JP2001074226A - 加熱炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却炉などから発生する有害な排ガスを加熱
して確実に無害なガスを排出可能であり、それでいて加
熱・分解効率が高い加熱炉を提供する。 【解決手段】 流路入口２と出口３とを有し耐熱材から
形成された炉体と、この炉体内部に流路入口側から出口
側に向けて充填された発熱体５とを備えている。この発
熱体５に通電することによって炉体内部に流入される流
体を発熱体５により少なくとも１３００℃以上に加熱可
能になっていると共に、炉体内部および出口３が流路入
口２より拡径されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加熱炉に関し、詳し
くは、焼却炉などから発生する排ガス等を加熱して無害
なガスを排出可能な加熱炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまで、焼却炉などから発生する有害
ガスは、一般に、排ガス処理設備である除塵装置、湿式
の除塵スクラバーなどを経て、大規模な二次燃焼炉に送
られて、そこで石油類を原料とするバーナーによって加
熱分解されて無害化される方法で放出されている。

【０００３】しかしながら、有害物をこのようにして加
熱分解して放出する方法は、石油類を燃料とする燃焼方
式であるため、燃料自体から発生するＮＯｘ，ＳＯｘ等
を除去することはできず、必ずしも清浄な空気として排
出できるわけではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、クリーンなエ
ネルギーを利用する燃焼方式として、電気ヒータを用い
た電熱方式が考えられたが、間接加熱方式であるため多
大の電力を消費する割りには、有害排ガスを加熱分解す
る効率が悪く、必ずしも確実に無害化して排出すること
はできない。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
有する問題点に鑑みて、焼却炉などから発生する有害な
排ガスを加熱して確実に無害なガスを排出可能であり、
それでいて加熱・分解効率が高い加熱炉を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は各請求項記載
の発明により達成される。すなわち、本発明に係る加熱
炉の特徴構成は、流路入口と出口とを有し耐熱材から形
成された炉体と、この炉体内部に前記流路入口側から出
口側に向けて充填された発熱体とを備えていて、この発
熱体に通電することによって前記炉体内部に流入される
流体を前記発熱体により少なくとも１３００℃以上に加
熱可能になっていると共に、前記炉体内部および出口が
前記流路入口より拡径されていることにある。

【０００７】この構成によれば、排ガスを加熱分解する
のに石油類を用いないので、燃料からの有害ガスの発生
が一切ないことに加えて、炉内が１３００℃以上の高温
に加熱されるため、排ガス中のＮＯｘ，ＳＯｘ，ＨＣ
Ｌ，ＨＣＮ，その他の有害ガスのみならず、ダイオキシ
ン類についても確実に分解されて無害化されるので、本
発明の加熱炉から放出されるガスを極めて清浄にするこ
とができる。しかも、炉体内部および流路出口が流路入
口より拡径されているので、炉内に導入された排ガスが
炉内で減速され、炉内での滞留時間を確保できるように
なって、それだけ排ガスの分解が確実になされることに
なる。又、流路入口端部にフランジ等の接続手段を形成
しておくことにより、既存の各種炉の排ガス排出個所と
容易に接続可能にすることができるので、既設の焼却炉
などに対しても本発明の加熱炉は有効に利用できる。

【０００８】尚、炉内は１３５０℃以上に加熱されるこ
とがより好ましい。有害ガスの分解が迅速になり、処理
速度を向上できると共に、一層確実に無害化を促進でき
るからである。

【０００９】前記発熱体が、前記流路入口側から出口側
に向けて炉体内部に重層状に多数配置されていると共
に、前記流体がこれら発熱体に接触しつつ出口側に排出
されることが好ましい。

【００１０】この構成によれば、炉体内部に重層状に配
置されている発熱体により、炉内に導入された排ガスは
減速されると共に、乱流を形成し、炉内での滞留時間が
一層長くなり、それだけ加熱・分解が促進されて都合が
よい。

【００１１】重層状に配置されている前記発熱体どうし
の間に、流体の流速を減速させる減速手段が配置されて
いることが好ましい。

【００１２】この構成によれば、発熱体の存在に加えて
減速手段、例えば邪魔板などの作用により、炉内に導入
された排ガスは大きく減速されると共に、乱流を形成
し、発熱体に接触する時間が長くなり、炉内での滞留時
間が一層長くなって、それだけ加熱・分解が促進されて
都合がよい。

【００１３】もっとも、発熱体あるいは減速手段の存在
密度によっては、流路出口の下流側に排気ポンプを取り
付けて、炉内での排ガスの流れを円滑に促進するように
してもよい。

【００１４】前記発熱体が、酸化防止処理されたタング
ステンであって、内部に流体通路が形成されていること
が好ましい。

【００１５】この構成によれば、タングステンが十分な
耐熱性を備えているので、通電することにより発熱して
容易に１３００℃以上の炉内温度を達成できると共に、
大量の排ガスの導入によっても耐久性のある発熱体とし
て機能するので都合がよい。タングステンは、板状、棒
状のものでもよいし、線状のタングステンを編み込んで
平板状とし、通気性を備えさせたものでもよい。尚、タ
ングステンに対する酸化防止処理としては、耐熱性のセ
ラミック微粒子をタングステン表面にコーティングする
等が考えられる。

【００１６】前記発熱体がカンタル発熱体であることが
好ましい。

【００１７】この構成によっても、カンタル発熱体が炉
内を１３００℃以上の温度に容易に加熱可能であるた
め、大量の排ガスの導入によっても耐久性のある発熱体
として機能するので都合がよい。カンタル発熱体は、棒
状、線状、板状のものでもよいし、棒状あるいは線状の
カンタル発熱体を重層状に配置してもよい。カンタル発
熱体を炉内に横形に配置する場合は、支持体にカンタル
発熱体を支持することが好ましい。カンタル発熱体が予
想以上の高温に達した際に、変形するのを確実に防止で
きて都合がよいからである。

【００１８】前記流路出口から排出される廃熱を発電装
置に供給することにより発電すると共に、得られた電力
を前記発熱体の発熱に利用することが好ましい。

【００１９】この構成によれば、炉体の流路出口から排
出される清浄化された空気が、かなりの高温であること
から、この高温空気を炉外の発電装置に送給して発電す
ることにより、その電力を前記発熱体の加熱に利用する
ことによって、エネルギーコストを低減することができ
る。その場合の発電装置としては、炉外に放出される高
温空気を熱交換して高温蒸気を発生させ、これを動力源
とするタービン駆動式の発電装置を採用してもよく、ま
た廃熱を直接シリンダーの加熱に用い、シリンダー内の
空気の膨張・排出の繰り返しによりピストンを往復駆動
させ、その動力を回転運動に変換して取出す、いわゆる
外燃機関を利用して発電装置を駆動・発電させるように
してもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る加熱
炉の概略縦断面構造を示し、図２は図１のII-II 断面構
造を示す。この加熱炉１は、焼却炉などからサイクロン
等の除塵装置を経た、あるいは直接的に導入された排ガ
スが、配管などで構成された流路を介して送給されるよ
うになっていて、流路入口２とそれより拡径されている
流路出口３とを有する。そして、加熱炉１は鉄皮を外郭
（図示略）とし、内壁に断熱性耐火材を備えて構成され
ていると共に、略円錐状をした入口部１ｂと、円筒状の
構造をした炉体中央部１ａと、略円錐状をした出口部１
ｃとから構成されていて、組立る際に各部が結合され、
解体可能に一体的に接合されるようになっている。各部
の接続は、フランジ部におけるボルト９締め、嵌め合わ
せ、更には外壁から補強材を被覆するなど、種々の既存
の結合方式を採用できる。炉内部に送給される被処理ガ
スの量によっては、炉体を大容量にする必要があるが、
その場合は、中央部１ｂを必要な容量になるように複数
個結合することによって必要な容量の加熱炉に改造する
こともできる。

【００２１】加熱炉１内部は、流路の入口側から出口側
に向けて充填された多数の発熱体５とを備えていて、そ
の内部に流入される流体を発熱体５により少なくとも１
３００℃以上に加熱可能になっている。発熱体５は、対
面する炉壁間にわたって差し渡される円板状になってい
て、流体通路となる多数の細孔５ａが板厚方向に貫通す
るように穿かれている。この発熱体５の下方には、耐熱
性かつ多孔質の板状をしたセラミックからなる支持体６
が配置されている。この支持体６は、必ずしも必要では
ないが、排ガスの流速を減速手段として機能すると共
に、発熱体５が金属である場合に、長く高温にさらすと
高温強度が低くなり、サイズによっては自重で変形する
おそれがあるのを確実に防止できて都合がよい。もとよ
り、この支持体６とは別に、減速手段としての種々の形
状をした邪魔板を炉内適所に配置してもよい。

【００２２】これら発熱体５に、外部の電源（図示略）
より電力供給されて加熱発熱される。もとより供給電力
は、後述する熱電対により測定された炉内温度の測定結
果に基づき、温度制御と連動して供給されるようになっ
ている。

【００２３】流路入口２は、排ガスを送給する上流側の
配管などと接続可能になっていると共に、シャッター装
置４が設けられていて、図外の制御装置などから遠隔操
作により、あるいは手動で開閉自在になっている。同様
なシャッター装置７が流路出口３にも設けられていて、
同じく制御装置などから遠隔操作により、あるいは手動
で開閉自在になっている。これら２個所のシャッター装
置５，７を適宜に制御することにより、実際の操業を安
定で効率良く維持できるようになっている。図１で図番
８は炉内温度を測定する熱電対であり、通常、炉内に複
数個配置される。その測定結果は温度計に送信されて、
炉内温度が表示されると共に、図外の制御装置に送信さ
れ、炉内を所定温度に制御するために利用される。その
場合、炉体入口側から出口側にかけて、発熱体を数ブロ
ックに区分けし、各ブロックでの温度測定結果に従って
各ブロックでの発熱体に供給する電力を制御することが
好ましい。尚、図番１０は発熱体５に外部電源（図示
略）から電力を供給するための導線である。

【００２４】発熱体５は、数ｍｍ〜数ｃｍ程度の多数の
貫通孔５ａが穿かれていて、流路の入口側から出口側に
向けて重層状に多数配置されている。これら発熱体５ど
うしは数ｍｍ〜数十ｃｍ程度の適当な間隔をおいて配置
されていると共に、隣接する発熱体５どうしの貫通孔５
ａは、炉体入口から出口に向けて重ならないように幾分
ずらして位置するようになっていることが好ましく、こ
のようにすると炉内を通流する排ガスが発熱体５表面と
高い頻度で接触させることができて都合がよい。

【００２５】〔別実施の形態〕 （ａ） 上記実施形態では、発熱体としてタングステン
板を用いたが、これに代えてタングステン線をメッシュ
状に密に編み込んで平板状に形成したものでもよい。こ
のように形成した板状タングステン発熱体を、排ガスの
流動方向に多数重ね合わせるようにすると、メッシュサ
イズが細かくなり、炉内での排ガスの滞留時間を長くで
きると共に、排ガスと接触する表面積を大きくすること
ができる。この場合も、各タングステン線の表面は、酸
化防止のためのセラミックコーティングがなされてい
る。

【００２６】（ｂ） 上記実施形態では、発熱体として
タングステン板を用いたが、これに代えて棒状あるいは
線状のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金であるカンタル高温発熱
体（商標名）、ＭｏＳｉ₂ を主成分とするカンタルスー
パー発熱体（商標名）などを用いてもよい。この場合、
図３に示すように、炉内を横断するように多段のシャン
ク状をした発熱体１５を水平に配置すると共に、この発
熱体１５の下部にパンチングメタルのように多数の貫通
孔１６ａが形成された耐熱性の支持体１６を配設する。
このようにすると、炉内を高温にしたときに発熱体１５
が変形するのを確実に防止でき、常に炉内を均一に加熱
できて都合がよい。そして、図３に示す発熱体１５は、
炉体内部に重層状に配設されていて、排ガスが炉内部を
通過する間に、これら発熱体１５に接触して加熱分解さ
れるようになっている。

【００２７】支持体１６はセラミック製でもよいし、耐
熱金属製であってもよく、形状も板状以外に、多数の線
を密に編んだ網状のものなどでもよい。要は、ある程度
の強度を保持し、通気性を有していればよい。このよう
に構成されていても、炉内部を１３００℃以上の雰囲気
を達成することができ、排ガスを確実に加熱分解して無
害化する。

【００２８】更に、加熱炉を横形とし、カンタル発熱体
の多数を炉内の天井部から垂下させ、その間を排ガスが
通過するように構成してもよい。その場合、上記した支
持体１６は必ずしも必要でない。

【００２９】（ｃ） 流路出口３から排出される清浄化
された空気は、かなりの高温であることから、この高温
空気を図外の発電装置に送給して発電することにより、
その電力を前記発熱体の加熱に利用することによって、
エネルギーコストを低減することができる。その場合の
発電装置としては、炉外に放出される高温空気を熱交換
して高温蒸気を発生させ、これを動力源とするタービン
駆動式の発電装置を採用してもよい。更に、次に説明す
る外燃機関を駆動させることにより発電装置を駆動・発
電させることが効率を高くできて好ましい。

【００３０】すなわち、炉外に放出される廃熱を、直
接、ピストンを内蔵したシリンダーの加熱に用い、シリ
ンダー内の空気の膨張・排出を繰り返すことによってピ
ストンを往復駆動させ、その動力を回転運動に変換して
取出し発電装置を駆動・発電させるのである。この場合
は、廃熱を直接的にシリンダーの駆動に利用できるの
で、それだけ効率が高くなって都合がよい。

【００３１】（ｄ） 加熱炉の内部形状は、もとより図
１，２に示す構造に限定されるものではなく、種々の構
造のものが採用できる。例えば、炉内部構造を螺旋状に
し、排ガスを旋回させつつ炉内での滞留時間を長くする
ようにしてもよい。上記実施形態では、加熱炉を縦形と
した例を示したが、横形であってもよく、炉体内部の断
面構造も、円筒形に限定されず、角形でもよく、その他
の形状でもよい。

【００３２】（ｅ） 本発明は、大型の焼却炉から発生
する排ガス処理のみならず、除塵装置などが設けられて
いない小型の焼却炉の排ガス処理にも適用できる。すな
わち、本発明の加熱炉は既存の小型焼却炉の煙突部分に
容易に接続できるので、煙突を介して排出されるダイオ
キシン等を含む各種有害ガスが大気に放出されるのを確
実に防止でき、全国に多数存在する小規模な焼却炉の排
ガス処理にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加熱炉の概略断面図

【図２】図１のII−II断面図

【図３】別実施形態に係る加熱炉の図２と類似の断面図

【符号の説明】

２ 流路入口 ３ 流路出口 ５，１５ 発熱体 ５ａ 流体通路 ６，１６ 支持体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路入口と出口とを有し耐熱材から形成
   された炉体と、この炉体内部に前記流路入口側から出口
   側に向けて充填された発熱体とを備えていて、この発熱
   体に通電することによって前記炉体内部に流入される流
   体を前記発熱体により少なくとも１３００℃以上に加熱
   可能になっていると共に、前記炉体内部および出口が前
   記流路入口より拡径されている加熱炉。
2. 【請求項２】 前記発熱体が、前記流路入口側から出口
   側に向けて炉体内部に重層状に配置されていると共に、
   前記流体がこれら発熱体に接触しつつ出口側に排出され
   る請求項１の加熱炉。
3. 【請求項３】 重層状に配置されている前記発熱体どう
   しの間に、流体の流速を減速させる減速手段が配置され
   ている請求項１又は２の加熱炉。
4. 【請求項４】 前記発熱体が、酸化防止処理されたタン
   グステンであって、内部に流体通路が形成されている請
   求項１〜３のいずれか１の加熱炉。
5. 【請求項５】 前記発熱体がカンタル発熱体である請求
   項１〜３のいずれか１の加熱炉。
6. 【請求項６】 前記流路出口から排出される廃熱を発電
   装置に供給することにより発電すると共に、得られた電
   力を前記発熱体の発熱に利用する請求項１〜５のいずれ
   か１の加熱炉。