JP2008180491A - 焼却炉 - Google Patents

Abstract

【課題】焼却対象物が過度の焼却にならないように制御する。
【解決手段】炉内１に配置した焼却台２上に焼却対象物３を載置した状態で、複数のバーナ３０で加熱することによって、上記焼却対象物３を焼却する焼却炉において、炉内１に、焼却対象物３に非接触に配置された熱流束センサ１０を複数位置に配置し、制御手段２０は当該熱流束センサ１０の出力を受けて、複数のバーナ３０の出力を個々に制御するようにしている。これによって、焼却対象物３の焼却状態を希望の状態にすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は焼却炉に関し、特に、斎場の焼却炉に関するものである。

焼却炉での焼却処理を効率的に行おうとするとき、それに対応する燃料調整、空気量の調整が必要である。従来、斎場では焼却炉に覗き窓を設け、遺体の焼却の具合を監視しながら、手動でバーナの燃焼状態を調整していた。また、特開平０８−１２１７２４に開示するように上記覗き窓に代えて、温度センサを備えて焼却状態を自動制御することができるようになっている焼却炉もある。
特開平０８−１２１７２４号公報

上記のように目で焼却状態を監視するだけでは、効率的な焼却ができているか否かは明らかではなく、温度センサを設けて焼却状態を監視する焼却炉であっても、温度センサの検出する値は、焼却対象物そのものの温度ではなく、あくまで雰囲気温度であるため充分な状態で監視できないことがある。

例えば、燃焼中の対象物の脂肪部分が急激に燃えあがったような場合、発生する炎は瞬時に雰囲気の温度に影響を与えるのではなく、その炎によって空気の温度が上昇し、温度センサに温度の変化が現れるという過程を経る。従って、温度センサを用いた場合、焼却対象物の炎が上がっている部分では、当該焼却物自体が高温になっているにもかかわらず、それに対応した制御ができない、あるいは遅れることになる。

逆に、燃焼初期の段階では、雰囲気温度は上昇した後に焼却対象物が燃焼を開始しその温度が上昇するという過程を得る。従って、炉内温度は高くても未だ充分に焼却が進んでいない状況が呈されることになり、温度を監視するだけでは焼却対象物の燃焼状態を把握することは不可能である。

本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、焼却対象物の焼却状態を正確に把握し、正確な焼却制御ができる焼却炉を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、上記炉内に配置した焼却台上に焼却対象物を焼却する焼却炉において、燃焼対象物に対して、非接触に配置された熱流束センサを備える構成とした。

上記において、非接触とは、炉壁面に窪みを設け、当該窪みに上記熱流束センサを配置した構成をいう。上記熱流束センサは焼却物全体を俯瞰できる角度と位置に配置される。

熱流束センサは温度センサでは捕らえられない熱流束の変化、例えば焼却対象物からの放射熱による変化を捉えることができる。従って、熱流束センサを焼却対象物とは非接触で炉内の所定個所に配置し、該熱流束センサの検出結果を検討することで、より適正な燃料供給量の調整、空気量の調整ができる。

また、炉壁に設けられた窪みに熱流束センサを配置することで、気流の影響を受けることなく焼却対象物からの輻射熱のみを捕らえることができ、焼却対象物の燃焼状態を正確に把握することができることになる。さらに、熱流束センサが数十度の環境におかれているので、耐久性が向上し維持費が安くなる効果がある。

まず、本発明に使用する熱流束センサは、熱抵抗板の表裏の温度を熱電対で計測することによって、当該熱抵抗体を通過する熱量を知ることができるセンサである。図３はこの熱流束センサと温度センサの感度の差を示したものである。熱流束センサの出力(ａ)の方が温度センサの出力(ｂ)より感度が遥かに優れていることが理解できる。

次いで、所定大きさの炉をバーナで加熱しながら、魚を焼いたときの状態を温度センサと熱流束センサで測ると図４に示すようになる。ここでは、対象物を目視で確認し、急激な燃焼が確認された時点でバーナを切り、対象物の燃焼が沈下した時点でバーナを点火するように制御している。温度センサの出力は比較的なだらかな出力（ｂ）を示している状態で、熱流束センサ（ａ）の出力は爆発のようなエネルギー放出を捕らえている。

この爆発のようなエネルギー放出は、温度を測定している焼却対象物の雰囲気温度が変化しなくても、焼却対象物自体が局部的に高い温度になっており、そこから突沸した可燃ガスの燃焼による輻射熱が熱流束センサによって観測されているものと推定される。

図５は、上記図４に示した条件と同じ条件で、熱流束センサの出力が６０００Ｗ／ｍ²を超えた時点でバーナの空気口の開閉制御を行い、熱流束値が上昇するのを抑えるように制御を行った結果を示すものである。尚、温度センサは炉全体に過度の加熱状態が生じないように、あるいは燃焼時間を決める制御に使用する。これによって、焼却対象物自体の温度上昇による急激な燃焼を抑えながら焼却処理ができることになる。

図１、図２は本発明を斎場の焼却炉に適用した場合の第一の実施の形態を示すものである。図１は炉内で焼却対象物（遺体）を焼却している状態を遺体の頭の方向から見た図、図２はその側面図である。

焼却炉１内の焼却台２上に焼却対象物である遺体３が配置されている。また、焼却炉１の側壁、天井壁に沿って多数の熱流束センサ１０が配置されている。各熱流束センサ１０の出力は制御装置２０に入力され、この制御装置２０は、上記各熱流束センサ１０の状態を判断して、対応するバーナ３０の燃焼を制御するようになっている。さらに複数の熱流束センサ４０の近傍には、温度センサ４０がそれぞれ配置されており、各温度センサ４０の出力は制御装置２０に入力される。

上記複数の熱流束センサ１０と、バーナ３０は１：１で対応してもよいし、複数の熱流束サンサ１０の出力を制御装置２０が受けて、当該制御装置２０では熱流束サンサ１０の出力を総合勘案して特定の１あるいは複数のバーナ３０の出力を制御することでもよい。

この構成において、熱流束センサ１０の出力が所定値以上であると、温度センサ４０の捕らえている雰囲気温度は上昇していなくても、焼却対象物である遺体３の温度はすでに上昇していること意味する。従って、熱流束センサ１０の出力が所定値以上であるとき、空気口の開閉制御を行うことによってバーナ３０出力を抑えるようにすると、焼却対象物３を所定の温度で焼却することができ、焼却後の遺体の骨格を残すことができる効果がある。

また、図６、図７は本発明を斎場の焼却炉に適用した場合の第二の実施形態を示すものである。図６は斎場の炉の側断面、図７は図６のA―A断面図である。

一次燃焼室１００と二次燃焼室２００が２層に重ねられており、その間を通気路３００で結んでいる。炉床２は移動可能になっており、一次燃焼室１００の前側のドア１０１からの出し入れが可能になっている。一次燃焼室１００のバーナ１３０は裏面１０２側の中央に設けられ、熱流束センサ１１０はその近辺に配設される。

図８は熱流束センサ１１０の配設構造を示すものである。炉壁に窪み１４０が設けられ当該窪み１４０の奥に熱流束センサ１１０が設けられる。上記熱流束センサ１１０の位置からは焼却対象物（遺体）３全体を俯瞰することができ、従って、熱流束センサ１１０は焼却対象物３からの輻射熱を補足することができるとともに、当該窪み１４０は炉壁１０２に対して相当程度(炉壁内面に対して数十センチ程度)奥まっており、炉内温度が１０００℃を超えても、当該熱流束センサ位置は数十度の温度にしかならない。

参考データをとる必要上、炉壁の側面炉壁１０３にも同様の構造で熱流束センサ１１１を設けた。なお、炉壁側面１０３に設けられた熱流束センサ１１１の配設構造は、焼却対象物（遺体）３全体を俯瞰することができる熱流束センサ１１０の配設構造とほぼ同一の構造を有している。更に、バーナ１３０に近い位置から順次等間隔にバーナに遠い位置に向かって２つの温度センサ（１２１、１２２）を配置している。

図９は上記熱流束センサ１１０、１１１と温度センサ１２１、１２２による測定結果を示すものである。炉床２に焼却対象物３を置き、燃料供給量をF1の曲線に従って制御した時の各温度センサ１２１、１２２（Ｔ１２１、Ｔ１２２）と熱流束センサ１１０、１１１（ＴＨ１１０、ＴＨ１１１）の出力を示している。ここでは実際に監視者が、焼却対象物の焼却状態を目視して、手動で上記燃料の供給量を制御したときの曲線がＦ１である。すなわち、点火後炉内温度を上昇させ、燃焼対象物の状態が所定の状態になったときに燃料の供給を停止させたものである。

温度センサ１２１、１２２の出力はバーナ１３０の点火と同時に著しく上昇しているが、内部での対流の影響を受けてその出力は変化が大きいことが理解できる。一方、バーナ１３０付近に焼却対象物３を俯瞰できるように配置した熱流束センサ１１０の出力を検討すると、燃焼対象物３の燃焼状態に対応した出力を示していることが理解できる。しかしながら、側壁の中央付近に配置し、焼却対象物３の中央部分しか俯瞰できない熱流束センサ１１１の出力は、焼却対象物３を俯瞰できるように配置した熱流束センサ１１０の出力に比して小さいレンジとなっている。すなわち、熱流束センサ１１０（１１１）の位置としては、焼却対象物３全体が俯瞰できる位置が好ましいといえる。

以上の各センサの出力を評価すると、温度センサ１２１、１２２の１つあるいは複数を用いても焼却を制御することはできないことがわかる。すなわち、温度がある温度を示していても、それは焼却対象物３の焼却状態をそのまま表しているわけではなく、温度で焼却状態を表現できるのは、時間との組み合わせがあった場合に限定される。

一方、図１０に示した経過時間と熱流束センサ１１０の出力との関係を近似的に関連付ける曲線である熱流束センサ１１０の包絡線L１１０を考察する場合、その特定の出力に対して、焼却対象物３の２つの状態を示していることが言え、それが輻射熱のピーク（ａ）を過ぎる前か（ｂ）後か（ｃ）（輻射熱が上昇過程にあるか下降過程にあるか）を判断することによって、焼却対象物３の燃焼状態を判断することができる。即ち、熱流束センサ１１０の出力の包絡線L１１０そのものが焼却対象物３の燃焼状態を表していることが理解できる。尚、焼却対象物全体からの輻射熱を受けていない熱流束センサ１１１からの出力は、熱流束センサ１１０の出力に比してその包絡線L１１１の形状が山形とは言いがたいので、焼却対象物３全体の輻射熱を受けている熱流束センサ１１０による包絡線L１１０を用いるのが好ましい。

なお、熱流束センサ１１０の出力のピーク（ａ）の後ろで、一旦出力が谷（ｄ）を形成しているが、ここでは監視者が炉の小窓（炉の後方側にあるが図示しない）を空けて鉄火箸で焼却対象物３のかき混ぜを行なっている。従ってここでは温度、輻射熱とも一旦低下する。

さらに、図１１は、それぞれ大きさ（身長、体重等）の異なる二つの焼却対象物（遺体）を連続して２回処理した場合を示すものである。１回目、２回目の燃料供給量をそれぞれＦ１、Ｆ２で表し、対応する焼却対象物３全体の輻射熱を受ける熱流束センサ１１０の出力をＴＨ１、ＴＨ２で表した。監視者が焼却対象物の状態を目視しながら手動で燃料供給量を調節することは上記図９の場合と同様である。

これによると、１回目と２回目の燃料供給量を切る位置は熱流束センサ１１０が１１００Ｗ／ｍ²を示している時（ａ）であり、共通していることが理解できる。また、燃焼対象物をかき混ぜる時点（ｂ）は熱流束センサの出力が１６００W／ｍ²であり、同様に共通していることが理解できる。従って、上記熱流束センサ１１０の出力は、どのような焼却対象物に対しても、その焼却対象物の燃焼状態を正確に示しているため、現在すべて目視に頼って判断している燃料供給作業を、例えば、上記熱流束センサ１１０の出力と連動した警報装置等を設置することで目視に頼らなくても実行できることになる。尚、２回目の燃焼において、熱流速センサ１１０の出力が１１００Ｗ／ｍ²を示した後もしばらく燃焼を継続させているが、監視者の感に頼っていることの欠点がでており、子術する制御を用いると、この無駄は解消できる。

さらに、図１０に示した包絡線は、例えば熱流束センサの出力を積分回路に導くことによって簡単に求めることができる。また、包絡線が上昇過程（ｂ）にあるか下降過程（ｃ）にあるかの判断は当該包絡線を微分回路に導くことによって判断することができる。従って、図１２Ａに示す制御手段２０に熱流束センサ１１０の出力を積分する積分回路１２０１と、その出力を微分する微分回路１２０２を備え、包絡線L１１０が１１００Ｗ／ｍ²を示しかつ、微分値が負の値であるときには燃料供給を自動停止し、また、熱流束が１６００Ｗ／ｍ²付近でかつ、微分値が負であるときには監視者に燃焼対象物をかき混ぜるように警報を出す構成（判定回路１２０３、燃料供給手段１２０４、警報手段１２０５）を採ると、より精度の高い焼却制御を行うことが可能となる。

また、温度センサ１２１、１２２の出力と熱流束センサ１１０の出力のいずれか一方を制御手段２０に導くことによって、さらに正確な判定を得ることができる。すなわち、例えば温度センサ１２１（１２２）の示す温度が７００℃近辺で１１００Ｗ／ｍ²付近であれば、燃料供給を自動停止してもよいことが理解できる。また温度が９００℃で熱流束が１６００Ｗ／ｍ²付近であれば監視者に燃焼対象物のかき混ぜを指示する構成でもよい（図１２Ｂ）。

このように、本発明の焼却炉では、焼却対象物の焼却状態を正確に把握することが可能となるため、正確な焼却制御を行うことができる。また、上記のように熱流束センサのみを用いても、燃焼状態について正確な判断ができるとともに、熱流束センサが数十度の環境におかれているので、耐久性が向上し維持費が安くなる効果がある。また、温度センサを併用する場合であって、温度センサの交換の必要性があるとしても、燃焼状態について正確な判断ができることになる。

以上のように、本発明にかかる焼却炉は、焼却対象物の焼却状態を正確に把握し、正確な焼却制御ができる焼却炉として有効であり、斎場の焼却炉のみならず、家庭用、産業用廃棄物に用いられる焼却炉などに有用である。

第一の実施の形態の焼却炉の正面概念図である。 第一の実施の形態の焼却炉の側面概念図である。 温度センサと熱流束センサの性能比較を示す図である。 焼却炉の温度センサの出力と熱流束センサの出力を示す図である。 制御された焼却炉の温度センサの出力と熱流束センサ出力を示す図である。 第二の実施の形態の焼却炉の側面図である。 第二の実施の形態の焼却炉のＡ−Ａ断面図である。 熱流束センサの配設構造を示す図である。 第二の実施の形態の焼却炉の温度センサの出力と熱流束センサの出力を示す図である。 第二の実施の形態の焼却炉の熱流束センサの出力とその包絡線を示す図である。 二つの焼却対象物を連続して２回処理した場合の焼却炉の熱流束センサの出力を示す図である。 本発明の焼却炉の機能ブロック図を示す図である。

符号の説明

１ 炉内
２ 焼却台
３ 焼却対象物
１０、１１０、１１１ 熱流束センサ
２０ 制御手段
３０、１３０ バーナ
４０、１２１、１２２ 温度センサ
１４０、１４１ 窪み
L１１０、L１１１ 包絡線
１２０１ 積分回路
１２０２ 微分回路
１２０３ 判定回路
１２０４ 燃料供給手段
１２０５ 警報手段

Claims (3)

1. 炉内に配置した焼却台上に焼却対象物を焼却する焼却炉において、
   燃焼対象物に対して、非接触に配置された熱流束センサを備えたことを特徴とする焼却炉。
2. 炉壁面に窪みを設け、当該窪みに上記熱流束センサを配置した請求項１に記載の焼却炉。
3. 上記熱流束センサは焼却物全体を俯瞰できる角度と位置に配置される請求項２に記載の焼却炉。
   

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