JP3081647B2 - バイオマス廃棄物及びこれに関連する揮発性固体のガス化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、医療廃棄物、死体等のバイオマス廃棄物、
及びこれに関連する揮発性固体などを処理する消却炉等
に関する。

発明の背景 特に、人間の死体、試験動物、廃棄した医療器械や包
袋などの医療廃棄物は、不活性で無菌状態に分解される
ように処理されることが必要である。極めて多くの場
合、これらは、感染性のまたは猛毒でさえあるバクテリ
アまたはウイルスをもった、バイオマス廃棄物及びこれ
に関連する揮発性固体を形成し、或いは、強力でおそら
く不法な薬物を含有しこれらの薬物の全てはその効力を
消失させるべきものである。これらはバイオマス及び医
療器械等を形成し、通常、極めて多きなパーセンテージ
の水素、炭素と、特に、窒素、イオウ、鉄、塩素、マグ
ネシウム、マンガン、ナトリウム及びカリウム等の多数
のトレース物質を含有する。これら全ての物質は、ガ
ス、好ましくは無害なガスに転換されるように加熱され
るのが望ましく、これらのガスは水素または酸素であ
り、この酸素は酸化により水蒸気、残留二酸化炭素、残
留化合物や元素を生成する。この残留物は、室温または
環境温度において、通常固体であり、最終的には不活性
な無機物質となる。

このようなバイオマス廃棄物及びこれに関連する揮発
性固体を、比較的不活性なガスや無機塩、合金または他
の化合物に分解することを達成するためには、分子構造
間の化学結合を断つように、これらの物質を十分に加熱
する必要がある。水素−炭素結合のような様々な化学結
合を断つには、強烈な加熱が要求される。この水素−炭
素結合が有機物質に通常みられるときは、本質的に全て
の水素−炭素結合が断たれ、この有機物質は分解され
る。このような物質をこのようにして強烈に加熱するこ
とは熱分解として知られ、熱の作用による化学的分解と
して定義される。通常、このような熱分解は、1,000℃
のオーダーの温度で約６〜８時間行なわれる。理論的に
生成する灰物質はほとんど無機塩を成分とし、1,000℃
では橙赤色に輝き、冷却されると最終的には白色灰とな
るであろう。この有機物質の主な成分は、すなわち水素
と炭素であり、ガス化されて主に二酸化炭素と水を形成
する。

最終生成物として望ましくなく、受入れられなくさえ
あるものは、黒色灰である。このような黒色灰は完全に
分解されずに、この灰分中には特に炭素や炭化水素が存
在していることを示している。それゆえ、この灰はその
中に有機物質を含んでおり、この有機物質はバクテリア
やウイルスさえ形成し、またはダイオキシン、フラン及
び他の有機塩化物などの有機物質を含む化学化合物であ
る。

基本的には、加熱により廃棄物質は自身を処理し、こ
のプロセスでは、全ての物質のガス化が可能なように、
水素−炭素結合のような様々な化学結合が熱分解的に分
断される。

図面の簡単な説明 本発明の実施態様は、以下の添付図面とともに例示的
に説明される。

図１は、第１の先行技術の焼却炉の側断面図である。

図２は、第２の従来の焼却炉の側断面図である。

図３は、本発明の好ましい実施態様の側断面図であ
る。

図４は、図３に示す好ましい実施態様の断面線４−４
に沿った平断面図である。

図５は、本発明の他の実施態様の正面断面図である。

図６は、本発明の更に他の実施態様の側断面図であ
る。

背景技術 最近では全てのバイオマスは少なくとも二つのチャン
バを備える焼却炉で焼却され、これらのチャンバは、焼
却のため仕込んだバイオマスが置かれる第１のチャンバ
と、第１のチャンバに熱伝達し、または焼却のための出
口送気管に通じるアフターバーナーチャンバである、第
２のチャンバまたは伝熱チャンバである。

第１のチャンバ内でバイオマス物質の全てを揮発させ
るためには、様々な分子間結合（主に水素−炭素結合）
を断つ必要がある。このような結合の分断は、本質的に
は化学反応、通常は吸熱化学反応あり、様々な反応を生
起させるために物質に導入される外部熱エネルギー量を
必要とする。酸化反応は発熱反応であり、この反応は反
応した物質から熱エネルギーを放出する。アフターバー
ナーチャンバ内でこの熱エネルギーが放出されると、第
１のチャンバ内の温度を上昇する結果となり、この温度
上昇によりこれらの物質の温度は揮発温度に向けて上昇
する。

バイオマス物質に導入された外部熱エネルギーが極め
て高温であるか、または急激にある部分に集中して与え
られると、次の二つのことが結果として起こる。第１
は、生起するあらゆる反応が激しい結果となり、したが
って、揮発するバイオマスのヒューム中へフライアッシ
ュを生成させる。第２は、急激な、かつ集中した反応は
大量の熱エネルギーを発生し、周囲の物質の急激な揮発
を順に引き起こし、このような揮発は幾分激しいもので
ある。さらに、上記において説明したように物質の実質
的な量が揮発すれば、比較的短時間の後に第１のチャン
バ内の環境温度は実質的に上昇し、これによって残留す
るバイオマスは制御された速度においてではないもの
の、より速く揮発する。換言すれば、反応は少なくとも
有る程度において制御しきれない。

通常において制御可能であり、熱発生速度と反応速度
とが急激に変化せず、したがって急激な物理的な妨害が
比較的にないような揮発反応を、連続して維持するため
には、バイオマス物質の温度をその揮発温度までゆっく
りと連続して昇温するように、外部熱エネルギーを与え
る必要がある。

バイオマス物質の加熱の応用においては、公知の従来
の先行技術の焼却炉の全ては、バイオマス物質を揮発さ
せるために、比較的強力な技術を使用するように設計さ
れている。より多くの入力熱エネルギーによってより多
くの化学反応と揮発が引き起こされるとの仮定に基づい
て、本質的には、公知の先行技術の焼却炉の全ては、所
望の揮発を引き起こすのに理性的でない力を用いてい
た。

例えば先行技術を例示した図１の符号１で示される従
来の焼却炉では、２以上のバーナーを使用する。これら
は、仕込まれたバイオマスまたは焼却のための他の物質
を置くための焼却炉１の第１のチャンバ３にある第１の
バーナー２と、ヒュームベント６の中に位置する第２の
バーナー５である。第１のチャンバ３にある第１のバー
ナー２はバイオマス４に向けられ、最初にバイオマス４
を発火させるようにする。しかしながら、第１のチャン
バ３から出るヒュームは、水素−炭素結合を有するフラ
イアッシュ等の多量の物質と、他の焼却されない物質を
含有しているのがみられる。そのため、第２のバーナー
５は、ヒューム中にみられる物質をさらに燃焼させるア
フターバーナーとして作用するように取付けられる。し
かしながら、フライアッシュのような比較的大きな物質
片は、数百万または数十億の分子を含有し、したがっ
て、ヒュームによって運ばれるこのような物質片は、ア
フターバーナーチャンバ７を通過するのにかかる時間内
に、完全に焼却されない。

第１のチャンバ３内の第１のバーナー２は、バイオマ
ス４の直接燃焼を引き起こすように、バイオマス４また
は他の焼却されるべき物質に直接向けられる。炎によっ
てバイオマス廃棄物を燃え上がらせ、またバイオマス４
が激しく動かされる。ヒュームとフライアッシュは、有
機物質である燃焼しない物質を含有し、ダイオキシンや
有機塩化物等の不要で危険な化学薬品も含有する。

さらに、このタイプの従来の焼却炉は、廃棄物質の全
てを適切に焼却するという全体的な根拠においては十分
な加熱強度を与えない。第１のチャンバ３内においてバ
イオマス４の外側を焼却する第１のバーナー２と、接触
すると直ちにバイオマス４の燃焼を引き起こすように結
局十分にヒートアップした、第１のチャンバ３の床８と
によって、局所的加熱のみが与えられる。燃焼する物質
の完全なガス化を引き起こすのに十分な加熱強度がしば
しば得られず、バイオマスの中心において廃棄物質の完
全なガス化を引き起こすのに十分な加熱強度は確かに得
られない。実際、仕込まれたバイオマス４の中心におい
ては、廃棄物質の多くは燃焼しない。生成する灰は真っ
黒で、このことはこの灰が殆ど炭素から成ることを示し
ている。通常、ダイオキシン、フラン、有機塩化物、及
び他の有機物質などの好ましくない物質も存在すること
がみられる。この黒色灰は、通常、もとの物質に対して
約10容量％〜15容量％（約10重量％〜15重量％）であ
る。

図２は、従来の焼却炉が有するいくつかの問題を克服
した、改善された焼却炉を示す。この焼却炉は、1986年
８月５日に発行された本発明の発明者の米国特許第4,60
3,644号において教示される。この特許において教示さ
れ、符号10で示される焼却炉は、第１のチャンバ13の背
壁12にベント11を有し、このベント11は垂直に配置され
たフレームチャンバ14に通じる。フレームチャンバ14
は、まず、炉床部材16からの炎を第１のチャンバ13から
のヒュームと混合する混合チャンバ15と、混合チャンバ
15からのヒュームを水素−炭素結合を断つように反応さ
せ、かつ、ヒューム中の物質をガス化するアフターバー
ナーチャンバ17とからなる。このプロセスは“クラッキ
ング”として知られる。アフターバーナーチャンバ17
は、大部分の“クラッキング”が起こる90゜の隅で曲っ
ている。アフターバーナーチャンバ17の比較的短い、水
平に配置された部分は、通常、水平に配置された伝熱チ
ャンバ18に通じる。アフターバーナーチャンバ17におい
て水素−炭素結合の“クラッキング”による熱は、伝熱
チャンバの温度を約100℃まで上昇させる。伝熱チャン
バ内の熱は、第１のチャンバ13とこのチャンバ13内のバ
イオマス９を加熱するように、第１のチャンバの床でも
あるチャンバ18の屋根19を介して増加する。このような
方法で、バイオマス９は、第１のチャンバ13内のバイオ
マス９の加熱を補助する、伝熱チャンバ18からの伝導熱
と対流熱を受け取る。バーナー部材16は、第１のチャン
バ13のベント11のすぐそばの混合チャンバ15の上部に位
置する。したがって、バーナー部材16からの炎は、ベン
ト11を介して第１のチャンバ13内に放射熱を供給する。
この放射熱は焼却されるバイオマス９に届いて、バイオ
マス９の加熱を部分的に補助する（直接放射熱揮発とし
て知られる）。直接放射熱によるこのような焼却は、プ
ロセス初期段階の不完全燃焼を導く時期尚早な発火を起
こすように、バイオマス９の燃焼を引き起こす結果とな
る。発火バーナー19はまた、廃棄物マスの燃焼をも補助
する。このバーナーの火には、第１のチャンバ内の不安
定を引き起こし、またフライアッシュ物質の発光を引き
起こす。フライアッシュのいくつかは、アフターバーナ
ーチャンバ17内でガス化されるようになるが、いくつか
のフライアッシュは完全にガス化されることなくアフタ
ーバーナーチャンバ17を通過できることが極めて可能で
ある。この物質が炭化水素、ダイオキシン、フラン、バ
クテリアなどの望ましくない他の有機物、及び他のミク
ロ有機体を含有するとき、このような不完全なガス化
は、通常受けけ入れられない。

「有毒廃棄物の処理」と題された、PCT国際公開 WO
94/15150号は、土壌から有毒物質と他の汚染物質を除
去する装置と方法を開示する。土壌は静止レトルト中に
保持され、上部螺旋25と下部螺旋24を有する螺旋フライ
トによってかき混ぜられる。土壌は、土壌供給パイプに
よってレトルトに供給される。モータによって回転する
螺旋フライト23は土壌を引き上げ、遠心力によって、土
壌が螺旋フライト23から加熱チャンバの加熱壁（約500
℃から1000℃）に接触するように投げ放たれる。土壌が
加熱チャンバの加熱壁に接触すると、土壌中の廃棄物と
他の汚染物質は脱着される。“脱ガス”は燃焼チャンバ
31内で空気と燃料によって混合してもよく、または供給
土壌を前もって加熱、乾燥するために二次バーナー40中
で焼いてもよく、または圧縮機41内で圧縮し貯蔵しても
よい。

公知の先行技術の全ての焼却炉は、第１のチャンバ内
の温度を安定化させるようにするために、一つ以上の、
可能であれば数個の制御システムを備える。このような
複数の制御システムを用いることは全体システムを作り
出す結果となり、この全体システムでは、第１のチャン
バ内の温度が変化するので安定であると考えられないこ
とが判っている。このような安定性の欠如は、本質的に
相互にはたらき合う複数の制御システムによって引き起
こされる。

先行技術の全ての焼却炉は、生起する焼却プロセスの
本来の性質により、受入れられない最終生成物を生成す
ることが判っている。生成するヒュームは、比較的高濃
度の、特に、炭化水素、ダイオキシン、フランなどの物
質を有し、またフライアッシュを含有するが、その一方
で、結果として焼却炉内に残存する灰分はバクテリア、
ウイルス、及び他のミクロ有機体などの望ましくない有
機物を有する。

それゆえ、バイオマス廃棄物とそれに関連する揮発性
固体の焼却が、感染の可能性のある廃棄物を全体的に安
全にできないときは、このような焼却は、一般的には受
入れられない。

必要なことは、バイオマス廃棄物とそれに関連する揮
発性固体をガス化する手段で、バイオマス物質の温度を
連続的にかつ制御して上昇させるように、焼却する物質
をゆっくり、かつ急激でなく加熱するものである。

発明の概要 本発明の一つの特徴によれば、バイオマス廃棄物とそ
れに関連する揮発性固体、ならびに処理される物質から
のヒュームの完全なガス化装置が提供される。バイオマ
スのガス化装置は、ガス化されるために仕込まれる物質
を受入れるための形状と寸法をもつ第１のチャンバを備
え、かつ、第１のチャンバへの選択的なアクセスを許容
するドア部材を含む。第１のチャンバと連通するヒュー
ム移送ベントは第１のチャンバの上部近くに配置され、
第１のチャンバからヒュームが漏れ出ることを許容す
る。混合チャンバはヒューム移送ベントと連通し、第１
のチャンバからのヒュームを受け取る。アフターバーナ
ーチャンバは混合チャンバと連通する。アフターバーナ
ーチャンバの垂直に配置した第一の部分内で加熱炎を生
成するように、バーナー部材がガス化装置内に位置し、
この炎はヒュームの成分を分解するためにこれをさらに
完全に酸化する。バーナー部材は、燃料と酸素ガスのバ
ーナー部材への供給を許容するために燃料入口と酸素ガ
ス入口をそれぞれ有し、またバーナー部材への燃料と酸
素ガスの供給を制御する制御手段を有する。アフターバ
ーナーチャンバは、加熱炎がヒューム中の実質的に全て
の成分を燃焼または酸化するのを許容するような形状と
寸法を有する。仕切壁がフレームチャンバと第１のチャ
ンバとの間に配置され、この仕切壁は加熱炎が第１のチ
ャンバ内に入るのを防ぎ、また加熱炎からの放射が第１
のチャンバ内に直接入るのを妨ぐように配置され、かつ
寸法を有する。伝熱チャンバはアフターバーナーチャン
バと連通する。アフターバーナーチャンバから受け取っ
たヒュームを酸化することによる熱は、伝熱チャンバに
熱を発生させる。第１のチャンバは伝熱床を有してお
り、第１のチャンバの伝熱及び熱対流を許容し、その結
果、第１のチャンバ内に熱量を発生させるように第１の
チャンバと伝熱チャンバとを隔てる関係に配置された伝
熱床をもって、第１のチャンバは伝熱チャンバ上に配置
される。周囲環境に分解ガスを排出するために、伝熱チ
ャンバと連通する排気ベントが設けられる。

好ましい実施態様の詳細な説明 符号20で示される本発明のガス化装置の好ましい実施
態様を示す図３及び図４について言及する。ガス化装置
20は、仕込まれた、ガス化される廃棄物質22を中に収容
するための形状をもつ第１のチャンバ30を備える。第１
のチャンバ30は、このチャンバへの選択的なアクセスを
許容するために主ドア32を備える。第１のチャンバ30内
に少量の空気または酸素を流入させることを許容するた
めに、少容量の空気入り口34をドア部材32に設けてもよ
い。第１のチャンバ30の床36は、チャンバ内に置かれる
あらゆる物質の重量（数千ポンド）を支持するのに十分
な強度を有するように適当な耐火性物質で作られてい
る。床36はまた、以下に記述するように、下から第１の
チャンバ30に熱が入ることができるように伝熱性であ
る。

ヒューム移送ベント38は、ドア部材32の反対側端部
の、第１のチャンバ30の後部に設けられ、このチャンバ
の上部付近に配置される。第１のチャンバ30内に仕込ま
れた廃棄物質22がガス化される時に、第１のチャンバ30
からヒュームが漏れ出るのを許容するように、ヒューム
移送ベント38は第１のチャンバ30と連通する。ヒューム
移送ベント38からのヒュームは、ガスならびに、水素、
炭素及び酸素原子を有する分子からなり、これらの多く
は水素と炭素との結合、すなわち水素−炭素結合も一緒
に有する。

垂直に配置された混合チャンバ40はヒューム移送ベン
ト38と連通し、これによって第１のチャンバ30からのヒ
ュームを受け取る。アフターバーナーチャンバ42は、混
合チャンバ40と連通する。好ましい実施態様では、アフ
ターバーナーチャンバは、双頭矢“A"によって示される
ような90゜の隅において水平に配置された第２の部分46
に接続される、垂直に配置された第一の部分を備える。
後に詳述するようにアフターバーナーチャンバ42の影響
を最小限にするために、90゜の隅における隅から隅への
幅はアフターバーナーチャンバ42の幅より広い。それに
より、アフターバーナーは、加熱炎が第１のチャンバ30
からのヒュームの実質的に全ての成分を完全に酸化する
ことを許容するような形状と寸法とを有する。

補助的な熱入力バーナー48の形で、バーナー部材が混
合チャンバの上部に位置し、そして、このバーナー部材
は、加熱炎が混合チャンバ40中を下方に、かつアフター
バーナーチャンバ42の垂直に配置された第１の部分中に
放出されるように向けられている。補助的な熱入力バー
ナー48からの加熱炎は、ヒュームの成分の主な部分を二
酸化炭素と水蒸気に完全に分解するように、ヒュームの
成分をさらに酸化する。ここで、水蒸気は約100℃の温
度以上ではガスである。

補助的な熱入力バーナー48と並設された酸素入口49か
らの酸素と混合チャンバ中の環境空気とによって、第１
のチャンバ30からのヒューム成分が混合されるのを、混
合チャンバが許容する。

補助的な熱入力バーナー48は、燃料と酸素ガスの供給
を許容するため燃料入口と空気入口をそれぞれ有する。
入力バーナー48への燃料供給を制御する制御手段が、ワ
イヤー57により入力バーナー48に操作可能に接続され
る。アフターバーナーチャンバ42中に延びる実質的な加
熱炎を発生させるように、補助的な熱入力バーナー48へ
の燃料の流れを最初に調整することが通常必要である。
ガス化プロセスがひと度運転されアフターバーナーチャ
ンバ42の温度が通常上昇すると、アフターバーナーチャ
ンバ42を通常の温度に維持するにはより少ない燃料で済
むので補助的な熱入力バーナー48への燃料の流れは通常
減少される。

仕切壁50は、混合チャンバ40と第１のチャンバ30との
間、またアフターバーナーチャンバ42の垂直に配置され
た第１の部分44と第１のチャンバ30との間に配置され
る。補助的な熱入力バーナー48によって発生される加熱
炎が第１のチャンバ30内に入るのを防ぎ、加熱炎の放射
が直接第１のチャンバ30に入るのを防ぐように、仕切壁
50は配置され、かつそのような寸法を有する。この方法
では、加熱炎は第１のチャンバ30中の廃棄物質22を直接
加熱せず、これによって、物質の局所部分が急激にオー
バーヒートしない。特に、仕切壁50は、補助的な熱入力
バーナー48からの加熱炎によって物質22が激しく動かさ
れることを防ぎ、これにより、物質22が加熱されガス化
される際に、廃棄物質22からフライアッシュが生成する
のが防止される。

好ましい実施態様は、ヒューム移送ベント38の断面積
を微調整できるように、仕切壁50上に煉瓦状片51を付加
したり、このうえから煉瓦状片51を除くことにより仕切
壁50の高さを可変とする。第１のチャンバ30が、補助的
な熱入力バーナー48の影響をできるだけ受けないように
するのが好ましいが、ヒュームが第１のチャンバ30から
速く漏れ出ることができるように、ヒューム移送ベント
38を適度にできるだけ大きくすることが好ましい。仕切
壁50の高さを最大にし、かつヒューム移送ベント38の断
面積も最大にすることは同時に満たすことができないの
で、仕切壁の高さはしばしば経験的な試験によって適切
に決定されることがみられる。このような経験的な試験
は危険であり、厳選された専門家のみによって実施され
るべきである。

アフターバーナーチャンバ42では、様々な物質の特に
水素−炭素結合が断たれ、かつ正味の発熱反応が生起す
るように酸化される。アフターバーナーチャンバ42の垂
直に配置された第１の部分44と水平に配置された第２の
部分46と間の90゜の隅において、工業的には“クラッキ
ング”として知られる、水素−炭素結合の分断が主に起
こる。それゆえ、この隅はしばしば“クラッキングゾー
ン”と言われる。第１のチャンバ30から受け取ったヒュ
ームの大部分の成分が、アフターバーナーチャンバ内で
完全に酸化されるように、ある考えをもってこの90゜の
隅を構成することにより、水素−炭素結合の“クラッキ
ング”は、この“クラッキングゾーン”で起こる。

アフターバーナーチャンバの水平に配置された部分46
を出たヒュームは、伝熱チャンバ52に入る。発熱反応に
よる熱は伝熱チャンバ52を、最終的には約1,000℃の非
常に高い温度に加熱する。この温度は、補助的な熱入力
バーナー48の制御手段56によってもちろん調整可能であ
る。補助的な熱入力バーナー48からの残留熱に加えて、
水素−炭素結合の“クラッキング”からの熱が伝熱チャ
ンバ52内の温度を上昇させると、制御手段56は補助的な
熱入力バーナー48から放出される加熱炎を減少するよう
に用いられる。この制御手段56は、伝熱チャンバ内の温
度を検知する熱電対58に連結することができる。フィー
ドバック信号が制御手段に送信されるように、熱電対58
はワイヤー59により制御手段56に電気的に接続され、そ
れによって、補助的な熱入力バーナー48からの加熱炎が
自動的に調整される。好ましい実施態様では、伝熱チャ
ンバ内の高温ガスがその上の第１のチャンバ30の床36に
晒される時間が増加するように、伝熱チャンバ52はその
有効長さを増加する二又に分れており、これにより伝熱
チャンバ52から第１のチャンバ30へと、より多くの熱が
伝熱されるのが許容される、第１のチャンバは、第１の
チャンバと伝熱チャンバとを分ける関係で配置された伝
熱床をもって伝熱チャンバ上に配置される。その結果、
第１のチャンバの伝熱及び熱対流を許容し、それによっ
て第１のチャンバの温度を上昇させるように、伝熱チャ
ンバ52からの熱は伝熱床36を通って移動する。

伝熱チャンバ52は、第１のチャンバ30の後部に位置し
垂直に配置された排出ベント54と連通する。排出ベント
54により、酸化されたヒュームを周囲環境に安全に排出
することができる。

本発明の好ましい実施態様では図３及び図４に示すよ
うに、チャンバ相互間の共通する壁をもつようにし、か
つ、それにより補助的な熱入力バーナー48からと、廃棄
物質の揮発及びガス化発熱反応による発熱反応とからの
熱エネルギーを保存し循環するように、様々なチャンバ
が互いに並設されるのがみられる。

第１のチャンバ30内の温度は、二つの方法で制御され
る。第１は、上述のように、伝熱チャンバ52内の熱電対
58からのフィードバックを受ける制御手段56により、補
助的な熱入力バーナー48を調整するものである。燃料入
口、つまり補助的な熱入力バーナー48からの炎の大きさ
は、熱電対58によって検知された温度にしたがって選択
される。第２は、第１のチャンバ30の主ドア32の低容量
の空気入口によって、少量の空気を第１のチャンバ30内
に入れることができるものである。第１のチャンバ30内
に極めて少量の空気を入れることにより、第１のチャン
バ30内の温度を上昇できる。しかしながら、温度がかな
り上昇してしまい、そのためにガス化プロセスを事実上
不安定にするような方法で、第１のチャンバ30内に多過
ぎる空気を入れないように注意すべきである。

補助的な熱入力バーナー48が始動するとき、この補助
的な熱入力バーナー48からの熱が伝熱チャンバ52を加熱
し、これにより第１のチャンバ30の温度をゆっくりかつ
確実に上昇させる。第１のチャンバ30の温度が上昇する
と、その特徴によって廃棄物質22の低エンタルピー部分
がより低い結合エネルギーを有するように、この部分の
揮発が起こり始める。第１のチャンバ30中と、アフター
バーナーチャンバ42の“クラッキングゾーン”中とで生
起するこの低エンタルピー物質22の発熱反応は、第１の
チャンバ30内の温度を確実かつ連続して上昇させるよう
に、補助的な熱入力バーナー48からの熱と結合して伝熱
チャンバ52を加熱し続ける。第１のチャンバ30内の温度
が上昇すると、廃棄物質22のより高いエンタルピー部分
が揮発し、発熱反応の結果さらに大きな熱エネルギーを
生成する。この増加した熱エネルギーは、伝熱チャンバ
52中へ熱を加え続けそれにより第１のチャンバ30の温度
を上昇させるように、補助的な熱入力バーナー48からの
熱エネルギーと結合し続ける。廃棄物質22の発熱反応に
よって反応中にわたって放出される熱エネルギー量の確
実かつ連続的な増加がみられる。全反応中において、第
１のチャンバ30内の熱電対58により伝熱チャンバ52の温
度がモニターされ、伝熱チャンバ52内の熱が過剰に増え
ないように補助的な熱入力バーナー48が調整される。本
質的には、第１のチャンバ30内の温度上昇は、物質22の
連続発熱反応からの熱エネルギーのゆっくりした増加に
基づく。このように、本発明のガス化装置20内で生起す
る全プロセスは、従来のいかなる焼却炉においても可能
ではなかった自己管理かつ自己安定化プロセスである。

上記の説明において、本発明のガス化装置は固体状の
廃棄物を白色が支配的な少量の灰に分解し、この灰は無
機塩を形成する無機物質の複合体である。残存有機物は
存在しない。この白灰の量は、第１のチャンバ30内に初
めに導入された仕込み物質22の初期容量の約２％〜３％
である。

本発明の、第１の他の例を示す図５に言及する。ここ
で、この他の実施態様のガス化装置100は、伝熱チャン
バ104の上部の上で該装置の中央に配置された第１のチ
ャンバ102を有する。混合チャンバ106とアフターバーナ
ーチャンバ108が焼却炉100の一方側に配置され、垂直に
配置された排気ベント110が焼却炉100の他の反対側に位
置する。仕切壁112が、混合チャンバ106と第１のチャン
バ102との間に配置される。

第２の実施態様では、図６に示すように、ガス化装置
120は水平に延びる部分124を備えた仕切壁122を有す
る。この水平に延びる部分により、第１のチャンバ128
と混合チャンバ130との間に、水平に配置されたトンネ
ル126が形成される。このトンネル126は、本質的には延
出したヒューム移送ベントである。仕切壁122上のこの
ような水平に延びる部分124により、補助的な熱入力バ
ーナー132と第１のチャンバ128は極めて大きく分離され
る。

添付の請求の範囲の意図及び範囲から逸脱することな
く、他の修正及び変更を本発明の装置の設計と製造に用
いてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 5/027 F23G 1/00 F23G 5/16

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス化される廃棄物質（22）を実質的に乱
   さない状態で内部に収容、保持するための形状と寸法を
   備え、かつチャンバへの選択的なアクセスを許容するド
   ア部材（32）を備える第１のチャンバ（30、102、128）
   と、 該第１のチャンバと連通し、かつ第１のチャンバの上部
   近くに配置され、第１のチャンバからヒュームが漏れ出
   ることを許容するヒューム移送ダクト（38、126）と、 該ヒューム移送ダクトと連通し、前記第１のチャンバか
   らの前記ヒュームを受け取る混合チャンバ（40、106、1
   30）と、 該混合チャンバと連通するアフターバーナーチャンバ
   （42、44、46、108）と、 該アフターバーナーチャンバの垂直に配置した第一の部
   分内であって、かつ第１のチャンバの完全な外側におい
   て、前記ヒュームの成分を酸化または分解するようにこ
   れらヒュームをさらに完全に酸化する加熱炎を生成する
   ようにガス化装置内に位置するバーナー部材であって、
   燃料と酸素ガスのこのバーナー部材への供給を許容する
   ために燃料入口と酸素ガス入口をそれぞれ有すると共
   に、このバーナー部材への燃料と酸素ガスの供給を制御
   する制御手段（56）を有するバーナー部材（48、132）
   と、 前記混合チャンバと第１のチャンバとの間に配置されて
   おり、かつ、前記廃棄物質が加熱炎によって動かされる
   ことを防ぐようにするために、前記加熱炎が第１のチャ
   ンバ内に入るのを防ぐと共にこの加熱炎からの放射が第
   １のチャンバ内に直接入るのを妨ぐように配置され、こ
   のような寸法を有する仕切壁（50、112、122）と、 前記アフターバーナーチャンバと連通する伝熱チャンバ
   であって、前記ヒュームを完全に酸化することによる熱
   により加熱される伝熱チャンバ（52、104）と、 周囲環境に前記ヒュームを排出するために、前記伝熱チ
   ャンバと連通する排気ベント（54、110）と、からな
   り、 前記アフターバーナーチャンバは、前記加熱炎が前記ヒ
   ュームの実質的に全ての成分を酸化するのを許容する形
   状と寸法を備え、 前記第１のチャンバは伝熱床（36）を有しており、第１
   のチャンバの伝熱及び熱対流を許容するように、第１の
   チャンバと前記伝熱チャンバとを隔てる関係に配置され
   た前記伝熱床をもって第１のチャンバが伝熱チャンバ上
   に配置される、バイオマス廃棄物と関連する揮発性固体
   をガス化するのに用いるガス化装置（20、100、120）。
2. 【請求項２】前記混合チャンバが略垂直に配置された、
   請求項１に記載のガス化装置。
3. 【請求項３】前記バーナー部材が前記混合チャンバの上
   部に配置された、請求項２に記載のガス化装置。
4. 【請求項４】前記仕切壁上に煉瓦状片（51）を付加し、
   またはこの仕切壁上から該煉瓦状片（51）を除くことに
   よって前記仕切壁の高さを可変とした、請求項３に記載
   のガス化装置。
5. 【請求項５】前記アフターバーナーチャンバ（42）が、
   垂直に配置された第１の部分（44）と水平に配置された
   第２の部分（46）とを備える、請求項１に記載のガス化
   装置。
6. 【請求項６】前記アフターバーナーチャンバの垂直に配
   置された第１の部分が、90゜の隅によって前記アフター
   バーナーチャンバの水平に配置された第２の部分と連通
   して接続された、請求項５に記載のガス化装置。
7. 【請求項７】前記アフターバーナーチャンバの断面積を
   有効に増加させるように、前記90゜の隅が、アフターバ
   ーナーチャンバの幅よりも広い隅から隅への距離を有す
   る、請求項６に記載のガス化装置。
8. 【請求項８】前記伝熱チャンバが二又に分れている、請
   求項１に記載のガス化装置。
9. 【請求項９】前記排気ベント（54）が前記第１のチャン
   バ30の背後にある、請求項１に記載のガス化装置。
10. 【請求項１０】前記ヒューム移送ダクト（38、126）が
    トンネル形状である、請求項１に記載のガス化装置。
11. 【請求項１１】前記制御手段が、前記伝熱チャンバ内に
    配置された熱電対（58）に操作可能に接続されると共
    に、前記バーナーへの燃料と酸素との供給を制御可能な
    ように前記補助的な熱入力バーナーに操作可能に接続さ
    れ、前記熱電対がこの制御手段にフィードバック信号を
    送信す、請求項１に記載のガス化装置。
12. 【請求項１２】第１のチャンバ（30、102、128）内にガ
    ス化される廃棄物質（22）を導入する段階と、 混合チャンバ（40、106、130）とアフターバーナーチャ
    ンバ（42、44、46、108）内の垂直配置部分にのみを通
    るように向けられた加熱炎を生成するように、ガス化装
    置内に位置するバーナー部材（48、132）を始動する段
    階と、 前記炎の放射が前記第１のチャンバに直接入らないよう
    に、前記加熱炎によって初めに伝熱チャンバ（52、10
    4）を加熱する段階と、 前記廃棄物質を物理的に乱さないように、前記伝熱チャ
    ンバからのみの伝熱及び対流熱によって前記第１のチャ
    ンバ中の廃棄物質を加熱する段階と、 前記加熱炎によって廃棄物質からのヒュームが完全に酸
    化されるように、前記ヒュームを前記混合チャンバ内に
    導く段階と、 前記ヒュームを酸化することによる熱を用いて、前記伝
    熱チャンバをさらに加熱する段階と、 前記ヒュームを前記伝熱チャンバから取り出す段階と、
    からなる、請求項１のガス化装置（20、100、120）内で
    廃棄物質をガス化する方法。
13. 【請求項１３】熱電対（58）によって前記伝熱チャンバ
    内の温度を測定する段階と、 前記熱電対からの温度に関連したフィードバック信号
    を、制御手段（56）に送信する段階と、 前記フィードバック信号にしたがい、前記バーナー部材
    への燃料と酸素の供給を前記制御手段によって制御する
    段階と、をさらに備える、請求項13に記載の方法。