JPS6127095B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は焼却灰・下水スラツジ・メツキスラツ
ジ等廃棄物で、粉状体・塊状体またはその混合物
の処理方法および装置に関し、特にこれらの物質
をマイクロ波加熱と通電加熱を併用して加熱溶融
する方法および装置に関する。

従来、焼却灰・下水スラツジ・メツキスラツジ
等廃棄物で、粉状体・塊状体またはその混合物の
処理方法としては、そのまま投棄するか、または
セメントやアスフアルト中に混入固化して投棄す
る方法がとられている。しかしそのまま投棄した
場合は、有害物質の流出、雨水による汚泥化、風
による飛散等により環境を破壊し、またセメント
やアスフアルト中に混入固化して投棄した場合で
も、セメントやアスフアルトによる体積の増加に
伴なう用地難、および経年変化によるクラツク等
により、有害物質の流出等環境破壊になり、共に
公害化しつつある。

そのため、最近粉状体・塊状体またはその混合
物であるこれらの廃棄物を溶融固化して投棄また
は保管する方法が検討されつつある。しかしこれ
ら粉状体等は熱伝導が悪いため外部加熱では莫大
な熱量を要し、しかも溶融炉は必要以上の高温と
しなければならないため、断熱材も必要となり、
溶融炉の保守も大変で実用的でない。そこでマイ
クロ波による加熱溶融が検討されている。これら
粉状体等は誘電体損が大きいためマイクロ波加熱
には適しており、しかも中心部から加熱されるた
め、溶融炉の温度はあまり上がらず、また溶融体
のまわりの未溶融の粉状体等は、溶融炉への断熱
材となるとともに、次の溶融体となるための予熱
をも兼ねることができ、非常に効率良く加熱溶融
することができる。

このマイクロ波加熱溶融は、これら粉状体等の
加熱溶融には、外部加熱に比べ圧倒的に効率良く
実用的になるものであるが、認点としてマイクロ
波発生器として普通使用されるマグネトロンのマ
イクロ波への変換効率が60〜75％台と低いこと、
マグネトロンは熱陰極を利用した真空管であるた
め寿命に限界があること等の理由のためコストア
ツプになるという欠点がある。

本発明は、これら焼却灰等な常温付近において
は誘電体に近い性質をもつため比抵抗は相当大き
く、アルカリイオンの含有量でバラツキが大きい
ものの大略10¹⁰〜10²⁰Ωcm程度である反面、温度
を上げていくに従い抵抗値が連続的に下がり1400
℃程度になると100〜３Ωcmになることに着目し
て、マイクロ波加熱溶融と通電加熱溶融とを併用
した加熱溶融方法および装置を提供するもので、
その目的は被加熱材の比抵抗の大きいときは、マ
イクロ波加熱で昇温し、温度が上がつて比抵抗が
小さくなつたら通電により更に溶融状態まで昇温
することにより、マイクロ波加熱を節約しできる
だけ電力を効率良く使うとともに、マイクロ波発
生器であるマグネトロンの寿命を伸ばして溶融に
要する費用を安価にすることにある。以下図面に
より詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例である溶融装置で、１
はマイクロ波供給口、２はマツチング機構、３は
マイクロ波共振器としたマイクロ波溶融炉、４は
粉状体等被加熱材、５はホツパ、６はスクリユー
フイーダー、７は溶融物、８はマイクロ波溶融炉
の溶融物流出口、９は通電式加熱溶融炉、１０は
耐火レンガ等の炉壁、１１，１１′，１２，１
２′，１３，１３′はモリブデン等で作つた電極、
１４は通電式加熱溶融炉の溶融物流出口である。
この装置を動作するには、まずマイクロ波溶融炉
の流出口８をガラス状にした固形物で閉塞し、粉
状体等の被加熱材４をマイクロ波溶融炉３に投入
しマイクロ波電力を供給口１から導入する。この
マイクロ波溶融炉３はTM₀₁nモードで共振するよ
う設計されている。TM₀₁nモードは円形溶融炉の
軸方向にマイクロ波の電界成分を有し、中心軸部
分で最大電界が生じ、管壁で電界が０となり、軸
方向に沿つて電界の強さが周期的に変化するモー
ドである。従つてマイクロ波供給口１から溶融炉
３内にマイクロ波を導入し、マツチング機構２を
調整して溶融炉３内で共振するようにすると、第
６図に電気力線を示すような電界分布となる。こ
のマツチング機構２は本実施例では金属棒を溶融
炉３上面から突込長を調整できるようにして溶融
炉３内で共振し反射波ができるだけマイクロ波発
振器の方に反射しないようにするためのもので、
金属棒でなくても金属の筒状のものでもよく、ま
た溶融炉３に付属したCRチユーナやスタブチユ
ーナでもよい。このような構成になつているため
マイクロ波溶融炉３の底面中央部から急速に加熱
され、溶融状態になると流出口８から次々と落下
し電極１１，１１′の間に充満され更には電極１
２，１２′，１３，１３′の間も充満されるように
なる。第１図のように、溶融物を流動させようと
するときはその途中の適当な間隔に複数個の電極
を設ける必要がある。前述のごとく粉状体等の被
加熱材は常温では10¹⁰〜10²⁰Ωcmと非常に高抵抗
で通電できる状態ではないが、1400℃程度になる
と100〜３Ωcm程度と適当な抵抗値となるため通
電ができ、そのジユール熱で加熱することができ
る。一度通電加熱することができるようになれ
ば、その加熱された物質からの熱伝導により未溶
融の被加熱材も昇温して次々と通電加熱溶融する
ことができ、マイクロ波電力は中止したりあるい
は弱くしたりすることができる。

いま第１図のように、マイクロ波溶融炉３の底
面を溶融物流出口１４の位置とほぼ同等にしてお
けば連通器となり、焼却灰等の被加熱材は比重が
小さく、焼却灰や下水スラツジ等で約0.2〜0.3で
あるのに対し溶融したガラス状物質の比重は約
3.1と大きく、未溶融の被加熱材の重さは殆んど
無視できるため溶融が余り進行しないときは溶融
物の位置が流出口１４の位置と同じになつて流出
しなくなり、溶融が順調に進めば次々と溶融物が
流出する。ガラス工業のように被加熱材が一様の
割合の調合比をもつた粉末の場合は一度通電加熱
溶融できるようになれば通電加熱のみで安定して
加熱溶融を続けることができるが、焼却灰等廃棄
物の場合は成分、粒度等がバラツキコンスタント
に加熱溶融が続かない場合がある。このような場
合、流出口１４からの流出が少なくなつたときは
マイクロ波電力を供給して補助加熱することによ
り通電加熱の効果も上げることができる。このよ
うにして溶融物の量が多くなれば流出口１４から
の溶融物の流出が安定して行なわれ、そのときは
マイクロ波は停止または弱くでき、これを自動的
に行なえるようにすれば廃棄物等の処理でも通電
加熱を主体にして行なえ大量の処理には特に効果
がある。

上記例ではマイクロ波溶融炉を１個の例で説明
したが、複数個設ければ一層大量の加熱溶融をす
ることができるし、また通電加熱式溶融炉の大き
さにより電極の間隔が異なりそのときは印加電圧
を変えれば良いし、通電電極は溶融物の量・種類
等により、通電加熱式溶融炉内の適当な位置に適
当個数設ければ良い。

第２図は本発明の他の実施例である溶融装置
で、１〜１１は第１図の場合と同じで、１５はマ
イクロ波溶融炉流出口の開閉機構、１６は通電加
熱式溶融炉の蓋、１７は被加熱材の第２投入口、
１８は通電加熱式溶融炉流出口の開閉機構であ
る。この装置も動作原理としては第１図の場合と
同じでマイクロ波溶融炉３により加熱溶融された
溶融体（半溶融状態で良い）を、開閉機構１５を
開いて通電加熱式溶融炉９に落下させ、その昇温
した被加熱材を更に通電加熱により完全な溶融状
態にして加工し易い温度にし、随時流出口１４か
ら開閉機構１８を開いて取り出し加圧成形に資す
るものである。この場合も通電加熱できるように
なればマイクロ波供給は中止し、マイクロ波溶融
炉の流出口８から適宜未加熱の被加熱材を通電加
熱式溶融炉９に投入するようにしても良いし、マ
イクロ波溶融炉の流出口８は閉じておいて図のよ
うに別に被加熱材の第二投入口１７を設けて、そ
こから投入しても良い。以上のように本装置は比
較的粒度が一定で一度通電加熱が可能となれば、
マイクロ波は中止して連続的に通電加熱ができる
ものに適し、また溶融物を成形したい場合等大量
の同一温度の溶融物を必要とする場合に適する。

第３図および第４図は本発明の他の実施例であ
る溶融装置で、第４図は第３図のＡ−A′断面図
である。１〜８、１５は第１図、第２図の場合と
同じで、１９，１９′は通電加熱のための電極、
２０は冷却水、２１はマイクロ波溶融炉３のチヨ
ーク機構で、電気的にはマイクロ波溶融炉３と電
極１９，１９′は絶縁とし、マイクロ波的にはマ
イクロ波溶融炉３を連結するものである。２２は
耐火レンガで、マイクロ波溶融炉３と電極を電気
的に絶縁すると共に電極１９，１９′からの熱伝
導を防ぐものである。２３は電極１９，１９′に
電圧を印加する電源である。この装置では通電加
熱式溶融炉をマイクロ波溶融炉と共用したもの
で、電極１９，１９′をマイクロ波溶融炉３の下
側中心部でマイクロ波加熱し易い部分に設けたも
のである。本装置でマイクロ波加熱を始めると急
速に電極間部分が加熱され通電加熱が可能とな
り、通電加熱ができるようになれば前述の例と同
じくマイクロ波を中止または弱くしても連続的に
溶融を続けることができ、被加熱材の粒度等異常
を生じたときはマイクロ波も印加でき、溶融物は
適宜開閉機構１５を開いて取り出すことができ便
利である。またこの装置では溶融装置の運転を中
止したい時には、被加熱材の投入をやめてマイク
ロ波加熱も併用し溶融炉内の被加熱材を全て溶融
し排出することにより、溶融物の固化時に膨脹係
数の差による電極の破損等の事故もなく、再度運
転する時もマイクロ波加熱で容易にでき、通電電
極では不可能とされた間欠運転も可能となる。

第５図は本発明の更に他の実施例の溶融装置で
符号は第３図の場合と同じである。本装置はマイ
クロ波溶融炉３の下側をオーブン形式とした例
で、溶融炉３の底面中央部に電界集中をさせるの
ではなくオーブン内を均一に加熱させるもので急
速加熱溶融はできないが広範囲に加熱でき、オー
ブン内に設置した電極により通電できる状態にな
れば前述のごとく連続的に通電加熱が可能となり
マイクロ波電力は必要な時のみ供給すれば良くな
り、大量の加熱溶融をするのに適する。

尚、上記各実施例ではいずれも単相の例をとり
電極を図示してあるが、三相の場合でも同様にで
きることは言うまでもない。またいずれの場合も
溶融物中に金属成分が含まれていると金属が下に
沈み電極をシヨートする恐れがあるので、金属が
析出するような被加熱材を加熱溶融する装置とし
ては通電加熱式溶融炉の底に電極を配置すること
のないよう注意しなければならない。

以上説明したように本発明によれば、粉状体等
被加熱材の温度が低く比抵抗の大きい時はマイク
ロ波誘電体損を利用してマイクロ波加熱をし、温
度が上がつて比抵抗が小さくなつたら商用交流に
よる通電加熱を利用し、更にはまた通電加熱中に
被加熱物の異常により通電加熱の能率が落ちた時
はマイクロ波加熱も併用するというように、両者
併用の加熱が可能となりマイクロ波加熱は適宜中
止できる。そのためマイクロ波発生源であるマグ
ネトロンの寿命によるコストアップ、マイクロ波
変換の効率低下（60〜75％）による電力のコスト
アツプ等を最小限にとどめることができ、安価で
効率の良い加熱溶融をすることができるため粉状
体等廃棄物の処理方法に実用可能となり大いに効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である溶融装置の断面
図、第２図は本発明の他の実施例である溶融装置
の断面図、第３図は本発明の更に他の実施例であ
る溶融装置の断面図、第４図は第３図のＡ−
A′断面図、第５図は本発明の更に別の実施例で
ある溶融装置の断面図、第６図は溶融炉を共振さ
せたときの溶融炉内の電界分布を示す図である。 １……マイクロ波供給口、２……マツチング機
構、３……マイクロ波共振形溶融炉、４……被加
熱材、７……溶融物、９……通電加熱式溶融炉、
１１，１１′，１２，１２′，１３，１３′，１
９，１９′……電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波供給口とマツチング機構とを具備
   しマイクロ波共振器としたマイクロ波溶融炉と、
   被加熱材を介して相対する一組または二組以上の
   電極を内蔵する通電加熱式溶融炉とを併設し、該
   被加熱材である焼却灰またはスラツジの粉状体・
   塊状体またはその混合物が順次移動されながら加
   熱されることを特徴とする粉状体・塊状体または
   その混合物の加熱溶融装置。 ２ マイクロ波溶融炉の溶融物流出口に接して通
   電加熱式溶融炉を配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の粉状体・塊状体またはそ
   の混合物の加熱溶融装置。 ３ マイクロ波溶融炉の一部と通電加熱式溶融炉
   の一部を共有して配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の粉状体・塊状体またはそ
   の混合物の加熱溶融装置。 ４ マイクロ波溶融炉の溶融物流出口に接近して
   通電式加熱溶融炉を配置したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の粉状体・塊状体または
   の混合物の加熱溶融装置。