JP2723010B2

JP2723010B2 - 収束衝撃波による廃棄物処理装置

Info

Publication number: JP2723010B2
Application number: JP5272428A
Authority: JP
Inventors: 実鈴木; 吉男村山; 展夫高須; 慶志秋保
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH07119940A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体の収束デトネーシ
ョンによって誘起された収束衝撃波の衝撃的な高温を利
用して、非燃焼領域にて気体、液体、又は粉状体の廃棄
物を熱分解又は溶融・固化するための廃棄物処理装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の処理法としては、数多くの提案
が成されているが、これらの大部分は燃焼を利用する方
法と、高温のプラズマを利用する方法とに大別される。
燃焼法のうち、本発明に比較的近い廃棄物処理法とし
て、気体のデトネーション（爆轟）を利用する方法が提
案されている。デトネーションは、通常の爆発に、破壊
力の大きな衝撃波が伴ったものであり、管内を伝播する
デトネーションの場合、３０００℃以上の超高温が容易
に得られる。したがって、例えば有害廃棄物の代表例で
あり、かつ強い原子結合からなるフロンは、管内を伝播
するデトネーションで容易に分解可能とされている。

【０００３】すなわち、文献（第３回廃棄物学会研究発
表会講演論文集（１９９２）、５４３〜５４６）による
と、内径２５mm、長さ１０００mmのデトネーション管内
にフロン１４とアセチレンとを体積比１：５にて充填
し、酸化剤として酸素を用いた場合、フロン１４の分解
率は９９．１％（排ガス中の残存量３４２ppm ）であ
り、従来の燃焼法の場合と比較してかなり分解率が高
い。なお、この装置の１サイクルあたりのフロンの分解
量は数グラム程度とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法による気体、液体、又は粉状体の廃棄物の
熱分解又は溶融・固化の手法にあっては、共通のあるい
はそれぞれ固有の問題を次のごとく有している。

【０００５】１）燃焼を持続させるのに必要な廃棄物混
入量の限界が存在し、この限界値を越えると燃焼が持続
できなくなり、廃棄物の処理が不可能となる（１サイク
ルあたりの廃棄物処理量が少ない）。

【０００６】２）上記１に関連して、燃焼限界付近にお
いて、不安定燃焼、再発火・爆発等の異常燃焼が起こり
得る。３）従来の燃焼法の場合、市販の燃料ガスにて大気圧下
で得られる最高温度は３１４０℃程度（アセチレン・酸
素）に止まっており、廃棄物を相当量添加し、かつ３０
００℃以上の高温を安定に維持することは事実上不可能
である。

【０００７】４）廃棄物の処理空間において、均一な処
理温度を持続するのが難しく、低温領域にて副生物が生
成する場合がある。５）粉体又は液体噴霧状の場合、実際には粒径のバラツ
キが存在するため、これらを十分に処理するためには、
処理温度を高めに設定せざるをえない（小粒子に対して
エネルギー過剰となる）。

【０００８】６）廃棄物処理装置（容器）の一部が定常
的に高温にさらさせる。７）ランニングコストが高い。すなわち、従来の燃焼法（デトネーション管を用いる方
法を除く）にあっては１〜５、６；デトネーション管を
用いる方法にあっては１、４、５；高温プラズマを利用
する方法あっては４〜７の欠点を有している。

【０００９】本発明は、上述の手法による諸問題を解決
し、短時間で繰返し運転でき、かつ一度に多量に廃棄物
の熱分解又は溶融・固化可能な装置を提供することを目
的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の収束衝撃波によ
る廃棄物処理装置は、燃料及び酸化剤の供給を受ける、
点火栓が配置された着火室と；この着火室から分岐して
延び、燃焼室の一端部へ連通する路程の等しい複数の誘
導路と；この誘導路が上記一端部に連通される燃焼室
で、その通路断面積が該一端部から他端部へ向けて小さ
くなり、最小通路断面積たる他端部に開口が形成された
ものと；この他端部の開口に接続され、内部に処理すべ
き廃棄物が収容される処理室で、下流側に向け通路断面
積が小さくなるものと；から構成されている。

【００１１】また、燃焼室及び処理室の内壁温度を８０
〜１３０℃に保持するための加熱・温度調整手段が設け
られている。また、処理室に廃棄物供給装置及び排ガス
分析器が接続され、排ガス分析器の出力信号に基づいて
給気、着火及び排気のタイミングを自動的に調整するす
るためのコントローラが設けられ、繰返し運転ができる
ようになっている。

【００１２】

【作用】着火室と、路程の等しい誘導路と、通路断面積
が他端部に向け小さくなる燃焼室とにより、デトネーシ
ョンを発生させると共に、伝播するデトネーション波を
収束させ収束デトネーション波を生成させる。

【００１３】そして、生成された収束デトネーション波
を、下流側に向け通路断面積が小さくなる、処理室に導
き波を収束させて収束衝撃波を発生させる。この収束衝
撃波による高温を利用して処理室に収容された廃棄物を
処理する。

【００１４】こうして、エネルギー発生領域と処理領域
との分離が可能になり、従来のように処理室内で燃焼を
持続させる必要がないので、一度に大量の廃棄物の処理
が可能になり、しかも処理室内全体にわたって均一な処
理温度を維持することができる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図１により説明
する。円筒状の着火室４の上部には、燃料供給源９から
の燃料例えばプロパン及び酸化剤供給源１０から酸化剤
例えば酸素が、それぞれ流量計７、８を経て供給される
ようになっている。また、着火室４の上部には、点火装
置６により作動する点火栓５が設けられている。なお、
１１は着火室４内の圧力を確認するための圧力計であ
る。そして、着火室４の下端は円盤空間状の分散室３に
連通している。

【００１６】次に、１は燃焼室で、下方に向け円錐状を
なし、通路断面積は上端部１Ａで最大、下端部１Ｂで最
小となって燃焼室を形成するようになっており、下端部
に開口１ａがあけられている。燃焼室１の上端部１Ａの
内壁はやや上方に湾曲形成され、ここに複数の孔状の誘
導路２が連通している。

【００１７】この複数の誘導路２は上方にて、円盤空間
状の分散室３に収束されている。この際、各誘導路２の
分散室３から燃焼室１の内壁１Ａまでの路程は等しくな
っている。

【００１８】燃焼室１の下端部１Ｂの開口１ａに処理室
１２が接続されている。処理室１２は下流側に向けて通
路断面積が小さくなるように形成されている。そして、
燃焼室１及び処理室１２の内壁温度を８０〜１３０℃に
維持するための温度検出器１３、加熱装置１４及び温度
制御装置１５が配設されている。

【００１９】１７は着火室４、燃焼室１及び処理室１２
に接続された真空装置である。２３は排ガス分析器、２
４は排ガス処理装置である。２５は廃棄物２０の供給装
置で、廃棄物を搬送する搬送気体２１及び熱分解促進剤
２２を供給できるようになっている。

【００２０】次に、２６はコントローラで、例えば排ガ
ス分析器２３からの廃棄物の濃度に関する信号に基づい
て、給気、着火・燃焼、排気等の一連の工程を制御する
ことにより、繰返し運転ができるようになっている。

【００２１】次に上記装置での運転方法及び作用の詳細
について説明する。まず、真空ポンプ装置１７によっ
て、着火室４、分散室３、誘導路２、燃焼室１及び処理
室１２内が所定の真空度にされる。ただし、次の工程
で、大気圧以上の可燃ガスを充填するのであれば、真空
引きは省略してもよい。

【００２２】次に、着火室４、分散室３、誘導路２、そ
して燃焼室１内に、ほぼ理論混合比の可燃性ガスが、燃
料供給源９、酸化剤供給源１０により充填される。同時
に、処理室１２内に廃棄物２０を充填する。この際、廃
棄物が気体の場合には、廃棄物自体を加圧して処理室１
２内に圧送する。一方、廃棄物が液体の場合には、適当
なノズルを用いて霧化（微粒化）するか、又はガソリン
エンジンの気化器と同様の機器を用いて液体を気化して
処理室内に充填する。また、廃棄物が粉体の場合には、
適当な搬送用気体２１と共に、処理室内に噴射し、処理
室内で粒径が上方から下方に大きくなるように分布させ
る。

【００２３】なお、処理室内には、この他に廃棄物の熱
分解を促進させる物質２２を添加してもよい。この場
合、処理室内の廃棄物と可燃ガス（例えばメタン・酸素
混合気）との間で重量差が大きくなるように設定すれ
ば、たとえ燃焼室と処理室とが連通していても、可燃性
ガスとこれ以外の物質（廃棄物等）とは大部分が分離さ
れたまま維持され、したがって燃焼室内の可燃性ガスが
廃棄物等により希釈される領域は少なくてすむ。

【００２４】次に、着火装置６により点火栓５を作動さ
せる。着火室４内では、着火により爆轟（デトネーショ
ン）が起こり、その火炎が分散室３そして誘導路２を経
て燃焼室１の上端部１Ａに伝達される。その際、複数の
誘導路２の路程はそれぞれ等しく設定されているので、
複数の誘導路２の火炎は同時に燃焼室の上端部１Ａに達
する。

【００２５】燃焼室１内では火炎は上端部１Ａから下端
部１Ｂへと進行するが、燃焼室１の断面積は下方に向け
次第に小さくなっているため、デトネーション波内の衝
撃波が互いに干渉し合い、収束デトネーション現象によ
り下流側に伝播するにつれて温度・圧力が上昇して下端
部１Ｂで最大の圧力、温度に達する。

【００２６】下端部１Ｂの開口１ａには処理室１２が接
続されていて、廃棄物を収容せる処理室内の気体と燃焼
室内の可燃ガスと接しているので、上記温度及び圧力は
処理室内の物質に伝達される。

【００２７】その際、燃焼室内での収束デトネーション
現象による高温高圧のデトネーション波の運動エネルギ
ー及び熱エネルギーは、燃焼室と処理室との界面で衝撃
波に変換され、処理室内に伝播する。すなわち、処理室
内には主として廃棄物が収容されており、可燃性ガスが
燃焼可能な濃度にて存在しないため、ここでは燃焼は持
続できない。

【００２８】ところで、処理室１２は下流に向けて通路
断面積が減少するように配設されているため、ここで収
束衝撃波が発生する。そして、この収束衝撃波が廃棄物
に伝達されて処理が行われる。この際、通路断面積の減
少に伴い、衝撃波が干渉し合うことにより波面内の圧
力、温度が次第に上昇する。ただし、処理室内の通路断
面積の減少率を小さく設定することにより、処理室内で
の温度上昇を小さく押さえることも可能である。

【００２９】そして、収束衝撃波が処理室の底面（最終
収束部）に到達し、ここで反射衝撃波が形成され、これ
まで進行してきた経路を逆にたどり、燃焼室内壁又は着
火室上壁にて反射し、再度進行波となって処理室内を透
過する。これらの現象は、複数回繰返される過程で運動
エネルギーを失って、ついには消滅する。これらの過程
で、処理室内の廃棄物は、複数回高温・高圧にさらされ
ると共に、処理室内で攪拌され、廃棄物の完全処理が促
進される。

【００３０】なお、噴霧状廃棄物（液滴）を含む気体中
に衝撃波が伝播する場合には、気体と液滴との衝撃波伝
播速度の違いに起因して、液滴に剪断力が働くと共に液
滴の下流側に強い渦が形成され、これらの相乗効果によ
り、液滴の微粒化が促進され、これに伴って、液滴の表
面積が増加し、結果的に液滴の分解が促進される。

【００３１】こうして、廃棄物が処理された後、排ガス
分析器２３にて排ガス中の廃棄物の濃度が許容値以下に
減少したことを確認の後、排ガス等を排出する。この場
合、大部分は排ガス自身の圧力で排出可能であるが、室
内が大気圧付近以下では、真空装置１７を用いて排気を
行う。

【００３２】上記の工程を繰返すことによって、次々と
廃棄物処理を行うことができる。もし、排ガス分析器２
３にて廃棄物が分解不十分と認識された場合、上記燃料
供給源９、酸化剤供給源１０により可燃性ガスを再度圧
送して再処理を行い、排気物が所望の性状に分解してい
ることを確認する。また、排ガス処理装置２４にて排ガ
ス処理後、大気中に排出してもよい。

【００３３】ところで、処理完了直後、燃焼室及び処理
室内の排ガス温度は壁面に熱を奪われて短時間（長くて
も１〜２秒以内）にて低下するが、これらの内壁が常時
８０〜１３０℃の範囲内に維持されているため、内壁へ
の結露はほとんど回避することができる。このことは、
内壁の酸化、劣化の防止に有効であるばかりでなく、次
の燃焼工程での異常燃焼の低減にも有用である。

【００３４】また、排ガス分析器２３で排ガス組成を分
析し、例えば廃棄物の濃度に関する信号に基づいてコン
トローラ２６が次の工程（給気、着火・燃焼、排気）を
制御することにより、繰返し運転ができるようになって
いる。

【００３５】なお、処理室に熱分解促進剤（例えば、炭
化水素系の可燃ガス）と廃棄物との混合物質を供給して
廃棄物処理をしてもよい。処理室内の熱分解促進剤に期
待される効果としては、熱分解促進剤が最初に熱分解し
て、廃棄物をアタックし易くすること、また廃棄物の熱
分解に伴って生成した不安定化学種を安定化学種に遷移
するのを促進させることが期待できる。

【００３６】また、可燃性ガスと処理対象の廃棄物との
重量がＷ（可燃ガス）＜Ｗ（廃棄物）のときは本実施例
装置でよいが、この関係が逆の場合には、給気工程にて
廃棄物が燃焼室側に移動するため、廃棄物を処理室内に
収容しておくことができないため、本実施例装置の上下
逆の配置にする必要がある。

【００３７】次に、本発明の第２の実施例装置を図２に
より説明する。なお、上記図１に示した第１実施例と共
通部分には同一符合を付してその説明は省略する。ま
た、コントローラ２６と各機器との信号結線も省略して
ある。

【００３８】本実施例では、燃焼室１′は半径方向に広
がる横型に形成されている。この燃焼室１′は、下方の
に膨らむ略球面の一部をなす上壁面によって、中心に向
かってその断面積が減ずる形になっている。

【００３９】かかる装置によれば、装置寸法を高くでき
ない場合に都合がよい。作用に関しては、第１実施例と
同様であり、火炎は誘導路２から燃焼室１′の一端部た
る周囲部１′Ａに達した後、他端部たる中心部１′Ｂに
向かって進行する。その進行の際、断面積の減少に伴い
温度・圧力は極めて高くなる。そして、高温・高圧は処
理室１２内にて収束衝撃波に変換され、この収束衝撃波
の高温を利用して廃物処理が行われる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上のごとく構成されるの
で、従来の方法のように、処理室内で燃焼を持続させる
必要が無いため、エネルギー発生領域と処理領域との分
離が可能となり、これに伴って、一度に大量に廃棄物処
理が可能となり、しかも、処理室全体にわたって均一な
処理温度を維持できるという効果を得る。

【００４１】また、処理温度が燃焼室内の初期ガス充填
圧や処理室の通路断面積の変化率に強く依存するため、
廃棄物の性状に適した運転条件の設定が容易に行えると
いう効果を得る。

【００４２】また、本発明装置によれば、収束衝撃波の
衝撃的な高温を利用するため、定常的に高温にさらされ
ることがなく、耐熱設計上有利であり、排ガス分析器に
よる廃棄物濃度に関する情報に基づいて給気、着火・燃
焼、排気等のタイミングを制御するためのコントローラ
が配設されているため、繰返し運転が可能となり、量産
システムへの転用が図れるという効果を得る。

【００４３】また、燃焼室および処理室の内壁が８０〜
１３０℃に維持されるため、腐食性ガスの結露を小さく
押さえることができ、上記内壁の劣化を防止できると共
に、燃焼生成ガス中の水の結露によ異常燃焼も防止でき
るという効果も得られる。

【００４４】ところで、本発明では、収束衝撃波による
高温を利用するため、従来の燃焼法では得られないよう
な超高温・超高圧（例えば５０００℃、５０００kgf ／
cm²）が容易に得られ、気体状廃棄物に限らず液体状及
び粉体状廃棄物あるいは非常に強い原子間結合（結合エ
ネルギー）からなる廃棄物の処理も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の第１実施例の縦断面図。

【図２】第２実施例の縦断面図。

【符号の説明】

１…燃焼室，１Ａ…一端部（上端部），１Ｂ…他端部
（下端部）、１ａ…下端部開口、２…誘導路、４…着火
室、５…点火栓、１２…処理室、１３…温度検出器、１
４…加熱装置、１５…温度制御装置、１７…真空装置、
２０…廃棄物、２１…搬送用気体、２２…熱分解促進
剤、２３…排ガス分析器、２４…排ガス処理装置、２５
…廃棄物供給装置、２６…コントローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２３Ｇ 5/36 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢＦ４２Ｄ 3/00 ３０２Ｆ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料及び酸化剤の供給を受ける、点火栓
が配置された着火室と；この着火室から分岐して延び、
燃焼室の一端部へ連通する路程の等しい複数の誘導路
と；この誘導路が上記一端部に連通される燃焼室で、そ
の通路断面積が該一端部から他端部へ向けて小さくな
り、最小通路断面積たる他端部に開口が形成されたもの
と；この他端部の開口に接続され、内部に処理すべき廃
棄物が収容される処理室で、下流側に向け通路断面積が
小さくなるものと；から構成される収束衝撃波による廃
棄物処理装置。
【請求項２】燃焼室及び処理室の内壁温度を８０〜１
３０℃に保持するための加熱・温度調整手段が設けられ
ている請求項１に記載の収束衝撃波による廃棄物処理装
置。
【請求項３】処理室に廃棄物供給装置及び排ガス分析
器が接続され、排ガス分析器の出力信号に基づいて給
気、着火及び排気のタイミングを自動的に調整するする
ためのコントローラが設けられ、繰返し運転ができるよ
うになっている請求項１又は２に記載の収束衝撃波によ
る廃棄物処理装置。