JP3813927B2 - 炉内の気流を用いる遠心燃焼方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般に燃焼炉内の気流を用いる遠心燃焼方法に係り、より詳しくは水分量の少ない低カロリー廃棄物、水分量の少ない高カロリーのプラスチック及びゴム、及び高カロリーの廃液などの可燃性物質を、補助装置及び燃料なしで炉内に空気を炉に急速に供給して、炉内で高速で回転する高圧空気の遠心力による気流により炉内の空間を多数の燃焼領域に分割することで、完全にかつ急速に高温で燃焼させる炉内の気流を用いる遠心燃焼方法に関するものである。
【０００２】
（背景技術）
廃棄物又は廃油を燃焼させる従来の方法は、可燃性物質を炉内の燃焼室内に供給する段階と、前記燃焼室内の可燃性物質を着火バーナーで点火させる段階と、前記燃焼室の上部、中間部及び下部に直接供給される冷却空気で可燃性物質を燃焼させる段階とからなる。
しかし、従来の方法は、高カロリー廃棄物、低カロリー廃棄物及び含水廃棄物が不完全に燃焼し、送風機により供給される冷却空気だけで廃棄物を燃焼させるため燃焼効率が低いことが不利である。不完全に燃焼した可燃性物質は放置されるか又は埋め立てられるので、資源が浪費され、環境が汚染される。さらに、可燃性物質が不完全に燃焼すると、炭素埃だけでなくダイオキシンなどの如く人間に致命的な多様な有害物質が大気へ放出され、不完全に燃焼した残留物を再び燃焼させなければならないため、バーナーが引き続き動作して補助燃料（例えば、ディーゼル燃料）を付加して使用するので、燃料費が増加し、燃焼時間が長くなり、燃焼効率が低下する。
【０００３】
さらに、従来方法のほかの欠点は、高温で使用可能な特殊バーナーが必要であり、高圧下で空気を炉に供給しなければならなく、可燃性物質を高温で燃焼するため、炉の内部を耐火レンガで構成しなければならないので、燃焼費用が高くなるという点である。特に、金属製の燃焼室が高温で耐えられなくて燃焼室が腐食するので、炉の耐久性が低下する。
【０００４】
（発明の概要および目的）
したがって、本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、別途の装置又は触媒なしで空気循環により可燃性物質を１５００〜１９００℃で完全に燃焼させる遠心燃焼方法を提供することにある。
本発明のほかの目的は、別途の燃料なしで低カロリー燃料を十分に燃焼させ、低カロリー燃料の燃焼中に発生する熱がおよそ１００％利用できる遠心燃焼方法を提供することにある。
【０００５】
本発明のさらにほかの目的は、別途の燃料なしで高カロリー燃料を十分に燃焼させ、高カロリー燃料の燃焼中に発生する熱がおよそ１００％利用できる遠心燃焼方法を提供することにある。
本発明のさらにほかの目的は、湿度が１００％以下である含水燃料又は含水廃棄物低カロリー燃料を別途の燃料なしで十分に燃焼させ、湿度が１００％以下である含水燃料又は含水廃棄物の燃焼中に発生する熱が十分に利用できる遠心燃焼方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらにほかの目的は、従来の炉（焼却炉）と同一サイズの燃焼室で従来の燃焼方法より数倍くらい速い速度で可燃性物質を完全に燃焼させる遠心燃焼方法を提供することにある。
【０００７】
本発明によると、前記のような目的は、円筒状の燃料タンクと、円筒状の第１燃焼室と、円筒状の第２燃焼室と、円筒状の排気槽と、上部外槽と第１燃焼室間と、下部外槽と燃料タンク間に空間が形成されるように第１燃焼室及び燃料タンクを取り囲む上部及び下部外槽と、送風機が第１燃焼室と上部外槽間の空間に接線方向に連通するように上部外槽の下部に連結され、送風機が燃料タンクと下部外槽間の空間に接線方向に連通するように空気連結管を介して下部外槽の上部に連結される一つ以上の送風機と、第１燃焼室と上部外槽間の空間の上部に位置する多数の気流調節装置とからなる炉を提供することにより達成できる。
前記炉において、可燃性物質は高温で完全にかつ迅速に燃焼し、炉内の空間は炉に迅速に供給されて炉内で高速で回転する高圧空気の遠心力による気流により多くの燃焼領域に分割される。
【０００８】
（好ましい実施の形態の詳細な説明）
以下、添付図面を参照するが、図面で同一部品を示すのに同一符号を用いる。
本発明による遠心燃焼方法を達成するため、円筒状の第１燃焼室１の下部周囲に位置し外側に突出するフランジ２と、前記フランジ２の上部及び下部にそれぞれ堅く固定される上部外槽３及び下部外槽４と、前記第１燃焼室１の下方に位置し、上側面が開放して前記第１燃焼室１のフランジ２の底面に密着するとともに下側面が油圧ジャッキ５に着脱可能に結合された燃料タンク６と、上側に排気槽７が位置する第２燃焼室８の下部から外向に突出し、前記上部外槽３の上部に位置するフランジ９と、前記上部外槽３の下部に接線方向に連結された吸気管１０に連結されるとともに、前記下部外槽４の上部に連結された吸気管１２に空気連結管１３を介して連結されて前記吸気管１２に連通する一つ以上の送風機１１と、前記第１燃焼室１と前記上部外槽３間の空間の上部に位置するとともに、前記上部外槽３の上部に位置する空気方向調節板１４と、前記上部外槽３の上部に位置し、それぞれ前記空気方向調節板１４と前記空気方向調節板１４に回転可能に結合された調節棒１５からなる多数の気流調節装置１６とからなる。
【０００９】
また、本発明による炉５０は、前記燃料タンク６を覆う前記下部外槽４に位置し、前記燃料タンク６が出入する開閉ドアと、レールにより前記燃料タンク６を移送するため、前記燃料タンク６の底面に堅く固定された多数のローラーとからなるが、前記開閉ドアおよび前記ローラーは図面に図示されていない。
【００１０】
本発明による炉内の気流を用いる遠心燃焼方法は、前記燃料タンク６と下部外槽４間の空間を通して冷却空気を吸入することにより送風機騒音を減少させるとともに、前記燃料タンク６の外壁から熱を吸収して燃料タンク６の壁を冷却させることにより冷却空気を一次に予熱させる段階と、前記一次予熱空気を、前記下部外槽４の下部に接線方向に連結された送風機１１を通して、前記第１燃焼室１と前記上部外槽３間に形成された空間内に供給して、前記供給空気が前記第１燃焼室１と前記上部外槽３間に形成された空間内で回転しながら上昇するようにするとともに、前記一次予熱空気が高速で回転し上昇しながら前記第１燃焼室１の熱を吸収して前記第１燃焼室１の外壁を冷却させるようにする段階と、前記第２燃焼室８の下部に位置するフランジ９により上昇が停止した前記二次予熱空気の量を、気流調節装置１６の角度を調節することにより調節する段階と、前記第１燃焼室に供給された二次予熱空気が、前記第１燃焼室内で続く気流の回転による遠心力により前記第１燃焼室の内壁と密着したままで回転しながら前記燃料タンクに下降し、前記第１燃焼室の内壁から熱を吸収して前記第１燃焼室１及び前記燃料タンク６を冷却させることにより、三次に予熱される段階とからなる。
前述した段階によると、前記三次予熱空気は前記燃料タンク６内の燃料と混合されて混合点火燃焼領域ｆを形成し、その混合物はその内部で回転しながら燃焼する。前記混合点火燃焼領域ｆ内で完全に燃焼していない高比重の可燃性物質は第１燃焼室１内で下降する前記三次予熱空気ｂに浸透して高比重燃焼領域ｃを形成し、十分に長い燃焼距離及び燃焼時間にわたって燃焼する。前記高比重燃焼領域ｃで完全に燃焼していない低比重の可燃性物質は前記第１燃焼室１の中心に移送されて低比重高温燃焼領域ｄを形成し、収集されさらに燃焼し、回転し燃焼しながら前記第２燃焼室８に下降する。前記炉の中心には、炉内で温度が最高となる高温熱核領域ｅが形成される。
前記低比重高温燃焼領域ｄ及び前記高温熱核領域ｅ内の不完全燃焼した可燃性物質はその重量と回転気流の遠心力により、前記第１燃焼室１内で回転及び下降する三次予熱空気ｂに再び浸透するので、前記三次予熱空気ｂとともに前記低比重高温燃焼領域ｄ又は前記高温熱核領域ｅに再び供給される。
前記第１燃焼室１内で完全に燃焼しなくて前記第１燃焼室１の中心部から上昇する気流により前記第２燃焼室８に移送された可燃性物質の一部は前記気流調節装置１６を通して上昇する二次予熱空気によりさらに燃焼する。二次予熱空気は前記第２燃焼室８の内壁から熱を吸収して壁を冷却させる。最終に、本発明によると、燃焼ガス、つまり完全に燃焼した可燃性物質のみが排気槽７を通して放出される。
【００１１】
炉５０はつぎのように動作する。
燃料タンク６内に満たされた燃料１７を手動又は自動点火装置により点火した後、燃料タンク６を着脱させるための油圧ジャッキ５により前記燃料タンク６の上面を第１燃焼室１の下部に位置するフランジ２の底面に密着させる。その後、前記送風機１１を高速で作動させることにより、燃料と空気の混合とその混合物の燃料タンク６内での燃焼中に熱が発生し、燃料タンク６と下部外槽４間の空間を通して冷却空気が流れているうちに燃料タンク６の外壁が冷却され、下部外槽４の底面を通して供給された冷却空気が一次予熱される。前記一次予熱空気ｇは前記送風機１１により前記第１燃焼室１と前記上部外槽３間の空間内に接線方向に供給され、高速で回転しながら上昇する。この際、前記送風機１１により供給された一次予熱空気ｇは前記第１燃焼室１の熱を吸収して二次予熱高温空気に変換されるとともに、第１燃焼室１の外壁を冷却させる。前記第１燃焼室１と前記上部外槽間の空間内で回転することにより上昇する空気が前記第２燃焼室８のフランジ９の底面に到達するとき、フランジ９が空気の上昇を防ぐためそれ以上上昇できなく、前記第１燃焼室１及び前記第２燃焼室８に供給された空気の量は、前記第２燃焼室８のフランジ９の下方に位置する空気方向調節板１４の角度を気流調節装置１６の調節棒１５の回転で変化させて調節することができる。
【００１２】
廃ビニル、廃プラスチック及び廃タイヤなどの高カロリー系ポリマーは揮発性成分が多くて急速に分解するため、高カロリー廃棄物系ポリマーが高温空気と接触すると、可燃性物質の温度が高くなるので、不完全燃焼のため、爆発的燃焼とともに煤煙が発生する。この際、前記気流調節装置１６の空気方向調節板１４が空気の回転方向（図面に図示）に対して、例えば１３５°の角度にあると、前記第１燃焼室１に下降する二次予熱高温空気の量が減少し、燃焼速度が遅くなるので、爆発的燃焼を防止する。また、前記第１燃焼室１内で完全燃焼していない物質は、前記第２燃焼室８内に供給された空気の量を増大させることにより、二次予熱高温空気により完全に燃焼する。
【００１３】
一方、前記気流調節装置１６の空気方向調節板１４が空気の回転方向に対して、例えば４５°の角度にあると、前記第１燃焼室１に供給される空気の量が増加し、前記第２燃焼室８に供給される空気の量が減少する。言い換えれば、燃焼速度、燃焼温度、及び時間当たり熱量を気流調節装置１６により制御することができる。
前記第１燃焼室１に供給された空気は、空気の連続回転による遠心力のため、前記第１燃焼室１の中心に分散しなく、前記第１燃焼室１の内壁と密着したままで回転しながら、燃料１７を貯蔵している燃料タンク６内に下降する。
【００１４】
この際、前記第１燃焼室１の高比重燃焼領域ｃ、低比重高温燃焼領域ｄ及び高温熱核領域から放射される熱により加熱された前記第１燃焼室１の内壁を冷却させると同時に、第３予熱高温空気ｂに変換される。
前記燃焼タンク６に供給された三次予熱高温空気ｂは高速で回転して燃料１７と混合され、その混合物は、前記第１燃焼室１の中心に移動されるに先立ち、混合点火燃焼領域ｆで燃焼される。この際、高温の原子又は分子は低比重高温燃焼領域ｄ、及び第１燃焼室１内で温度が最高である高温熱核領域２に移動され、高温及び高速で回転しながら下降するので、三次予熱空気ｂと燃料１７の混合物が完全燃焼する。
【００１５】
また、高比重の可燃性物質は三次予熱気流ｂよりは第１燃焼室１の中心に近接した高比重燃焼領域ｃに移動され、高温及び高速で回転し、十分に長い燃焼距離及び燃焼時間にわたって燃焼する。燃焼された可燃性物質は重量がほぼゼロまで大いに減少し、前記低比重高温燃焼領域ｄ及び前記高温熱核領域ｅに移動され高温及び高速で完全燃焼する。
【００１６】
ところで、前記低比重高温燃焼領域ｄ及び前記高温熱核領域ｅで熱分解しなかった可燃性物質はその重量により下降し、前記三次予熱気流ｂに移動されるので、可燃性物質が完全燃焼する。
前記第１燃焼室１で完全燃焼していない残留物は前記第２燃焼室８の前記気流調節装置１６を通して上昇する二次予熱高温気流により完全燃焼するとともに前記第２燃焼室８の内壁を冷却させるので、無公害燃焼ガスが排気槽７を通して放出される。
【００１７】
また、下部外槽４は前記燃料タンク６と前記下部外槽４間に空間が形成されるように前記燃料タンク６の外部に位置するため、前記送風機１１により吸入され前記燃料タンク６と前記下部外槽４間の空間を通過する冷却空気が燃料タンク６の外壁を冷却すると同時に燃料タンク６の熱を吸収して予熱される。
そのうえ、前記燃料タンク６と前記下部外槽４間の空間は吸入路として作用し、前記空間を通過する冷却空気は前記送風機１１内に供給される前に一次予熱されるため、大気から直接冷却空気を吸入する従来の送風機に比べ、送風機１１からの騒音が減少する。
【００１８】
廃ビニル、廃プラスチック、廃タイヤ及び廃油などの高カロリー廃棄物系ポリマーを本発明の遠心燃焼方法により焼却した結果、炉５０内の温度分布は、第２予熱空気ａの温度が１００〜２００℃、第３予熱空気ｂの温度が３００〜５００℃、混合点火燃焼領域ｆの温度が１０００〜１２００℃、高比重燃焼領域ｃの温度が１２００〜１４００℃、低比重高温燃焼領域ｄの温度が１３００から５００℃、高温熱核領域ｅの温度が１５００〜９００℃であった。
したがって、本発明は、低比重高温燃焼領域ｄ及び高温熱核領域ｅで熱分解した１３００℃以上の燃焼ガスのみを放出させるため、ダイオキシンの如く人間に致命的な有害物質を高温で完全に分解させることを特徴とする遠心燃焼方法を提供する。
【００１９】
以上説明したように、本発明は、別途の補助装置又は補助燃料なしで送風機により炉内に空気を供給し、空気の高速回転による遠心力を用いて炉内の空間を多数の燃焼領域に分割することにより可燃性物質を高温で完全燃焼させることができる遠心燃焼方法を提供する。本発明の遠心燃焼方法は、炉を特殊耐火材でなくて金属で製造しても、第１燃焼室の内外壁の周囲と燃料タンク及び第２燃焼室の内壁の周囲を高速で回転する予熱気流により熱が吸収され、燃料、第１及び第２燃焼室、及び上部及び下部外槽の過熱が防止されるため、高温及び高速燃焼に耐えられる従来の特殊バーナー、高圧酸素の供給、及び炉の壁を保護する耐火レンガなしで炉を永続的に使用できるという利点がある。
【００２０】
本発明のほかの利点は、構造が簡単で高温及び高速燃焼が実現できるため、本発明による炉のサイズ及び重量を従来の炉に比べて２倍以上に減少させることができ、通常焼却に適しない可燃性物質を迅速に焼却させることができ、ビニルハウス又は風呂屋で使用されるボイラが省エネルギーのため完全燃焼熱を再利用することができ、環境汚染を防止するため完全燃焼ガスを焼却炉から放出するためゴミ処理場の建設費及び運転費を節減することができることにある。
【００２１】
以上、本発明を例示的に説明したが、ここで使用した用語は本発明の限定でなくて説明のためのものである。前記教示に照らして多くの変形例及び修正例が可能であるので、本発明はここで具体的に説明したもの以外に、添付の特許請求範囲内で実施可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による炉の内部の気流を示す縦断面図である。
【図２ａ】 炉内の気流を示す、図１の線Ａ−Ａについての横断面図である。
【図２ｂ】 炉内の気流を示す、図１の線Ｂ−Ｂについての横断面図である。
【図２ｃ】 炉内の気流を示す、図１の線Ｃ−Ｃについての横断面図である。
【図２ｄ】 炉内の気流を示す、図１の線Ｄ−Ｄについての横断面図である。
【図３】 気流により分割された多数の燃焼領域を示す、本発明による炉の縦断面図である。
【図４ａ】 炉のａ部及びｇ部での予熱空気の流れを示す縦断面図である。
【図４ｂ】 炉のｂ部での予熱空気の流れを示す部分縦断面図である。
【図４ｃ】 炉のｃ部及びｆ部での排気の流れを示す部分縦断面図である。
【図４ｄ】 炉のｄ部での排気の流れを示す部分縦断面図である。
【図４ｅ】 炉のｅ部での排気の流れを示す部分縦断面図である。

Claims (6)

1. 燃料タンクの上部に位置する第１燃焼室と前記第１燃焼室を取り囲む外槽間に形成された空間に、前記外槽の下部に接線方向に連結された一つ以上の送風機を通して空気を供給して、前記空気が前記空間の内部での回転により予熱されながら上昇するようにする段階と、
   前記第１燃焼室と前記外槽間に形成された前記空間の上端まで上昇した気流の方向を調節して、前記空気の所要量が、前記送風機の連続的な空気供給により前記第１燃焼室の内壁と密着したままで回転することにより、前記第１燃焼室の内部で下降し、前記空気の残部が、前記送風機の連続的な空気供給により前記第１燃焼室の上部に位置する第２燃焼室の内壁と密着したままで回転することにより、前記第２燃焼室の内部でさらに上昇するようにする段階とを含んでなることを特徴とする炉内の気流を用いる遠心燃焼方法。
2. 請求項１において、前記方法は、前記燃料タンクと前記燃料タンクを取り囲む下部外槽間に形成された空間内の空気を、前記第１燃焼室と前記外槽間に形成された空間内に前記送風機を通して供給する前に予熱する段階をさらに含むことを特徴とする炉内の気流を用いる遠心燃焼方法。
3. 請求項１において、前記方法は、前記送風機の騒音を減少させるため、前記燃料タンクと前記下部外槽間に形成された空間を通して前記送風機に前記空気を吸入する段階をさらに含むことを特徴とする炉内の気流を用いる遠心燃焼方法。
4. 請求項１において、前記方法は、前記第１燃焼室と前記外槽間の空間の上部に位置する空気方向調節板と前記空気方向調節板に回転可能に結合された調節棒とからなる前記気流調節装置により、燃焼速度、燃焼温度、及び時間当たり所要熱量を調節する段階をさらに含むことを特徴とする炉内の気流を用いる遠心燃焼方法。
5. 円筒状の第１燃焼室と、
   前記第１燃焼室の上方に位置する円筒状の第２燃焼室と、
   前記第２燃焼室の上方に位置する円筒状の排気槽と、
   前記第１燃焼室の下部に位置する燃料タンクと、前記外槽と前記第１燃焼室間に空間が形成されるように前記第１燃焼室を取り囲む外槽と、
   空気を供給して前記第１燃焼室と前記外槽間に形成された空間内で回転しながら上昇するように前記外槽の下部に接線方向に連結された一つ以上の送風機と、
   前記上昇した気流の方向を調節するため、前記空間の上部に位置する一つ以上の気流調節装置とを含んでなることを特徴とする気流を用いる遠心燃焼炉。
6. 前記燃料タンクとの間に空間が形成されるように前記燃料タンクを取り囲む下部外槽と、前記第１燃焼室の下部の周囲に外向に位置して、前記外槽と前記第１燃焼空間に形成された空間と前記下部外槽と前記燃料空間間に形成された空間を分割するフランジと、前記下部外槽と前期燃料タンク間に形成された空間と前記送風機を連結する一つ以上の空気管とをさらに含むことを特徴とする請求項５記載の気流を用いる遠心燃焼炉。

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