JP3509695B2 - 急速冷却装置およびその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば各種焼却
炉、溶融炉などから排出される有害物質のダイオキシン
類の二次合成を完全に阻止防止可能とする急速冷却装置
およびその方法にに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焼却炉、溶融炉等の燃焼装置に用いられ
る冷却装置は、廃棄物処理は勿論のこと、金属精錬施
設、紙パルプの漂白工程、セメント、ガラス、セラミッ
クの各工場、化学原料ないし化学製品の製造工場等広範
な産業分野で使用されている。しかしながら、これらの
施設、工場から冷却処理されて排気される気体中には人
体に有害なダイオキシン類が再合成されており、これに
より大気や地球環境を破壊しつつあるのが現状であり、
地球規模での改善が広く叫ばれている。

【０００３】そして、大気汚染物質であり人体に有害な
ダイオキシン類を除去するための種々の急冷装置が開発
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のダ
イオキシン類除去装置や方法は、高温燃焼によるダイオ
キシン類の高温分解や、高温状態より大気中へ放出され
る排ガスの冷却時に生ずる虞れのある合成ダイオキシン
類の発生を防止する手段などが知られているが、いづれ
も構造が複雑で有効かつ、低価格でできないという問題
があった。

【０００５】即ち、燃焼装置における８００℃以上の高
温処理により燃焼物質中の塩素成分、水素成分など合成
樹脂を構成する有機物質などは完全に反応ないし分解さ
れた元素分子となって高温排ガスとなって存在してい
る。この状態では人体に有害なダイオキシン類は分解さ
れて無害となっているが、冷却してダイオキシン類の再
合成生成温度の３４０℃位に降下すると、再びダイオキ
シン類が再合成して発生してしまうという不都合があ
る。

【０００６】高温で熱分解された高温排ガスからダイオ
キシン類の再合成現象を生成させないためには１０００
分の１６秒以下の短時間に、分解状態にある８００℃程
度の高温排ガスを再合成温度と謂われる３４０℃位以下
の低温に急冷する必要があることが既に実験上で判明し
ている。

【０００７】この発明は、叙上の点に着目して成された
もので、本発明者が先に創作した特願平１１−１０５２
５０号および特願平１１−１３８８４１号の発明に加
え、さらに冷却効果が優れてダイオキシン類などの再合
成を生じない急速冷却装置およびその方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、叙上の点に
着目して成されたもので、以下の構成を備えることによ
り、上記課題を解決できたものである。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】（１）高温排ガスは、焼却炉などから排出
されるダイオキシン類が分解状態にある高温ガスとし、
この高温ガスを、所望流速の下に通過させる過程で管な
どによる冷却媒体を介した熱交換を行わせ、高温ガスの
温度降下に伴う容積減少に対応して急冷筒体の断面積を
小さくし、急冷筒内での流速の減少を伴うことなく初期
の流速を保持した儘の状態で高温ガスを、急冷筒体内で
の冷却時間を１０００分の１６秒以内でダイオキシン類
再合成温度以下に冷却するようにして成ることを特徴と
する急速冷却方法。

【００１４】（２）排ガスなどの高温ガスが分散通過す
る急冷筒体内に縦設される多数の高温ガス用管体を、高
温ガスの通過方向に従って、漸次と数を減少させて段階
的多段に形成すると共に前記急冷筒体内に前記高温ガス
用管体を側方より冷却する冷却媒体の熱交換用冷却流路
を設けて成ることを特徴とする急速冷却装置。

【００１５】（３）冷却媒体が流通する急冷筒体内に、
この冷却媒体の流れと交叉して配設される多数の高温ガ
ス用の流通管内に、排ガスなどの高温ガスを分散通過さ
せると共に、前記高温ガス用の流通管は、流通方向に行
くに従い、その配設数を減少させて熱交換されて冷却さ
れた高温ガスの流速を入口側の流速と略々同じ大きさと
して排出できるようにして成ることを特徴とする急速冷
却方法。

【００１６】（４）高温ガスは、焼却炉なとから排出さ
れるダイオキシン類が分解状態にあるものとし、急冷筒
体内での冷却時間を１０００分の１６秒以内でダイオキ
シン類再合成温度以下に冷却するようにして成ることを
特徴とする前記（３）記載の急速冷却方法。

【００１７】ここで、この発明で指称するダイオキシン
類とは、７５種の異性体・同族体が存在するポリ塩化ジ
ベンゾパラダイオキシン（Ｐｏｌｙ−ｃｈｌｏｒｉｎａ
ｔｅｄ ｄｉｂｅｎｚｏ−ｐ−ｄｉｏｘｉｎｓ：ＰＣＤ
Ｄｓ）と１３５種の異性体、同族体が存在するポリ塩化
ジベンゾフラン（Ｐｏｌｙ−ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄｄ
ｉｂｅｎｚｏｆｕｒａｎｓ：ＰＣＤＦｓ）を包含するが
さらに、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）にも２０９種類
の異性体、同族体が存在し、共偏平構造を持つ１２種類
のコプラナーＰＣＢ（Ｃｏ−ＰＣＢ）の異性体、同族体
は毒性が強く、その生体作用はＰＣＤＤｓのそれと類似
しており、Ｃｏ−ＰＣＢはＰＣＢの製品中に存在すると
ともに、ＰＣＤＤｓ・ＰＣＤＦｓと同様に、廃棄物の焼
却装置で生成し、環境を広く汚染しているので、このＣ
ｏ−ＰＣＢも含めてダイオキシン類と総称する。

【００１８】以下にその構造式を示す。

【００１９】

【化１】

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態の
一例を図面と共に説明する。

【００２１】１は急冷装置で、平面、四方形好ましくは
長方形で側面も上下方向に長い立体形状の室構成の急冷
筒体２を備える。３は、この急冷筒体２の上側または下
側に開口した導入開口部（図示では上側）を示し、各種
炉から生成されるダイオキシン類の構成化学分子の分解
状態にある、例えば８００℃以上の高温排ガスを導入で
きる。４は、この急冷筒体２の下側または上側に開口し
た急冷処理後の低温排ガス、すなわち、ダイオキシン類
の合成温度と云われる３００℃以下、例えば２７０℃以
下の排ガスの導出開口部（図示では下側）である。

【００２２】ところで、急冷筒体２は、上部の開口部３
から下部の開口部４に行くに従い、開口面積を漸次と減
少させるために図１に示すようにテーパー状ｔの狭少と
させた筒周面として形成し、流入する高温排ガスの流量
すなわち流体積を絞れるようになっている。

【００２３】なお、テーパー状ｔの筒周面は、急冷筒体
２が横断面、四角形の場合でも円形の場合でも相対向面
のみとしても良いし、四周に亘って形成して角円錐形状
ないし円錐形状に形成しても良い。

【００２４】５は断面円形，角形など好みの形状を有す
る熱交換用の冷却管で、耐熱性の強いステンレス，チタ
ンなどの金属や耐熱性セラミックス等が用いられ、急冷
筒体２内に多段に多数が重畳配設されると共に一方の開
口端より他方の開口端に向けて冷却空気または冷却液体
が供給される。

【００２５】この冷却管５には、必要な箇所に熱交換効
果を高める吸熱用フィン（図示せず）が設けられ、かつ
冷却管５は図２，図３および図４に示すように、その多
数が一定の間隔を置いて同一平面上に整列されて、平面
冷却管群ａを形成し、この平面冷却管群ａは前記急冷筒
体２内に順次と同一方向に向けて若干位置をづらし、断
面市松状にして多段に配設し重畳させ、そして、これら
冷却管５の間に沿って排ガスの流路Ｆが上方から下方に
向かって形成される。

【００２６】そして、之等の多段の間隔を置いて配設し
た平面冷却管群ａ，ａ……には、図３および図４に示す
ように上下３段から４段位の平面冷却群ａ，ａ……を纏
めて１ブロックとし、互いに上下方向で隣り合うブロッ
ク同士に、冷却媒体の導入口６と導出口７とを互いに反
対方向に設けて冷却効果の逓増を図っている。そして導
入口６および導出口７は図示のようにそれぞれ２箇所形
成し、かつ平面冷却管群ａ，ａ……の各ブロックの入口
側、出口側に冷却媒体の広がり室６ａ，７ａを形成して
冷却媒体の分散、集合を有効に保持している。

【００２７】符号８，９は冷却筒体２の上下部で排ガス
の温度などを計測できる計測器など（図示せず）の取付
孔を示す。

【００２８】叙上の構成に基づいて作用を説明する。

【００２９】なお、冷却媒体には冷却空気を用いた場合
について述べる。

【００３０】急冷装置１の急冷筒体２の導入開口部３
に、各種炉から排気される排ガスでダイオキシン類の分
解温度以上、例えば８００℃〜９００℃以上の高温ガス
を所望の加圧力に下に、所望の流速を以って導入する。

【００３１】他方、冷却管５には、通常温度或は低温の
冷却空気が各ブロック毎の平面冷却管群ａ，ａ……の導
入口６より左右交互の反対方向に流入し、各冷却管５の
管壁を介して高温ガスと有効に熱交換させ、温熱気体と
なって導出口７より吐出される。

【００３２】高温ガスは急冷筒体２の上部より下部に行
くに従い、多段の平面冷却管群ａ，ａ……で急冷され、
次第に温度が降下すると共に体積も急激に減少される。

【００３３】急冷筒体２は、上部の導入開口部３から下
部の導出開口部４に行くに従い、開口面積を漸次と減少
させてテーパー状ｔの狭小な筒周面としているので、冷
却によって体積が減少した被処理高温ガスの流速は、急
冷筒体２の導入開口部３より流入した際の流速と殆ど変
わることなく、略々同一の流速を保って急冷筒体２内を
通過して下部の導出開口部４より所望の低温に降下した
ガスとして導出できるものである。

【００３４】ところで、高温ガスを有効に急冷するため
には、高温ガスに対して冷却媒体との温度差を大きくし
た方が良いが、この実施の形態では冷却管５による平面
冷却管群ａ，ａ……のブロック構成が冷却気体を左右交
互に進行方向を異ならせたことにより、明らかに高温ガ
スの冷却管５との接触面の温度差を、できるだけ大きく
することが可能であるため、高温ガスの急冷化ができる
ものである。

【００３５】ことに、高温ガスが、ダイオキシン類を冷
却過程で再合成する排ガスの場合は、分解温度以上の８
００℃〜９００℃の高温状態よりダイオキシン再合成温
度と云われている３００℃付近を超えて、２００℃〜２
５０℃まで急速冷却しなければならず、一般にその冷却
時間は前述したように１０００分の１６秒以内の極めて
短い時間内で処理しなければならない。

【００３６】今、排ガスの導入時の温度を９００℃と
し、導出時の温度が２００℃まで下がったとすれば、冷
却筒体２の上部から下部に行く場合の各部の膨張率は、
順次と以下の通りに算出される。

【００３７】

【数１】

【００３８】要するに高温の排ガスは温度降下に伴っ
て、体積を収縮して行くので、この実施の形態では、こ
の算出される数値を下に、冷却筒体２のテーパー状ｔの
狭少構成の筒周面を形成すれば良い。

【００３９】また、排ガスの流速を２０ｍ／ｓｅｃとす
ると、９００℃から２００℃に温度降下させるために
は、

【００４０】

【数２】

【００４１】すなわち、冷却筒体２の高さに相当する排
ガスの通過距離を０．３２ｍ＝３２cmと定める必要があ
ることが分かる。

【００４２】つぎに、この発明の実施の形態の他例の急
冷装置１Ａについて図５を参照に説明する。

【００４３】この実施の形態は、前記実施の形態のう
ち、急冷筒体２のテーパー状ｔを段階的に減少させた段
階状ｌに変更したものであって、急冷筒体２の上下方向
に容積の大きさを段階的に狭少とすることにより、前記
実施の形態と同様に高温状態の排ガスの熱交換による体
積の収縮に対応した流速を減少させることなく、初期の
流速を保って短時間に通過させることができる。

【００４４】なお、冷却管５の構成、冷却気体の流入、
流出方法などは前記実施の形態と同一であって、異なる
処はなく、同一符号を付して説明の詳細は省いている。

【００４５】さらに、この発明の他の実施の形態を図６
および図７について説明する。

【００４６】この実施の形態は、前記２つの実施の形態
と異なり、高温の排ガスは、急冷装置１Ｃの急冷筒体２
Ｃに縦方向に多数、小間隔を置いて配設した流通管１２
に向けて分割導入させる一方、冷却気体は、図７の矢符
で示すように急冷筒体２Ｃの両側から互いに反対方向に
向かって多段の区劃室１０，１０……内を通過させる構
成となっている。

【００４７】そして、流通管１２は下方に行くに従い、
配設数を漸次と減少させ、温度降下によって収縮する排
ガスの体積に相当する容積に近い本数に減らし、謂わば
図示のように排ガスの流路は、段階的に縮少され、これ
によって排ガスの流通は前記実施の形態と同じように導
入時の初期の流速と導出時の流速を略々同一に保つこと
ができ、１０００分の１６秒以内という極めて短時間を
もって、排ガスをダイオキシン類の再合成温度以下の低
温に降下させて排気させることができる。

【００４８】また、流通管１２の材質は、最も高温状態
にある最上段（Ｉ）に配設されるものは、タンタル製の
ものを用い、漸次と温度が降下して行く中段（II）には
チタン製のものを、そして最下段（III ）にはインコネ
ル（ＳＵＳ３１６）製のものを用いて耐熱、耐蝕効果を
図るのが好ましい。

【００４９】なお、排ガスの導入開口部および導出開口
部はいづれも前記実施の形態と同一であるので同一符号
を付して示した。また、符号１１は多数の区劃室１０，
１０を仕切る隔壁を示している。

【００５０】以上、この発明に係る急冷装置についてい
くつかの実施の形態を示したが、冷却媒体として冷却空
気に代えて冷却水などの液体を用いることもできる。

【００５１】また、図示しないが、高温の廃ガスなどの
排ガスとして低温急冷処理する場合、ダイオキシン類を
含んで７００℃〜８００℃以下の低温状態でダイオキシ
ン類が完全に分解していない時は、再加熱にダイオキシ
ン類を完全に分解状態にし、かつ排ガス中に浮遊ミスト
が存在する場合は、高温マルチサイクロンを通過させて
これを除去し、８００℃以上の高温に保持して、前記各
急冷筒体２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃの導入開口部３へ導入す
る必要が有る。

【００５２】

【発明の効果】この発明によれば各種の炉から排気され
る廃ガスなどの高温の排ガスを急冷できるので、燃焼装
置を始め、溶融炉などのプラントの一部に組込んで利用
可能であると共に、特に廃棄物処理として利用されてい
る各種焼却炉などから発生すると云われているダイオキ
シン類の再合成を国で定める規準値、すなわち処理能力
が４ｔ／ｈ以上の廃棄物焼却炉で０．１ｎｇ−ＴＥＱ／
ｍ³ Ｎ以下に押えて、ほぼ完全に防止できるので、既存
ないし新設の燃焼システムの一部にコンパクトにしかも
簡単に組込むことができる。

【００５３】さらに、この発明によれば、構成が簡単で
あるので廉価、量産に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る急速冷却装置の一実施の形態
を示す要部構成の断面図で、図２のＩ−Ｉ線縦断面図

【図２】 図１のII−II線断面図

【図３】 図１のIII −III 線断面図

【図４】 図１のIV−IV線断面図

【図５】 この発明に係る急速冷却装置の他の実施の形
態を示す要部構成の縦断面図

【図６】 この発明に係る急速冷却装置のさらに他の実
施の形態示す要部構成の縦断面図で、図７のVI−VI線断
面図

【図７】 図６の平面説明図

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｃ 急冷装置 ２，２Ａ，２Ｃ 急冷筒体 ３ 排ガスの導入開口部 ４ 排ガスの導出開口部 ５ 冷却管を示し、図示の断面図は、肉厚を省いて単に
円で示してある ６ 冷媒の導入口 ７ 冷媒の導出口 １２ 高温排ガスの流通管 ａ 平面冷却管群 Ｆ 高温排ガスの流路 ｔ テーパー部 ｌ 段階状

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温排ガスは、焼却炉などから排出され
   るダイオキシン類が分解状態にある高温ガスとし、この
   高温ガスを、所望流速の下に通過させる過程で管などに
   よる冷却媒体を介した熱交換を行わせ、高温ガスの温度
   降下に伴う容積減少に対応して急冷筒体の断面積を小さ
   くし、急冷筒内での流速の減少を伴うことなく初期の流
   速を保持した儘の状態で高温ガスを、急冷筒体内での冷
   却時間を１０００分の１６秒以内でダイオキシン類再合
   成温度以下に冷却するようにして成ることを特徴とする
   急速冷却方法。
2. 【請求項２】 排ガスなどの高温ガスが分散通過する急
   冷筒体内に縦設される多数の高温ガス用管体を、高温ガ
   スの通過方向に従って、漸次と数を減少させて段階的多
   段に形成すると共に前記急冷筒体内に前記高温ガス用管
   体を側方より冷却する冷却媒体の熱交換用冷却流路を設
   けて成ることを特徴とする急速冷却装置。
3. 【請求項３】 冷却媒体が流通する急冷筒体内に、この
   冷却媒体の流れと交叉して配設される多数の高温ガス用
   の流通管内に、排ガスなどの高温ガスを分散通過させる
   と共に、前記高温ガス用の流通管は、流通方向に行くに
   従い、その配設数を減少させて熱交換されて冷却された
   高温ガスの流速を入口側の流速と略々同じ大きさとして
   排出できるようにして成ることを特徴とする急速冷却方
   法。
4. 【請求項４】 高温ガスは、焼却炉なとから排出される
   ダイオキシン類が分解状態にあるものとし、急冷筒体内
   での冷却時間を１０００分の１６秒以内でダイオキシン
   類再合成温度以下に冷却するようにして成ることを特徴
   とする請求項３記載の急速冷却方法。