JP2014185841A - 廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 焼却炉１から排出される排ガスが保有する高温度の熱を有効的に回収して入浴用、足湯用、洗顔用さらには飲料用など種々の用途分野で必要とする給湯温度に制御できる焼却炉用の給湯制御設備を提供する。
【解決手段】焼却炉１の排ガス流通方向に沿って付設した加温水流通配管９を流通した加温水の出湯側出口検出温度とその設定温度から求めた出湯温度偏差信号さらには貯湯槽内検出温度とその設定温度から求めた貯湯内温度偏差信号を受信しかつその両者の受信信号を演算偏差制御するシーケンサー制御器２１の出力信号で、貯湯槽内の湯温を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、日常の消費生活で家庭や事務所から排出される生ごみや紙屑などの一般ゴミや生産工場や建設現場でからすてられるゴム製品やプラスチック製品さらには海岸線に打ち揚げられた燃焼性漂着物など各種の廃棄物を焼却炉で燃焼し焼却する際に発生する排ガスが保有する高温度の熱で、低温水を必要な温度に加温制御する廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置に関するものである。

食品の売れ残りや食べ残しあるいは食品製造過程で発生する食品廃棄物は、飼料や肥料などの原料に利用する食品リサイクル法が施行され、かなりの量が再利用されている。その反面、安全上の問題から使われなくなった自動車タイヤは、焼却処理装置から黒煙や窒素酸化物やダイオキシンなどの有害物質を排出し環境を汚染しまた人体に悪影響を及ぼす問題から焼却されず空き地に野積みされ、永い間放置されるのが現状である。最近では自動車タイヤやプラスチック製品など素材別に分別する事なく高温度でかつ短時間で焼却できる無煙無臭無ダストの小型焼却処理装置が開発され、自動車タイヤ処理工場の自動車タイヤを始め、病院で再利用出来なくなった医療衣やさらに離島では海岸に打ち揚げられた不要な漂着物など、多くの種類の廃棄物の焼却処理に使用されている。また小型焼却処理装置を使用する工場や病院から、廃棄物を燃焼する際に発生する排ガスが保有する高温度の熱を有効的に利用した小型給湯装置の開発が望まれている。排ガスが保有する高温度の熱を給湯設備の熱源に利用するいわゆるサーマルリサイクル技術については、従来から開発が進められ、例えば特開２００４−３１６９３８号公報には「サイクロンで捕集されてライザー内の流動層へ送り返される流動媒体を一時的に貯留してこれらの流動層とサイクロンとの間をシールするループシールに流動媒体と接触させる事により、安定して熱を回収しかつ熱回収効率の高い熱回収設備」が紹介されている。特開２０１０−１５６５２９号公報には「炉から排出される排ガス内に断熱材で保温された給湯兼用の給湯配管と建物内暖房用の送風配管を設けた、高温排ガスによる熱交換装置」が紹介されている。何れの特許公開技術も、排ガスが保有する高温度の熱を水や空気などの流動媒体を介して効率的でかつ最大限に回収しようとするものであるが、高温度の熱を回収した熱水を例えば浴槽用や洗面用など使用する適切な温度に如何にして給湯制御管理しようとするのか、その手段を明らかにするものでない。

厚生労働省は、平成２０年１月２５日に「建設物環境衛生維持管理要領」を改訂し、次の様な改定内容を発表した。給湯設備の維持管理において「循環式中央式給湯設備は、湯槽内の温度が６０℃以上、末端の給湯栓でも５５℃以上となる様に維持管理すること」に改定されている。さらに建築物における衛生的環境の確保に関する法律（建築物衛生法）には、給湯温度の適切な管理つまり温度管理の考え方について「レジオネラ汚染の防止対策としては、給湯設備内のいずれの部位の給湯栓類においても、初流水を捨て、湯温が一定になった時点で５５℃以上に保持されている事が重要であり、貯湯槽等での設定温度をそれに見合う温度に管理する必要がある。貯湯式の給湯設備や循環式の中央式給湯設備を設置する場合は、貯湯槽内の温度が６０℃以上、末端の給湯栓でも５５℃以上となる様に維持管理する事」と説明されている。またこの場合の飲料水管理の留意事項として「給湯温度で注意しなければならない点は熱傷である。給湯温度が高いほどレジオネラ汚染の防止効果を増すが、同時に熱傷の危険性を防ぐ対策が必要である。また省エネ、省資源対策から必要以上に給湯温度を上げない事が望ましいが、その場合でも給湯温度が５５℃未満にならない様に管理する事が重要である」と改定する。この様に厚生労働省が定める給湯設備の維持管理から見れば、前記した特許公開技術の様に、高温度の排ガスにより熱交換器を介して加温された熱水を単に給湯設備に送給すればよいというものではない。
特開２００４−３１６９３８号公報 特開２０１０−１５６５２９号公報

本発明は、焼却炉から排出される排ガスが保有する高温度の熱を有効的に回収するに止まらず前記した「建築物環境衛生維持管理要領」の貯湯槽内湯温が６０℃以上でかつ末端の給湯栓でも５５℃以上とする管理事項を留意しながら入浴用、足湯用、洗顔用さらには飲料用など種々の用途分野において必要とする給湯温度に制御できる給湯制御設備をもった焼却炉を提供する事を目的に種々検討した結果、焼却炉の排ガス流通方向に沿って付設した加温水流通配管を通過した加温水の出湯側出口検出温度とその設定温度から求めた出湯温度偏差信号さらには貯湯槽内検出温度とその設定温度から求めた貯湯内温度偏差信号を受信しかつ受信した両者間を演算偏差制御するシーケンサー制御器の出力信号で貯湯槽内の湯温を制御する事で、上記した本発明の目的が達成される事を知見した。

本発明はこの知見に基づいて構成したもので、その要旨は、焼却炉の排ガス流通方向に沿って付設した加温水流通配管または外周壁に１個または２個以上の加温水滞流槽を接続管を介して一連状に接続した加温水流通配管の下方側を低温給水側とする給水口には水道水供給用配管と給湯分配用配管を接合しかつ上方側に水蒸気排出管を設けた貯湯槽の下方側を高揚程ポンプと高揚程電磁弁を介して接続しまた他方の上方側を出湯側とする出湯口には該貯湯槽の上方側を接続すると共に、加温水流通配管の出湯側に設置した出湯温度検出計の出湯検出温度と予め設定した出湯目標温度を比較しその偏差温度を出湯温度偏差信号に変換する出湯用温度調節器の該出湯温度偏差信号を受信しさらに貯湯槽に設置した貯湯槽内温度検出計の貯湯槽内検出温度と予め設定した貯湯槽内目標温度を比較しその偏差信号を貯湯槽内温度偏差信号に変換する貯湯内温度調節器の該貯湯内温度偏差信号を受信しかつその両者の受信信号を演算偏差制御するシーケンサー制御器の出力信号に応じて前記した貯湯槽内に沈設した攪拌機の回転制御と高揚程ポンプの稼働力と高揚程電磁弁の開閉動作を制御する給湯制御装置を接続して構成した廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置である。

上記の様に構成された本発明の廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置は、加温水流通配管を流通する間に不要になった一般ゴミやゴム製品などを焼却する際に発生する排ガスが保有する高温度の熱で、常温の水道水や低温度になった温水を効果的に加温する。また本発明における給湯温度制御装置は、廃棄物焼却炉の構造や大きさ等に関係なく如何なる焼却炉に対しても必要とする使用（分配）温度に貯湯する機能を有するため人への飲用、炊事用、浴用、洗面用や病院での使用済み機器の熱消毒用など、巾広く利用される特長がある。

次に本発明の廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す。図２は本発明の他の一実施例を示す。図１において、１は焼却炉（また燃焼炉とも言う）で、断面図を示す。焼却炉１は、炉壁が耐熱性金属材料の鉄皮あるいはさらに不定形耐火物や耐火煉瓦の内張りを施して築造されたもので、炉内に架設された火格子２を境にして上方側を上部室Ａとし下方側を下部室Ｂに分離する。上部室Ａの上方側には、排ガス集合出口３から排出されるガスや噴煙の流通方向に沿って排ガス誘導塔（煙突）４を設け、さらに炉壁には開閉自在な耐熱ドアもつ被焼却物投入装置５と該被焼却物投入装置５から火格子２上に投入された被焼却物６に指向する被焼却物燃焼用バーナー７を設けている。他方の下部室Ｂには、開閉自在なドアをもつ焼却灰掻出口８が設けられている。すなわち、焼却炉１は、被焼却物投入装置５で投入された火格子２上に投入された被焼却物６を被焼却物燃焼用バーナー７で燃焼しながら焼却し、噴出する排ガスや噴煙は排ガス誘導塔４から排出する構造に設けられている。また本発明における焼却炉１は、上記の様な構造のみに限定されるものでなく、例えば排ガス誘導塔の排ガス出口に煤煙濃度指示変換器を設けた無煙無臭無ダストの焼却処理炉を使用してもよい。

９は加温水流通配管で、高温度でしかも酸素や水蒸気などの高温酸化性雰囲気の過酷な使用条件で使用されるため、耐熱性でかつ大気中や水中でも優れた耐食性を有する金属材料例えばクロム系やニッケルクロム系の如きステンレス鋼を使用するとよい。加温水流通配管９は、被焼却物６が燃焼して発生した高温度の熱を保有する排ガスが焼却炉１の上部室Ａから排ガス誘導塔４に向かって流れる炉体空間または炉壁内の高温域に金属パイプ部材を直線的または螺旋的（スパイラル状）など任意な形状で付設されるもので、下方側を低温給水側とする給水口１０には水道水供給用配管１１と給湯分配用配管１２を接合しかつ上部には貯湯から立ち上る水蒸気による弊害を防止し安全性を確保するためにＵ字管貯や直状管など任意な形状をした水蒸気排出管２８を設けた貯湯槽１３の下方側を高揚程ポンプ１４と高揚程電磁弁１５を介して接続し、また他方を出湯側とする出湯口１６には貯湯槽１３の上方側を接続して構成されている。また図２は、図１と同様に焼却炉１の上部室Ａから高温度の熱を保有する排ガスが排ガス誘導塔４に向かって流れる間の炉体外周壁に、貯湯槽１３から供給された低温度の水道水または加温水を滞りながら加温しまた流出する１個または２個以上の加温水滞流槽１７を接続管１８で繋ぎ合わせて設置した加温水流通配管９で、他の一実施例を示したものである。加温水滞流槽１７は、比較的に大容量の給湯を必要する場合に使用されるもので、断面形状が箱型や円形などまた低温度の水道水や加温水の流通方向に沿って直管や環状管や弧状管を使用するなど如何なる形状や構造であってもよく、特に加温水の滞流を一層緩めて加温速度を速めたい場合は網部材や螺旋状金属帯部材などの流速緩衝部材を内蔵させてもよい。すなわち、加温水流通配管９は、貯湯槽１３から供給された低温度の貯湯水や水道水が、矢印で示す様に、焼却炉１から排ガス誘導塔４を経て貯湯槽１３に戻る間に加温される構造に設けられている。また本発明において加温水流通配管９は、レジオネラ汚染防止対策と清掃の必要性から、一本の長尺管材を曲げ加工で製作するよりも、短尺管材と管継手部材を繋ぎ合わせて分解可能に製作する事が好ましい。貯湯槽１３の上部も同様に、清掃の必要性と必要な温度以上に加温し過ぎた場合貯湯水の温度を速やかに降下するため、開閉自在な上蓋構造にする事が好ましい。また貯湯槽１３の側面には油面検知計を設け、さらに加温水流配管５から湯面検知計の上限を超える過剰な量の加温水を排水するための加温水排水誘導管を設けてもよい。さらにまた寒冷地方や貯湯槽から離れた場所に給湯する場合など大気中に剥き出しで湯温低下を生じ易い地域や環境では、配管に保温部材を被せて使用してもよい。

上記の様に構成された構造の本発明は、高温度の湯水や大容量の湯水を必要としつつ焼却炉１で大量の被廃棄物６を長時間に亘って焼却処理するなど止むを得ない事情がある場合は、必要によっては、加温水流通配管９の貯湯槽流入側に給湯停止用電磁弁２６を上方側に設けさらに加温水流通配管９の任意な高所位置に水蒸気放出用電磁弁２７を設けてもよい。図１では加温水流配管９に設けた出湯側温度検出計１９の貯湯槽１３側に給湯停止用電磁弁２６を設けその反対の上方側に水蒸気放出用電磁弁２７を設けた例を示し、図２では出湯側温度検出計１９を介して貯湯槽１３側に給湯停止用電磁弁２６を設けその反対側の高所位置に水蒸気放出用電磁弁２７を設けた例を示す様に、水蒸気放出用電磁弁２７は貯湯槽１３に給湯する前の加温水流配管９の任意な位置から加温水の水蒸気圧を放出しながらまた給湯停止用電磁弁２６は水蒸気放出用電磁弁２７から放出（抜く）されなかった高圧で高温度の水蒸気の貯湯槽１３への流れ込みを防止しながら、該貯湯槽１３の給湯を必要以上の温度上昇を防止しかつ水蒸気排出管２８から吹き出す熱湯飛沫の人災を防止する機能に設けられている。すなわち、給湯停止用電磁弁２６と水蒸気放出用電磁弁２７はそれぞれ独立した電磁弁開閉機能で作動し、水蒸気放出用電磁弁２７は加温水流通配管９で過剰に上昇した加温水の水蒸気圧を放出しながら給湯停止用電磁弁２６は加温水の流入と停止を繰り返しながら貯湯槽１３に給湯する構造に設けられている。

さらに本発明においては、貯湯槽１３内の貯湯を使用とする適用温度に設定しまた調整できる様に、加温水流通配管９と貯湯槽１３の間には、次の様な構造の給湯温度制御装置が設けられている。１９は出湯側温度検出計である。出湯側温度検出計１９は、加温水流通配管９の出湯口１６から貯湯槽１３までの加温水流通配管９の任意な位置に設けられ、その間を流れる加温水の出湯温度を検出するものである。２０は出湯用温度調節器で、出湯側温度検出計１９の出湯検出温度と予め設定した出湯目標温度を比較しその偏差温度を出湯温度偏差信号に変換してシーケンサー制御器２１に送信する。また２２は貯湯用温度調節器で、貯湯槽１３に設置した貯湯槽内温度検出計２３の貯湯槽内検出温度と予め設定した貯湯槽内目標温度を比較しその偏差温度を貯湯温度偏差信号に変換しシーケンサー制御器２１に送信する。出湯温度偏差変換信号と貯湯温度偏差変換信号を受信したシーケンサー制御器２１は、両者の温度偏差変換信号を比較する演算制御でこの間の出力信号を発信する。該出力信号を受信した攪拌駆動機２４は、貯湯槽１３に沈設する攪拌翼２５を回転させ、貯湯槽内の貯湯をムラ無く攪拌する。さらに高揚程ポンプ１４は、貯湯槽１３から低温度の水道水また加温水を加温水流通配管９に送り出す原動力のポンプで、シーケンサー制御器２２の出力信号を受信して稼働する構造に設けられている。また高揚程電磁弁１５は、高揚程ポンプ１４と同様にシーケンサー制御器２１の出力信号を受信して該高揚程ポンプ１４と共に連動し、低温の水道水または貯湯槽１３に残された低温度の溜まり水を加温水流配管９に送給する。反対に、高揚程ポンプ１４が稼働停止すれば加温水流配管９から貯湯槽１３への逆流を防止するため、高揚程電磁弁１５は閉弁駆動する構造に設けられている。

上記の様に構成された本発明の廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置は、次の様に使用される。焼却炉１において、被焼却物投入装置５から火格子２上の投入された被焼却物６は、被焼却物燃焼用バーナー７で燃焼しながら焼却される。また被焼却物６の燃焼で発生する高温度の熱を保有する排ガスは、排ガス集合出口３から排ガス誘導塔４を通って排出される。このとき被焼却物６が充分に燃え始め焼却炉１の炉内温度が高温度に昇温し始めた頃に、水道水供給用配菅１１から貯湯槽１３を介して送給される低温度の水道水あるいは貯湯槽１３に使い残された低温度の残り水を、高揚程ポンプ１４と高揚程電磁弁１５を作動させて貯湯槽１３と加温水流配管９との間を流通させながら、加温水流配菅９の出湯側に設置された出湯側温度検出計１８で監視しながら貯湯用温度調整器２１に設定された目標の貯湯温度に加温する。またこのときに貯湯槽１３の貯湯槽内温度検出計２３の検出温度が高い場合は、貯湯用温度調節器２２の貯湯槽内目標温度及び出湯用温度調節器２０の出湯目標温度を下げる設定作業を行い、さらに貯湯内温度偏差信号と出湯温度偏差信号を受信しかつこの間の両者の受信信号を演算偏差制御するシーケンサー制御器２１の出力信号に応じて貯湯槽１３に沈設した攪拌駆動機２４の回転制御と高揚程ポンプ１４の稼働力と高揚程電磁弁１５の開閉動作を制御し、所定の湯温に低下させる操作を行う。また貯湯槽１３の貯湯槽内温度検出計２３の検出温度が低い場合は、貯湯用温度調節器２２の貯湯槽内目標温度を高める様に、高い場合とは反対の操作を行えばよい。なお、本発明において加温水流配管９に給湯停止用電磁弁２６と水蒸気放出用電磁弁２７を設けた場合、加温水流配管９の水蒸気圧が水蒸気放出用電磁弁２７から放出されながら、加温水が給湯停止用電磁弁２６を通って安定した状態で貯湯槽１３に給湯する事ができる。

本発明は、焼却炉１から排出される排ガスが保有する高温度の熱を有効的に回収すると共に貯湯槽１３の湯温を使用する各温度に設定できる給湯温度制御装置に構成されているため入浴用、足湯用、洗顔用さらには飲料用として広く使用される可能性が高い。

本発明の一実施例を示す。 本発明の他の一実施例を示す。

１ 焼却炉
２ 火格子
３ 排ガス集合出口
４ 排ガス誘導塔
５ 被焼却物投入装置
６ 被焼却物
７ 被焼却物燃焼用バーナー
８ 焼却灰掻出口
９ 加温水流通配管
１０ 給水口
１１ 水道水供給用配管
１２ 給湯分配用配管
１３ 貯湯槽
１４ 高揚程ポンプ
１５ 高揚程電磁弁
１６ 出湯口
１７ 加温水滞流槽
１８ 接続管
１９ 出湯側温度検出計
２０ 出湯用温度調節器
２１ シーケンサー制御器
２２ 貯湯用温度調節器
２３ 貯湯槽内温度検出計
２４ 攪拌駆動機
２５ 攪拌翼
２６ 給湯停止用電磁弁
２７ 水蒸気放出用電磁弁
２８ 水蒸気排出管
Ａ 上部室
Ｂ 下部室

Claims (2)

1. 焼却炉の排ガス流通方向に沿って付設した加温水流通配管の下方側を低温給水側とする給水口には水道水供給用配管と給湯分配用配管を接合しかつ上方側に水蒸気排出管を設けた貯湯槽の下方側を高揚程ポンプと高揚程電磁弁を介して接続しまた他方の上方側を出湯側とする出湯口には該貯湯槽の上方側を接続すると共に、加温水流通配管の出湯側に設置した出湯温度検出計の出湯検出温度と予め設定した出湯目標温度を比較しその偏差温度を出湯温度偏差信号に変換する出湯用温度調節器の該出湯温度偏差信号を受信しさらに貯湯槽に設置した貯湯槽内温度検出計の貯湯槽内検出温度と予め設定した貯湯槽内目標温度を比較しその偏差温度を貯湯槽内温度偏差信号に変換する貯湯内温度調節器の該貯湯内温度偏差信号を受信しかつその両者の受信信号を演算偏差制御するシーケンサー制御器の出力信号に応じて前記した貯湯槽内に沈設した攪拌機の回転制御と高揚程ポンプの稼働力と高揚程電磁弁の開閉動作を制御する給湯制御装置を接続して構成した事を特徴とする廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置。
2. 焼却炉の排ガス流通方向に沿って外周壁に１個または２個以上の加温水滞流槽を接続管を介して一連状に接続して付設した加温水流通配管の下方側を低温給水側とする給水口には水道水供給用配管と給湯分配用配管を接合しかつ上方側に水蒸気排出管を設けた貯湯槽の下方側を高揚程ポンプと高揚程電磁弁を介して接続しまた他方の上方側を出湯側とする出湯口には該貯湯槽の上方側を接続すると共に、加温水流通配管の出湯側に設置した出湯温度検出計の出湯検出温度と予め設定した出湯目標温度を比較しその偏差温度を出湯温度偏差信号に変換する出湯用温度調節器の該出湯温度偏差信号を受信しさらに貯湯槽に設置した貯湯槽内温度検出計の貯湯槽内検出温度と予め設定した貯湯槽内目標温度を比較しその偏差信号を貯槽内温度偏差信号に変換する貯湯内温度調節器の該貯湯内温度偏差信号を受信しかつその両者の受信信号を演算偏差制御するシーケンサー制御器の出力信号に応じて前記した貯湯槽内に沈設した攪拌機の回転制御と高揚程ポンプの稼働力と高揚程電磁弁の開閉動作を制御する給湯制御装置を接続して構成した事を特徴とする廃棄物焼却炉の給湯温度制御装置。

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