に配置される）。流体チャネルは、熱交換流体のための流体入口３９および流体出口４０に連結される。螺旋設計の不可欠な部分として、流体チャネルを有することによって、熱交換システムの熱容量は、優れたマイクロ波分配を提供する螺旋スロット配置を損なうことなく、増加できる。しかしながら、同じ利点は、スロットおよび／または開口の他の適切な配置を有するマイクロ波分配要素で使用されるときに、得ることができる。この特徴は、反応器が環境で使用されるべきときに、非常に有利であり、ハウジングの温度は、特定の温度限界を超えるのを可能にされない。更に、熱分解反応器の内部から熱を除去するための熱交換システムを有することは、反応器からの過剰な熱が水の事前加熱、動力発生および同種のものなどの様々な補助システムで利用できるという更なる利点を提供する。外管要素３と熱伝導接触するように配置された熱交換システムを有することによって、外管要素は、熱交換器の熱伝導要素として機能する。即ち、外管要素は、既知の熱伝達システムで使用されているように、熱伝達フィン／バッフル／板と同じように機能する。加えて、外管要素は、熱がそれの内部で発生する内管要素の近くに配置され、最適な温度差／勾配および熱伝達が得られる。所望の熱分解条件、例えば温度、に応じて、マイクロ波熱分解反応器の内部から熱を除去するための熱交換システムを内管要素に近い位置に有するという特徴は、内管要素およびハウジングの熱膨張の差異が最小化されるという点で利点を提供できる。これらの差異は、別途、内管要素に材料応力、内管要素とそれのハウジングへの連結との間の漏れ等々を引き起こす可能性がある。熱膨張によって引き起こされる潜在的な問題を最小化する解決策のための下の例示的な反応器を参照のこと。
【００７１】
反応器は、熱分解プロセスにおけるエネルギー回収を更に増加させるために、ならびに、ハウジング４の外部温度の更なる低下を得る、第２の熱交換システムを含む。第２の熱交換システムは、環状空間７、４４を取り囲むハウジングのセクションに配置される。ハウジングのセクションは、内部環状空間５０を提供するために２重壁付きである。環状空間５０は、冷却流体（例えば、水）が環状空間を通って循環できるように、冷却流体のための入口５１および出口５２に連結される。
【００７２】
第２の例示的なマイクロ波熱分解反応器は、図１０〜１２に示される。図１〜９の参照によって上で説明された反応器の試験中に、発見されたのは、ハウジングの内部の内管要素のクランプ／締結が、内管要素２の早期劣化を回避するために、非常に正確な力の適用を必要とすること、他方、同時に、反応器ハウジングの潜在的な熱膨張／収縮にもかかわらず、流体密連結を確実にすることである。この要件は、理想的ではないが、その理由は、内管要素をクランプ／締結するときの小さなエラーが、内管要素の短い稼動寿命とより短いサービス間隔とをもたらす可能性があるからである。内管要素の早期劣化は、熱分解プロセスの高温によって引き起こされる内管要素の長手方向の膨張に起因する、不均一に適用された圧縮力、過剰な圧縮力、圧縮力の増加、および／または、これらのファクタの組合せ、によって引き起こされる可能性がある。
【００７３】
内管要素の稼動寿命を延ばすために、図１０〜１２に示された第２の例示的なマイクロ波熱分解反応器は、ハウジングの内部の内管要素をクランプするための解決策を提供し、それは上で述べられたファクタの少なくとも幾つかを回避する。反応器は、図１〜９の反応器に類似しており、類似または同一の機能は、同じ参照番号によって識別される。
【００７４】
図１〜９の反応器を考慮した図１０の反応器の主要な差別化機能は、内管要素２の第１の開放端５に配置された金属ベローズ５４（即ち、ばね要素）を含む弾性組立体の存在である。内管要素は、第１の開放端５および第２の開放端６にそれぞれ配置されたフレア部分６０、６１を特徴とする。各フレア部分は、内管要素の中心線に垂直な平面に配置された環状面５８、５９を特徴とする。環状面５８、５９を介して、内管要素２は、ハウジングの内部で、金属ベローズ５４（図１１参照）と、内管要素２の第２の開放端６に配置された肩部６３と、の間にクランプされる。
【００７５】
金属ベローズ５４は、内管要素の中心線Ｃに平行な方向に圧縮可能であり、第１の端部５５と、第２の端部５６と、内管要素の中心線Ｃと一致する中心線を有する中央通過通路６８と、を有する。金属ベローズ（即ち、弾性組立体）を介して内管要素をクランプすることによって、管の環状壁に適用された圧縮／クランプ力の均一な分配は、より容易に得られる。更に、使用中に起こる内管要素の長手方向の熱膨張は、金属ベローズによって吸収され、膨張に由来する圧縮／クランプ力の増加は、軽減され、管要素の潜在的な劣化は、最小化される。同じく留意されたいことは、内管要素をクランプするための弾性組立体の使用が、導管／流路３７からの漏れを防止するのに有利であるということであるが、その理由は、弾性クランプが内管要素の環状面と金属ベローズおよび肩部との間の最適な接触を確実にするからである。様々なシールリング６９、７０、７１は、内管要素２、金属ベローズ５４、およびハウジングの間の流体密連結を確実にするために使用される。金属ベローズと接触しているシールリング６９、７０は、別個のシールリングであり得るか、または、任意選択で金属ベローズの統合部分を形成できる。
【００７６】
金属ベローズの内面に固形物およびタールが蓄積するのを防止するために、反応器（または弾性組立体）は、金属ベローズの内面と流路／導管３７との間に配置された保護スリーブ６２を有する。保護スリーブは、内管要素の第１の開放端５に配置されたカラー５６のくぼみ６７に実装されており、金属ベローズの第１の端部５５とフランジ要素６４との間にクランプされたフランジ部分６５を特徴とする。好ましくは、保護スリーブ６２は、スリーブが内管要素の第１の開放端５に向けた有意な圧縮力に寄与しないように、弾性材料内にある。
【００７７】
金属ベローズ５４は、ボルト留めフランジ要素６４によって、内管要素２の環状面５８に向けて配置される。この実施形態では、フランジ要素６４は、供給管１５の下方の部分である。
【００７８】
第３の例示的なマイクロ波熱分解反応器は、図１３に示されている。反応器は、同じ弾性組立体を含んでおり、上記のような金属ベローズ５４、ならびに、ハウジングの内面および内管要素２間の環状空間に連結された不活性ガス入口（図示せず）を特徴とする。第２の例示的な反応器を考慮して図１３の反応器の顕著な特徴は、別個のガス出口１２、外管要素３、および、第２の熱交換システムの除去である。第３の例示的な反応器のガス出口１２および固形物出口１１は、内管要素２の下流に配置された共通のガスおよび固形物出口１１、１２である。
【００７９】
開示された実施形態では、弾性組立体は、内管要素の必要な弾性クランプを提供するために単一の金属ベローズを特徴とする。この特定の実施形態では、金属ベローズは、必要なベローズ形状を得るために鋼管を回転させることによって得られる。本発明に適した金属ベローズは、溶接およびハイドロフォーミングなどの任意の適切な方法によって得ることもでき、また、多くの提供源（例えば、ＣｏｍｖａｃＡＧおよびＫｏｍｐａｆｌｅｘＡＧ）から入手可能である。金属ベローズの使用は、それが導管／流路３７から／への漏れに対する増加した保証を提供する統合された流体密環状壁または面を有するばね要素を提供するという点で有利である。しかしながら、本開示に基づいて、当業者は、流体密環状壁を特徴とする適切な弾性組立体のための他の解決策を容易に想到するであろう。代替の組立体は、例えば、流体密圧縮性スリーブを特徴とする複数の環状に配置されたばね要素（または単一の環状ばね）、圧縮性シリンダ状流体密ハウジングおよび同種のものに配置された複数のばね要素（または単一の環状ばね）を含むことができる。
【００８０】
開示された実施形態では、例示的な熱分解反応器の内管要素２は、廃棄物入口１０およびガス出口１２のために使用される特定の解決策、および／または、重力によって内管要素を通して廃棄物を輸送する能力の理由で、鉛直方向に配置される。しかしながら、弾性組立体を用いて内管要素をクランプするための本発明の解決策は、内管要素が鉛直、水平、または傾斜しているか否かに関係なく、マイクロ波熱分解反応器の更なる実施形態に同じく適用可能であり、その条件は、廃棄物入口およびガス／固形物出口が、廃棄物が内管要素の中に導入され得るように、配置され、ガス／固形物出口が、熱分解プロセスで生成されたガス／固形物が内管要素から退出するのを可能にされるように、配置されることである。水平の内管要素の場合、廃棄物は、例えば、任意の適切なコンベヤシステム（例えば、ねじ）によって内管要素を通して輸送できる。マイクロ波熱分解反応器を通して廃棄物を輸送するための様々な適切な解決策は、当技術分野でよく知られている。
【００８１】
上で説明されたものと同様のマイクロ波熱分解反応器１を特徴とする例示的な廃棄物処理システム（代替として、廃棄物処置または処理システム）の主要なユニット／要素は、図１３に示されている。図１３の反応器１は、ハウジング４および外管要素３が熱交換システムを特徴としないという点で図１〜１２に示された反応器とは異なる。
【００８２】
マイクロ波熱分解反応器１に加えて、システムは、廃棄物容器１９、廃棄物入口チャンバ２０、固形物コンベヤ２１、および、固形物出口チャンバ２２を含む。廃棄物容器は、廃棄物出口３３を含んでおり、廃棄物材料を廃棄物入口チャンバの入口２４に提供するために配置されたスクリュコンベヤ２３（スクリュは示されていない−スクリュに連結されたモータだけ）を有する。廃棄物入口チャンバは、上方弁２５（即ち、入口弁）および下方弁２６（即ち、出口弁）を含む。上方弁および下方弁の双方は、仕切り弁であるが、他の適切なタイプの弁は、使用できる。熱分解プロセス中、内管要素の内容積は、周囲圧力未満に保たれる（下の説明を参照）。弁は、空気／酸素が廃棄物材料の供給中に反応器（即ち、内管要素２）の中に吸い込まれるのを防止するように、廃棄物入口チャンバを隔離できる。この特定の実施形態では、酸素は、マイクロ波熱分解反応器１に進入する前に、窒素（即ち、不活性ガス）を用いて、廃棄物材料からパージできる。窒素は、ガス入口２７を介して供給され、ガス出口２８を介して放出される。しかしながら、窒素パージは、有利であることがあるが、必須ではなく、その理由は、隔離された廃棄物入口チャンバの内部に存在する酸素の量が少ないからである。固形物コンベヤ２１は、マイクロ波熱分解反応器の固形物出口に連結されており、囲まれたインターナルスクリュコンベヤ３４（図示せず）を含む。スクリュコンベヤ３４は、マイクロ波熱分解反応器を退出する固形物を固形物出口チャンバ２２に輸送するように配置される。ベルトなどの固形物コンベヤ内の固形物の輸送用の他の手段が、同じく使用できる。
【００８３】
固形物コンベヤは、マイクロ波熱分解反応器を退出する固形物が固形物出口チャンバに到達する前に十分に冷却するのを可能にするように、寸法決めされる（即ち、長さおよび／または円周を有する）。企図されることは、固形物コンベヤが、固形物出口１０を退出する固形物の冷却を改善するための熱交換システムを含むことができるということである。固形物の冷却を改善することに加えて、そういった熱交換システムは、例えば、水の予熱などの様々な補助システムで熱を利用するために使用できる。固形物コンベヤは、固形物出口１１から固形物出口チャンバ２２への輸送中の固形物の温度を監視するための温度プローブを含む。固形物出口チャンバ２２は、上方弁２９（即ち、入口弁）および下方弁３０（即ち、出口弁）を含む。弁は、酸素または空気が固形物コンベヤ（その結果として、マイクロ波熱分解反応器の内管要素）の中に吸い込まれるのを防ぐように、固形物出口チャンバを隔離できる。廃棄物入口チャンバと同様に、固形物出口チャンバ内の任意の酸素は、ガス入口３１およびガス出口３２（図示せず）を介した窒素の使用によってパージできるが、これは必須ではない。固形物出口チャンバの固形物出口３５は、一般に固形物の一時的貯蔵のために固形物容器３６（図示せず）に連結される。
【００８４】
他の実施形態では、入口チャンバ２０および出口チャンバ２２は、固形物コンベヤの上流に配置された出口チャンバや廃棄物容器の上流に配置された入口チャンバを有すること等々など、他の位置に配置でき、その条件は、入口チャンバおよび出口チャンバが、廃棄物材料を供給して固形物を空にするステップを含む熱分解プロセス全体の間に、酸素または空気が内管要素２および流路／導管３７の中に吸い込まれるのを防止できることである。分離可能／ガス密の入口／出口組立体を提供するための最も効果的で耐久性のある解決策を提供すると考えられるが、説明された入口／出口チャンバは、内管要素内の周囲圧力未満に起因して空気が吸い込まれるのを許容せずに、廃棄物材料を反応器の中に（または、固形物を反応器の外に）供給できる任意の適切な入口／出口組立体によって代替的に置き換えることができる。そういった代替の組立体は、例えば、ＣＮ１０３９２３６７３ＡおよびＷＯ２０１３／０７７７４８Ａ１に開示されており、参照によって組み込まれる。
【００８５】
マイクロ波熱分解反応器のガス出口管１２（または、ガス出口管１２の第２の開放端５３）は、反応器に形成されるガス／揮発性生成物を処理および／または貯蔵するためのガス取扱いシステム４７に連結される。ガス取扱いシステムは、少なくとも吸引デバイス４８（即ち、ガスファン／圧縮機／ポンプ）を含む。吸引デバイス４８は、ガス出口管１２の第１の開放端３８に、周囲圧力未満を提供する。斯くして、内管要素の内容積の大部分または全部、ならびに、内管要素と直接流体連通している反応器の内容積は、使用中に周囲より低い圧力において、同じく保たれる。周囲圧力未満は、マイクロ波熱分解反応器からのガス状生成物の非常に効率的な輸送を提供する、ならびに、上で説明されたように、ガス出口管１２の第１の開放端３８の位置に起因した廃棄物材料を通るガス状生成物の最適な流れパターンを確実にする。第１の開放端３８の圧力は、例えば、周囲圧力未満の約５〜１５ミリバールに保つことができる。留意されたいことは、状況によっては、内管要素の最下部の圧力が、ガス状生成物が形成されてこれらの生成物がガス出口管１２の第１の開放端３８に向けて遭遇する流れ抵抗が増加することに起因して、周囲圧力未満を超える可能性があるということである。しかしながら、これは、反応器およびシステムについて下で議論された利点に対する効果を有しないであろう。
【００８６】
吸引デバイス４８によって提供される周囲圧力未満が確実にすることは、内管要素２または内管の内容積をそれの周囲（即ち、環状空間７、４４）から分離する任意のシール要素についての機械的／構造的な完全性の喪失が、圧力センサ４３を用いて環状空間の内部の圧力を監視することによって容易に検出できるということである。機械的／構造的な完全性の喪失は、例えば、内管要素の亀裂または不完全なシールに起因する可能性がある。圧力センサ４３は、廃棄物処置システムが、任意の更なる損傷が起き得る前に停止するように、制御システムと通信する。機械的な完全性の喪失を効率的に検出する能力と、熱分解プロセスを停止することは、重要であるが、その理由は、反応器の中に吸い込まれた空気／酸素がガス状生成物との爆発的反応を引き起こす可能性があるからである。
【００８７】
機械的／構造的な完全性の喪失中に空気／酸素がガス状生成物と混合されるという任意の残りのリスクを取り除くために、環状空間は、不活性ガス入口４５を介した不活性ガス源４６からの不活性ガスで満たされる。環状空間内の不活性ガス（通常は窒素であるが、任意の適切なタイプの不活性ガスが使用できる）は、最小周囲圧力（またはより上）に保たれ、その圧力は圧力センサ４３によって監視される。不活性ガスの圧力は、例えば、周囲圧力より約５〜１５ミリバール上に保つことができる。環状空間とガス出口管１２の第１の開放端３８における圧力のΔＲは、例えば、１０〜３０ミリバールの範囲内にあることができる。上で議論されたように、機械的な完全性が失われた場合、不活性ガスだけが、内管要素または流路／導管３７の中に吸い込まれるであろう。不活性ガス源４６は、熱分解プロセスが安全に停止するまで、不活性ガスを環状空間に提供するであろう。
【００８８】
ガス取扱いシステム４７は、吸引デバイス４８に加えて、ガス状生成物の少なくとも一部を凝縮物およびガスに凝縮／分離するための任意の適切なデバイスまたはシステム、ガスおよび凝縮物のための貯蔵システム、ガス駆動発電機または油炉などの熱および／または電力を生成するためのシステム、を含むことがある。１つの実施形態では、不活性ガス源４６は、排煙が不活性ガスとして使用され得るように、熱および／または電力を生成するためのシステムのうちの１つに連結できる。
【００８９】
使用中、廃棄物材料は、先ず廃棄物容器１９に提供される。廃棄物容器は、例えば、廃棄物材料を反応器への導入に適した形態で提供するために、粉砕機、ペレタイザ、および／もしくは、廃棄物貯蔵ホッパに連結できる、または、それらの一部を構成できる。供給シーケンスでは、廃棄物材料、好ましくは、ペレット化された廃棄物材料は、廃棄物容器の出口３３に輸送され、廃棄物入口チャンバの上方弁２５は、開かれ、廃棄物材料は、廃棄物入口チャンバの中に導入される。導入後、上方弁２５は、閉じられ、廃棄物入口チャンバ２０は、任意選択で、ガス入口２７およびガス出口２８を介して窒素（または任意の適切な不活性ガス）によってパージされる。続いて、下方弁２６は、開かれ、廃棄物材料は、重力に起因して上側入口１０を介してマイクロ波熱分解反応器に進入するのを可能にされる。下方弁２６は、閉じられ、廃棄物材料は、マイクロ波源をポート１３に連結するマイクロ波導波路１４（概略示される）からのマイクロ波を用いて熱分解される。
【００９０】
反応器内に配置されたレベルセンサ（図示せず）は、適切に低いレベルの廃棄物材料に到達したことを検出し、上の供給シーケンスは、廃棄物材料の新たなバッチを反応器に提供するために、繰り返される。当初、内管要素２の廃棄物材料は、内管要素全体で同じ熱分解レベルであるが、導入された材料のバッチが繰り返されて或る時間の後に、固形物出口１１に最も近い材料は、完全に熱分解され、即ち、大部分がチャーであり、他方、入口１０に最も近い材料はそうではない。
【００９１】
ポート１３を通ってマイクロ波熱分解反応器に進入すると、マイクロ波は、スロット８を介して環状空間７および内管要素に進入して、内管要素２の内部に分配される。熱分解中に、廃棄物材料は、主として固形物およびガス状／揮発性材料に変換され、固形物は、大部分がチャーから構成され、ガス状材料は、大部分が炭化水素ガス／蒸気で構成される。一般に、熱分解は、摂氏３００〜６００度の温度範囲内で実行される。炭化水素ガス／蒸気は、ガス出口管１２を介して反応器から退出するのを可能にされる。廃棄物材料の少なくとも下側部分、即ち、反応器の固形物出口１１に最も近い部分の熱分解が完了すると、固形物コンベヤ２１は、固形物を固形物出口チャンバ２２に向けて動かす。鉛直方向に配置された内管要素を有することの利点は、プロセスで発生する任意の炭化水素ガス／蒸気が、ガスの発生する位置とガス出口管１２の第１の開放端３８との間で廃棄物材料を通過するであろうということである。
【００９２】
固形物出口チャンバ２２が満たされると、固形物が固形物出口チャンバから退出できるように、上方弁２９は、閉じられ、下方弁は、開かれる。固形物の退出後、下方弁３０は、閉じられ、固形物出口チャンバは、任意選択で酸素をパージし、上方弁２９は、固形物の新たなバッチを受容するために開く。一般に固形物出口チャンバは、固形物の中間貯蔵のために固形物容器に連結される。
【００９３】
廃棄物入口チャンバおよび固形物出口チャンバの双方は、ガス／空気をチャンバ外に排出するための配置、例えば、吸引デバイスに連結されたガス弁を任意選択で含むことができる。窒素パージをチャンバの事前排出と組み合わせることによって、必要量の窒素ガスは、低減できる。更なる実施形態では、廃棄物入口チャンバおよび／または固形物出口チャンバは、空気のパージまたは排出のための特徴を何ら含まないが、その理由は、入口／出口チャンバを介して反応器に進入できる或る量の酸素が何らかの悪影響を引き起こすのに十分ではないからである。
【００９４】
代替の実施形態では、廃棄物処置システムは、図１〜９または図１０〜１２に開示されたような反応器１を含み、反応器１の第１および第２の熱交換システムは、熱分解プロセスから回収された熱を利用するための任意の適切な補助システムに連結される。回収された熱は、例えば、水の予熱、発電、廃棄物材料の事前乾燥、および類似のものに使用できる。第１および第２の熱交換システムに加えて、そういった実施形態は、上で議論されたような固形物コンベヤ２１に連結される第３の熱交換システムを含むこともできる。
【００９５】
更に実施形態では、廃棄物処置システムは、図１３に開示されたような反応器１を含むことができる。そういった実施形態では、ガス取扱いシステム４７は、例えば、固形物コンベヤ２１におけるガス出口に連結できる。
【００９６】
内管要素１で使用するための適切なマイクロ波透過性材料は、ホウ珪酸塩または石英などのガラス材料、ならびに、窒化ホウ素ベースのセラミックなどの低い誘電損失を有する様々なセラミックを含む。
【００９７】
熱分解されるべき材料を加熱するためのマイクロ波の使用が必然的に伴うことは、上記材料が或る種の固有の特性、即ち、電気双極子と１２ｃｍから３２ｃｍの間の波長λのマイクロ波を吸収するための高い能力とを有することを好ましくは有するべきであるということである。多くの場合、廃棄物材料は、非常に不均質であろうし、また、全てが効果的なマイクロ波加熱に必要な特性を保有するわけではないであろう。後者の場合、上で議論されたような鉛直の内管要素を有するという有利な効果にもかかわらず、必要であるかまたは有利である可能性のあることは、マイクロ波熱分解反応器への導入前に、廃棄物材料を補助材料と混合することである。そういった補助材料は、例えば、マイクロ波熱分解反応器で予め生成されたチャーであることがある。しかしながら、たとえそういった補助材料が必要とされるとしても、鉛直の内管要素とその有利な効果は、そういった材料の量を最小化するであろう。
【００９８】
開示されたマイクロ波熱分解反応器は、主として廃棄物材料の処分におけるそれの使用によって説明され、得られる生成物、例えば、チャー、油、およびタールは、熱分解プロセスの主要なゴールではない。しかしながら、得られる生成物、ならびに、プロセスで生成される熱エネルギーは、価値があり、想定されることは、反応器および廃棄物処置システムが、得られる生成物および／または生成される熱エネルギーが主要なゴールであるプロセスで使用できるということである。そういったプロセスは、例えば、木材ベースの原材料の熱分解によるバイオ燃料の生産、エネルギー生産、および、類似のものであることがある。斯くして、用語「廃棄物処置システム」は、バイオ燃料および発電所などのシステムもカバーするものである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月8日(2021.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管要素（２）およびハウジング（４）を含むマイクロ波熱分解反応器（１）であって、
・  前記内管要素（２）は、マイクロ波透過性材料で作製され、前記ハウジングの内部に配置され、第１の開放端（５）および第２の開放端（６）を含み、
・  前記ハウジング（４）は、前記内管要素（２）のまわりの環状空間（７、４４）を囲む第１の内面と、廃棄物入口（１０）と、固形物出口（１１）と、ガス出口（１２）と、マイクロ波導波路（１４）用のポート（１３）と、を含み、前記廃棄物入口および前記固形物出口は、それぞれ前記内管要素の前記第１の開放端および前記第２の開放端と連通し、マイクロ波導波路用の前記ポートは、前記環状空間と連通し、
・  前記内管要素と前記ハウジングの前記廃棄物入口および前記固形物出口とは、前記内管要素のまわりの前記環状空間と流体連通していない導管の一部を形成し、
前記内管要素は、前記内管要素の前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端の少なくとも一方に配置されたシリンダ形状の弾性組立体を介して、前記管要素の長手方向に作用する圧縮力によって、前記ハウジングの内部にクランプされ、前記弾性組立体は、前記内管要素（２）の長手方向拡大を可能にするように適合され、前記内管要素の中心線（Ｃ）と同一直線状の中心線を有する中央通過通路（５７、６８）と、第１の端部（５５）および第２の端部（５６）を有し、前記内管要素の中心線（Ｃ）に平行な方向に圧縮可能である少なくとも１つのばね要素（５４）と、流体密環状壁と、を含む、マイクロ波熱分解反応器（１）。
【請求項２】
前記ばね要素（５４）は、シリンダ状であり、前記内管要素の中心線（Ｃ）と同一直線状の中心線を有する中央通過通路（６８）を含む、請求項１に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項３】
前記ばね要素（５４）は、均等に分配された力を、前記内管要素の前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端（６）の少なくとも一方に提供するように配置される、請求項１または２に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項４】
前記ばね要素は、ステンレス鋼などの適切な金属で作製される、請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項５】
前記ばね要素（５４）は、ベローズ形状である、請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項６】
前記内管要素（２）の前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端（６）の各々は、前記内管要素の中心線に垂直な平面に配置された環状面（５８、５９）を含む、請求項１から５のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項７】
前記第１の開放端（５）および前記第２の開放端（６）の各々は、前記環状面を特徴とするフレア部分（６０、６１）を含む、請求項６に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項８】
保護スリーブ（６２）は、好ましくは、前記内管要素（２）の内容積が前記ばね要素と流体連通しないように、前記少なくとも１つのばね要素（５４）の内側に配置される、請求項１から７のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項９】
前記弾性組立体（５４）は、前記導管の一部を形成する、請求項１から８のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１０】
前記ガス出口（１２）および前記固形物出口（１１）は、前記内管要素（２）の下流に配置された共通の出口（１１、１２）である、請求項１から９のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１１】
前記内管要素（２）は、使用中に前記廃棄物入口（１０）に進入する材料が重力によって前記第１の開放端から前記第２の開放端まで前記内管要素を通して輸送されるように、実質上鉛直であって前記第１の開放端（５）が前記第２の開放端（６）よりも高いレベルに配置される、請求項１から１０のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１２】
前記第２の開放端（６）の前記環状面（５９）は、前記内管要素が環状肩部（６３）と前記弾性組立体との間にクランプされるように、前記ハウジングの内部の前記環状肩部に面する、請求項６に記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１３】
前記ハウジングは、フランジ要素（６４）と前記内管要素の前記第１の開放端との間に前記弾性組立体（５４）をクランプするように配置された前記フランジ要素（６４）を含む、請求項１から１２のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器と、マイクロ波源（４９）と、ガス処置システム（４７）と、を含む廃棄物処置システムであって、
・  前記マイクロ波源（４９）は、マイクロ波導波路（１４）によって前記ポート（１３）に連結され、
・  前記ガス処置システム（４７）は、前記ガス出口（１２）に連結されており、前記ガス出口（１２）の圧力が使用中に周囲圧力未満に保たれ得るように配置された吸引デバイス（４８）を含む、廃棄物処置システム。
【請求項１５】
マイクロ波による加熱を受け易い任意の材料のマイクロ波支援熱分解用の請求項１から１３のいずれかに記載のマイクロ波熱分解反応器または請求項１４に記載の廃棄物処置システムの使用。
【国際調査報告】
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