低温熱分解方法及び低温熱分解炉
【課題】複雑な熱管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避して、廃棄物の効率的な低温熱分解を行う。
【解決手段】まず、低温熱分解炉の内部に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入し、その上面に助燃剤を散布した上で廃棄物を投入し、低温分解炉を外気から遮断する。その後、この灰と廃棄物の境界部分に散布された助燃剤を着火させ、磁力により外気を整流して、廃棄物を低温燃焼させるのに必要な空気量を灰の内部に供給し、廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素、炭化水素等を除去した上で外気に排出する。
【解決手段】まず、低温熱分解炉の内部に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入し、その上面に助燃剤を散布した上で廃棄物を投入し、低温分解炉を外気から遮断する。その後、この灰と廃棄物の境界部分に散布された助燃剤を着火させ、磁力により外気を整流して、廃棄物を低温燃焼させるのに必要な空気量を灰の内部に供給し、廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素、炭化水素等を除去した上で外気に排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ゴミ、プラスチック、木材、紙類など各種の廃棄物を焼却するための分解炉に関し、特別な温度管理、補助燃料なしで安定した効率の良い低温熱分解を行うことができ、ダイオキシン、ＮＯｘや悪臭等の発生を抑えるだけではなく、炉内温度を低温に維持できるようにして、例えば、工場、学校．病院などの施設、さらには、一般家庭でも広く利用な可能な低公害で安全な焼却処理を実現する低温熱分解方法及び低温熱分解炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物は、収集されてから最終処分にいたるまでの中間処分として、焼却処理が一般的に行われている。
例えば、このように廃棄物を焼却処理する場合に発生する、猛毒な有害成分であるダイオキシンについては、特定の燃焼温度範囲で多量に発生することが知られており、また、一酸化炭素、炭化水素は低温燃焼で、ＮＯｘについては高温燃焼で多量に発生することが知られている。
このため、厳格な温度管理を行わない燃焼によって、ダイオキシン、ＮＯｘ、一酸化炭素、炭化水素などの有害な物質や悪臭が発生し、さらには、有害成分を含有する焼却灰の廃棄処理などが大きな社会問題となっている。このため、かつて学校や病院などの施設に広く設置されていた自然燃焼を行う焼却炉は、現在その使用が厳しく制限されている。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来から各種の焼却炉や焼却方法が提案されてきた。
一例として廃棄物を、補助燃料などを利用して、ダイオキシン発生温度を超える高温で燃焼させることにより、その生成を抑制しているが、廃棄物中のプラスチックなどを含む産業廃棄物を焼却すると、焼却炉内が高温化することから耐熱性に優れた焼却炉が必要となり、補助燃料費だけでなく、設備投資が莫大なものとなってしまうという問題がある。
【０００４】
さらに、燃焼温度を管理することができない自然燃焼を行う焼却炉は、その使用が厳しく制限されるようになっており、特に都市周辺を中心に、増大し続ける廃棄物に対し、各自治体の処理能力は限界に来ており、また新たな処理施設の新設も困難な状況となっている。
【０００５】
一方、低公害の焼却炉として、磁気を使用する焼却炉などが提案されており、例えば、下記先行技術文献の欄に示すように、特許文献１〜特許文献９、特許文献１１、及び特許文献１３などが知られている。
しかし、いずれの場合も、実際の運転では、熱分解処理を低コストで、安定に、安全に行うことが容易ではないことが判明してきている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２、特許文献８では、燃焼用補助バーナーが設置されていたり、特許文献１では焼却炉内にスロープが設けられていたり、その他、特許文献３及び特許文献４でも炉の形状を抜本的に変更する必要がある。
【０００７】
さらに、特許文献１３では磁石の位置を変更したり、特許文献１２ではスノコを設置することなどが必要となり、特許文献７では、砕石層を炉の下部に作成し高温に保温する必要があり、特許文献９では高温熱分解炉として利用している。
また、特許文献１及び特許文献２のものでは、熱分解に充分な酸素を供給することがきわめて困難で、安定して機能させることが困難である。
【０００８】
一方、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１０などでは、磁気によりイオンやプラズマを発生させる分解炉が提案されているが、このような現象を実際に再現することは困難である。
さらに特許文献５や特許文献１６では、酸素富化や磁気流の循環などを行う分解炉が、そして、特許文献１７では、廃棄物を熱分解するに際し、永久磁石の配設領域で空気に乱流を発生させ、無機系の消臭殺菌剤を製造することが提案されているが、これらの分解炉でも、安定した分解を行うことは現実的には非常に困難である。
【０００９】
ところで、近年になり、熱分解炉の定義が法律でも規定されてきており、燃焼と熱分解の違いも明らかにされてきている。
一般的には、熱分解とは、例えば、触媒の作用を利用して、低酸素濃度下で一般的な燃焼温度よりはるかに低温度で灰化するものであり、特許文献６にみられるように、排気ガス中の有害物質を分解するための触媒を設置した例が知られている
【００１０】
しかし、これまで、熱分解炉内において、低温熱分解を効率的に持続させる助燃触媒として、熱分解炉の炉内で発生する灰の利用については、なんら着想も検討もなされておらず、また、こうした助燃触媒の存在下において、低温熱分解を持続させるための空気の供給についても具体的な解析がなされていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３０４５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−３３９６６号公報
【特許文献３】特開２００６−２４７４３７号公報
【特許文献４】特開２００６−２２３９７４号公報
【特許文献５】特開２００７−２０４６６０号公報
【特許文献６】特開２００７−２８４６０２号公報
【特許文献７】特開２００７−２９６４６５号公報
【特許文献８】特開２００７−３０１５４２号公報
【特許文献９】特開２００８−８５５９号公報
【特許文献１０】特開２００８−２００９３号公報
【特許文献１１】特開２００８−５１４７６号公報
【特許文献１２】特開２００８−５５３８１号公報
【特許文献１３】特開２００９−６３００号公報
【特許文献１４】実用新案登録 第３１２８４６４号公報
【特許文献１５】ＷＯ／２００８／０２６２４８
【特許文献１６】ＷＯ／２００８／０２９５６０
【特許文献１７】特開２００４−９１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、発明者らは、特に伐採した草木や、家庭から廃棄される生ゴミに含まれている野菜等を低温で熱分解させたとき、灰中に高濃度に含有される炭酸カリウムを、熱分解を促進する助燃触媒として有効に活用できることに着目し、空気（酸素）の供給量が一定値以下に制限された炉内で、いわゆる蒸し焼きによる低温熱分解を行わせ、発生する一酸化炭素、炭化水素を、触媒により完全に酸化した上で大気に放出することにより、例えば、家庭においても手軽に安全性が高く、ダイオキシンやＮＯｘの発生量を基準値以下に確実に低減できる低温熱分解が可能になることを見いだした。
【００１３】
すなわち、本発明では、廃棄物を低温熱分解することにより灰中に含有される炭酸カリウムを、低温熱分解を行うための触媒として再循環して活用することにより、複雑な熱管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避し、様々な施設、さらには家庭でも広く利用可能な、低コストで耐久性の高い低温熱分解方法、及びこれを効果的に実現する低温熱分解炉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】
【００１４】
そこで本発明の廃棄物の低温熱分解方法においては、次のような工程を順次行う。
（１）低温熱分解炉の内部に形成した低温熱分解室に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入する工程
（２）前記灰の表面に助燃剤を散布する工程
（３）該助燃剤の上面に廃棄物を投入する工程
（４）前記低温分解炉を外気から遮断する工程
（５）前記灰と廃棄物の境界部分に散布された助燃剤を着火させる工程
（６）前記廃棄物を低温熱分解させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程
（７）前記廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素（炭化水素）を除去する工程
【００１５】
あるいは、上記（３）の工程で、予め助燃剤を着火させておき、上記（５）の工程を省略してもよい。
【００１６】
さらに、上記（６）の工程において、供給する空気に磁場を作用させて、空気を整流するようにすれば、さらに低温熱分解を効率よく行うことができる。
【００１７】
また、本発明の低温熱分解炉は、次のような構成を備えている。
（１）廃棄物投入口、熱分解後の灰を排出するための灰取出口とを備え、これらを外気から封止する開閉自在の蓋体を備えた本体
（２）該本体の内部に形成された低温熱分解室
（３）該低温分解室の底部に投入された、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰
（４）該低温分解炉の下方に設置され、前記灰の内部に進入する先端開口を有する空気供給管
（５）空気流入量調節装置を備え、前記空気供給管に所定量の空気を供給する空気供給装置
（６）前記廃棄物の低温熱分解により発生する排気ガス中の煤煙を除去する消煙装置
（７）排気ガスを浄化する排気処理装置
【００１８】
前記排気処理装置が、前記消煙装置に接続された煙突の内部に配設された酸化触媒及び排気浄化装置とすれば、低温熱分解炉から排出される排気ガスの環境基準を確実にクリアすることが可能となる。
【００１９】
前記本体をケーシングで覆い、該ケーシングの開口部に換気ファン、前記消煙装置及び前記排気浄化装置を設け、前記ケーシングの内部に排出された、前記低温熱分解により発生した排気ガスを、前記換気ファンにより吸い出し、前記消煙装置及び前記排気浄化装置を介して大気に排出すれば、火傷等の事故を確実に防止するとともに、シンプルな外観となり、商品性を高めることができる。
【００２０】
さらに、前記灰の上に投入された廃棄物を着火し、低温熱分解を開始させる発熱スタータを設置すれば、低温熱分解炉を外気から遮断した上で、短時間で低温熱分解を開始させることができる。
【００２１】
上記（５）の空気供給装置の空気流入量調節装置上流側に、Ｎ極とＳ極を所定の間隙を介して対向させた空気整流装置を設け、供給する空気に磁場を作用させて、空気を整流するようにすれば、さらに低温熱分解を効率よく行うことができる。
【００２２】
上記（８）の煙突の下端に、上記（７）の消煙装置で煤煙が除去された排気ガスを導入する排気管を連結するとともに、空気取り入れ口を配設し、該煙突の内部に挿入された空気供給パイプから供給される空気により、前記空気取り入れ口から空気を供給し、前記酸化触媒に送給される排気ガスを空気で希釈することにより、低温熱分解室における酸素濃度を過剰に高めることなく、しかも上記（８）の酸化触媒の作用を活性化することができる。
【００２３】
上記（７）の消煙装置に、内部に水タンクを配設し、低温熱分解室から導入される排気を該水タンクの水表面に沿って迂回させるとともに、該水タンクの底部に気泡発生装置を配設することにより、排気ガス中の煤煙を効率よく除去することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、灰中に含まれる炭酸カリウムを助燃触媒として、外気と遮断された低温分解炉内に整流された空気を所定量供給することにより、複雑な温度管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避して、廃棄物の低温熱分解を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】低温熱分解炉の全体図。
【図２】低温熱分解炉の正面図。
【図３】低温熱分解炉の側面図。
【図４】低温熱分解炉の平面断面図。
【図５】低温熱分解炉の上面及び消煙装置の断面を示す図。
【図６】空気供給装置の断面図。
【図７】発熱スタータの取付構造を示す図。
【図８】低温熱分解炉をケーシングで覆った例を示す図。
【図９】灰の排出装置の一例を示す正面図。
【図１０】灰の排出装置の一例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下図面に基づいて、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００２７】
図１〜図４に、低温熱分解炉１の全体図、正面図、側面図、平面図をそれぞれ示す。
低温熱分解炉１は、低温熱分解炉本体２と煤煙除去用の消煙装置３、煙突３９、この煙突内に配置された一酸化炭素及び炭化水素を除去する酸化触媒４、排気浄化装置５などから構成されており、廃棄物等、熱分解させる処理物を低温熱分解炉本体２内の低温熱分解室２ａ内で低温で熱分解するとともに、低温熱分解により発生するガスを消煙装置３、排気処理装置を構成する酸化触媒４及び排気浄化装置５を通じて浄化した後、外気へ排出させるようになっている。
【００２８】
まず、低温熱分解炉本体２の構造について説明すると、低温熱分解炉本体２は、鉄系金属などの耐熱材からなる全体として中空の矩形箱体形状を有している。
また低温熱分解炉本体２は、略一定の板厚寸法の矩形平板状の金属板によって形成され、図２〜図４に示されるように、前部壁６、後部壁７、左右の側部壁８、９、上部壁１０、及び底部壁１１を備えている。
【００２９】
図４に示されるように、前部壁６及び後部壁７の内面には、二重構造となる略矩形平板形状を有する第一の内部壁１２と第二の内部壁１３が、所定の間隙を介して前部壁６及び後部壁７と平行に設けられており、その外端が左右の側部壁８、９の各内面等に固着されている。なお、第一の内部壁１２及び前部壁６、そして第二の内部壁１３と後部壁７とは、結合強度、剛性を高めるため、所定の高さを有する支持板１２ａ、１３ａにより、中央２箇所でも固着結合されている。
【００３０】
同様に略矩形平板形状の第三の内部壁１４と第四の内部壁１５は、それぞれ左右の側部壁８、９に対し、所定の間隙を介して平行に設けられており、その外端が第一の内部壁１２、第二の内部壁１３の各内面に固着されており、中央部分は支持板１６、１７により左右の側部壁８、９に結合されている。
この実施例では、第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５が２重構造をなし、低温熱分解炉本体２の内部に低温熱分解室２ａを構成する。そして、前部壁６、後部壁７及び左右の側部壁８、９との間に形成される空隙が断熱層となり、低温熱分解室２ａの温度を維持するとともに、使用者が接触する可能性の高い、前部壁６、後部壁７及び左右の側部壁８、９の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００３１】
低温熱分解室２ａの略上方に位置する部分の上部壁１０には、図３、図５に示されるように、廃棄物を低温熱分解室２ａの内部に投入するための投入口１８が設けられており、この投入口１８には、これを開閉する略矩形平板状の蓋体１９が設けられている。
この蓋体１９は、図５に示されるように、前部壁６からみて、上部壁１０に設置された消煙装置３の前方において、その一側辺縁部が上部壁１０に設けられたヒンジ２０により連結されており、投入口１８を全閉あるいは全開可能に回動可能となっている。
【００３２】
図１、図５に示されるように、蓋体１９には、その両側に、ボルト２１によりガススプリング２２の一端が回転可能に取り付けられており、このガススプリング２２の他端は、ボルト２３により上部壁１０に回転可能に固定されている。これにより、蓋体１９を回転操作し、上部壁１０に設けられたレバー式ロック装置２４に係止させることにより蓋体１９が閉塞状態にロックされるようになっている。
このガススプリング２２の弾発力を利用して蓋体１９の荷重を支持することにより、蓋体１９をわずかな操作力で開閉でき、また全開状態としたとき、その状態を維持させることにより、廃棄物投入を簡単に行えるようにしている。
【００３３】
図３に示されるように、低温熱分解炉本体２の前部壁６及び後部壁７の下方には、低温熱分解室２ａの内部に熱分解により発生した灰が過剰に蓄積した場合に排出できるよう、前部扉２５及び後部扉２６が設けられている。
前部扉２５は、前部壁６の下方に形成した灰取り出し口を開閉するもので、図２に示されるように、前部壁６の灰取り出し口近傍に連結ピン２７を介して回動自在に取り付けられており、レバー式ロック装置２８により閉止状態にロックできるようになっている。前部扉２５の裏面と灰取り出し口との間には、両者間の隙間を封止して、外気の進入を遮断する耐熱性のシール材が、灰取り出し口の周囲あるいは前部扉２５の裏面外周に接着されている。
後部扉２６も同様の構造である。
【００３４】
なお、低温熱分解室２ａの内部に蓄積した灰が、前部扉２５、後部扉２６から容易に排出できるよう、第一の内部壁１２及び第二の内部壁１３の下端が底部壁１１から所定高さとなるよう、第一の内部壁１２及び第二の内部壁１３の下端と底部壁１１との間に所定の間隙が形成されるようにしている。
【００３５】
次に空気供給装置について説明する。
図１、図２に示されるように、低温熱分解炉本体２には、前部壁６、後部壁７、左右の側部壁８、９の下方に、低温熱分解室２ａの内部に空気を供給する複数の空気供給装置２９が設けられている。
この空気供給装置２９は、図６に示されるように、小径の略円形断面を有するパイプ状の空気供給管３２を備えており、その先端開口は、上端が鋭角となるよう斜め切りされた端部を備え、この実施例では、図５に示されるように、前部壁６に２個、後部壁７に２個、そして左右側部壁８、９にそれぞれ３個、計１０個設置されており、それぞれの空気供給管３２は、第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５に設けた開口を貫通して、後述する低温熱分解炉本体２内の低温熱分解室２ａに予め貯留された、炭酸カリウムを助燃触媒として含む灰Ａの上面近傍に進入している。この実施例では、前部壁６と後部壁７の空気供給装置２９は、各側部壁８、９の空気供給装置２９より、若干低い位置に設けられている。なお、この空気供給装置２９は、各壁に沿うよう屈曲しているが、図６では便宜上直線状に表示しており、また、図３、図４では空気供給管３２のみ簡略して表示している。
ここで、空気供給管３２の先端開口を、上端が鋭角となるように斜め切りしたのは、低温熱分解室２ａの底部に、空気供給管３２が埋まる程度に灰Ａを投入する際、空気供給管３２の内部に灰Ａが進入して、空気供給管３２を詰まらせないようにするためであり、この実施例では、空気供給管３２の先端開口の上端が各内部壁から１０〜１２ｃｍ程度、下端が各内部壁から４〜６ｃｍとなるよう、低温熱分解室２ａの内部に進入させている。
【００３６】
これらの空気供給装置２９のそれぞれは、周囲を断熱材で覆われた空気整流装置３０を備えており、空気流入量調節装置３１、空気供給管３２を介して、低温熱分解室２ａの内部空気を供給する。この実施例では、空気流入量調節装置３１としてバタフライバルブを使用し、丸形のハンドル３１ａにより手動で開度を調節できるようになっている。
さらに、この空気整流装置３０は、略矩形箱体形状を有する箱体を備えており、この箱体の中央部に空気通路が形成されている。箱体は非磁性体であればよく、本実施例では、耐熱性の繊維強化プラスチックからなり、空気通路を上下に挟んでＮ極とＳ極が対向するように配置された永久磁石により強力な磁場がかけられ、整流装置として機能している。
【００３７】
この磁場は電磁石により形成してもよいが、本実施例では、筺体を構成する４枚のプレートのうち、空気通路に面している内側の２枚のプレートに、円形の永久磁石を固定するための凹所が設けられており、この内部に永久磁石のＮ極とＳ極が空気通路を挟んで対向させ、小径の開口を有するプレートで支持されている。
このように、空気通路に強力な磁場を印加すると、空気中の窒素は、反磁性が強く、空気通路の中心に集中して加速され、一方常磁性の酸素は、空気通路の外周に集中して、加速された窒素に牽引されるようにして空気供給管３２から灰の内部に放出されることになるので、狭い空気通路空間の空気の流れに整流効果が発生して酸素濃度勾配が作成され、空気供給管３２の端部から、内部に窒素富化層、その外周に、円筒状に表面積の広い酸素富化層が形成された状態で噴出し、炭酸カリウムを触媒として含有する灰との接触部分において低温熱分解を広範囲に促進することができる。なお、永久磁石も場合でも、電磁石の場合でも、磁石間の空隙を１．０ｃｍとした場合、磁束密度が０．０４Ｔ以上であれば十分な整流効果が得られ、磁石間の空隙を１．０ｃｍ〜３．０ｃｍとした場合でも、磁束密度が０．０４Ｔ〜１．５Ｔとなるような磁力を有する磁石を採用すれば十分である。この実施例では、入手しやすい直方体形状の永久磁石を使用したが、円筒状に湾曲した永久磁石を使用してもよい。
【００３８】
こうした空気整流効果は、空気整流装置３０の上流側の断面積と、下流側の断面積とも大きく関係し、流入口の断面積よりも流出口の断面積が小さいときには空気が速く流入し、逆に大きくすると空気が逆流するので、流出口の断面積の流入口の断面積に対する比率を０．１〜０．９とすると、空気を内側へ吸引する効果が得られる。
こうした磁界を利用した整流現象、効果については、Combustion and Flame 107:187-188 (1996)、Combustion and Flame 135:365-379 (2003)、Jap J Appl. Phys 39:L436 (2000)、Jap J Appl. Phys 39: L259-261 (2000)、J Appl. Phys 69:2734-2736 (1991)、Physics B 216:403-405 (1996)、Physics Lett A 362:105-108 (2007)により実証されている。
【００３９】
一方、低温熱分解室２ａ内の酸素濃度が高いと、その内部で廃棄物の着火に伴う自然燃焼が発生し、低温熱分解を持続させることが不可能となるため、内部の酸素濃度を数％程度に維持する必要がある。発明者らの実験によると、空気整流装置３０がない場合でも、空気流入量調節装置３１により空気供給装置２９から供給される空気量を調整することにより、低温熱分解を持続させることが確認できた。
しかし、空気流入量調節装置３１により制限された量の空気を低温熱分解室２ａに供給するとともに、この実施例のように、空気整流装置３０により、表面積の広い酸素富化層を形成すれば、低温熱分解室２ａの酸素濃度を低濃度に維持した上で、炭酸カリウムを助燃触媒とした低温熱分解が広範囲に活性化させて、廃棄物の分解処理速度を大幅に向上させることができる。
【００４０】
なお、磁場を利用した整流をより効率よく行うために、空気流入量調節装置３１によって空気流入量を適切に調節することが必要であり、さらに、整流装置の空気流入口の断面積に対し、排出口の断面積を吸入口の断面積の０．１から１倍まで、好ましくは０．５〜０．９倍に調節することが好ましい。これにより空気の加圧がなくとも、空気吸入口から空気の流入が磁場の影響下で加速され、炉内において、炭酸カリウムを触媒として含有する灰Ａの内部に外周に酸素富化層を有する空気流が効率よく供給され、低温熱分解を促進する。
また、このような空気整流装置として、磁力によるものばかりでなく、例えば、酸素富化膜を使用して、内側に酸素富化層を形成し、外側の窒素富化層をファンなどで圧送することにより、この酸素富化層を灰の上面付近から内部に進入させるようにしてもよい。
【００４１】
次に、低温熱分解を開始するための発熱スタータ３３について説明する。
低温熱分解炉本体２の前部壁６には、図３、図４に示されるように、低温熱分解を開始するための発熱スタータ３３が、低温熱分解室２ａの内部に進入できるよう、抜き差し自在に設けられている。この実施例では、発熱スタータ３３は、前部壁６左側下方に設けた空気供給管３２の直上方に配置している。
この発熱スタータ３３は、電熱棒３３ａを備えており、後述するように、低温熱分解室２ａ内に貯留した灰Ａの表面に散布された助燃剤を着火することにより、空気流入量調節装置３１により酸素濃度が低濃度に維持された低温熱分解室２ａの内部において、灰中に含有される炭酸カリウムを助燃触媒として廃棄物の低温熱分解を開始するものである。
【００４２】
図７に示されるように、発熱スタータ３３の電熱棒３３ａには、断熱材などで保護された配線を介して外部から電力が供給されるようになっており、低温熱分解炉本体２の適所に配置された操作盤(図示せず）に電源スイッチが設けられており、必要な時間だけ電熱棒３３ａに電力を供給できるようになっている。
なお、発熱スタータ３３は助燃触媒灰と廃棄物の間にある助燃剤を着火するものであり、この電熱棒３３ａを保護するため、第一の内部壁１２に耐熱性金属製のカバー３４を設けるのが好ましい。
また、低温熱分解室２ａの底部面積によっては発熱スタータ３３を、前部壁６のみならず、後部壁７、左右の側部壁８、９に複数設けてもよい。
【００４３】
なお、この実施例では、発熱スタータ３３を使用して、低温熱分解室２ａ内に散布された助燃剤を着火したが、より簡便には、着火した棒状の助燃剤を投入して散布した助燃剤が燃え広がったのを確認してから、廃棄物を投入するようにしてもよい。さらに、助燃剤として、炭起こし器で予め着火させた木炭を使用し、低温熱分解室２ａ内に貯留した灰Ａの表面に散布して、その後、廃棄物を投入するようにしてもよい。
【００４４】
低温熱分解により蓄積される灰は微量であるが、長期にわたり低温熱分解を行うと、内部の灰Ａの蓄積量が増え、散布された助燃剤が発熱スタータ３３から離隔して着火が円滑に行われない場合が発生する。このような場合は、助燃剤を散布する直前に、発熱スタータ３３が灰Ａの上面に近傍となるよう、周辺の灰Ａを掘り下げるなどの対応を取ればよい。また、低温熱分解室２ａの底部に、発熱スタータ３３の位置まで延びる隔壁を設け、第一の内部壁１２及び第二の内部壁１３の下端との間に所定の間隙を形成することにより、この間隙からオーバーフローした灰Ａを、第一の内部壁１２と前部壁６との間の空間、第二の内部壁１３と後部壁７との間の空間に排出するようにすれば、前部扉２５及び後部扉２６により、オーバーフローした灰Ａを取り出すだけで、灰Ａの高さを常時発熱スタータ３３近傍に維持することが可能となる。
【００４５】
一方、図３に示されるように、上部壁１０の低温熱分解室２ａ上方位置に温度計３５を設け、検出温度に基づいて、電熱棒３３への電力供給時間を自動的に制御するようにしてもよい。この温度計３５は、発熱スタータ３３の電力供給を制御するに加え、低温熱分解が正常に進行しているかを監視して、異常低温時に熱分解が停止したことを警報したり、さらには、空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１として電動バルブ等を使用することにより、低温熱分解が正常に進行するよう、空気流入量をフィードバック制御するようにしてもよい。特に低温熱分解室２ａが異常に高温となったときは、低温熱分解室２ａの内部で高温燃焼が発生しているとして、空気流入量調節装置３１を完全に遮断することにより、低温熱分解室２ａ内の酸素濃度を瞬時に低下させ、高温燃焼を抑制することができる。
【００４６】
このようにして、低温熱分解室２ａの内部で低温熱分解が進行すると、後述するように特に一酸化炭素濃度が高い排気ガスが発生する。なお、発明者らの実験によると、炭化水素の排出濃度は一酸化炭素濃度に比べて非常に小さいことが確認されており、これは、特に生ゴミ等に含有される水分が低温熱分解室２ａの内部に蒸気として充満していること、そして自然燃焼に伴う黒煙がほとんど存在しないことによるものと推測される。
この排気ガスは、図２、図３に示されるように、上部壁１０における投入口１８と反対側の隅部に設けられた排気ガスの排出口３６から、排出されることになる。この排出口３６は、例えば上部壁１０を板厚方向に打ち抜くことなどにより形成されており、具体的な形状や大きさ等は適宜設定される。
この排出口３６には、排気管３７が挿入されており、この排気管３７の他端は、上部壁１０における投入口１８や蓋体１９の配設スペースを除く部分に固定的に載置された状態で配設され消煙装置３の内部に連通している。
【００４７】
消煙装置３は、略直方体形状をしており、図５に示されるように、低温熱分解炉本体２の幅方向に延びる垂直壁により内部に迂回路が形成され、排気管３７から消煙装置３の一端側で排出された排気ガスは、図５において、垂直壁に沿って消煙装置３の他端側に流れ、垂直壁の端部で迂回して、再び、消煙装置３の一端側に接続された煙道３８を介して排気用煙突３９（図２参照）に到る。
【００４８】
この消煙装置３には、図３、図５に示されるように、内部に水タンクが形成され、この水タンクに水を注入する処理水用の注入孔４０及びオーバーフロー用の管４１等が周囲の適当な位置に設けられており、処理水が注水及び排水されて交換可能とされており、排気管３７の上端部が水面から突出するよう、水位を調節することができる。
【００４９】
消煙装置３の底部には、図５に示されるように、垂直壁により内部形成された迂回路に沿って、エアレーション装置４２(図２参照）に接続されたＵ字型散気管４２ａが設けられ、空気供給パイプ４３から供給される空気を水タンクの内部に泡状に噴出させる。これにより、水タンクに貯留された水の表面を泡立たせるとともに、霧状の水滴を水タンクの上方空間に充満させる。したがって、排気管３７から排出された排気ガスは、垂直壁に沿って迂回している間に、Ｕ字型散気管から噴出する空気により攪拌、希釈されるとともに、充満する霧状の水滴と泡立ちにより拡大した水表面に接触することにより、排気ガス中の煤煙のほとんどが水に補足され、煙道３８に到る排気ガスに含有される煤煙のほとんどが効率的に低減される。
なお、処理水用の注入孔４０には、定期的に水道水を供給し、オーバーフロー用の管４１から排出することにより交換され、汚れた水は、適宜浄化用フィルターで煤煙を除去した上で廃棄される。
【００５０】
一方、図２に示されるように、消煙装置３の排気口に連結された煙道３８は、煙突３９の内部に進入しており、煤煙を除去された排気ガスは、煙突３９の内部に放出されることになる。この煙突３９内部の底部付近には、エアレーション装置４２から分岐する空気供給パイプ４４が接続されており、上方に向けて空気を供給するようになっている。一方、煙突３９の下部には、煙道３８の上端開口より下方に位置して、メッシュ状の空気取り入れ口３９ａが形成されており、空気供給パイプ４４から供給される空気に牽引されて、外気を煙突３９内に供給するようになっている。このため、エアレーション装置４２から空気供給パイプ４３を介して消煙装置３の内部に供給された気泡状の空気と合わせて、この排気ガスは空気で１０倍程度に希釈される。
なお、空気供給パイプ４４から煙突３９の内部に供給される空気は、流速が高いと排気ガスを過剰に吸い込み、結果として、空気供給装置２９から供給される空気量を過度に増加させ、低温熱分解室２ａの酸素濃度を高め、低温熱分解を持続させるのが困難になるおそれがあるので、煙突３９の下部に設けたメッシュ状の空気取り入れ口３９ａから、優先的に外気が吸入され、しかも、煙道３８からの排気ガスが大気に放出されない程度に、空気の流速及び流量を予め調整しておく必要がある。
【００５１】
こうして酸素濃度が十分に高められた上で、排気ガスは煙突３９内を上昇し、その内部に装着された一酸化炭素及び炭化水素を酸化する、白金、パラデイウム、銅マンガンなどの酸化触媒を担持したハニカム構造を有する酸化触媒４により完全に除去され、さらにその上方の粒状活性炭を含むカセット式の排気浄化装置５で最終的に残存する微小な煤煙などが浄化される。なお、酸化触媒の活性を維持するため、酸化触媒に温度センサを設け、その外周に設置したヒータにより、低温熱分解開始に先立ち急速に加熱し、また、低温熱分解中も、酸化反応を維持するよう、このヒータをフィードバック制御すると好適である。
さらに、排気浄化装置５の下流に、ＣＯセンサなどを配置しておき、万一一酸化炭素濃度が基準値を超えるような場合、空気供給装置２９に設けられた空気流入量調節装置３１を遮断し、熱分解を直ちに終了させるとともに、警報や警告ランプを点灯させるようにすると一酸化炭素の過剰排出を未然に防止することができる。
【００５２】
上記の実施例では、煙突３９の内部に酸化触媒４、カセット式の排気浄化装置５を設け、ＣＯや微少煤煙の除去を行っているが、図８に示すように、煙突３９を設けず、低温熱分解炉本体２のうち、その下方に設けた灰取り出し用の前部扉２５、後部扉２６の上方部分全体をケーシング４５で覆い、このケーシング４５の内部に、排気管３７から直接ケーシング４５の内部に排気ガスを直接排出するようにしてもよい。
【００５３】
この場合、排気管３７からケーシング４５内に排出された排気ガスは、ケーシング４５の上部壁１０に形成した開口部に設けられた換気ファン４６により上方に吸い出され、消煙装置３と同様に、水タンク、迂回路、エアレーション装置からなるものや、霧状の水を噴射してシャワーカーテンを構成する消煙装置４７と、ズードケミー触媒株式会社製ポプカライト触媒等の低温作動型触媒４８からなる排気浄化装置を介して、煤煙、有害成分等を除去した上で大気に排出する。
なおこのケーシング４５には、廃棄物投入時、廃棄物を投入するための蓋体１９を開閉できるよう、シール材で密閉可能の開閉扉４９を設けている。その際、蓋体１９を開閉するレバーを、開閉扉４９により開閉される開口付近まで延出するとともに、この開口から低温熱分解炉本体２の上部壁１０に設けた投入口１８に到るまで、廃棄物がスムースに投入されるよう、ダストシュートをケーシング４５の内壁に設置すると一層スムースな廃棄物投入を行うことができる。
【００５４】
このようにケーシング４５を覆うことにより、低温熱分解炉本体２の外壁に直接手が触れることを防止でき、しかも、ケーシング４５と低温熱分解炉１の外壁との間には空隙が形成され、しかもこの空隙に、換気ファン４６により上方に吸い出される空気が流れるため、ケーシング４５の外壁は、ほぼ体温程度に維持されるので、安全性を一層高めることができる。
さらに、非常にシンプルな外観となり、一般家庭などにおいても違和感を生じさせることなく設置することが可能となる。
【００５５】
次に、以上説明した低温熱分解炉１を使用した実際の廃棄物処理方法について説明する。
まず、最初に、蓋体１９を開いて投入口１８を解放し、図３に示されるように、低温熱分解室２ａの内部に、０．１〜３０重量％、好ましくは１重量％以上の炭酸カリウムを含む灰Ａを、第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５を貫通する空気供給管３２のうち、最も高い位置にある空気供給管３２がちょうど埋まる程度に、そして、発熱スタータ３３の電熱棒３３ａの位置近傍になるまで、少量ずつ静かに充填する。なお、このとき、予め、前部扉２５及び後部扉２６により、前後の灰取り出し口をいずれも封止し、外気が進入しないようにしておく。
【００５６】
次に、投入口１８から、木炭用着火剤のような助焼剤を灰Ａの表面全面にわたり薄く散布した上で、熱分解すべき廃棄物を投入し、蓋体１９を閉じて投入口１８を封止し、低温熱分解室２ａを外気から遮断し、予め初期値に調整しておいた空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１により、調整された空気量の空気のみが低温熱分解室２ａに供給されるようにしておく。
【００５７】
このような準備段階が終了したら、操作盤のスイッチをオンにして発熱スタータ３３の電熱棒３３ａに電力を供給し、助燃剤を着火させる。これにより助燃剤は、灰Ａと廃棄物の境界層全面に燃え広がり、この燃焼に伴い、低温熱分解室２ａの酸素濃度が４〜９％まで低下し、灰Ａと廃棄物の境界層の温度上昇に伴い、灰Ａに含まれる炭酸カリウムが助焼触媒として作用し、各空気供給装置２９により整流された酸素により低温熱分解が開始される。そして、廃棄物の低温熱分解に伴う温度上昇により、低温熱分解室２ａ内に対流が発生し、熱分解をさらに促進させる。
なお、この低温熱分解は、４〜９％程度の低酸素濃度下で、大気圧下での自然燃焼と比較してはるかに低温の８５０℃以下の温度を維持して安定して持続する。
したがって、このような低温熱分解が持続されるよう、低温熱分解が定常的に進行する状態で、低温熱分解室２ａ内の酸素濃度が４〜９％程度が維持されるよう、予め空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１を設定しておく必要がある。
【００５８】
なお、この実施例では、発熱スタータ３３を使用して助燃剤を着火させているため、木炭用着火剤のような助焼剤を灰Ａの表面に散布した後、廃棄物を投入しているが、前述のように、発熱スタータ３３を使用せず、助燃剤を予め着火した状態にする場合、助燃剤が灰Ａの表面に燃え広がったのを確認してから、廃棄物を投入することになる。
【００５９】
このように、低温で廃棄物の熱分解が行われることから、発生するＮＯｘは非常に低濃度である。また、発明者らの実験によると、煙突４２から排出される排気ガス中に含有されるダイオキシン、低温熱分解室２ａの灰Ａに含有されるダイオキシンについても、いずれも基準値を大幅に下回る濃度となることが確認されている。これは、上記のように、ダイオキシンが大量に発生する温度領域よりはるかに低い温度で、しかも、窒素の酸化が発生しにくい４〜９％の低酸素濃度下で低温熱分解を行っていることに起因するものと推測される。
さらに、低温熱分解炉本体２として、特に耐熱性に優れた構造を必要とする高温焼却炉の構造、例えば耐熱性レンガなどを必要とはせず、しかも、低温熱分解室２ａを形成する第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５が二重壁構造として、これが外側の壁とは最小限の接着部位で接続されているので、内部で発生した熱が炉本体の外側壁へ伝導しにくい構造となっており、外側壁の温度が上昇しない。
低温熱分解室２ａ内に分解処理すべき廃棄物などを充填し、低温熱分解開始後、最も高温になる場合でも、低温熱分解炉本体２の外壁温度は概ね７０〜８０℃、最高でも１００℃以下に維持され、排気口温度は５０℃以下に保たれるので、短時間の接触での火傷などの危険性はほとんどなく運転中も安全である。
【００６０】
なお、このような低温熱分解を持続させるためには、前述のように、酸素量を必要最少量に調整することが必要であるが、各空気供給管３０の空気流入量調節装置３１を介して低温熱分解室２ａに供給される空気量は、低温熱分解室２ａの容量や廃棄物の種類、処理量にも依存するが、低温熱分解室２ａの床面積の１ｍ２当り１００ｃｍ３／秒以上１０００ｃｍ３／秒以下に調節すると、低温熱分解がすべての破棄物を灰化するまで持続することが確認された。
【００６１】
また、低温熱分解室２ａ内に４方向から空気を整流して供給する各空気供給管３０の断面積は、空気整流装置３０による空気整流効果を高めるために、開口部の管の断面積が１２ｃｍ２以下とすることにより、確実に低温熱分解を持続することができる。
なお、前述のように、空気整流装置３０は、電磁石や永久磁石などで空気を整流するものであるが、その整流効果は、効率的に通過する空気を整流するためには、磁石により形成される磁束密度が大きく影響するので、磁石の保磁力とともに、磁石間の距離が重要な要素となり、本実施例では、この空気整流装置３０内における磁石間の空隙を１ｃｍ〜３ｃｍとして、０．０４Ｔ〜１．５Ｔの磁束密度が得られるようにし、対向する磁石の幅を１〜５ｃｍ、長さを１０〜２０ｃｍとするのが好適である。
【００６２】
なお、灰中に含有される炭酸カリウムは、低酸素濃度の状況でも助燃効果があり、本低温熱分解炉において熱分解させる廃棄物は、この助燃触媒灰に直接密着させ、また熱伝導を高めるために隙間なく押し込むようにするとよい。
炭酸カリウムは、融点が８９１℃で、高温では溶解し、他の化合物と混合され、いわゆるセラミックス化あるいはガラス化してしまうので、廃棄物を低温熱分解炉で処理されることにより得られ、廃棄物の種類にもよるが、植物体の由来の物が多ければその含量は高く、植物体のみの場合、１０〜３０重量％にまでも達する。
【００６３】
また生ゴミなどにより、大量の水分が下部の灰の層へ流入すると、灰が固化し、さらに炭酸カリウムが水に溶解し、助燃触媒効果が失われ、低温熱分解効率が悪くなるか、あるいは熱分解が起こりにくくなる。このため、廃棄物から大量の水分の流入が起こらないようにし、特に炉内の充填された助燃触媒灰に直接接触する場所には、水分含有量の少ない廃棄物を投入することが望ましい。
【００６４】
なお、上記の低温熱分解が終了すると、低温熱分解室２ａ内には、灰が次第に蓄積することになるが、例えば、家庭での使用を前提とした小型タイプのものでは、一般家庭での平均的な廃棄物処理で、１ヶ月に１程度、前部扉２５及び後部扉２６により、前後の灰取り出し口を開いて取り出すようにすればよい。
しかも、家庭や、食品廃棄物を多量に処理する施設などでは、廃棄物中に多量の野菜などが含まれているため、本発明の低温熱分解炉による低温熱分解で発生する灰には、高濃度の炭酸カリウムを含有しているため、新たに補給する必要はない。さらに、設置業者が定期的にこのような高濃度の炭酸カリウムを含有する灰を回収し、新たに低温熱分解炉を設置する際、あるいは、廃棄物の種類によって灰中の炭酸カリウム濃度が低下して、助燃触媒機能が低下したユーザなどに供給することもできる。
【００６５】
なお、上記のとおり、灰は、ある程度の濃度の炭酸カリウムを含有するとともに、空気供給管３２がちょうど埋まる程度の高さに維持されることが必要である。
そこで、灰の高さを簡単に調整できるよう、図９、図１０に示すように、低温熱分解炉本体２の前部壁６の下方に、引き出し式の灰収容容器５０を設け、その上方に、円形や長方形の開口が形成されたパンチングメタル等の板材５１、５２を２枚組み合わせて、適量ずつ、灰収容容器５０に排出できるようにするとよい。
【００６６】
すなわち、上側の板材５１は、低温熱分解炉本体２における低温熱分解室２ａの底部に固定されており、下側の板材５２は、低温熱分解炉本体２の側部壁８に前後スライド可能に装着されている。低温熱分解炉本体２の側部壁８に揺動可能に取り付けられたレバー５３の下方には上下方向に溝５３ａが形成されており、この溝に、下側の板材５２の側端から外方に突出するロッド５２ａが上下摺動可能に連結されている。これにより、レバー５３を前後することにより、上側の板材５１に対し、下側の板材５２をスライドし、両者の開口部がまったく重ならず灰がまったく落下しない状態から、一部両者の開口部が重なり、灰収容容器５０に適量落下させることができるようになっている。
なお、上側の板材５１と下側の板材５２とは互いに密着させるようにして摺動させるようにしてもよいし、下側の板材５２を固定し、上側の板材５１をレバー５３に連動させてスライドさせるようにしてもよい。
【００６７】
そして、低温熱分解炉本体２の前部壁６等に、灰の高さを目視確認できるよう透明で耐熱性を有するガラス板等を設け、この耐熱性ガラス板に記された最適位置を示す目盛の高さとなるまで、レバー５３のストロークや回数を調整することにより、灰の高さを簡単に最適な高さに微調整することが可能となる。さらに、落下排出された灰は、引き出し式の灰収容容器５０を引き出すことにより回収、廃棄を非常に簡単に行うことができる。
【００６８】
さらに、低温熱分解炉本体２に隣接して、廃棄物投入用のホッパーを設け、低温熱分解室２ａの上面に設けた温度計３５により、廃棄物の大半が低温熱分解して低温熱分解室２ａが低温になったことを検知して、このホッパーに連なる廃棄物投入口を一定時間開放し、低温熱分解室２ａの内部に一定量の廃棄物を自動的に投入するようにすれば、使用者の管理負担を一層低減することが可能になる。
【００６９】
以下、実験例を示す。
［実験１］
低温熱分解炉で製造した灰を空気吸入管よりも上まで充填した炉において、紙、木材、プラスチック、ビニール、ペットボトルなど混合廃棄物を上部投入口から炉内（約１立方メートル）に充填し、発熱スタータ３３を灰Ａと廃棄物の間に置き、発熱させた。空気流入量を調節し、低温熱分解に必要な空気を流入させると、１０分後に煙突３９より排気ガス排出されてきた。その後８時間で大半が熱分解され、灰化した。排気中の酸素濃度は４〜９％を示した。
なお、その後も低温熱分解室２ａ内では、２、３日の間、非常に緩慢な低温熱分解が進行しており、この間に、廃棄物を追加投入すれば、再度、活発な低温熱分解を再開できることが確認できた。したがって、通常の利用では、２、３日の間に新たに発生した破棄物を投入すれば、再度助燃剤を投入して発熱スタータ３３で改めて着火する必要はなく、連続的な運転が可能であることが確認できた。
【００７０】
［実験２］
低温熱分解炉で製造した灰を空気供給管３２の上方付近上まで充填した炉において、助燃剤を灰の上に散布し、その上に紙、木材、プラスチック、ビニール、ペットボトルなど混合廃棄物を上部投入口から炉内（約１立方メートル）に充填し、設置した発熱スタータ３３へ１００Ｖ電流を流すと、２０分後に低温熱分解が開始され、その後８時間で完全に熱分解され、灰化した。種々の廃棄物を処理した灰について炭酸カリウム量を定量したところ、草木や野菜など植物由来の場合にはその濃度が３０％まで達したが、プラスチック、ビニール、ペットボトルなどの混合物を含む廃棄物の場合では０．１％〜１０％であった。
【００７１】
［実験３］
低温熱分解が円滑に進行した空気流入量調節装置３１の調整量のまま、空気供給装置２９に設置してある空気整流装置３０から永久磁石のみを除去した場合には、低温熱分解は発生せず、空気流入量調節装置３１を再度調節して充分な空気が供給すると低温熱分解が開始された。これにより、永久磁石により効率的な空気整流効果が得られていることを確認できた。
【００７２】
［実験４］
酸素を充分に供給して、草木や野菜などの植物を含む廃棄物を高温で燃焼させた炉から取得した灰を、空気供給管の上部付近まで充填し、上記と同様の廃棄物を投入したが、低温熱分解は発生しなかった。さらに、保温効果のある砕石や珪藻土のみを充填しても同様に効果がなかった。これらの灰に炭酸カリウムを添加（０．１〜１０重量％）すると低温熱分解が開始された。これにより、炭酸カリウムが草木や野菜などの植物を含む廃棄物の低温熱分解により高濃度に生成され、高温燃焼では十分に生成されないことが確認できた。
また低温熱分解炉で製造された灰に水分が過剰に添加されると、完全に水蒸気化することができず、炭酸カリウムが凝固し、助燃触媒効果が失われた。このことから、低温熱分解を円滑に持続させるためには、例えば、生ゴミ等については、事前にある程度の水切りを行う必要があることが判明した。
【００７３】
［実験５］
永久磁石を使用した空気整流装置３０、空気流入量調節装置３１を備えた空気供給装置２９を取り出し、空気の流れと速度を測定した。空気整流装置３０の上流側の断面積を一定にし、下流側の断面積を変化させたところ、流入口の断面積よりも流出口の断面積が小さいときには空気が速く流入し、逆に大きくすると空気が逆流すること、空気が整流されていることが、煙を利用した実験から確認された。流出口の断面積の流入口の断面積に対する比率が０．１〜０．９の範囲で正常に機能し、空気を内側へ吸引する効果を示すことが確認できた。
【００７４】
［実験６］
空気供給装置２９から空気流入量調節装置３１を取り外し、永久磁石を使用した空気整流装置３０を直接、低温熱分解炉本体２に接続した場合、させた。空気流入制御装置を欠いており、空気整流装置を直接炉の空気吸入口に接続させてある。空気整流装置３０の上流、すなわち、空気流入側の断面積と、下流、すなわち、空気流出側の断面積の比を種々変更したところ、流出口の断面積を流入側の断面積に対し、０．６に設定すると、効率的に低温熱分解が起こった。この実験では、予め低温熱分解室２ａの容量や廃棄物処理量が定められているとき、空気流入量調節装置３１により空気流入量を調節することなく、空気整流装置３０における空気流入側の断面積と空気流出側の断面積の比を最適に設計することにより、安定した低温熱分解を実現できることを示唆している。
【００７５】
［実験７］
本実施例による低温熱分解炉１を用いて、一般的な混合廃棄物（紙、木材、プラスチック、ビニール、ペットボトルなど）を熱分解し、その灰分のＪＩＳ規格による分析の結果、ダイオキシン及びコプラナーＰＣＢ量は規制値よりはるかに少量であった。また熱分解中の排気について、同様にＪＩＳ規格による分析を実施した結果、ダイオキシン及びコプラナーＰＣＢ量は規制値よりはるかに少量であった。また一酸化炭素濃度も規制値以下であった。
【００７６】
［実験８］
処理する廃棄物の素材に偏りが大きい低温熱分解処理が続いた場合に、希に熱分解効率が低下することが発生した。このような場合には灰中に炭酸カリウムを灰の１０％以上（重量％）になるように添加することにより、効率を回復させることができた。これは、廃棄物の素材の偏りに伴い、灰中に生成される炭酸カリウムの濃度の低下によると推測される。
【００７７】
［実験９］
空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１をすべて全開とした上で、各空気供給装置２９に空気を送る送風装置に自動流速制御装置、例えば、インナー・オリフィス（ＦｌｏｗＣｏｎ社の製品）を接続して、空気流入量を調節したところ、低温熱分解室２ａの容量や廃棄物の種類にも依存するが、１００〜１０００ｃｍ３／秒の空気を供給することにより低温熱分解が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明によれば、廃棄物を低温熱分解することにより灰中に含有される炭酸カリウムを、低温熱分解を行うための触媒として再循環して活用することにより、複雑な熱管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避し、低コストで耐久性の高い廃棄物処理装置として、各施設はもとより家庭でも広く利用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 低温熱分解炉
２ 低温熱分解炉本体
３ 煤煙除去用の消煙装置
４ 酸化触媒４
５ 排気浄化装置
６ 前部壁
７ 後部壁
８、９ 側部壁
１０ 上部壁
１１ 底部壁
１２〜１５ 第一の内部壁〜第四の内部壁
１８ 投入口
１９ 蓋体
２５ 前部扉
２６ 後部扉
２９ 空気供給装置
３０ 空気整流装置
３１ 空気流入量調節装置
３３ 発熱スタータ
４５ ケーシング
４６ 換気ファン
４７ 消煙装置
４８ 低温作動型触媒
４９ 開閉扉
５０ 引き出し式灰収容容器
５１、５２ 板材
レバー ５３
Ａ 炭酸カリウムを含有する灰
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生ゴミ、プラスチック、木材、紙類など各種の廃棄物を焼却するための分解炉に関し、特別な温度管理、補助燃料なしで安定した効率の良い低温熱分解を行うことができ、ダイオキシン、ＮＯｘや悪臭等の発生を抑えるだけではなく、炉内温度を低温に維持できるようにして、例えば、工場、学校．病院などの施設、さらには、一般家庭でも広く利用な可能な低公害で安全な焼却処理を実現する低温熱分解方法及び低温熱分解炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物は、収集されてから最終処分にいたるまでの中間処分として、焼却処理が一般的に行われている。
例えば、このように廃棄物を焼却処理する場合に発生する、猛毒な有害成分であるダイオキシンについては、特定の燃焼温度範囲で多量に発生することが知られており、また、一酸化炭素、炭化水素は低温燃焼で、ＮＯｘについては高温燃焼で多量に発生することが知られている。
このため、厳格な温度管理を行わない燃焼によって、ダイオキシン、ＮＯｘ、一酸化炭素、炭化水素などの有害な物質や悪臭が発生し、さらには、有害成分を含有する焼却灰の廃棄処理などが大きな社会問題となっている。このため、かつて学校や病院などの施設に広く設置されていた自然燃焼を行う焼却炉は、現在その使用が厳しく制限されている。
【０００３】
このような問題を解決するために、従来から各種の焼却炉や焼却方法が提案されてきた。
一例として廃棄物を、補助燃料などを利用して、ダイオキシン発生温度を超える高温で燃焼させることにより、その生成を抑制しているが、廃棄物中のプラスチックなどを含む産業廃棄物を焼却すると、焼却炉内が高温化することから耐熱性に優れた焼却炉が必要となり、補助燃料費だけでなく、設備投資が莫大なものとなってしまうという問題がある。
【０００４】
さらに、燃焼温度を管理することができない自然燃焼を行う焼却炉は、その使用が厳しく制限されるようになっており、特に都市周辺を中心に、増大し続ける廃棄物に対し、各自治体の処理能力は限界に来ており、また新たな処理施設の新設も困難な状況となっている。
【０００５】
一方、低公害の焼却炉として、磁気を使用する焼却炉などが提案されており、例えば、下記先行技術文献の欄に示すように、特許文献１〜特許文献９、特許文献１１、及び特許文献１３などが知られている。
しかし、いずれの場合も、実際の運転では、熱分解処理を低コストで、安定に、安全に行うことが容易ではないことが判明してきている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２、特許文献８では、燃焼用補助バーナーが設置されていたり、特許文献１では焼却炉内にスロープが設けられていたり、その他、特許文献３及び特許文献４でも炉の形状を抜本的に変更する必要がある。
【０００７】
さらに、特許文献１３では磁石の位置を変更したり、特許文献１２ではスノコを設置することなどが必要となり、特許文献７では、砕石層を炉の下部に作成し高温に保温する必要があり、特許文献９では高温熱分解炉として利用している。
また、特許文献１及び特許文献２のものでは、熱分解に充分な酸素を供給することがきわめて困難で、安定して機能させることが困難である。
【０００８】
一方、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１０などでは、磁気によりイオンやプラズマを発生させる分解炉が提案されているが、このような現象を実際に再現することは困難である。
さらに特許文献５や特許文献１６では、酸素富化や磁気流の循環などを行う分解炉が、そして、特許文献１７では、廃棄物を熱分解するに際し、永久磁石の配設領域で空気に乱流を発生させ、無機系の消臭殺菌剤を製造することが提案されているが、これらの分解炉でも、安定した分解を行うことは現実的には非常に困難である。
【０００９】
ところで、近年になり、熱分解炉の定義が法律でも規定されてきており、燃焼と熱分解の違いも明らかにされてきている。
一般的には、熱分解とは、例えば、触媒の作用を利用して、低酸素濃度下で一般的な燃焼温度よりはるかに低温度で灰化するものであり、特許文献６にみられるように、排気ガス中の有害物質を分解するための触媒を設置した例が知られている
【００１０】
しかし、これまで、熱分解炉内において、低温熱分解を効率的に持続させる助燃触媒として、熱分解炉の炉内で発生する灰の利用については、なんら着想も検討もなされておらず、また、こうした助燃触媒の存在下において、低温熱分解を持続させるための空気の供給についても具体的な解析がなされていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３０４５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−３３９６６号公報
【特許文献３】特開２００６−２４７４３７号公報
【特許文献４】特開２００６−２２３９７４号公報
【特許文献５】特開２００７−２０４６６０号公報
【特許文献６】特開２００７−２８４６０２号公報
【特許文献７】特開２００７−２９６４６５号公報
【特許文献８】特開２００７−３０１５４２号公報
【特許文献９】特開２００８−８５５９号公報
【特許文献１０】特開２００８−２００９３号公報
【特許文献１１】特開２００８−５１４７６号公報
【特許文献１２】特開２００８−５５３８１号公報
【特許文献１３】特開２００９−６３００号公報
【特許文献１４】実用新案登録 第３１２８４６４号公報
【特許文献１５】ＷＯ／２００８／０２６２４８
【特許文献１６】ＷＯ／２００８／０２９５６０
【特許文献１７】特開２００４−９１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、発明者らは、特に伐採した草木や、家庭から廃棄される生ゴミに含まれている野菜等を低温で熱分解させたとき、灰中に高濃度に含有される炭酸カリウムを、熱分解を促進する助燃触媒として有効に活用できることに着目し、空気（酸素）の供給量が一定値以下に制限された炉内で、いわゆる蒸し焼きによる低温熱分解を行わせ、発生する一酸化炭素、炭化水素を、触媒により完全に酸化した上で大気に放出することにより、例えば、家庭においても手軽に安全性が高く、ダイオキシンやＮＯｘの発生量を基準値以下に確実に低減できる低温熱分解が可能になることを見いだした。
【００１３】
すなわち、本発明では、廃棄物を低温熱分解することにより灰中に含有される炭酸カリウムを、低温熱分解を行うための触媒として再循環して活用することにより、複雑な熱管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避し、様々な施設、さらには家庭でも広く利用可能な、低コストで耐久性の高い低温熱分解方法、及びこれを効果的に実現する低温熱分解炉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】
【００１４】
そこで本発明の廃棄物の低温熱分解方法においては、次のような工程を順次行う。
（１）低温熱分解炉の内部に形成した低温熱分解室に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入する工程
（２）前記灰の表面に助燃剤を散布する工程
（３）該助燃剤の上面に廃棄物を投入する工程
（４）前記低温分解炉を外気から遮断する工程
（５）前記灰と廃棄物の境界部分に散布された助燃剤を着火させる工程
（６）前記廃棄物を低温熱分解させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程
（７）前記廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素（炭化水素）を除去する工程
【００１５】
あるいは、上記（３）の工程で、予め助燃剤を着火させておき、上記（５）の工程を省略してもよい。
【００１６】
さらに、上記（６）の工程において、供給する空気に磁場を作用させて、空気を整流するようにすれば、さらに低温熱分解を効率よく行うことができる。
【００１７】
また、本発明の低温熱分解炉は、次のような構成を備えている。
（１）廃棄物投入口、熱分解後の灰を排出するための灰取出口とを備え、これらを外気から封止する開閉自在の蓋体を備えた本体
（２）該本体の内部に形成された低温熱分解室
（３）該低温分解室の底部に投入された、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰
（４）該低温分解炉の下方に設置され、前記灰の内部に進入する先端開口を有する空気供給管
（５）空気流入量調節装置を備え、前記空気供給管に所定量の空気を供給する空気供給装置
（６）前記廃棄物の低温熱分解により発生する排気ガス中の煤煙を除去する消煙装置
（７）排気ガスを浄化する排気処理装置
【００１８】
前記排気処理装置が、前記消煙装置に接続された煙突の内部に配設された酸化触媒及び排気浄化装置とすれば、低温熱分解炉から排出される排気ガスの環境基準を確実にクリアすることが可能となる。
【００１９】
前記本体をケーシングで覆い、該ケーシングの開口部に換気ファン、前記消煙装置及び前記排気浄化装置を設け、前記ケーシングの内部に排出された、前記低温熱分解により発生した排気ガスを、前記換気ファンにより吸い出し、前記消煙装置及び前記排気浄化装置を介して大気に排出すれば、火傷等の事故を確実に防止するとともに、シンプルな外観となり、商品性を高めることができる。
【００２０】
さらに、前記灰の上に投入された廃棄物を着火し、低温熱分解を開始させる発熱スタータを設置すれば、低温熱分解炉を外気から遮断した上で、短時間で低温熱分解を開始させることができる。
【００２１】
上記（５）の空気供給装置の空気流入量調節装置上流側に、Ｎ極とＳ極を所定の間隙を介して対向させた空気整流装置を設け、供給する空気に磁場を作用させて、空気を整流するようにすれば、さらに低温熱分解を効率よく行うことができる。
【００２２】
上記（８）の煙突の下端に、上記（７）の消煙装置で煤煙が除去された排気ガスを導入する排気管を連結するとともに、空気取り入れ口を配設し、該煙突の内部に挿入された空気供給パイプから供給される空気により、前記空気取り入れ口から空気を供給し、前記酸化触媒に送給される排気ガスを空気で希釈することにより、低温熱分解室における酸素濃度を過剰に高めることなく、しかも上記（８）の酸化触媒の作用を活性化することができる。
【００２３】
上記（７）の消煙装置に、内部に水タンクを配設し、低温熱分解室から導入される排気を該水タンクの水表面に沿って迂回させるとともに、該水タンクの底部に気泡発生装置を配設することにより、排気ガス中の煤煙を効率よく除去することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、灰中に含まれる炭酸カリウムを助燃触媒として、外気と遮断された低温分解炉内に整流された空気を所定量供給することにより、複雑な温度管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避して、廃棄物の低温熱分解を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】低温熱分解炉の全体図。
【図２】低温熱分解炉の正面図。
【図３】低温熱分解炉の側面図。
【図４】低温熱分解炉の平面断面図。
【図５】低温熱分解炉の上面及び消煙装置の断面を示す図。
【図６】空気供給装置の断面図。
【図７】発熱スタータの取付構造を示す図。
【図８】低温熱分解炉をケーシングで覆った例を示す図。
【図９】灰の排出装置の一例を示す正面図。
【図１０】灰の排出装置の一例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下図面に基づいて、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００２７】
図１〜図４に、低温熱分解炉１の全体図、正面図、側面図、平面図をそれぞれ示す。
低温熱分解炉１は、低温熱分解炉本体２と煤煙除去用の消煙装置３、煙突３９、この煙突内に配置された一酸化炭素及び炭化水素を除去する酸化触媒４、排気浄化装置５などから構成されており、廃棄物等、熱分解させる処理物を低温熱分解炉本体２内の低温熱分解室２ａ内で低温で熱分解するとともに、低温熱分解により発生するガスを消煙装置３、排気処理装置を構成する酸化触媒４及び排気浄化装置５を通じて浄化した後、外気へ排出させるようになっている。
【００２８】
まず、低温熱分解炉本体２の構造について説明すると、低温熱分解炉本体２は、鉄系金属などの耐熱材からなる全体として中空の矩形箱体形状を有している。
また低温熱分解炉本体２は、略一定の板厚寸法の矩形平板状の金属板によって形成され、図２〜図４に示されるように、前部壁６、後部壁７、左右の側部壁８、９、上部壁１０、及び底部壁１１を備えている。
【００２９】
図４に示されるように、前部壁６及び後部壁７の内面には、二重構造となる略矩形平板形状を有する第一の内部壁１２と第二の内部壁１３が、所定の間隙を介して前部壁６及び後部壁７と平行に設けられており、その外端が左右の側部壁８、９の各内面等に固着されている。なお、第一の内部壁１２及び前部壁６、そして第二の内部壁１３と後部壁７とは、結合強度、剛性を高めるため、所定の高さを有する支持板１２ａ、１３ａにより、中央２箇所でも固着結合されている。
【００３０】
同様に略矩形平板形状の第三の内部壁１４と第四の内部壁１５は、それぞれ左右の側部壁８、９に対し、所定の間隙を介して平行に設けられており、その外端が第一の内部壁１２、第二の内部壁１３の各内面に固着されており、中央部分は支持板１６、１７により左右の側部壁８、９に結合されている。
この実施例では、第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５が２重構造をなし、低温熱分解炉本体２の内部に低温熱分解室２ａを構成する。そして、前部壁６、後部壁７及び左右の側部壁８、９との間に形成される空隙が断熱層となり、低温熱分解室２ａの温度を維持するとともに、使用者が接触する可能性の高い、前部壁６、後部壁７及び左右の側部壁８、９の温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００３１】
低温熱分解室２ａの略上方に位置する部分の上部壁１０には、図３、図５に示されるように、廃棄物を低温熱分解室２ａの内部に投入するための投入口１８が設けられており、この投入口１８には、これを開閉する略矩形平板状の蓋体１９が設けられている。
この蓋体１９は、図５に示されるように、前部壁６からみて、上部壁１０に設置された消煙装置３の前方において、その一側辺縁部が上部壁１０に設けられたヒンジ２０により連結されており、投入口１８を全閉あるいは全開可能に回動可能となっている。
【００３２】
図１、図５に示されるように、蓋体１９には、その両側に、ボルト２１によりガススプリング２２の一端が回転可能に取り付けられており、このガススプリング２２の他端は、ボルト２３により上部壁１０に回転可能に固定されている。これにより、蓋体１９を回転操作し、上部壁１０に設けられたレバー式ロック装置２４に係止させることにより蓋体１９が閉塞状態にロックされるようになっている。
このガススプリング２２の弾発力を利用して蓋体１９の荷重を支持することにより、蓋体１９をわずかな操作力で開閉でき、また全開状態としたとき、その状態を維持させることにより、廃棄物投入を簡単に行えるようにしている。
【００３３】
図３に示されるように、低温熱分解炉本体２の前部壁６及び後部壁７の下方には、低温熱分解室２ａの内部に熱分解により発生した灰が過剰に蓄積した場合に排出できるよう、前部扉２５及び後部扉２６が設けられている。
前部扉２５は、前部壁６の下方に形成した灰取り出し口を開閉するもので、図２に示されるように、前部壁６の灰取り出し口近傍に連結ピン２７を介して回動自在に取り付けられており、レバー式ロック装置２８により閉止状態にロックできるようになっている。前部扉２５の裏面と灰取り出し口との間には、両者間の隙間を封止して、外気の進入を遮断する耐熱性のシール材が、灰取り出し口の周囲あるいは前部扉２５の裏面外周に接着されている。
後部扉２６も同様の構造である。
【００３４】
なお、低温熱分解室２ａの内部に蓄積した灰が、前部扉２５、後部扉２６から容易に排出できるよう、第一の内部壁１２及び第二の内部壁１３の下端が底部壁１１から所定高さとなるよう、第一の内部壁１２及び第二の内部壁１３の下端と底部壁１１との間に所定の間隙が形成されるようにしている。
【００３５】
次に空気供給装置について説明する。
図１、図２に示されるように、低温熱分解炉本体２には、前部壁６、後部壁７、左右の側部壁８、９の下方に、低温熱分解室２ａの内部に空気を供給する複数の空気供給装置２９が設けられている。
この空気供給装置２９は、図６に示されるように、小径の略円形断面を有するパイプ状の空気供給管３２を備えており、その先端開口は、上端が鋭角となるよう斜め切りされた端部を備え、この実施例では、図５に示されるように、前部壁６に２個、後部壁７に２個、そして左右側部壁８、９にそれぞれ３個、計１０個設置されており、それぞれの空気供給管３２は、第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５に設けた開口を貫通して、後述する低温熱分解炉本体２内の低温熱分解室２ａに予め貯留された、炭酸カリウムを助燃触媒として含む灰Ａの上面近傍に進入している。この実施例では、前部壁６と後部壁７の空気供給装置２９は、各側部壁８、９の空気供給装置２９より、若干低い位置に設けられている。なお、この空気供給装置２９は、各壁に沿うよう屈曲しているが、図６では便宜上直線状に表示しており、また、図３、図４では空気供給管３２のみ簡略して表示している。
ここで、空気供給管３２の先端開口を、上端が鋭角となるように斜め切りしたのは、低温熱分解室２ａの底部に、空気供給管３２が埋まる程度に灰Ａを投入する際、空気供給管３２の内部に灰Ａが進入して、空気供給管３２を詰まらせないようにするためであり、この実施例では、空気供給管３２の先端開口の上端が各内部壁から１０〜１２ｃｍ程度、下端が各内部壁から４〜６ｃｍとなるよう、低温熱分解室２ａの内部に進入させている。
【００３６】
これらの空気供給装置２９のそれぞれは、周囲を断熱材で覆われた空気整流装置３０を備えており、空気流入量調節装置３１、空気供給管３２を介して、低温熱分解室２ａの内部空気を供給する。この実施例では、空気流入量調節装置３１としてバタフライバルブを使用し、丸形のハンドル３１ａにより手動で開度を調節できるようになっている。
さらに、この空気整流装置３０は、略矩形箱体形状を有する箱体を備えており、この箱体の中央部に空気通路が形成されている。箱体は非磁性体であればよく、本実施例では、耐熱性の繊維強化プラスチックからなり、空気通路を上下に挟んでＮ極とＳ極が対向するように配置された永久磁石により強力な磁場がかけられ、整流装置として機能している。
【００３７】
この磁場は電磁石により形成してもよいが、本実施例では、筺体を構成する４枚のプレートのうち、空気通路に面している内側の２枚のプレートに、円形の永久磁石を固定するための凹所が設けられており、この内部に永久磁石のＮ極とＳ極が空気通路を挟んで対向させ、小径の開口を有するプレートで支持されている。
このように、空気通路に強力な磁場を印加すると、空気中の窒素は、反磁性が強く、空気通路の中心に集中して加速され、一方常磁性の酸素は、空気通路の外周に集中して、加速された窒素に牽引されるようにして空気供給管３２から灰の内部に放出されることになるので、狭い空気通路空間の空気の流れに整流効果が発生して酸素濃度勾配が作成され、空気供給管３２の端部から、内部に窒素富化層、その外周に、円筒状に表面積の広い酸素富化層が形成された状態で噴出し、炭酸カリウムを触媒として含有する灰との接触部分において低温熱分解を広範囲に促進することができる。なお、永久磁石も場合でも、電磁石の場合でも、磁石間の空隙を１．０ｃｍとした場合、磁束密度が０．０４Ｔ以上であれば十分な整流効果が得られ、磁石間の空隙を１．０ｃｍ〜３．０ｃｍとした場合でも、磁束密度が０．０４Ｔ〜１．５Ｔとなるような磁力を有する磁石を採用すれば十分である。この実施例では、入手しやすい直方体形状の永久磁石を使用したが、円筒状に湾曲した永久磁石を使用してもよい。
【００３８】
こうした空気整流効果は、空気整流装置３０の上流側の断面積と、下流側の断面積とも大きく関係し、流入口の断面積よりも流出口の断面積が小さいときには空気が速く流入し、逆に大きくすると空気が逆流するので、流出口の断面積の流入口の断面積に対する比率を０．１〜０．９とすると、空気を内側へ吸引する効果が得られる。
こうした磁界を利用した整流現象、効果については、Combustion and Flame 107:187-188 (1996)、Combustion and Flame 135:365-379 (2003)、Jap J Appl. Phys 39:L436 (2000)、Jap J Appl. Phys 39: L259-261 (2000)、J Appl. Phys 69:2734-2736 (1991)、Physics B 216:403-405 (1996)、Physics Lett A 362:105-108 (2007)により実証されている。
【００３９】
一方、低温熱分解室２ａ内の酸素濃度が高いと、その内部で廃棄物の着火に伴う自然燃焼が発生し、低温熱分解を持続させることが不可能となるため、内部の酸素濃度を数％程度に維持する必要がある。発明者らの実験によると、空気整流装置３０がない場合でも、空気流入量調節装置３１により空気供給装置２９から供給される空気量を調整することにより、低温熱分解を持続させることが確認できた。
しかし、空気流入量調節装置３１により制限された量の空気を低温熱分解室２ａに供給するとともに、この実施例のように、空気整流装置３０により、表面積の広い酸素富化層を形成すれば、低温熱分解室２ａの酸素濃度を低濃度に維持した上で、炭酸カリウムを助燃触媒とした低温熱分解が広範囲に活性化させて、廃棄物の分解処理速度を大幅に向上させることができる。
【００４０】
なお、磁場を利用した整流をより効率よく行うために、空気流入量調節装置３１によって空気流入量を適切に調節することが必要であり、さらに、整流装置の空気流入口の断面積に対し、排出口の断面積を吸入口の断面積の０．１から１倍まで、好ましくは０．５〜０．９倍に調節することが好ましい。これにより空気の加圧がなくとも、空気吸入口から空気の流入が磁場の影響下で加速され、炉内において、炭酸カリウムを触媒として含有する灰Ａの内部に外周に酸素富化層を有する空気流が効率よく供給され、低温熱分解を促進する。
また、このような空気整流装置として、磁力によるものばかりでなく、例えば、酸素富化膜を使用して、内側に酸素富化層を形成し、外側の窒素富化層をファンなどで圧送することにより、この酸素富化層を灰の上面付近から内部に進入させるようにしてもよい。
【００４１】
次に、低温熱分解を開始するための発熱スタータ３３について説明する。
低温熱分解炉本体２の前部壁６には、図３、図４に示されるように、低温熱分解を開始するための発熱スタータ３３が、低温熱分解室２ａの内部に進入できるよう、抜き差し自在に設けられている。この実施例では、発熱スタータ３３は、前部壁６左側下方に設けた空気供給管３２の直上方に配置している。
この発熱スタータ３３は、電熱棒３３ａを備えており、後述するように、低温熱分解室２ａ内に貯留した灰Ａの表面に散布された助燃剤を着火することにより、空気流入量調節装置３１により酸素濃度が低濃度に維持された低温熱分解室２ａの内部において、灰中に含有される炭酸カリウムを助燃触媒として廃棄物の低温熱分解を開始するものである。
【００４２】
図７に示されるように、発熱スタータ３３の電熱棒３３ａには、断熱材などで保護された配線を介して外部から電力が供給されるようになっており、低温熱分解炉本体２の適所に配置された操作盤(図示せず）に電源スイッチが設けられており、必要な時間だけ電熱棒３３ａに電力を供給できるようになっている。
なお、発熱スタータ３３は助燃触媒灰と廃棄物の間にある助燃剤を着火するものであり、この電熱棒３３ａを保護するため、第一の内部壁１２に耐熱性金属製のカバー３４を設けるのが好ましい。
また、低温熱分解室２ａの底部面積によっては発熱スタータ３３を、前部壁６のみならず、後部壁７、左右の側部壁８、９に複数設けてもよい。
【００４３】
なお、この実施例では、発熱スタータ３３を使用して、低温熱分解室２ａ内に散布された助燃剤を着火したが、より簡便には、着火した棒状の助燃剤を投入して散布した助燃剤が燃え広がったのを確認してから、廃棄物を投入するようにしてもよい。さらに、助燃剤として、炭起こし器で予め着火させた木炭を使用し、低温熱分解室２ａ内に貯留した灰Ａの表面に散布して、その後、廃棄物を投入するようにしてもよい。
【００４４】
低温熱分解により蓄積される灰は微量であるが、長期にわたり低温熱分解を行うと、内部の灰Ａの蓄積量が増え、散布された助燃剤が発熱スタータ３３から離隔して着火が円滑に行われない場合が発生する。このような場合は、助燃剤を散布する直前に、発熱スタータ３３が灰Ａの上面に近傍となるよう、周辺の灰Ａを掘り下げるなどの対応を取ればよい。また、低温熱分解室２ａの底部に、発熱スタータ３３の位置まで延びる隔壁を設け、第一の内部壁１２及び第二の内部壁１３の下端との間に所定の間隙を形成することにより、この間隙からオーバーフローした灰Ａを、第一の内部壁１２と前部壁６との間の空間、第二の内部壁１３と後部壁７との間の空間に排出するようにすれば、前部扉２５及び後部扉２６により、オーバーフローした灰Ａを取り出すだけで、灰Ａの高さを常時発熱スタータ３３近傍に維持することが可能となる。
【００４５】
一方、図３に示されるように、上部壁１０の低温熱分解室２ａ上方位置に温度計３５を設け、検出温度に基づいて、電熱棒３３への電力供給時間を自動的に制御するようにしてもよい。この温度計３５は、発熱スタータ３３の電力供給を制御するに加え、低温熱分解が正常に進行しているかを監視して、異常低温時に熱分解が停止したことを警報したり、さらには、空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１として電動バルブ等を使用することにより、低温熱分解が正常に進行するよう、空気流入量をフィードバック制御するようにしてもよい。特に低温熱分解室２ａが異常に高温となったときは、低温熱分解室２ａの内部で高温燃焼が発生しているとして、空気流入量調節装置３１を完全に遮断することにより、低温熱分解室２ａ内の酸素濃度を瞬時に低下させ、高温燃焼を抑制することができる。
【００４６】
このようにして、低温熱分解室２ａの内部で低温熱分解が進行すると、後述するように特に一酸化炭素濃度が高い排気ガスが発生する。なお、発明者らの実験によると、炭化水素の排出濃度は一酸化炭素濃度に比べて非常に小さいことが確認されており、これは、特に生ゴミ等に含有される水分が低温熱分解室２ａの内部に蒸気として充満していること、そして自然燃焼に伴う黒煙がほとんど存在しないことによるものと推測される。
この排気ガスは、図２、図３に示されるように、上部壁１０における投入口１８と反対側の隅部に設けられた排気ガスの排出口３６から、排出されることになる。この排出口３６は、例えば上部壁１０を板厚方向に打ち抜くことなどにより形成されており、具体的な形状や大きさ等は適宜設定される。
この排出口３６には、排気管３７が挿入されており、この排気管３７の他端は、上部壁１０における投入口１８や蓋体１９の配設スペースを除く部分に固定的に載置された状態で配設され消煙装置３の内部に連通している。
【００４７】
消煙装置３は、略直方体形状をしており、図５に示されるように、低温熱分解炉本体２の幅方向に延びる垂直壁により内部に迂回路が形成され、排気管３７から消煙装置３の一端側で排出された排気ガスは、図５において、垂直壁に沿って消煙装置３の他端側に流れ、垂直壁の端部で迂回して、再び、消煙装置３の一端側に接続された煙道３８を介して排気用煙突３９（図２参照）に到る。
【００４８】
この消煙装置３には、図３、図５に示されるように、内部に水タンクが形成され、この水タンクに水を注入する処理水用の注入孔４０及びオーバーフロー用の管４１等が周囲の適当な位置に設けられており、処理水が注水及び排水されて交換可能とされており、排気管３７の上端部が水面から突出するよう、水位を調節することができる。
【００４９】
消煙装置３の底部には、図５に示されるように、垂直壁により内部形成された迂回路に沿って、エアレーション装置４２(図２参照）に接続されたＵ字型散気管４２ａが設けられ、空気供給パイプ４３から供給される空気を水タンクの内部に泡状に噴出させる。これにより、水タンクに貯留された水の表面を泡立たせるとともに、霧状の水滴を水タンクの上方空間に充満させる。したがって、排気管３７から排出された排気ガスは、垂直壁に沿って迂回している間に、Ｕ字型散気管から噴出する空気により攪拌、希釈されるとともに、充満する霧状の水滴と泡立ちにより拡大した水表面に接触することにより、排気ガス中の煤煙のほとんどが水に補足され、煙道３８に到る排気ガスに含有される煤煙のほとんどが効率的に低減される。
なお、処理水用の注入孔４０には、定期的に水道水を供給し、オーバーフロー用の管４１から排出することにより交換され、汚れた水は、適宜浄化用フィルターで煤煙を除去した上で廃棄される。
【００５０】
一方、図２に示されるように、消煙装置３の排気口に連結された煙道３８は、煙突３９の内部に進入しており、煤煙を除去された排気ガスは、煙突３９の内部に放出されることになる。この煙突３９内部の底部付近には、エアレーション装置４２から分岐する空気供給パイプ４４が接続されており、上方に向けて空気を供給するようになっている。一方、煙突３９の下部には、煙道３８の上端開口より下方に位置して、メッシュ状の空気取り入れ口３９ａが形成されており、空気供給パイプ４４から供給される空気に牽引されて、外気を煙突３９内に供給するようになっている。このため、エアレーション装置４２から空気供給パイプ４３を介して消煙装置３の内部に供給された気泡状の空気と合わせて、この排気ガスは空気で１０倍程度に希釈される。
なお、空気供給パイプ４４から煙突３９の内部に供給される空気は、流速が高いと排気ガスを過剰に吸い込み、結果として、空気供給装置２９から供給される空気量を過度に増加させ、低温熱分解室２ａの酸素濃度を高め、低温熱分解を持続させるのが困難になるおそれがあるので、煙突３９の下部に設けたメッシュ状の空気取り入れ口３９ａから、優先的に外気が吸入され、しかも、煙道３８からの排気ガスが大気に放出されない程度に、空気の流速及び流量を予め調整しておく必要がある。
【００５１】
こうして酸素濃度が十分に高められた上で、排気ガスは煙突３９内を上昇し、その内部に装着された一酸化炭素及び炭化水素を酸化する、白金、パラデイウム、銅マンガンなどの酸化触媒を担持したハニカム構造を有する酸化触媒４により完全に除去され、さらにその上方の粒状活性炭を含むカセット式の排気浄化装置５で最終的に残存する微小な煤煙などが浄化される。なお、酸化触媒の活性を維持するため、酸化触媒に温度センサを設け、その外周に設置したヒータにより、低温熱分解開始に先立ち急速に加熱し、また、低温熱分解中も、酸化反応を維持するよう、このヒータをフィードバック制御すると好適である。
さらに、排気浄化装置５の下流に、ＣＯセンサなどを配置しておき、万一一酸化炭素濃度が基準値を超えるような場合、空気供給装置２９に設けられた空気流入量調節装置３１を遮断し、熱分解を直ちに終了させるとともに、警報や警告ランプを点灯させるようにすると一酸化炭素の過剰排出を未然に防止することができる。
【００５２】
上記の実施例では、煙突３９の内部に酸化触媒４、カセット式の排気浄化装置５を設け、ＣＯや微少煤煙の除去を行っているが、図８に示すように、煙突３９を設けず、低温熱分解炉本体２のうち、その下方に設けた灰取り出し用の前部扉２５、後部扉２６の上方部分全体をケーシング４５で覆い、このケーシング４５の内部に、排気管３７から直接ケーシング４５の内部に排気ガスを直接排出するようにしてもよい。
【００５３】
この場合、排気管３７からケーシング４５内に排出された排気ガスは、ケーシング４５の上部壁１０に形成した開口部に設けられた換気ファン４６により上方に吸い出され、消煙装置３と同様に、水タンク、迂回路、エアレーション装置からなるものや、霧状の水を噴射してシャワーカーテンを構成する消煙装置４７と、ズードケミー触媒株式会社製ポプカライト触媒等の低温作動型触媒４８からなる排気浄化装置を介して、煤煙、有害成分等を除去した上で大気に排出する。
なおこのケーシング４５には、廃棄物投入時、廃棄物を投入するための蓋体１９を開閉できるよう、シール材で密閉可能の開閉扉４９を設けている。その際、蓋体１９を開閉するレバーを、開閉扉４９により開閉される開口付近まで延出するとともに、この開口から低温熱分解炉本体２の上部壁１０に設けた投入口１８に到るまで、廃棄物がスムースに投入されるよう、ダストシュートをケーシング４５の内壁に設置すると一層スムースな廃棄物投入を行うことができる。
【００５４】
このようにケーシング４５を覆うことにより、低温熱分解炉本体２の外壁に直接手が触れることを防止でき、しかも、ケーシング４５と低温熱分解炉１の外壁との間には空隙が形成され、しかもこの空隙に、換気ファン４６により上方に吸い出される空気が流れるため、ケーシング４５の外壁は、ほぼ体温程度に維持されるので、安全性を一層高めることができる。
さらに、非常にシンプルな外観となり、一般家庭などにおいても違和感を生じさせることなく設置することが可能となる。
【００５５】
次に、以上説明した低温熱分解炉１を使用した実際の廃棄物処理方法について説明する。
まず、最初に、蓋体１９を開いて投入口１８を解放し、図３に示されるように、低温熱分解室２ａの内部に、０．１〜３０重量％、好ましくは１重量％以上の炭酸カリウムを含む灰Ａを、第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５を貫通する空気供給管３２のうち、最も高い位置にある空気供給管３２がちょうど埋まる程度に、そして、発熱スタータ３３の電熱棒３３ａの位置近傍になるまで、少量ずつ静かに充填する。なお、このとき、予め、前部扉２５及び後部扉２６により、前後の灰取り出し口をいずれも封止し、外気が進入しないようにしておく。
【００５６】
次に、投入口１８から、木炭用着火剤のような助焼剤を灰Ａの表面全面にわたり薄く散布した上で、熱分解すべき廃棄物を投入し、蓋体１９を閉じて投入口１８を封止し、低温熱分解室２ａを外気から遮断し、予め初期値に調整しておいた空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１により、調整された空気量の空気のみが低温熱分解室２ａに供給されるようにしておく。
【００５７】
このような準備段階が終了したら、操作盤のスイッチをオンにして発熱スタータ３３の電熱棒３３ａに電力を供給し、助燃剤を着火させる。これにより助燃剤は、灰Ａと廃棄物の境界層全面に燃え広がり、この燃焼に伴い、低温熱分解室２ａの酸素濃度が４〜９％まで低下し、灰Ａと廃棄物の境界層の温度上昇に伴い、灰Ａに含まれる炭酸カリウムが助焼触媒として作用し、各空気供給装置２９により整流された酸素により低温熱分解が開始される。そして、廃棄物の低温熱分解に伴う温度上昇により、低温熱分解室２ａ内に対流が発生し、熱分解をさらに促進させる。
なお、この低温熱分解は、４〜９％程度の低酸素濃度下で、大気圧下での自然燃焼と比較してはるかに低温の８５０℃以下の温度を維持して安定して持続する。
したがって、このような低温熱分解が持続されるよう、低温熱分解が定常的に進行する状態で、低温熱分解室２ａ内の酸素濃度が４〜９％程度が維持されるよう、予め空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１を設定しておく必要がある。
【００５８】
なお、この実施例では、発熱スタータ３３を使用して助燃剤を着火させているため、木炭用着火剤のような助焼剤を灰Ａの表面に散布した後、廃棄物を投入しているが、前述のように、発熱スタータ３３を使用せず、助燃剤を予め着火した状態にする場合、助燃剤が灰Ａの表面に燃え広がったのを確認してから、廃棄物を投入することになる。
【００５９】
このように、低温で廃棄物の熱分解が行われることから、発生するＮＯｘは非常に低濃度である。また、発明者らの実験によると、煙突４２から排出される排気ガス中に含有されるダイオキシン、低温熱分解室２ａの灰Ａに含有されるダイオキシンについても、いずれも基準値を大幅に下回る濃度となることが確認されている。これは、上記のように、ダイオキシンが大量に発生する温度領域よりはるかに低い温度で、しかも、窒素の酸化が発生しにくい４〜９％の低酸素濃度下で低温熱分解を行っていることに起因するものと推測される。
さらに、低温熱分解炉本体２として、特に耐熱性に優れた構造を必要とする高温焼却炉の構造、例えば耐熱性レンガなどを必要とはせず、しかも、低温熱分解室２ａを形成する第一の内部壁１２、第二の内部壁１３、第三の内部壁１４、第四の内部壁１５が二重壁構造として、これが外側の壁とは最小限の接着部位で接続されているので、内部で発生した熱が炉本体の外側壁へ伝導しにくい構造となっており、外側壁の温度が上昇しない。
低温熱分解室２ａ内に分解処理すべき廃棄物などを充填し、低温熱分解開始後、最も高温になる場合でも、低温熱分解炉本体２の外壁温度は概ね７０〜８０℃、最高でも１００℃以下に維持され、排気口温度は５０℃以下に保たれるので、短時間の接触での火傷などの危険性はほとんどなく運転中も安全である。
【００６０】
なお、このような低温熱分解を持続させるためには、前述のように、酸素量を必要最少量に調整することが必要であるが、各空気供給管３０の空気流入量調節装置３１を介して低温熱分解室２ａに供給される空気量は、低温熱分解室２ａの容量や廃棄物の種類、処理量にも依存するが、低温熱分解室２ａの床面積の１ｍ２当り１００ｃｍ３／秒以上１０００ｃｍ３／秒以下に調節すると、低温熱分解がすべての破棄物を灰化するまで持続することが確認された。
【００６１】
また、低温熱分解室２ａ内に４方向から空気を整流して供給する各空気供給管３０の断面積は、空気整流装置３０による空気整流効果を高めるために、開口部の管の断面積が１２ｃｍ２以下とすることにより、確実に低温熱分解を持続することができる。
なお、前述のように、空気整流装置３０は、電磁石や永久磁石などで空気を整流するものであるが、その整流効果は、効率的に通過する空気を整流するためには、磁石により形成される磁束密度が大きく影響するので、磁石の保磁力とともに、磁石間の距離が重要な要素となり、本実施例では、この空気整流装置３０内における磁石間の空隙を１ｃｍ〜３ｃｍとして、０．０４Ｔ〜１．５Ｔの磁束密度が得られるようにし、対向する磁石の幅を１〜５ｃｍ、長さを１０〜２０ｃｍとするのが好適である。
【００６２】
なお、灰中に含有される炭酸カリウムは、低酸素濃度の状況でも助燃効果があり、本低温熱分解炉において熱分解させる廃棄物は、この助燃触媒灰に直接密着させ、また熱伝導を高めるために隙間なく押し込むようにするとよい。
炭酸カリウムは、融点が８９１℃で、高温では溶解し、他の化合物と混合され、いわゆるセラミックス化あるいはガラス化してしまうので、廃棄物を低温熱分解炉で処理されることにより得られ、廃棄物の種類にもよるが、植物体の由来の物が多ければその含量は高く、植物体のみの場合、１０〜３０重量％にまでも達する。
【００６３】
また生ゴミなどにより、大量の水分が下部の灰の層へ流入すると、灰が固化し、さらに炭酸カリウムが水に溶解し、助燃触媒効果が失われ、低温熱分解効率が悪くなるか、あるいは熱分解が起こりにくくなる。このため、廃棄物から大量の水分の流入が起こらないようにし、特に炉内の充填された助燃触媒灰に直接接触する場所には、水分含有量の少ない廃棄物を投入することが望ましい。
【００６４】
なお、上記の低温熱分解が終了すると、低温熱分解室２ａ内には、灰が次第に蓄積することになるが、例えば、家庭での使用を前提とした小型タイプのものでは、一般家庭での平均的な廃棄物処理で、１ヶ月に１程度、前部扉２５及び後部扉２６により、前後の灰取り出し口を開いて取り出すようにすればよい。
しかも、家庭や、食品廃棄物を多量に処理する施設などでは、廃棄物中に多量の野菜などが含まれているため、本発明の低温熱分解炉による低温熱分解で発生する灰には、高濃度の炭酸カリウムを含有しているため、新たに補給する必要はない。さらに、設置業者が定期的にこのような高濃度の炭酸カリウムを含有する灰を回収し、新たに低温熱分解炉を設置する際、あるいは、廃棄物の種類によって灰中の炭酸カリウム濃度が低下して、助燃触媒機能が低下したユーザなどに供給することもできる。
【００６５】
なお、上記のとおり、灰は、ある程度の濃度の炭酸カリウムを含有するとともに、空気供給管３２がちょうど埋まる程度の高さに維持されることが必要である。
そこで、灰の高さを簡単に調整できるよう、図９、図１０に示すように、低温熱分解炉本体２の前部壁６の下方に、引き出し式の灰収容容器５０を設け、その上方に、円形や長方形の開口が形成されたパンチングメタル等の板材５１、５２を２枚組み合わせて、適量ずつ、灰収容容器５０に排出できるようにするとよい。
【００６６】
すなわち、上側の板材５１は、低温熱分解炉本体２における低温熱分解室２ａの底部に固定されており、下側の板材５２は、低温熱分解炉本体２の側部壁８に前後スライド可能に装着されている。低温熱分解炉本体２の側部壁８に揺動可能に取り付けられたレバー５３の下方には上下方向に溝５３ａが形成されており、この溝に、下側の板材５２の側端から外方に突出するロッド５２ａが上下摺動可能に連結されている。これにより、レバー５３を前後することにより、上側の板材５１に対し、下側の板材５２をスライドし、両者の開口部がまったく重ならず灰がまったく落下しない状態から、一部両者の開口部が重なり、灰収容容器５０に適量落下させることができるようになっている。
なお、上側の板材５１と下側の板材５２とは互いに密着させるようにして摺動させるようにしてもよいし、下側の板材５２を固定し、上側の板材５１をレバー５３に連動させてスライドさせるようにしてもよい。
【００６７】
そして、低温熱分解炉本体２の前部壁６等に、灰の高さを目視確認できるよう透明で耐熱性を有するガラス板等を設け、この耐熱性ガラス板に記された最適位置を示す目盛の高さとなるまで、レバー５３のストロークや回数を調整することにより、灰の高さを簡単に最適な高さに微調整することが可能となる。さらに、落下排出された灰は、引き出し式の灰収容容器５０を引き出すことにより回収、廃棄を非常に簡単に行うことができる。
【００６８】
さらに、低温熱分解炉本体２に隣接して、廃棄物投入用のホッパーを設け、低温熱分解室２ａの上面に設けた温度計３５により、廃棄物の大半が低温熱分解して低温熱分解室２ａが低温になったことを検知して、このホッパーに連なる廃棄物投入口を一定時間開放し、低温熱分解室２ａの内部に一定量の廃棄物を自動的に投入するようにすれば、使用者の管理負担を一層低減することが可能になる。
【００６９】
以下、実験例を示す。
［実験１］
低温熱分解炉で製造した灰を空気吸入管よりも上まで充填した炉において、紙、木材、プラスチック、ビニール、ペットボトルなど混合廃棄物を上部投入口から炉内（約１立方メートル）に充填し、発熱スタータ３３を灰Ａと廃棄物の間に置き、発熱させた。空気流入量を調節し、低温熱分解に必要な空気を流入させると、１０分後に煙突３９より排気ガス排出されてきた。その後８時間で大半が熱分解され、灰化した。排気中の酸素濃度は４〜９％を示した。
なお、その後も低温熱分解室２ａ内では、２、３日の間、非常に緩慢な低温熱分解が進行しており、この間に、廃棄物を追加投入すれば、再度、活発な低温熱分解を再開できることが確認できた。したがって、通常の利用では、２、３日の間に新たに発生した破棄物を投入すれば、再度助燃剤を投入して発熱スタータ３３で改めて着火する必要はなく、連続的な運転が可能であることが確認できた。
【００７０】
［実験２］
低温熱分解炉で製造した灰を空気供給管３２の上方付近上まで充填した炉において、助燃剤を灰の上に散布し、その上に紙、木材、プラスチック、ビニール、ペットボトルなど混合廃棄物を上部投入口から炉内（約１立方メートル）に充填し、設置した発熱スタータ３３へ１００Ｖ電流を流すと、２０分後に低温熱分解が開始され、その後８時間で完全に熱分解され、灰化した。種々の廃棄物を処理した灰について炭酸カリウム量を定量したところ、草木や野菜など植物由来の場合にはその濃度が３０％まで達したが、プラスチック、ビニール、ペットボトルなどの混合物を含む廃棄物の場合では０．１％〜１０％であった。
【００７１】
［実験３］
低温熱分解が円滑に進行した空気流入量調節装置３１の調整量のまま、空気供給装置２９に設置してある空気整流装置３０から永久磁石のみを除去した場合には、低温熱分解は発生せず、空気流入量調節装置３１を再度調節して充分な空気が供給すると低温熱分解が開始された。これにより、永久磁石により効率的な空気整流効果が得られていることを確認できた。
【００７２】
［実験４］
酸素を充分に供給して、草木や野菜などの植物を含む廃棄物を高温で燃焼させた炉から取得した灰を、空気供給管の上部付近まで充填し、上記と同様の廃棄物を投入したが、低温熱分解は発生しなかった。さらに、保温効果のある砕石や珪藻土のみを充填しても同様に効果がなかった。これらの灰に炭酸カリウムを添加（０．１〜１０重量％）すると低温熱分解が開始された。これにより、炭酸カリウムが草木や野菜などの植物を含む廃棄物の低温熱分解により高濃度に生成され、高温燃焼では十分に生成されないことが確認できた。
また低温熱分解炉で製造された灰に水分が過剰に添加されると、完全に水蒸気化することができず、炭酸カリウムが凝固し、助燃触媒効果が失われた。このことから、低温熱分解を円滑に持続させるためには、例えば、生ゴミ等については、事前にある程度の水切りを行う必要があることが判明した。
【００７３】
［実験５］
永久磁石を使用した空気整流装置３０、空気流入量調節装置３１を備えた空気供給装置２９を取り出し、空気の流れと速度を測定した。空気整流装置３０の上流側の断面積を一定にし、下流側の断面積を変化させたところ、流入口の断面積よりも流出口の断面積が小さいときには空気が速く流入し、逆に大きくすると空気が逆流すること、空気が整流されていることが、煙を利用した実験から確認された。流出口の断面積の流入口の断面積に対する比率が０．１〜０．９の範囲で正常に機能し、空気を内側へ吸引する効果を示すことが確認できた。
【００７４】
［実験６］
空気供給装置２９から空気流入量調節装置３１を取り外し、永久磁石を使用した空気整流装置３０を直接、低温熱分解炉本体２に接続した場合、させた。空気流入制御装置を欠いており、空気整流装置を直接炉の空気吸入口に接続させてある。空気整流装置３０の上流、すなわち、空気流入側の断面積と、下流、すなわち、空気流出側の断面積の比を種々変更したところ、流出口の断面積を流入側の断面積に対し、０．６に設定すると、効率的に低温熱分解が起こった。この実験では、予め低温熱分解室２ａの容量や廃棄物処理量が定められているとき、空気流入量調節装置３１により空気流入量を調節することなく、空気整流装置３０における空気流入側の断面積と空気流出側の断面積の比を最適に設計することにより、安定した低温熱分解を実現できることを示唆している。
【００７５】
［実験７］
本実施例による低温熱分解炉１を用いて、一般的な混合廃棄物（紙、木材、プラスチック、ビニール、ペットボトルなど）を熱分解し、その灰分のＪＩＳ規格による分析の結果、ダイオキシン及びコプラナーＰＣＢ量は規制値よりはるかに少量であった。また熱分解中の排気について、同様にＪＩＳ規格による分析を実施した結果、ダイオキシン及びコプラナーＰＣＢ量は規制値よりはるかに少量であった。また一酸化炭素濃度も規制値以下であった。
【００７６】
［実験８］
処理する廃棄物の素材に偏りが大きい低温熱分解処理が続いた場合に、希に熱分解効率が低下することが発生した。このような場合には灰中に炭酸カリウムを灰の１０％以上（重量％）になるように添加することにより、効率を回復させることができた。これは、廃棄物の素材の偏りに伴い、灰中に生成される炭酸カリウムの濃度の低下によると推測される。
【００７７】
［実験９］
空気供給装置２９の空気流入量調節装置３１をすべて全開とした上で、各空気供給装置２９に空気を送る送風装置に自動流速制御装置、例えば、インナー・オリフィス（ＦｌｏｗＣｏｎ社の製品）を接続して、空気流入量を調節したところ、低温熱分解室２ａの容量や廃棄物の種類にも依存するが、１００〜１０００ｃｍ３／秒の空気を供給することにより低温熱分解が観察された。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明によれば、廃棄物を低温熱分解することにより灰中に含有される炭酸カリウムを、低温熱分解を行うための触媒として再循環して活用することにより、複雑な熱管理を行うことなく、しかも多量の補助燃料を使用することなく、ダイオキシンやＮＯｘが大量に発生する分解温度を確実に回避し、低コストで耐久性の高い廃棄物処理装置として、各施設はもとより家庭でも広く利用されることが期待できる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 低温熱分解炉
２ 低温熱分解炉本体
３ 煤煙除去用の消煙装置
４ 酸化触媒４
５ 排気浄化装置
６ 前部壁
７ 後部壁
８、９ 側部壁
１０ 上部壁
１１ 底部壁
１２〜１５ 第一の内部壁〜第四の内部壁
１８ 投入口
１９ 蓋体
２５ 前部扉
２６ 後部扉
２９ 空気供給装置
３０ 空気整流装置
３１ 空気流入量調節装置
３３ 発熱スタータ
４５ ケーシング
４６ 換気ファン
４７ 消煙装置
４８ 低温作動型触媒
４９ 開閉扉
５０ 引き出し式灰収容容器
５１、５２ 板材
レバー ５３
Ａ 炭酸カリウムを含有する灰
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温熱分解炉の内部に形成した低温熱分解室に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入する工程と、
前記灰の表面に助燃剤を散布する工程と、
該助燃剤の上面に廃棄物を投入する工程と、
前記低温分解炉を外気から遮断する工程と、
前記灰と廃棄物の境界部分に散布された助燃剤を着火させる工程と、
前記廃棄物を低温熱分解させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程と、
前記廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素、炭化水素等を除去する工程とからなる廃棄物の低温熱分解方法。
【請求項２】
低温熱分解炉の内部に形成した低温熱分解室に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入する工程と、
前記灰の表面に助燃剤を散布して着火する工程と、
該助燃剤の上面に廃棄物を投入する工程と、
前記低温分解炉を外気から遮断する工程と、
前記廃棄物を低温熱分解させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程と、
前記廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素、炭化水素等を除去する工程とからなる廃棄物の低温熱分解方法。
【請求項３】
前記廃棄物を低温燃焼させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程において、
供給する空気に磁場を作用させて、空気を整流するようにした請求項１または請求項２に記載の廃棄物の低温熱分解方法。
【請求項４】
廃棄物投入口、熱分解後の灰を排出するための灰取出口とを備え、これらを外気から封止する開閉自在の蓋体を備えた本体と、
該本体の内部に形成された低温熱分解室と、
該低温熱分解室の底部に投入された、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰と、
該低温分解炉の下方に設置され、前記灰の内部に進入する先端開口を有する空気供給管と、
空気流入量調節装置を備え、前記空気供給管に所定量の空気を供給する空気供給装置と、
前記廃棄物の低温熱分解により発生する排気ガス中の煤煙を除去する消煙装置と、
排気ガスを浄化する排気処理装置とを備えた低温熱分解炉。
【請求項５】
前記排気処理装置が、前記消煙装置に接続された煙突の内部に配設された酸化触媒及び排気浄化装置とからなる請求項４に記載の低温熱分解炉。
【請求項６】
前記本体をケーシングで覆い、該ケーシングの開口部に換気ファン、前記消煙装置及び排気浄化装置を設け、前記ケーシングの内部に排出された、前記低温熱分解により発生した排気ガスを、前記換気ファンにより吸い出し、前記消煙装置及び前記排気浄化装置を介して大気に排出するようにした請求項４に記載の低温熱分解炉。
【請求項７】
前記灰の上に投入された廃棄物を着火し、低温熱分解を開始させる発熱スタータを備えた請求項４から６のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項８】
前記空気供給装置は、空気流入量調節装置の上流に、Ｎ極とＳ極を所定の間隙を介して対向させた空気整流装置を備えた請求項４から７のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項９】
前記煙突の下端に、前記消煙装置で煤煙が除去された排気ガスを導入する排気管を連結するとともに、空気取り入れ口を配設し、該煙突の内部に挿入された空気供給パイプから供給される空気により、前記空気取り入れ口から空気を供給し、前記酸化触媒に送給される排気ガスを空気で希釈することを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項１０】
前記消煙装置は、内部に水タンクを備え、前記低温熱分解室から導入される排気を該水タンクの水表面に沿って迂回させるとともに、該水タンクの底部に気泡発生装置を配設したことを特徴とする請求項４から９のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項１】
低温熱分解炉の内部に形成した低温熱分解室に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入する工程と、
前記灰の表面に助燃剤を散布する工程と、
該助燃剤の上面に廃棄物を投入する工程と、
前記低温分解炉を外気から遮断する工程と、
前記灰と廃棄物の境界部分に散布された助燃剤を着火させる工程と、
前記廃棄物を低温熱分解させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程と、
前記廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素、炭化水素等を除去する工程とからなる廃棄物の低温熱分解方法。
【請求項２】
低温熱分解炉の内部に形成した低温熱分解室に、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰を所定の厚さに投入する工程と、
前記灰の表面に助燃剤を散布して着火する工程と、
該助燃剤の上面に廃棄物を投入する工程と、
前記低温分解炉を外気から遮断する工程と、
前記廃棄物を低温熱分解させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程と、
前記廃棄物の低温熱分解により発生した排気ガス中の煤煙及び一酸化炭素、炭化水素等を除去する工程とからなる廃棄物の低温熱分解方法。
【請求項３】
前記廃棄物を低温燃焼させるのに必要な空気量を、前記灰の内部に供給する工程において、
供給する空気に磁場を作用させて、空気を整流するようにした請求項１または請求項２に記載の廃棄物の低温熱分解方法。
【請求項４】
廃棄物投入口、熱分解後の灰を排出するための灰取出口とを備え、これらを外気から封止する開閉自在の蓋体を備えた本体と、
該本体の内部に形成された低温熱分解室と、
該低温熱分解室の底部に投入された、炭酸カリウムを助燃触媒として含有する灰と、
該低温分解炉の下方に設置され、前記灰の内部に進入する先端開口を有する空気供給管と、
空気流入量調節装置を備え、前記空気供給管に所定量の空気を供給する空気供給装置と、
前記廃棄物の低温熱分解により発生する排気ガス中の煤煙を除去する消煙装置と、
排気ガスを浄化する排気処理装置とを備えた低温熱分解炉。
【請求項５】
前記排気処理装置が、前記消煙装置に接続された煙突の内部に配設された酸化触媒及び排気浄化装置とからなる請求項４に記載の低温熱分解炉。
【請求項６】
前記本体をケーシングで覆い、該ケーシングの開口部に換気ファン、前記消煙装置及び排気浄化装置を設け、前記ケーシングの内部に排出された、前記低温熱分解により発生した排気ガスを、前記換気ファンにより吸い出し、前記消煙装置及び前記排気浄化装置を介して大気に排出するようにした請求項４に記載の低温熱分解炉。
【請求項７】
前記灰の上に投入された廃棄物を着火し、低温熱分解を開始させる発熱スタータを備えた請求項４から６のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項８】
前記空気供給装置は、空気流入量調節装置の上流に、Ｎ極とＳ極を所定の間隙を介して対向させた空気整流装置を備えた請求項４から７のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項９】
前記煙突の下端に、前記消煙装置で煤煙が除去された排気ガスを導入する排気管を連結するとともに、空気取り入れ口を配設し、該煙突の内部に挿入された空気供給パイプから供給される空気により、前記空気取り入れ口から空気を供給し、前記酸化触媒に送給される排気ガスを空気で希釈することを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【請求項１０】
前記消煙装置は、内部に水タンクを備え、前記低温熱分解室から導入される排気を該水タンクの水表面に沿って迂回させるとともに、該水タンクの底部に気泡発生装置を配設したことを特徴とする請求項４から９のいずれかに記載の低温熱分解炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１３２６６７（Ｐ２０１２−１３２６６７Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５６７６（Ｐ２０１１−２４５６７６）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（５１０３１７４３８）株式会社 エコ・アシスト長崎 (1)
【出願人】（５１０３１７４４９）
【出願人】（５１０３１７４５０）
【出願人】（５１０３３７５８４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（５１０３１７４３８）株式会社 エコ・アシスト長崎 (1)
【出願人】（５１０３１７４４９）
【出願人】（５１０３１７４５０）
【出願人】（５１０３３７５８４）
【Ｆターム（参考）】
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