JP3738894B2

JP3738894B2 - 排ガス用熱分解炉

Info

Publication number: JP3738894B2
Application number: JP2000568570A
Authority: JP
Inventors: 博之高橋; 浄恵高橋
Original assignee: 株式会社協和コーポレーション
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: KR100407358B1; TW463025B; EP1118372A4; DE69923986D1; CN1121255C; KR20010034616A; ATE289858T1; DE69923986T2; AU5447699A; EP1118372A1; HK1037560A1; WO2000013769A1; CN1297369A; EP1118372B1; AU747908B2; US6645440B1

Description

技術分野
本発明は、樹脂，紙等の一般廃棄物、産業廃棄物、医療廃棄物、及び原油，廃油，石油化学物質等を焼却処理した際に排出される排ガスを高温に加熱して、該排ガスが含有する有害物質を熱分解し無害化する熱分解炉に属する。
背景技術
廃棄物処理施設や工場等においては、様々な種類の廃棄物や原油，廃油，石油化学物質等が、大量に焼却処理されている。その際に排出される排ガスや排煙には、煤塵，二酸化炭素，塩化水素等の塩素化合物，ＮＯｘ等の窒素化合物，ダイオキシン等のような環境及び人体に対して悪影響を及ぼす有害な物質が含まれている。そのため、排ガスや排煙中の有害物質の含有量の規制が世界的に行われている。特に、ダイオキシンに関しては、その毒性が非常に強く、また、人体に対して長期的に悪影響を及ぼすことから、厳しい排出規制が行われている。
一方、通常の廃棄物処理施設や工場等においては、廃棄物や石油化学物質等に空気を供給して燃焼させるタイプの焼却炉、いわゆる自然焼却炉による焼却処理が行われている。このような自然焼却炉は、廃棄物等を燃焼させていること、及び燃焼温度が３００〜５００℃程度の低温であることから、どうしてもダイオキシンが生成してしまうという性質を有している。
そこで、ダイオキシンの排出規制に対応するため、主として以下のような対策を取られていた。
（１）ダイオキシンを生成しない廃棄物と、ダイオキシンを生成する廃棄物とを分別して、ダイオキシンを生成しないもののみを焼却処理する。
（２）排ガス中に含有するダイオキシンを除去又は分解する装置を焼却炉に取り付ける。
（３）ダイオキシンを生成しにくいような高温（８００℃程度）で廃棄物を燃焼する焼却炉を使用する。
しかしながら、上記（１）の方法は、廃棄物を分別する手間やコストがかかるという問題点がある。さらに、分別を完全に行うことは実質的に不可能であり、少量のダイオキシンの生成は避けられない。
また、上記（２）の方法は、ダイオキシンを完全に除去又は分解できる安価な装置が現状では実用化されていないため、ダイオキシン対策としては不十分である。
また、前述のように排ガス中には複数の有害物質が含まれている。その全てを除去又は分解するためには、有害物質を除去又は分解するための複数の装置を焼却炉に取り付けなければならない。そのため、高コストとなる、該焼却炉の構造が複雑化する等の問題点がある。
さらに、上記（３）の方法は、前記の高温で廃棄物を焼却する焼却炉が高価であるので、従来の焼却炉を廃棄し前記の高温で廃棄物を焼却する焼却炉を新設することは容易ではないという問題点を有している。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、有害物質を含有する排ガス，排煙を排出する焼却炉等の装置，施設に取り付けられて、前記有害物質を熱分解して無害化する安価な排ガス用熱分解炉を提供することを目的としている。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明は、排ガス中に含有される有害物質を熱分解し無害化する排ガス用熱分解炉であって、前記排ガスを加熱する加熱室と、前記排ガスを前記加熱室内に導入する導入口と、前記加熱室内に設けられた少なくとも一対の電極と、電圧が印加されると放電を生じるように前記電極間に介装された、炭素を主成分とする複数の発光発熱体と、前記排ガスが熱分解された分解ガスを前記加熱室外に排出する排気口と、を備えると共に、前記発光発熱体が無酸素状態下又は真空状態下に置かれていることを特徴とする。
上記のような構成から、前記発光発熱体の間で放電が生じる。この放電部分の温度は３０００℃程度の高温であるため、この高温を利用して、排ガス中に含まれる二酸化炭素，塩素化合物，窒素化合物，ダイオキシン等の複数の有害物質を同時に熱分解することができる。
また、このような排ガス用熱分解炉は、その構造が単純であり安価に製造することができる。さらに、排ガスの最終通過炉として既設又は新設の焼却炉に取り付ければ、該焼却炉から排出される排ガス中の有害物質を熱分解して無害化することができる。したがって、既設の焼却炉が有害物質を多量に排出するような焼却炉であっても、有害物質の排出量の少ない焼却炉を新設することなくそのまま使用できるので、大きな費用がかからない。
さらに、前記発光発熱体が無酸素状態下に置かれているため、前記発光発熱体が酸化劣化しにくく、前記発光発熱体が変形して放電の効率が低下するということが起こりにくいので、前記発光発熱体を長期間にわたって使用することが可能である。例えば、前記発光発熱体が真球状であった場合は、放電の効率が非常に良好であるが、酸化劣化により変形すると、放電の効率が低下してしまう。
なお、酸素濃度は低いほど好ましいが、空気中の酸素濃度以下であれば問題ない。酸素濃度が空気中の酸素濃度を越える値になると、前記発光発熱体が酸化劣化しやすくなる。
また、前記発光発熱体が真空状態のような清浄な環境下に置かれていれば、放電の効率が良好で、高温が得られやすい。また、少ない電力で高温を得ることができて、前記排ガス用熱分解炉の運転コストが安価である。さらに、前記無酸素状態下に置かれた場合と同様に、前記発光発熱体が劣化しにくく、長期間の使用が可能である。
なお、真空度は高いほど好ましいが、中真空（１０^-2Ｐａ以上１０Ｐａ未満）で十分であり、低真空（１０Ｐａ以上大気圧未満）でも差し支えない。
さらに、前記導入口と前記排気口とを連通し前記排ガスを通気する流路を前記加熱室内に設けて、該流路内部の少なくとも一部に前記複数の発光発熱体を備えた構成とすることができる。
このような構成により、前記排ガスは前記発光発熱体と直接接触する。よって、前記排ガスは３０００℃程度の高温に加熱されるので、ほとんど全ての有害物質をほぼ完全に熱分解することが可能である。
さらに、前記導入口と前記排気口とを連通し前記排ガスを通気する耐熱管を前記加熱室内に設けて、該耐熱管の少なくとも一部を前記複数の発光発熱体で囲った構成とすることができる。
このような構成により、前記排ガスは前記耐熱管の中で加熱され、前記排ガスと前記発光発熱体とが接触することがないので、前記排ガスにより前記発光発熱体が腐食したり劣化したりすることがない。
また、前記発光発熱体と前記排ガスとを分離したので、前記発光発熱体を高い無酸素状態下又は真空状態下に置くことができる。よって、放電の効率が良好で、高温が得られやすい。また、少ない電力で高温を得ることができて、前記排ガス用熱分解炉の運転コストが安価である。さらに、前記発光発熱体が劣化しにくく、長期間の使用が可能である。
さらに、前記耐熱管は、炭素を主成分とする部材で構成することができる。そうすれば、前記耐熱管を囲っている前記発光発熱体と前記耐熱管との間においても放電が生じるので、前記耐熱管を３０００℃程度の高温とすることが可能である。その結果、前記排ガスをより効率よく熱分解することができる。このような耐熱管としては、炭素管が好ましく使用される。なお、前記耐熱管は、放電を効率よく生じるような導電性を有することが好ましい。
さらに、前記発光発熱体は、木炭及び黒鉛から選ばれた少なくとも１種とすることができる。前記木炭の例としては、備長炭等があげられる。ただし、木炭や一般の黒鉛等のような炭素類は、その表面に多数の細孔を有していて、その細孔内に気体を吸着している。そのため、高温下では前記吸着した気体を放出するという問題点がある。したがって、木炭や一般の黒鉛等のような炭素類には、前記細孔を塞ぐ等の、気体の吸着を防止する加工を施す必要がある。
さらに、前記発光発熱体は、不浸透性を有することが望ましい。そうすれば、物質の吸着性が低いので、排ガス中の有害物質を吸着したり、吸着した気体を使用時に放出する等の問題を生じる恐れが少ない。また、排ガス中の有害物質等による劣化や、酸化による劣化を起こしにくいので、前記発光発熱体を長期にわたって使用することが可能である。なお、不浸透性とは、物体の表面に存在する細孔が少なく比表面積が小さいために、吸着性が低く、化学薬品による腐食や酸化等を受けにくい性質の事を意味している。
さらに、前記発光発熱体を球形とすることが望ましい。前記発光発熱体の間で効率よく放電が生じるためには、前記発光発熱体同志が点接触していることが好ましく、線接触や面接触では多くの通電が生じて、放電の効率が低下してしまう。よって、前記発光発熱体を球形とすることにより、前記発光発熱体同志の接触形態が必ず点接触となるので、放電が効率良く行われ高温が得られやすく、さらに、前記排ガス用熱分解炉の運転コストを安価とすることができる。なお、前記発光発熱体は真球状であることが、より好ましい。
さらに、前記排ガス用熱分解炉を、活性炭及び木炭の少なくとも一方から構成され且つ排ガスが熱分解された分解ガスが通気するフィルターをさらに備えた構成とすることができる。そうすれば、分解ガスに炭化水素や重金属、あるいは未分解の有害物質が含まれていた場合でも、前記フィルターによりそれらを吸着して、前記排ガス用熱分解炉の外部に重金属等を排出することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第一実施形態を示す斜視図である。
第２図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第一実施形態を示す縦断面図である。
第３図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第一実施形態を示す水平断面図である。
第４図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第一実施形態を示す部分拡大図である。
第５図は、発光発熱体における放電の様子を説明する概念図である。
第６図は、第一実施形態の変形例を示す図である。
第７図は、第一実施形態の変形例を示す図である。
第８図は、第一実施形態の変形例を示す図である。
第９図は、第一実施形態の別の変形例を示す図である。
第１０図は、第一実施形態の別の変形例を示す図である。
第１１図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第二実施形態を示す斜視図である。
第１２図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第二実施形態を示す水平断面図である。
第１３図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第三実施形態を示す水平断面図である。
第１４図は、本発明の排ガス用熱分解炉の第四実施形態を示す水平断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明に係る排ガス用熱分解炉の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明における「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等の方向を示す用語は、説明の便宜上、各図面におけるそれぞれの方向を意味するものである。
なお、本発明は以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。
（第一実施形態）
第１図は、第一実施形態の排ガス用熱分解炉１の外観を示す斜視図、第２図はその縦断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線の位置における水平断面図、第４図は排ガス用熱分解炉１の開口部５２の部分を拡大して示した図である。
内部に加熱室１０を備えた排ガス用熱分解炉１は、排ガスを加熱室１０内に導入する導入口２０をその一側面に備えており、そして、排ガスが熱分解された分解ガスを加熱室１０外に排出する排気口２１をその上面に備えている。なお、導入口２０は、セラミック製の外管２０ａと、炭素製の内管２０ｂとからなる２重構造を有する管から構成されており、排気口２１も同様に、セラミック製の外管２１ａと、炭素製の内管２１ｂとからなる２重構造を有する管から構成されている。
排ガス用熱分解炉１の外壁１１は２層構造となっており、外層の耐熱塗料を被覆した鉄板１２と、内層の耐熱耐火レンガ１４とで構成されている。加熱室１０内は後述のように３０００℃程度の高温となるが、無酸素状態又は真空状態であるために熱伝導が少ないので、外壁１１の構成はこのような簡易なものでも十分である。
耐熱耐火レンガ１４で囲まれた直方体状の空間は、気密性の加熱室１０を形成していて、導入口２０から導入された排ガスが該加熱室１０内において加熱，熱分解され、その分解ガスが排気口２１から排出されるような構造となっている。なお、耐熱耐火レンガ１４の目地の部分には耐火コンクリート等の不定形耐火物が充填されていて（図示せず）、加熱室１０の気密性が高められている。
加熱室１０の内部には、導入口２０と排気口２１とを連結する炭素製の耐熱管２２が備えられている。なお、この耐熱管２２は、３０００℃程度の高温に耐えるものであれば、アルミナ等の他の材質で構成されていてもよい。その材質によっては、耐熱管２２の耐熱性や強度を向上させるため、その構造を二重構造にしてもよい。
耐熱管２２は、水平な部分と、加熱室１０の側面に沿った垂直な部分とが、交互に組み合わされて構成されていて、蛇行しながら上下方向に延びた形態を有している。そしてさらに、前記水平な部分は途中で複数（第３図の例では３本）の管に分岐して、その後１つに合流する構造となっている。すなわち、耐熱管２２は、分流，合流，蛇行を繰り返す形態を有している。
耐熱管２２の内部以外の加熱室１０内には、黒鉛からなる球形（直径３０〜５０ｍｍ）の発光発熱体４０が多数充填されていて、該発光発熱体４０が耐熱管２２の周りを囲っている。発光発熱体４０は球形であるので、隣接する発光発熱体４０とは点接触している。また、耐熱管２２とも点接触している。なお、この発光発熱体４０の構成や製法については、後に詳述する。
加熱室１０の上面と底面とには、一対の電極を構成する２枚の板状のカーボン電極３０，３０が配設され、発光発熱体４０が２枚のカーボン電極３０，３０の間に介装された構造となっている。該カーボン電極３０，３０には炭素棒３１，３１が取り付けられ、炭素棒３１は外壁１１を貫通して排ガス用熱分解炉１の外部に突出している。なお、炭素棒３１は耐熱耐火ステンレス製の棒でもよい。ただし、耐熱耐火ステンレス製の棒がカーボン電極３０を貫通して発光発熱体４０と接触するような構造となっている場合には、劣化防止のため該接触部分を炭素製のカバー材で覆う必要がある。
また、加熱室１０と排気口２１との間には、繊維状の活性炭フィルター５０が装着されている。活性炭の表面には無数の細孔（この細孔には、直径２０Å以下のミクロ細孔、２０Å超過１０００Å未満の中間細孔、１０００Å以上のマクロ細孔がある。）があり、その比表面積は５００〜１７００ｍ²／ｇと大きいため、活性炭は強い吸着性を有していて、選択的に比較的大きい分子を物理的に吸着することができる。なお、繊維状の活性炭フィルター５０の代わりに、粒状の活性炭を使用してもよい。
排気口２１には、導入口２０から排気ガスを吸引して加熱室１０内に導入するブロワー５１が取り付けられている。なお、ブロワー５１は真空ポンプでもよい。
また、排ガス用熱分解炉１の上面及び底面のカーボン電極３０が設けられている部分には、開口部５２が設けられていて、排ガス用熱分解炉１の内部の点検やメンテナンス（発光発熱体４０、カーボン電極３０、耐熱耐火レンガ１４等の劣化の程度の点検や、発光発熱体４０、カーボン電極３０の交換）が行えるようになっている。なお、鉄製の板５３で開口部５２を覆った上、該板５３を複数のボルト５４で外壁１１に固定し、さらに、板５３と外壁１１の鉄板１２の表面との間には図示しない耐火シート（シール材）が介装されているので、排ガス用熱分解炉１内の気密性は十分に保たれている。さらにまた、カーボン電極３０と板５３との間には耐火コンクリート５５が備えられているので、排ガス用熱分解炉１内の保温性は十分に保たれている。なお、耐火コンクリート５５は、耐熱耐火レンガでもよい。
次に、このような排ガス用熱分解炉１を使用して、排ガス中の有害物質を熱分解する方法を説明する。
加熱室１０は図示しない真空ポンプと連結していて、該真空ポンプにより加熱室１０内は真空状態（６．７×１０^-2Ｐａ）となっている。したがって、加熱室１０内に充填されている発光発熱体４０も、真空状態下に置かれている。
炭素棒３１，３１には図示しない電源が接続されている。そして、カーボン電極３０，３０に約２００Ｖの電圧を印加すると、発光発熱体４０の間に放電が生じ、該放電は加熱室１０内の全ての発光発熱体４０において行われるようになる。
放電が生じる仕組みを第５図を参照して説明する。第５図の（ａ）は、発光発熱体４０が相互に点接触をしている様子を示す図であり、（ｂ）は、その接触部分を拡大した図である。
発光発熱体４０は球形であるので、その接触形態は点接触となっている。ただし、発光発熱体４０の表面は、ミクロ的に見れば小さい凹凸を有しているので、前記接触部分においては、ミクロな凸部同志が接触している接触点と、間隙部とが存在する。そこに電圧を印加すると、前記接触点を通じて通電が起こるが、発光発熱体４０同志が接触している面積が小さく大電流を通電することはできないため、前記間隙部において放電９０が発生することとなる。したがって、発光発熱体４０同志が線接触や面接触をしていて、接触している面積が大きいと、多くの電流が通電してしまうため、放電の効率が低下する。
また、発光発熱体４０と耐熱管２２との間にも、放電が行われるようになる。
放電が安定して生じるようになれば、印加する電圧は３０Ｖ程度の低電圧（電流は３００〜４００Ａ）で十分である。
なお、前記放電と共に発光も生じる。この発光は、有害物質の熱分解において、その分解反応を促進する効果があると考えられる。特に、ダイオキシンの熱分解においては、その効果が高いと考えられる。
この放電部分は約３０００℃であり、電圧を印加してから数十秒という短時間で加熱室１０内が約３０００℃の高温となる。発光発熱体４０と耐熱管２２との間においても放電が生じているので、耐熱管２２も約３０００℃の高温となる。この高温により、耐熱管２２内に導入された排ガスは、２０００℃を越える高温となる。なお、発光発熱体４０と耐熱管２２との間において放電が生じていない場合は、耐熱管２２内の排ガスの温度は、１６００〜２０００℃である。このときの排ガス用熱分解炉１の外壁１１（鉄板１２）の温度は、室温程度である。なお、印加する電圧の程度により、得られる温度を調節することが可能であるので、所望により印加する電圧の程度を変化させてもよい。
図示しない焼却炉の煙突を導入口２０に接続すると、前記焼却炉から排出された排ガスが耐熱管２２内に導入される。ブロワー５１により耐熱管２２内の排ガスを吸引するので、排ガスが逆流したり耐熱管２２内に滞留したりすることはない。耐熱管２２に導入された排ガスは、２０００℃を越える高温に晒されるため、排ガス中に含まれる煤塵，二酸化炭素，塩素化合物，窒素化合物，ダイオキシン等の有害物質は燃焼することなく熱分解されて、無害な分解ガスとなる。
この分解ガスには、無害な低分子量物質の他に、炭化水素や重金属等が含まれている場合があるが、これらは活性炭フィルター５０により吸着されるので、排気口２１から排ガス用熱分解炉１の外部に排出されることはない。また、微量の有害物質が残存している可能性もあるが、これも活性炭フィルター５０により吸着されるので、排気口２１から排ガス用熱分解炉１の外部に排出されることはない。
この活性炭フィルター５０は１２０〜２００℃の水蒸気を吹き付けることにより、再生して、繰り返し使用することが可能である。このため、経済性及び二次公害防止上の面から優れている。また、吸着されている重金属の比率が高まった活性炭フィルター５０からは、工業用ミル等で粉砕し、その比重で篩分けすることにより、重金属を回収することも可能である。
なお、導入口２０，排気口２１，ブロワー５１等の排ガス用熱分解炉１における位置は、本発明の目的を達成することができるならば、本実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロワー５１は、本実施形態では排気口２１に取り付けたが、排ガスを排出する焼却炉と導入口２０との間に取り付けてもよい。
また、焼却炉が排出する排ガスが多量である場合には、複数の排ガス用熱分解炉１を前記焼却炉に取り付けてもよい。その場合には、前記焼却炉の煙突と複数の排ガス用熱分解炉１の導入口２０とを接続するためのアダプターを用いて、前記焼却炉からの排ガスを分岐させて、各排ガス用熱分解炉１に供給する。
さらに、本実施形態においては、排ガスが加熱される時間を十分に取るために、耐熱管２２の形態には蛇行した形態を採用したが、排ガスに含まれる有害物質の種類，濃度や分解処理する排ガスの量等の条件に応じて、耐熱管２２の形態は自由に設計可能であり、例えば、直線状の形態等であっても差し支えない。また、本実施形態においては、耐熱管２２は上下に延びた形態であったが、水平方向に延びた形態であってもよいことは勿論である。水平方向に延びた形態とすると、発光発熱体４０の使用量、及び消費電力を少なくすることができる。
例えば、このような第一実施形態の変形例としては、第６，７図に示すようなものがあげられる。第６図は、排ガス用熱分解炉１ａの外観の斜視図であり、第７図の（ａ）は排ガス用熱分解炉１ａの縦断面図で、（ｂ）は水平断面図である。
この変形例においては、耐熱管２２は直線状で、水平方向に延びた形態である。耐熱管２２がこのような形態である場合には、第８図のように複数の耐熱管２２、導入口２０、及び排気口２１を１つの排ガス用熱分解炉に備えることが容易である。このような複数の耐熱管２２を備えた排ガス用熱分解炉１ｂは、排ガスの分解処理効率が高く、コンパクトである。
また、他の変形例としては、第９図に示すような排ガス用熱分解炉１ｃがあげられる。第９図の（ａ）は排ガス用熱分解炉１ｃの外観の斜視図、（ｂ）は排ガス用熱分解炉１ｃの縦断面図である。
この変形例においては、耐熱管２２は直線状で、水平方向に延びた形態であり、さらに、排ガス用熱分解炉１ｃが円筒形となっていて、発光発熱体４０が耐熱管２２を均等に囲った構造となっている。
このような形態から、第１０図のように複数（第１０図の例においては５つ）の排ガス用熱分解炉１ｃを、大きな円筒に収納することにより一体化して、焼却炉等に取り付けることができる。このような一体化された排ガス用熱分解炉１ｄは、排ガスの分解処理効率が高く、コンパクトである。なお、第１０図における一体化された排ガス用熱分解炉１ｄの中央部分の円は、配線管を示しており、該配線管の中には、各排ガス用熱分解炉１ｃに電力を供給する配線が、一つに纏めて備えられている。
なお、これらの変形例においては、排ガス用熱分解炉１ａ，１ｂ，１ｃの上面に、排ガス用熱分解炉１ａ，１ｂ，１ｃの内部の点検やメンテナンスを行うための点検口６０が設けられており、発光発熱体４０や耐熱耐火レンガ１４等の劣化の程度の点検や、発光発熱体４０の交換等が行えるようになっている。ただし、排ガス用熱分解炉１ｃの場合は、排ガス用熱分解炉１と同様に、開口部５２が点検口６０を兼ねている。
また、第６図〜第１０図においては、第一実施形態と同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。
（第二実施形態）
第１１図は、第二実施形態の排ガス用熱分解炉２の外観を示す斜視図であり、第１２図はその水平断面図である。なお、第一実施形態と同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。
第一実施形態の排ガス用熱分解炉１と同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
内部に加熱室１０を備えた排ガス用熱分解炉２は、排ガスを加熱室１０内に導入する導入口２０をその前面に備えており、そして、排ガスが熱分解された分解ガスを加熱室１０外に排出する排気口２１をその後面に備えている。
この排ガス用熱分解炉２の外壁１１は第一実施形態と同様に２層構造となっていて、最内層の耐熱耐火レンガ１４で囲まれた空間は加熱室１０を形成している。耐熱耐火レンガ１４の導入口２０及び排気口２１が備えられている部分には、耐熱耐火レンガ１４を貫通する孔１５が設けられていて、排ガスが流通可能となっている。
この加熱室１０には耐熱耐火レンガからなる複数（第１２図の例では２つ）の隔壁１６が設けられていて、加熱室１０はこの隔壁１６により、排ガス用熱分解炉２の長手方向に複数（第１２図の例では３つ）の小部屋１０ａ，１０ｂ，１０ｃに分けられている。そして、最も前面側の小部屋１０ａが導入口２０と連結しており、最も後面側の小部屋１０ｃが排気口２１と連結している。
各隔壁１６の一端部には、隔壁１６を貫通していて、隣接する小部屋同志を連通させる複数の孔１７が設けられている。そして、各隔壁１６における孔１７の設けられている位置は、最も前面側の隔壁１６から最も後面側の隔壁に向かって順番に左右交互となっている。このような構成から、最も前面側の小部屋１０ａ，孔１７，中央の小部屋１０ｂ，孔１７，最も後面側の小部屋１０ｃの順に蛇行した形態の排ガスの流路が、加熱室１０内に形成されている。かくして、導入口２０から導入された排ガスは、各小部屋１０ａ，１０ｂ，１０ｃを蛇行しながら通過して、排気口２１から排出されることとなる。
小部屋１０ａ，１０ｂの左右両側面には、板状のカーボン電極３０が配設されている。該カーボン電極３０には炭素棒３１が取り付けられ、炭素棒３１は外壁１１を貫通して排ガス用熱分解炉２の外部に突出している。
また、最も後面側の小部屋１０ｃには繊維状の活性炭フィルター５０が備えられており、小部屋１０ａ，１０ｂには、第一実施形態と同様の発光発熱体４０が充填されている。
なお、孔１５，１７の大きさ，形状は、発光発熱体４０が通過しないものであれば、特に限定されるものではない。発光発熱体４０が球形の場合には、三角形が好ましく採用される。また、孔１５，１７の形状を、水平方向又は垂直方向に延びたスリット状としてもよい。例えば、孔１７の開いた隔壁１６を使用する代わりに、セラミック製の柱状物を平行に並べることにより、スリット状の孔１７を形成することができる。このような形状は、孔１５，１７の開口部分の面積を大きくできるので、排ガスの流量が多い場合等には好ましい。
また、排ガス用熱分解炉２の上面には、排ガス用熱分解炉２の内部の点検やメンテナンスを行うための点検口６０が設けられており、発光発熱体４０や耐熱耐火レンガ１４等の劣化の程度の点検や、発光発熱体４０の交換等が行えるようになっている。
次に、このような排ガス用熱分解炉２を使用して、排ガス中の有害物質を熱分解する方法を説明する。
カーボン電極３０に電圧を印加して、発光発熱体４０の間に放電を生じさせる。なお、複数のカーボン電極３０は直列に配列されて、図示しない電源と接続してある。並列に配列されていても差し支えないが、直列の方が放電の効率が高く、高温が得られやすいので好ましい。
図示しない焼却炉の煙突を導入口２０に接続すると、前記焼却炉から排出された排ガスが加熱室１０内に導入される。ブロワー５１により加熱室１０内の排ガスを吸引するので、排ガスが逆流したり加熱室１０内に滞留したりすることはない。加熱室１０内に排ガスが導入されると、加熱室１０内は無酸素状態となり、したがって、加熱室１０内に充填されている発光発熱体４０も、無酸素状態下に置かれる。
導入された排ガスは、発光発熱体４０の間に生じた約３０００℃の放電部分と接触して約３０００℃の高温となるため、排ガス中に含まれる煤塵，二酸化炭素，塩素化合物，窒素化合物，ダイオキシン等の有害物質は燃焼することなく熱分解されて、無害な分解ガスとなる。
なお、第一実施形態の場合と同様に、導入口２０，排気口２１，点検口６０、ブロワー５１等の排ガス用熱分解炉２における位置は、本発明の目的を達成することができるならば、本実施形態に限定されるものではない。
また、焼却炉が排出する排ガスが多量である場合には、第一実施形態の場合と同様に、複数の排ガス用熱分解炉２を前記焼却炉に取り付けてもよい。
さらに、排ガスに含まれる有害物質の種類，濃度や分解処理する排ガスの量等の条件に応じて、排ガスの流路の形態は自由に設計可能であり、小部屋の数や発光発熱体の量等を適切に調整してもよい。また、本実施形態においては、前記流路は水平方向に延びた形態であったが、垂直方向に延びた形態であってもよい。
（第三実施形態）
第１３図は、第三実施形態の排ガス用熱分解炉３の水平断面図である。なお、第三実施形態の排ガス用熱分解炉３の外観は、第二実施形態の排ガス用熱分解炉２と同様であるので、第１１図を用いて説明する。また、第一及び第二実施形態と同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。
第三実施形態の排ガス用熱分解炉３は、加熱室１０の内部の構成以外は第二実施形態の排ガス用熱分解炉２とほぼ同様であるので、同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
加熱室１０には耐熱耐火レンガからなる複数（第１３図の例では２つ）の隔壁１６が設けられていて、加熱室１０はこの隔壁１６により、排ガス用熱分解炉３の長手方向に複数（第１３図の例では３つ）の小部屋１０ａ，１０ｂ，１０ｃに分けられている。そして、最も前面側の小部屋１０ａが導入口２０と連結しており、最も後面側の小部屋１０ｃが排気口２１と連結している。
各隔壁１６のほぼ全面には、隔壁１６を貫通していて、隣接する小部屋同志を連通させる複数の孔１７が設けられている。このような構成から、直線的な形態の排ガスの流路が加熱室１０内に形成されていて、導入口２０から入った排ガスは、加熱室１０内を、最も前面側の小部屋１０ａ，孔１７，中央の小部屋１０ｂ，孔１７，最も後面側の小部屋１０ｃの順に、ほぼ直線的に通過して、排気口２１から排出されることとなる。隔壁１６のほぼ全面に孔１７が設けられているので、排ガスの流量を多くすることが可能である。
このような排ガス用熱分解炉３を使用して排ガス中の有害物質を熱分解する方法については、排ガスが加熱室１０内をほぼ直線的に通過することを除いては、前記第二実施形態の場合と同様であるので、説明は省略する。
なお、第一実施形態の場合と同様に、導入口２０，排気口２１，点検口６０、ブロワー５１等の排ガス用熱分解炉３における位置は、本発明の目的を達成することができるならば、本実施形態に限定されるものではない。
また、焼却炉が排出する排ガスが多量である場合には、第一実施形態の場合と同様に、複数の排ガス用熱分解炉３を前記焼却炉に取り付けてもよい。
さらに、排ガスに含まれる有害物質の種類，濃度や分解処理する排ガスの量等の条件に応じて、排ガスの流路の形態（直線的，蛇行等）は自由に設計可能であり、小部屋の数や発光発熱体の量等を適切に調整してもよい。また、本実施形態においては、前記流路は水平方向に延びた形態であったが、垂直方向に延びた形態であってもよい。
（第四実施形態）
第１４図は、第四実施形態の排ガス用熱分解炉４の水平断面図である。なお、第一〜第三実施形態と同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。
第四実施形態の排ガス用熱分解炉４は、外壁１１，カーボン電極３０及び開口部５２の部分の構成を除いては、第三実施形態の排ガス用熱分解炉３とほぼ同様の構成であるので、同様の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
排ガス用熱分解炉４の外壁１１は４層構造となっており、内層から耐熱耐火レンガ１４、鉄板１２、耐火コンクリート１３、耐熱塗料を被覆した鉄板１２で構成されている。
加熱室１０には耐熱耐火レンガからなる複数（第１４図の例では６つ）の隔壁１６が設けられていて、加熱室１０はこの隔壁１６により、排ガス用熱分解炉４の長手方向に複数（第１４図の例では７つ）の小部屋１０ａ〜１０ｇに分けられている。そして、最も前面側の小部屋１０ａが導入口２０と連結しており、最も後面側の小部屋１０ｇが排気口２１と連結している。
各隔壁１６のほぼ全面には、隔壁１６を貫通していて、隣接する小部屋同志を連通させる複数の孔１７が設けられている。このような構成から、直線的な形態の排ガスの流路が加熱室１０内に形成されていて、導入口２０から入った排ガスは、加熱室１０内を、最も前面側の小部屋１０ａ，孔１７，小部屋１０ｂ，孔１７，小部屋１０ｃ，孔１７，小部屋１０ｄ，孔１７，小部屋１０ｅ，孔１７，小部屋１０ｆ，孔１７，最も後面側の小部屋１０ｇの順にほぼ直線的に通過して、排気口２１から排出されることとなる。
最も後面側の小部屋１０ｇ以外の任意の小部屋（第１４図の例では、前面側から２番目及び５番目の各小部屋１０ｂ，１０ｅ）の左右両側面には、板状のカーボン電極３０が配設されている。該カーボン電極３０には炭素棒３１が取り付けられ、炭素棒３１は外壁１１を貫通して排ガス用熱分解炉４の外部に突出している。
そして、最も後面側の小部屋１０ｇには、炭化水素や重金属等を吸着するための、繊維状の活性炭フィルター５０及び備長炭５８が備えられており、前記カーボン電極３０が配設されている小部屋には、第一実施形態と同様の発光発熱体４０が充填されている。なお、繊維状の活性炭フィルター５０は、粒状の活性炭でもよい。
第一〜第三実施形態においては、開口部５２を鉄製の板５３が覆っていて、該板５３とカーボン電極３０との間に耐火コンクリート５５が備えられていた。そして、板５３，耐火コンクリート５５，カーボン電極３０，及び炭素棒３１の４つの部材は、カーボン電極３０と炭素棒３１との組み合わせ以外は、それぞれ独立した形態を有していた。
しかし、本実施形態においては、前記４つの部材は一体化されて（なお、板５３はセラミック製である。ただし、絶縁材を被覆した鉄板でもよい。）、電極ユニット５７を形成している。このような構成から、板５３，耐火コンクリート５５，カーボン電極３０，及び炭素棒３１を、それぞれ別々に取り外す必要がなく、一体化した電極ユニット５７を取り外し交換するだけでカーボン電極３０を交換できるので、カーボン電極３０の交換作業が容易である。
なお、開口部５２の側面には、耐火コンクリート１３の断面部分を覆うように鉄製の四角形筒状物５６が備えられている。そして、耐火コンクリート５５の四角形筒状物５６と対向する部分は鉄板５９で覆われていて、四角形筒状物５６と鉄板５９とが摺動して、電極ユニット５７が開口部５２から出し入れし易いようになっている。
また、カーボン電極３０は、加熱室１０内に突出しておらず、加熱室１０の壁面に埋没している形態となっている。このため、カーボン電極３０は、排ガス中の有害物質や高温により劣化しにくい。
このような排ガス用熱分解炉４を使用して排ガス中の有害物質を熱分解する方法については、排ガスが加熱室１０内をほぼ直線的に通過することを除いては、前記第二実施形態の場合と同様であるので、説明は省略する。
なお、焼却炉が排出する排ガスが多量である場合には、第一実施形態の場合と同様に、複数の排ガス用熱分解炉４を前記焼却炉に取り付けてもよい。
さらに、排ガスに含まれる有害物質の種類，濃度や分解処理する排ガスの量等の条件に応じて、排ガスの流路の形態（直線的，蛇行等）は自由に設計可能であり、発光発熱体を充填する小部屋の数や発光発熱体の量等を適切に調整してもよい。また、本実施形態においては、前記流路は水平方向に延びた形態であったが、垂直方向に延びた形態であってもよい。
次に、上記の第一〜第四実施形態において使用された、黒鉛で構成された球形の発光発熱体の製造方法及び物性を詳細に説明する。
（製造例１）
フェノール系樹脂又はポリジビニルベンゼン樹脂をフィラーとしたものに、０．１〜０．５ｍｍの長さのアクリル繊維又は動植物繊維を混合する。この混合物を金型に充填し、これに該樹脂が硬化するのに十分な熱と圧力とをかけて、球体，半球体，直方体，円柱形等の形状に成形する。なお、半球体の場合は、この段階で２つの半球体を一体化し球体とする。そして、該成形物を不活性ガス中、２５０〜３００℃で耐炎化処理を施し、さらに、１０００〜１５００℃で炭化する。次いで、２０００〜３０００℃で黒鉛化し、さらに、サイジング処理（表面処理）を施す。
炭化及び黒鉛化の工程においては、熱間静水圧成形（ＨＩＰ）で３００Ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力を等方的にかけながら、不活性ガス中での焼成を繰り返すことによって、黒鉛を高密度化する。なお、ＨＩＰは、球体にも等方的に圧力をかけることができる方法である。一般の黒鉛や炭素類の表面には多数の細孔が存在し、細孔部分の表面積は全表面積の２５％程度であることが通常である。しかし、前記のような操作によって該黒鉛の表面に存在する細孔の表面積を、全表面積の１０％以下にまで、場合によっては５％以下にまで低減することができる。
フィラーとして樹脂を使用すると、細孔が比較的少ない黒鉛が得られるが、前記のような圧力を加えながらの焼成によって、精度よく不浸透性の黒鉛を得ることができる。このような、不浸透性の黒鉛は、広い実用温度範囲にわたって、ほとんどの化学薬品に対して耐食性を有する。また、一般の耐食性材料と比較して、極めて高い熱伝導性を有している。さらに、熱安定性に優れており、急激な温度変化にも悪影響を受けにくい。
この不浸透性の黒鉛を、直方体，円柱形等の形状の場合には研磨等により球体に成形し、発光発熱体として用いる。
この発光発熱体は不浸透性の黒鉛で構成されているため、ゴムと同程度か、それ以下の気体の吸着性しか備えていない。なおかつ、強度は通常の黒鉛の２〜３倍、硬度は６５以上（本製造例の場合は６８）、密度は１．８７ｇ／ｃｍ³以上（繊維の混合の割合で調節することが可能）を得ることができる。なお、引張強度は１７０Ｋｇ／ｃｍ²、曲げ強度は３６０Ｋｇ／ｃｍ²、圧縮強度は１０００Ｋｇ／ｃｍ²、弾性率は１３００Ｋｇ／ｍｍ²以上、熱膨張係数は３．０×１０^-6／℃、熱伝導度は１３０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃、耐熱温度は３０００℃である。また、化学的性質は、濃硫酸、硝酸等の強酸性の薬品や、水酸化ナトリウム水溶液等の強アルカリ性の薬品等に対して優れた耐食性を示す。ただし、フェノール系樹脂を原料とした場合は、耐アルカリ性が若干劣る。耐食性試験の結果を表１〜３にまとめて示す。なお、各表中の濃度の項の「全」は、「全ての濃度」を意味する。
発光発熱体は上記のような不浸透性の黒鉛からなるので、以下のような優れた特性を有する。
（１）排ガス中の有害物質により劣化しにくい。
（２）排ガス中の酸素や、排ガスが分解して生成した酸素と反応しにくいため、劣化しにくく、また、一酸化炭素や二酸化炭素を発生することがほとんどない。
（３）強度が高いため、摩耗が少なく耐久性に優れる。
（４）細孔が少ないため、有害物質等を発光発熱体中に吸着しにくい。
また、気体等をほとんど吸着していないので、高温下で吸着ガスを発することが極めて少ない。

（製造例２）
フェノール系樹脂又はポリジビニルベンゼン樹脂をフィラー状としたものに、平均粒径１．０μｍ程度の純度９９．９％以上のタングステン粉末、及び平均粒径１．０μｍ程度の純度９９．９％以上のチタン粉末の少なくとも一方を混合する。
なお、製造例１において使用したアクリル繊維又は動植物繊維、及び／又は、導電性に優れるカーボンブラック粉，コークス又は備長炭の微粉を、さらに加えてもよい。
この混合物に製造例１と同様の操作を施すことにより、高密度で細孔が少ない黒鉛からなる球体の発光発熱体が得られる。ただし、製造例１の場合とは異なり、発光発熱体はタングステン及びチタンの少なくとも一方を含有しており、また、黒鉛化の最終工程には不活性ガス中、約３０００℃での熱処理工程を有している。
タングステンは約３０００℃での熱処理により一炭化二タングステン（Ｗ₂Ｃ、式量３７９．７１、密度１７．２ｇ／ｃｍ³、モース硬度９、電気抵抗率８１μΩ／ｃｍ（２５℃））となっており、また、チタンは炭化チタン（ＴｉＣ、式量５９．９０、融点３１４０±９０℃、沸点４３００℃、密度４．９４ｇ／ｃｍ³、電気抵抗率１９３μΩ／ｃｍ（室温））となっている。なお、一炭化二タングステンは２４００℃以上で加熱された場合は、その結晶形は安定なβ型となる。
チタンは、融点が１６７５℃、沸点が３２６２℃、密度が４．５４ｇ／ｃｍ³であるが、炭化チタンとなることによって、融点，沸点が大幅に上昇し、密度も高密度となる。なお、タングステンの融点は３３８７℃、沸点は５９６２℃である。
このような一炭化二タングステン及び／又は炭化チタンを含有する不浸透性の黒鉛からなる発光発熱体は、製造例１の項に前記した（１）〜（４）のような特徴を有することに加えて、製造例１の一炭化二タングステン及び／又は炭化チタンを含有しないものと比較して、耐食性、機械的強度（硬度が高く、弾性率は３１６００〜４４８００Ｋｇ／ｍｍ²である）、耐熱性（３０００℃以上に耐える）がさらに優れている。また、電気通電性に優れ（電気抵抗率は７０μΩ／ｃｍ以下である。本製造例の場合は、１０μΩ／ｃｍである。）、放電の効率が良好である。
なお、不活性ガス中、約３０００℃での熱処理は、下記のような利点がある。
（ａ）熱処理後に、発光発熱体に光輝熱処理（発光発熱体の表面を光沢を有する状態にする処理）等の仕上げ処理や仕上げ加工を施す必要がない。
（ｂ）使用時に発光発熱体の変形が小さい。
（ｃ）無公害である。
（製造例３）
フェノール系樹脂又はポリジビニルベンゼン樹脂をバインダーとして、導電性に優れるカーボンブラック粉，コークス又は備長炭の微粉をフィラーとして使用し、これらを混合する。なお、これに前記タングステン粉末及び前記チタン粉末の、一方又は両方を混合してもよい。
この混合物に製造例２と同様の操作を施すことにより、高密度で細孔が少ない黒鉛からなる球体の発光発熱体が得られる。
こうして得られた発光発熱体は、製造例２の発光発熱体と同様の優れた特性を有している。
産業上の利用可能性
本発明の排ガス熱分解炉は、有害物質を含有する排ガス，排煙を排出する焼却炉等の装置，施設に取り付けられて、前記有害物質を熱分解して無害化する安価な排ガス用熱分解炉である。

Claims

排ガス中に含有される有害物質を熱分解し無害化する排ガス用熱分解炉であって、
前記排ガスを加熱する加熱室と、
前記排ガスを前記加熱室内に導入する導入口と、
前記加熱室内に設けられた少なくとも一対の電極と、
電圧が印加されると放電を生じるように前記電極間に介装された、炭素を主成分とする複数の発光発熱体と、
前記排ガスが熱分解された分解ガスを前記加熱室外に排出する排気口と、
を備え、
前記発光発熱体は球形であり、隣接する発光発熱体同士が相互に点接触しているとともに、前記発光発熱体はタングステン及びチタンの少なくとも一方を含有することを特徴とする排ガス用熱分解炉。
前記発光発熱体が無酸素状態下に置かれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の排ガス用熱分解炉。
前記発光発熱体が真空状態下に置かれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の排ガス用熱分解炉。
前記導入口と前記排気口とを連通し前記排ガスを通気する流路を前記加熱室内に設けて、該流路内部の少なくとも一部に前記複数の発光発熱体を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の排ガス用熱分解炉。
前記導入口と前記排気口とを連通し前記排ガスを通気する耐熱管を前記加熱室内に設けて、該耐熱管の少なくとも一部を前記複数の発光発熱体で囲ったことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の排ガス用熱分解炉。
前記耐熱管を、炭素を主成分とする部材で構成したことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の排ガス用熱分解炉。
前記発光発熱体が、木炭及び黒鉛から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の排ガス用熱分解炉。
前記発光発熱体が不浸透性を有することを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の排ガス用熱分解炉。
さらに、活性炭及び木炭の少なくとも一方から構成され且つ排ガスが熱分解された分解ガスが通気するフィルターを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の排ガス用熱分解炉。