JPH0350405A

JPH0350405A - 火炎電離材及びその応用

Info

Publication number: JPH0350405A
Application number: JP2057886A
Authority: JP
Inventors: Masaichi Kikuchi; 政市菊地
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1991-03-05
Also published as: US5123362A; EP0423359A1; EP0423359A4; WO1990012984A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は炭化水素の燃焼炎を電離（イオン化）せしめる
機能を有する材料及びこれの利用に関するものである。

本発明によれば、放電によることなく高温のプラズマ炎
を発生しうるので、例えば、産業廃棄物や大含水量の腐
敗物などの焼却、冶金、窯業など高温を必要とする産業
分野で有用である。

本発明の火炎電離材はまた、イオン推進エンジンのイオ
ン発生源や半導体としての利用も期待できる。

〔従来の技術〕

高温処理を必要とする産業分野における従来の高温発生
方法としてはプラズマが利用されているが、従来のプラ
ズマ発生方法は放電によるものであるから、基本的に大
電力が必要という問題のほか、プラズマ発生の為の手段
が複雑で高価という問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

叡上の状況に鑑みて、本発明は、放電によらずに高効率
でプラズマを発生させる手段を提供すること、さらに、
かくして発生する高温の典型的な利用の一つとして廃棄
物の迅速且つ効率的な焼却方法を提供することを目的と
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記第一の課題、即ち、放電によらずにプラズマを発生
させるという目的は、炭化水素の燃焼炎が接触したとき
、膣炎の少くとも一部を電ｎ＜イオン化）せしめる機能
を有する材料（以下「火炎電離材」という）により達成
される。第二の課題、即ち、放電によらずに高温を発生
する方法は、この火炎電離材に、炭化水素の燃焼炎を接
触せしめることにより達成される。

以下、本発明をさらに詳しく述べる。

本発明に係わる火炎電離材は、放射線の照射により比抵
抗に変化を来たす物質（以下「光活性物質」という）に
磁性体を配合してなる組成物を、酸化雰囲気中で焼結す
ることにより提供される。

ここで光活性物質としては、例えば、セレン、カドミウ
ム、チタニウム、リチウム、バリウム、タリウムなどの
単体、酸化物、硫化物、ハロゲン化物などの化合物が挙
げられる。また磁性体としては強磁性体（例、鉄、ニッ
ケル、コバルト及びその化合物）、常磁性体（例、マン
ガン、アルミニウム、スズ及びその化合物）及び反磁性
体（例、ビスマス、リン、銅、カルシウム、及びその化
合物）が用いられる。光活性物質に対する磁性体の配合
比は、重量比率で５〜４０％、好ましくは、８〜３０％
である。

この配合物は通常、結合材と混合され、ついで棒状、球
状など所望の形状に成形後焼結される。

結合材としては、クレー、炭酸カルシウム、酸化カルシ
ウム、カオリン、酸性白土など窯業で一般に用いられる
ものが適宜使用可能であり、その使用量は通常、上記配
合物のは７１〜２倍である。

成形体の焼結は、酸化雰囲気中、電場において１５００
℃以上、好ましくは１８００〜２０００℃で行なわれる
。焼成が進むとともに成形体は次第に電離機能を発揮し
始め、焼成雰囲気を電離させ、そのために焼成雰囲気の
温度が極めて高温になることが観察される。このように
、上記の材料は焼成するだけでもある程度分極し、火炎
電離材として用いることができるが、焼成時または焼成
後に分極処理を行って分極の程度を大きくすることが好
ましい。分極は高電圧下に相当時間置くことにより常温
でも達成することができる。高温下で電圧を印加すると
常温下よりも低い電圧で同等の分極を実現できる。分極
の程度は限定しないが、通常約５〜２０ｍＶが好ましい
。

本発明に係わる火炎電離材の第一の応用たる高温発生方
法は、上記の如くして構成される火炎電離材に、炭化水
素の燃焼炎を接触せしめることである。炭化水素として
は重油、灯油、アルコール類など通常の燃料はもちろん
、燃焼効率間上等を目的に水や石炭粉などを添加したも
のも用いられる。これら炭化水素の燃焼方法自体には格
別の工夫を必要とせず、燃焼に必要な酸素は通常空気と
して供給されるが、燃焼に必要な量より過剰の空気を供
給してやると電離材との接触効率が増大するので好まし
い。

本発明に係わる電離材との接触により、燃焼炎はイオン
化され、プラズマ状態を形成するが、該状態は比較的短
時間で消滅し、通常の中性炎に戻る。プラズマ状態を可
及的長時間安定化せしめるためには、燃焼炎に磁場を作
用させることが有効である。かくして持続した高温化が
実現される。

磁場としては高周波磁場を用い、回転磁場にすることに
より、容易に高エネルギー化をはかることができる。磁
場の強さは限定しないが、実用上、磁束密度１００００
　Ｇ以上、高周波は２０〜５０ＭＨｚが好ましい。これ
は燃焼して結合するＨ２Ｏ，ＣＯ７を電離させ、これら
の再結合をさせないようにするためで、Ｈ，０，ＣＯ２
の結合エネルギーより大きいエネルギーを与えるために
上記のような高周波磁場がよく、これ以上でもよいが経
済的でない。

また、この磁場作用に加えて、Ｘ線、アルファ線、ベー
タ線、ガンマ線、紫外線、赤外線、可視光線など（好ま
しくは赤外線以上のエネルギーを持つ放射線）を照射す
ると、火炎は一層電離し易くなり、かつ電離状態がより
安定化されるので、好ましい。

火炎電離材に燃焼炎を接触させる通常の方法は、燃焼炉
内に配置した火炎電離材に向けて火炎発生手段〈通常の
バーナーでよい）からの火炎を当てることであるが、別
の態様は、火炎電離材を内張すした火炎発生手段を用い
ることであり、かくして火炎は、火炎電離材と接触しつ
＼炉内に導かれる。

以上の説明かられかるように、本発明に係わる高温発生
方法を実施するための装置は、火炎電離材と炭化水素を
燃焼せしめて火炎を発生する手段を具備することが必須
であるが、工業的見地からは、磁気発生手段も具備し、
さらに、放射線照射手段をも具備することが好ましい。

上述の別の態様を実施するための装置は、内面に火炎電
離材を配設した火炎噴射筒を具備する。かＳる火炎発生
手段を具備する装置にあっては、燃焼炉中への火炎電離
材の配設を省略できる場合がある。以上本発明に係わる
火炎電離材とその典型的な利用として高温発生方法及び
装置を説明したが、以下、焼却炉を例に、図面によりさ
らに詳しく説明する。

第１図は本発明の火炎電離材１５を具備した焼却炉の縦
断面概念図である。即ち、焼却炉は円筒状耐火炉１から
なり、内部は下から順にプラズマ室２、準プラズマ室３
、中性炎室４をなし、各室の間には多孔のロスドル５．
６が設けられている。

すなわち、燃焼炎はプラズマ室２で火炎電材１５に接触
してプラズマ炎が形成されるが、このプラズマ炎は上昇
する間に準プラズマ室３ではほぼ準プラズマに、そして
中性炎室４ではほぼ中性炎になる。一方、焼却されるべ
き廃棄物は筒状耐火炉１の頂部の投入ロアから投下され
、中性炎室４で中性炎により乾燥、燃焼され、さらに準
プラズマ室３で準プラズマによりさらに高温で燃焼され
、プラズマ室２ではさらに高温となり、完全な燃焼が行
われる。炉底は焼却灰や不燃物を取り出す排出口８を有
するが、必要に応じて焼却灰を取り出すためにスクリュ
ウコンベアなどを設けてもよい。

なお、この図では廃棄物を炉頂部まで持ち上げるリフト
や、強制排気装置は省略しである。

第２図及び第３図にプラズマ室２の詳細を横断面図及び
縦断面図で示す。炉壁１１に３個のバーナー１２と３個
の電磁コイル１３がそれぞれ等間隔に配置されており、
バーナー１２はこの図では火炎が右回転するように配置
され、電磁コイル１３は鉄芯１４が炉壁１１内に埋約込
んである。バーナー１２の前方にはそれぞれ火炎電離材
１５が配置されている。この例ではバーナー１２及び火
炎電離材１５をそれぞれ３個配置したが、１個づつでも
よいし、またバーナーの向きも円筒の中心に向かっても
よい。バーナー１２は、重油又は灯油を燃料とし、燃料
と空気の混合気体を噴射するタイプの市販のものでよい
う第４図は第１〜３図の変形例で、特に魚類の臓物や腐
敗物など含水量の大きい廃棄物を焼却するのに適した焼
却炉である。この例も基本的には上記の例と同じである
が、中性炎室に脱水を行うために耐熱性金属製の収容船
２１を配置し、この収容船２１は多数の窓孔が設けられ
、駆動軸２２の周りを回転するべく、駆動軸２２の下端
部はカーボン製軸受２３で支持されている。このカーボ
ン製軸受２３は黒鉛と窒化珪素を７：３に混合し、アル
カリ性溶液で練り、無酸素状態下、約１８００℃で約１
０時間焼結したものをステンレス製のケーシングに収め
たものである。

収容船２１は臓物などの供給を受け、駆動軸２２に加わ
る回転トルクにより回転せられ、臓物の脱水と共に、窓
孔から分解された臓物を振り出すが、遠心力と比例して
臓物を振り出すので回転数の制御により下段への供給量
をコントロールすることができる。

第５図は火炎電離材と火炎との接触に関する別の実施態
様を説明する図である。内面に火炎電離材をライニング
してなる火炎噴射筒３１の内部の燃料噴射ノズル３２か
ら噴射される燃焼炎は、火炎電離材に接触して少なくと
も部分的に電離される。

また、燃料噴射ノズル３２の後方に配置された放射線管
（例えばＸ線管）３３からは放射線（Ｘ線）が照射され
る。さらに火炎噴射筒３１の周囲に等配された第１の電
磁コイル３４及び燃料噴射ノズル３２の後方に配置され
た第２の電磁コイル３５により高周波磁気が作用される
。これにより、火炎の電離が促進、安定化され、高エネ
ルギー状態が持続される。

第６図は第５図のバーナーを火炎噴射筒３１の噴射口側
から見た図である。このようなバーナーを第１〜３図の
バーナー１２として用いることができ、その場合には焼
却炉中の火炎電離材１５を省略することもできる。

また、第７図は第５図の装置の変形例で、燃料噴射ノズ
ル３２、放射線管（例えばＸ線管）３３の後方にシロッ
コファン３６を有する。この火炎発生装置は小型のバー
ナータイプであるので、これを第１図または第４図のバ
ーナーとして簡易に用いることができる。

第８図は電子線発生装置の例で、４１は陰極、４２は陽
極、４３は制御グリッド、４４は収束コイノペ４５は偏
向コイルであり、陰陽極間に１５〜３０ｋＶの電圧を印
加し、収束コイル４４、偏向コイル４５に通電して前面
より高速電子線を放出する。この電子線発生装置として
は市販のテレビのブラウン管を用いてもよい。また、Ｘ
線放射管は市販されているので、容易に入手できる。

〔作　用〕

本発明に係わる火炎電離材に炭化水素などの燃焼炎を接
触させると、膣炎は電離されてプラズマ状態が形成され
、然らざる場合に比して遥かに高温が実現される。これ
に磁場を作用せしめるとプラズマ状態は安定的に持続す
る。かくして、放電の手段によることなく、例えば３０
００〜４０００℃の如き高温が達せられる。

〔実施例〕

以下実施例によりさらに詳しく本発明を説明するが、本
発明はか−る実施例により制限されるものではない。

実施例１〜６各種の光活性物質、磁性体、結合材を種々の比率（重量
比）で混合、棒状に成形して常法により焼結し、本発明
の火炎電離材を得た。

市販のバーナーを用い重油を燃料として発生せしめた火
炎をこの火炎電離材に接触せしめ、その温度を光温度計
で測定した結果を第１表に示す。

実施例７実施例１の火炎電離材を装着した第１図の焼却炉に、中
規模病院から人手した医療廃棄物（包帯、脱脂綿などの
繊維類、手袋、チューブなどのゴム類、注射器、ホース
などのプラスチック類、ガラス瓶、注射針、缶などの金
属等が混入）を投入し、焼却試験を行なったところ第２
表の結果が得られた。比較例は火炎電離材を使用しない
場合である。

第２表　医療廃棄物の焼却試験実施例８実施例２の火炎電離材を装着した第４図の炉に、冷凍状
態の魚臓物約１０ｋｇを投入したところ、瞬時にして多
量の水蒸気等が発生、僅かの灰分を残して完全に焼失し
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のプラズマ利用炉のように大電力
（放電）を必要とすることなく、通常の燃料を用いて簡
易な方法で通常の燃焼炎（中性炎）よりもはるか高温を
得ることができる。従って、焼却その他高温が必要な用
途に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の方法による焼却炉を示す概略図、
第４図はその変形例を示す概略図、第５〜６図は本発明
の方法に用いるバーナーの概略図、第７図はその変形例
を示す概略図、第８図は電子放射管を説明する概略図で
ある。１・・・円筒状耐火炉、　　２・・・プラズマ室、３・
・・準プラズマ室、　　４・・・中性炎室、５６・・・
ロストノベ訃・・排出口、１２・・・バーナー１４・・・鉄芯、１６・・・支持体、２２・・・駆動軸、３１・・・噴射筒、３３・・・放射線管（Ｘ線管）３４　、３５・・・電磁コイル、３７・・・ケーシング、４２・・・陽極、４４・・・収束コイル、Ａ・・・温度測定箇所。７・・・投入口、１１・・・炉壁、１３・・・電磁コイル、１５・・・接触電離材、２１・・・収容箱、２３・・・カーボン製軸受、３２・・・燃料噴射ノズル、３６・・・シロッコファン、４１・・・陰極、４３・・・制御グリッド、４５・・・偏向コイル、虎却炉（１）第図第図屍却炉（２）第図５バーナー（１）第５図バーカー（１）第図

Claims

【特許請求の範囲】１、放射線の照射により比抵抗に変化を来たす物質と磁
性体物質との配合物を成形し、これを酸性雰囲気中で焼
結してなる火炎電離材。２、請求項１に記載の火炎電離材に、炭化水素の燃焼炎
を接触させ、さらに磁場を作用せしめることを特徴とす
る高温発生方法。３、請求項１に記載の火炎電離材に、炭化水素の燃焼炎
を接触させると共に磁場を作用せしめ、かつ該炎に放射
線を照射することを特徴とする高温発生方法。４、炭化水素に対して過剰の酸素を供給して前記燃焼を
行う請求項２又は３記載の高温発生方法。５、請求項４記載の方法により発生する高温により廃棄
物を燃焼させる焼却方法。６、燃料を燃焼させて火炎を発生せしめる火炎発生手段
と、該火炎が接触する位置に配設された請求項１の火炎
電離材と、該火炎に磁気を作用させる磁気発生手段とを
具備することを特徴とする高温発生装置。７、さらに放射線発生手段を具備する請求項６記載の高
温発生装置。８、耐火性材料から構成された筒状体の内面に請求項１
の火災電離材がライニングされており、該筒状体の内部
に燃焼炎噴射ノズルと磁気発生手段とを具備する高温発
生装置。９、前記筒状体中に、さらに放射線発生手段を具備して
なる請求項８記載の高温発生装置。