JP5347158B2 - 廃棄物処理装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、廃棄物処理装置及び方法に係り、さらに詳細には、有害廃棄物を含む各種の廃棄物を、熱分解及び炭素固定方法によって安全に処理することができる廃棄物処理装置及び方法に関する。

これまでは各種の廃棄物を大気中に燃消させて、体積を小さくするために灰（灰分）のみを残す処理方法に注目してきたが、各種の固体有機物の焼却時に発生する元素は気相で、無臭・無色であり、肉眼や嗅覚で確認されず、焼却しても有害元素が消滅しないため、焼却処理方法は改善すべき課題として提案されている。
可燃性の廃棄物は、肉眼で確認される煤煙がないため、大気中で完全に燃消させたとしても、有害廃棄物から発生する有害ガスはそのまま残留して、大気や地下水を汚染させるため、これまでの一般的な焼却処理方法は根本的な改善が必要である。

特開２００９−８２８２３号公報 特開２００９−１７４７４０号公報

したがって、本発明は、焼却によって各種の有害物質などが空気中に飛散することを防ぐために、廃棄物を燃消させずに熱分解して炭素固定する廃棄物処理装置及び方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記のような各種の廃棄物、特に、有害性廃棄物、可燃性廃棄物などの処理時に発生する前記問題点を解決することができる新しい構成の廃棄物処理装置及び前記処理装置を使用した廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、特に、各種の廃棄物などを真空状態で熱分解反応炉に投入した後、高温（１０００〜３０００℃）の熱分解ローラの間に小さく粉砕された廃棄物を投入して高温で熱分解させ、高周波放電端子を通じて高周波光子を同時に放射させて物質の構造を変化させる。このとき、気相の物質が気化して、熱分解反応炉上の吸入口の周辺に集まり、吸入管に沿って集められた気体を高圧にした後、熱分解反応炉の発熱ローラの間に拡散噴出させて有益な新生物質を生成させ、これらの新生物質を真空炉の上下に形成された吸入管路を通して排出させて採取し、加熱反応炉を通った固体廃棄物は、交流コイルを通過させて熱磁気（静電気）によって有害成分を除去させる廃棄物処理装置及び方法を提供することを特徴とする。

本発明によれば、本発明に係る廃棄物処理装置及び方法は、真空タンク内に熱分解反応炉を設置し、前記熱分解反応炉内に熱分解ローラを互いに連接回転させて、各種の廃棄物などの有害廃棄物を分解することによって、有害廃棄物による公害を最小化及び予防することができ、有害廃棄物を含む各種の廃棄物を、熱分解及び炭素固定方法（乾溜方法）によって環境汚染を引き起こさずに安全に処理することができ、可燃性廃棄物の焼却時に発生する有害物質などを光分解させることができるため、環境汚染源を根本的に遮断することができるなど、その期待される効果が多大である。

本発明の好ましい一実施形態に係る廃棄物処理装置の一部を切取った状態を示す全体斜視図である。 図１のＡ部分の拡大図及び片部の抜粋斜視図である。 本発明に係る廃棄物処理装置に使用される投入手段及び熱分解反応炉の抜粋正面図である。 本発明に係る廃棄物処理装置の要部である熱分解反応炉の内部構成の一部を切取った状態を示す斜視図である。 本発明に係る廃棄物処理装置の要部である熱分解反応炉の内部に軸設置される熱分解ローラの一部分解拡大斜視図である。

以下、図面を参照して本発明に係る廃棄物処理装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る廃棄物処理装置１の全体構成図を示す。これは、球形の真空タンク２内に熱分解反応炉３を設置し、真空タンク２の一側には、真空タンク２内に作業者の出入、廃棄物の投入、処理された廃棄物の引出時に開閉する出入口４が設置される。

前記熱分解反応炉３は、後述する熱分解ローラ１４、１５から放射される放射熱を再使用するために球形の反射保温室として構成する。
また、真空タンク２に投入された廃棄物を熱分解反応炉３に自動的に投入するための投入手段５（図３を参照）が設置される。

前記真空タンク２は、図２に示すように正肉角錐の形状を有し、端部が半球形に形成された複数の金属片部６を溶接などの方法によってモザイク状に順次に固定させて、外部との圧力差によって変形しないように球形の真空タンク２を製作し、真空タンク２内には水平のベースフレーム７を設置して上部に作業空間８を形成する。各金属片部６は半球形の端部を真空タンク２の内側に向けて固定する。また、真空タンク２内の作業空間８は、真空を形成するように真空処理装置（図示せず）と真空吸入管９とを連結して配管させる。

前記投入手段５は、作業空間８に投入された廃棄物を熱分解反応炉３に自動的に投入するためのものであって、これは、垂直コンベヤー１０と、前記垂直コンベヤー１０の上部に連接して移送された廃棄物を水平方向に移送するための水平コンベヤー１１とから構成され、前記垂直コンベヤー１０は、所定間隔で複数の移送ラグ１２を設置して、前記移送ラグ１２が廃棄物を所定量ずつ上部に移送して水平コンベヤー１１に落下させれば、水平コンベヤー１１が廃棄物を熱分解反応炉３の上部に形成された投入孔１３に投入する。

前記熱分解反応炉３内には、投入孔１３を介して投入される廃棄物を熱分解させるために、図４に示すように、熱分解ローラ１４、１５を、平歯車１６、１７とギア噛み合うシャフト１８、１９上に軸設置する。
前記熱分解ローラ１４、１５は、製作を容易にすると共に安価で製作するために、高温にも耐えられる複数の黒鉛片２０を扇状に製作して、熱分解ローラ１４、１５の円弧に合わせて円弧方向に配置させる。熱分解ローラ１４、１５の長手方向（以下、Ｘ方向）に前後側に連接する黒鉛片２０は、長手方向に互いにジグザグ状に重畳するように配置させて、長手方向に貫通した複数の結合孔２１を介して支持棒２２を利用して結合させた後、前記支持棒２２の両端に形成された雄ねじ２３にナット２４を螺合させて固定させる。

前記支持棒２２の両端に形成された雄ねじ２３及びナット２４は、高熱による変形などが発生し得るためこれを排除し、シャフト１８、１９の両端で支持棒２２で組み立てられた黒鉛片２０を別途の固定リングなどを利用して固定することもできる。このようなシャフト１８、１９上に黒鉛片２０を固定させる手段は、一般的に知られた多様な手段を選択的に使用することができ、これについての詳細な説明は省略する。

また、黒鉛片２０に貫設されたさらに他の結合孔２５には、雲母粉末からなる絶縁被膜を塗布したタングステン（Ｗ）材質の電熱線２６を長手方向に配線して、電源の印加時に発熱させる。

前記熱分解ローラ１４、１５の外縁部には、高周波光子を発生させるように高周波放電端子２７、２８をそれぞれ設置し、熱分解ローラ１４、１５の下部には、熱分解された廃棄物を交流コイル２９の中に通過させる。このとき、交流コイル２９は、分解された微細粒子が静電気現象によって四方に飛散することを防止する静電気防止効果を有する。
また、熱分解反応炉３で熱分解を行うときに生成された気化物を熱分解反応炉３の上部で吸気及び圧縮して、熱分解ローラ１４、１５上に高圧で噴出させるように吸気管３０を熱分解反応炉３の上部に配管し、ポンプ３１を介して熱分解ローラ１４、１５と隣接するように微細噴出管３２と連結する。

前記のように構成された本発明の廃棄物処理装置１は、真空処理装置と連結された真空吸入管９を介して酸素を抜き出して、真空状態の密閉型の真空タンク２内の作業空間８に各種の廃棄物を充填させて酸化を防止した後、垂直コンベヤー１０及び水平コンベヤー１１を使用して廃棄物を熱分解反応炉３の投入孔１３から投入すれば、熱分解反応炉３内に設置されて回動する熱分解ローラ１４、１５の間に落下し、前記熱分解ローラ１４、１５は、タングステン（融点；３，４００℃）で製作された電熱線２６によって複数の黒鉛片（昇華点；３，４６０℃）２０が円筒状に形成されて、１０００℃以上３０００℃以下の高熱を発散し、廃棄物は高温に加熱されつつ熱分解されて下部に落下し、前記熱分解ローラ１４、１５に連接設置された高周波放電端子２７、２８から高周波光子が放射され、熱分解時に発生したガス（天然ガス）が熱分解反応炉３の上部に配管された吸気管３０を通じてポンプ３１によって圧縮された後、高圧の水素化合物などのガスが微細噴出管３２を通じて廃棄物に噴出されて、廃棄物の分解作用が行われる。

また、前記熱分解反応炉３で最終的に生成された炭化物などの灰分は、体積及び密度を最高にするために、熱分解反応炉３から引き出して微細粉末に粉砕し、これを酸素のない真空の無人施設内で投入して、ロボットの作業によって加熱、加圧、圧縮してブロックに成形する。
このとき、メラミン樹脂などの熱硬化樹脂などを適切に加え、圧縮ブロック内の気孔を除去して、強度及び密度を高めて体積を小さくする。

前記ブロックの成形時、所定量のホウ砂（ｂｏｒａｘ）、鉛（Ｐｂ）粉末などを投入して成形する。
成形されたブロックは、有害性物質がブロック内に溜められて水質や大気を汚染させないようにするためのものである。

一方、本発明の廃棄物処理装置１の真空タンク２内で廃棄物に熱分解作業を行うときに発生するガス及び液体は、真空処理装置によって真空タンク２の上下に形成された真空吸入管９を通じて分離されて収去され、気相及び液相の生成物質を石油化学工場に送って成分別（ベンゼン、石油、軽油、重油など）に分類し、非脂溶性の物質は遠心分離して（比重別、沸点、氷点などの物理学的な特性別に分類）石油化学材料として再使用することができる。

また、固相として乾溜及び生成された物質は、成分別の特性を考慮して選別して資源化することができる。
また、本発明の廃棄物処理装置及び方法によれば、廃棄物処理を行うときに地球温暖化現状の原因物質として知られた炭酸ガスの発生を根本的に遮断することができ、各種の産業廃棄物を、熱分解による分離方法を通じて各物質の沸点、氷点、凝縮などの物理学的な品性を利用して分離した後、再使用することができる。

特に、本発明は、可燃性のゴミを処理するに当たって、真空乾溜方法によって各種の有害産業廃棄物を能率的に安全に処理することができるため、最近に国際的な課題として取り組まれているエルニーニョ現象による地球温暖化の原因である炭酸ガスの排出を根本的に防ぐことができる産業的な効果を有する。
また、本発明の廃棄物処理装置及び方法は、細菌性の病院廃棄物、多様な可燃性の産業廃棄物だけでなく、原子力発電所から排出される放射性廃棄物の処理にも適用することができると期待される。

本発明の廃棄物処理装置及び方法は、各種の有害性廃棄物の処理はもとより、一般的な可燃性の重化学廃棄物などを安全に処理することができ、特に、各種の放射性物質の安全な処理方法として広く活用することができると期待される。

１ 廃棄物処理装置
２ 真空タンク
３ 熱分解反応炉
４ 出入口
５ 投入手段
６ 片部
７ ベースフレーム
８ 作業空間
９ 真空吸入管
１０ 垂直コンベヤー
１１ 水平コンベヤー
１２ 移送ラグ
１３ 投入孔
１４、１５ 熱分解ローラ
１６、１７ 平歯車
１８、１９ シャフト
２０ 黒鉛片
２１、２５ 結合孔
２２ 支持棒
２３ 雄ねじ
２４ ナット
２６ 電熱線
２７、２８ 高周波放電端子
２９ 交流コイル
３０ 吸気管
３１ ポンプ
３２ 微細噴出管

Claims (5)

1. 廃棄物処理装置（１）において、
   前記廃棄物処理装置（１）は、真空処理装置と連結される真空吸入管（９）を備えた球形の真空タンク（２）と、
   前記真空タンク（２）の一側に設置される出入口（４）と、
   前記真空タンク（２）内のベースフレーム（７）の上部に設置される熱分解反応炉（３）と、
   前記熱分解反応炉（３）の上部に形成された投入孔（１３）を介して廃棄物を自動的に投入するために真空タンク（２）内に設置される投入手段（５）と、を有し、
   前記熱分解反応炉（３）内には、熱分解ローラ（１４、１５）を平歯車（１６、１７）とギア噛み合うシャフト（１８、１９）上に軸設置し、
   前記熱分解ローラ（１４、１５）の外縁部には高周波放電端子（２７、２８）を設置し、
   前記熱分解ローラ（１４、１５）の下部に設置される交流コイル（２９）と、前記熱分解反応炉（３）で熱分解を行うときに生成された気化物を熱分解反応炉（３）の上部で吸気及び圧縮して、熱分解ローラ（１４、１５）上に高圧で噴出させるように吸気管（３０）を配管し、ポンプ（３１）を介して微細噴出管（３２）を連結したことを特徴とする廃棄物処理装置。
2. 前記真空タンク（２）は、正六角錐状に形成され、端部が半球形に形成された複数の片部（６）を互いにモザイク状に順次に固定させて球形に形成したことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理装置。
3. 前記投入手段（５）は、複数の移送ラグ（１２）を所定間隔で固定した垂直コンベヤー（１０）と、
   前記垂直コンベヤー（１０）の上部に連接して移送された廃棄物を水平方向に移送して熱分解反応炉（３）に投入するための水平コンベヤー（１１）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理装置。
4. 前記熱分解ローラ（１４、１５）は、複数の黒鉛片（２０）が扇状に製作して熱分解ローラ（１４、１５）の円弧に合わせて配置され、
   熱分解ローラ（１４、１５）の長手方向に前後側に連接する黒鉛片（２０）は、長手方向にジグザグ状に互いに重畳するように配置され、長手方向に貫通した複数の結合孔（２１）を介して支持棒（２２）を利用して結合され、前記黒鉛片（２０）に貫設された結合孔（２５）には、絶縁被膜を塗布したタングステン材質の電熱線（２６）を長手方向に配線されたことを特徴とする請求項１に記載の廃棄物処理装置。
5. 廃棄物処理方法において、
   投入手段（５）を使用して、真空タンク（２）内に設置された熱分解反応炉（３）の投入孔（１３）を介して廃棄物を投入する工程と、
   前記熱分解反応炉（３）に投入された廃棄物を熱分解ローラ（１４、１５）の上部に投入させて熱分解しつつ下部に落下させる工程と、
   前記熱分解過程中に熱分解ローラ（１４、１５）に連接設置された高周波放電端子（２７、２８）を通じて高周波光子を放電させた後、交流コイル（２９）を通過させる工程と、を含むことを特徴とする廃棄物処理方法。

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