WO1988010399A1 - Incinerateur a micro-ondes - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

電子焼却装置

技術分野

5 本発明はマイ ク ロ波装置と燃焼装置とを組み合わせた超高温 で生ごみを清潔に焼却できる電子焼却装置に関するもので、 こ れによ つて生ごみの不潔さ ，腐敗 ，汚れの問題も解決でき 、 と くに下水道の設備の完備していない別荘のよ う な所での生ごみ の処理、 あるいは病院やバイ オ研究者の危険汚物の処理に使用 i o されるものである。

背景技術

一般に生ごみを処理するためには、 これまでデイ スボーザ と よばれる回転刃で粉砕し、 下水に流して処理する装置が用い られている。

1 5 このディ スポ ザ は構造が単純る反面、 排水の中に多量の 固形分を排出するため、 下水道の誥ま i?を起こ しやすく 、 環境 汚染の問題からこのよ う 装置の使用を禁止している国もある また、 病院 ， 研究機関等では衛生上の理由で生ごみの一般処理 は厳重に禁じられている。

0 これに対して、 燃焼式処理装置は有機物を完全に分解するの で衛生的るものである。 この方法では燃料をバ ナで燃焼し、 その燃焼熱で生ごみを焼却して処理するため処理残量を著 しく 減少させ、 病原菌などを完全に死滅させるという特徴があるが そのために構造が複雑で、 装置が大型に 、 発煙や発臭など 5 を起こ しやすく 、 環境汚染を生じる どの大き な欠点がある。 • これにたいして、 電気を用いる方法では小型で扱いやすく制 御性のよい装置が可能となる。 しかし電気を用いた方式であつ ても抵抗線を用いたヒータ加熱方式では焼却温度がひく く十分 な焼却ができ 。 したがつて殺菌はできても生ごみを完全に

5 灰にすることができにくいので実用的ではない。 これに対して マイク口波を用いた方法は高温で焼却ができるため生ごみ処理 が完全に行える特徵を持つものである。 しかしマイク口波焼却 方式では発生する火炎が異常に高温と ¾ 、 異常燃焼や装置の 破損が生じやすいため、 燃焼装置に併用することが難しい。 こ l O のためマイクロ波をもちいた装置は一般に普及してい ¾い。

発明の開示

本発明の目的は小型で簡単 構成で、 ごみを焼却する際の発 煙や発臭を抑えた、 環境汚染を起こさない処理装置を提供する ものである。

1 5 上記本発明の目的は 下の構成によ！）達成される。 すなわち 本発明は、 被燃焼物を収納する 1 次燃焼室と、 前記 1 次燃焼室 に燃焼用の空気を供給する手段と、 前記 1 次燃焼室と導波管を つう じて連結されるマイク口波発生源と、 前記 1 次燃焼室の下 流に設けられた 2次燃焼室と、 前記 2次燃焼室に設けられた着

20 火手段と、 前記 1 次燃焼室と前記 2次燃焼室の間に設けられた マイクロ波遮蔽板と、 前記マイクロ波遮蔽板に開口するガス通 過部を有するものである。

本発明は上記のように構成してお]?マイ クロ波で生ごみを乾 燥して、 高熱量の燃料とした後に、 マイク口波で有機物を分解

25 して完全燃焼させるため、 燃焼温度が高いものである。 また燃 焼量のコ ン ト ロ ー ノレ性がよ く 、 マイ ク ロ波の制御でガス分解量 を迅速に増減することができ、 燃焼時の空燃比が一定化できる ため最適燃焼温度が保たれる。

さらに気化成分が く った炭化物はマイ ク ロ波によ って放

5 電スパーク をおこ し、 このスパークが炭素化した生ごみを燃焼 させる。 しかも生ごみはカ リや、 ナ ト リ ウ ムのよ うるプラ ズマ 化しやすい成分を含むため、 この火炎は容易にマイ ク ロ波を受 信し高温プラズマにるる。 この作用で生ごみは完全に燃えつき、 不燃性の極少量の灰だけが残る。

i o このよ うに本発明の構成によれば、 生ごみを完全に燃焼して、 異常過大燃焼や臭気、 あるいは装置の汚れによる衛生上の問題 の い装置を実現するという 目的を達成できる。

図面の簡単る説明

第 1 図は本発明の電子焼却装置の一実施例の断面図である。

1 5 発明を実施するための最良の形態

第 1 図は本発明の一実施例をしめす断面図で、 第 ¹ 図にお いて 1 は被燃焼物である生ごみ ²の収納室である。 収納室 ¹ の前部にはレー ノレによって前後に摺動可能 ¾扉 3が設けられ ている。 生ごみ 2は収納室 1 に設けられた皿状の 1 次燃焼室 0 4に入れられる。 この 1 次燃焼室 4は扉 3に固定されている。

また炭化珪素， ジノレコ ニァのよ う マイ ク ロ波吸収体 ⁶が ¹ 次燃焼室 4の底部に断熱材 5を介して設けられている。 また 収納室 1 の上部の開ロ アはマグネ ト ロ ン ⁸の発信部と導波管 9で連通している。

5 また、 収納室 1 の上部に設けられた上蓋 ¹ Oには空気孔^{1 1} が設けられている。 この空気孔 1 1 へ燃焼用空気は、 送風機 1 2 およびダンパー ^{1 3}によって供給されている。 上蓋 1 Oの略中 央にガス導入孔¹ 4が設けてある。 収納室 1 の下流には、 ガス 導入孑し 1 4と連通しているガス通過部 1 5， 着火ヒータ 1 6と、 および燃焼孔¹ 7を有する ²次燃焼室 1 8が設けられている。 ガス通過部 1 5はマイクロ波の波長の 4分の 1 ^下の怪で、 長 さが波長の 4分の ¹ ¾上の筒状で、 ガスは通過可能であるがマ ィ ク口波は透過しない構成である。 またガス通過部 1 5 ¾外の 2次燃焼室 1 8と 1 次燃焼室 4の間はマィク口波遮蔽板 1 9で 完全に仕切られている。 2次燃焼室の燃焼孔 1 7に前記送風機 1 2 よ ])燃焼空気が送られている。 2次燃焼室 1 8下流には触 媒 2 Oおよび排気孔 2 1 , 排気希釈部 2 2がおかれている。 ま た²次燃焼室^{1 8}の側壁の燃焼孔¹ 7の上流にヒータ 2 3が設 けてある。 また 2次燃焼室の上部に燃焼温度を検出する燃焼温 度検出部 2 4が設けてある。 そして、 このように構成された装 置をケース 2 5で覆う ようにしてお )、 装置の側部をケース 2 5 に固定している。

以上にのべた構成の本発明の動作を以下に説明する。

扉³を前方に引き出すことによ ]?、 1 次燃焼室 4は前方に取 ]9出すことが出来る。 生ごみ²は 1 次燃焼室 4に入れられ再び 収納室 1 にセッ トされる。

次にマグネ ト ロ ン 8の発信， 送風機 1 2の運転によ って乾燥 を開.始する。 2 4 5 O MH zのマイク 口波は導波管 9から、 マィ ク 口波透過性のセ ラ ミ ツ ク織維で作られている断熱性の上蓋 1 O を通過し、 収納室 1 上部と 1 次燃焼室 4で形成されるマイ ク口 波共振空間に高い電界を作る。 このマイ ク ロ波は ^{1 2} ^の波長 をも ち、 ガス通過部 1 5は径が 3 CM 下と しているため、 この ガス通過部 1 5から出ていかるい。 またマイ ク ロ波は金属壁で 反射するので、 ほとんど生ごみ² 中の水分に吸収されるもので ある。 このため生ごみ 2は急速に乾燥する。 また同時にマイ ク 口波吸収体 6 も生ごみ 2の乾燥進行と と もに、 マイ ク ロ波を吸 収し始め高温化していく 、 このマイ ク 口波吸収体 6の熱で生ご み 2は 1 次燃焼室 4の底部からも乾燥していく。 水分が く るとマイ ク ロ波は生ごみ ₂を加熱しはじめて、 生ごみ 2 を分解 したガスを発生させる。 このガスはガス通過部 1 5を通過して 2次燃焼.室 1 8に入る。 ²次燃焼室 ^{1 8}に設けた着火ヒータ ^{1 6} は 2次燃焼室 1 8のガス濃度が徐徐に濃く 可燃ガス と ¾る と きに着火させる。

着火までの間、 1 次燃焼室 4で発生した水分は 2次燃焼室 1 8 を通って排出される。 この時、 2次燃焼室 1 8が水分を含んで いると、 ガス通過部 1 5 にススづま ] を起こした ]9、 大きな水 の潜熱のため着火不良や燃焼温度の低下， 臭気の発生を引き起 こす。 と く に着火部分は濡れると低温になると と もに、 分解ガ スの相対濃度を低く して着火しにく く なる。 本発明ではこの生 ごみ 2の乾燥期間の間、 ヒータ 2 3で空気を熱し、 この空気を 2次空気管 2 5を介 して搬送し、 着火部， 2次燃焼室 ^{1 8}全体 が水で濡れるいよ う加熱している。 同時にヒータ ^{2 3}は触媒 20 をその活性化温度に畀温し、 臭気の発生を防止して'いる。 また、 2次燃焼室 ^{1 8}の火炎は ¹ 次燃焼室 ^{1 8}で発生した分解ガスが 上方 （ ²次燃焼室 ¹ 8 ) に吹き出ているためガス通過部 ^{1 5}で 一 ら一

• 消炎し、 ¹ 次燃焼室 4にはいらない。 この消炎効果を高めるた め、 ガス通過部 1 5に金網や多孔体を設けても良いものである。

2次燃焼室 1 8で燃焼が行 ¾われるときには燃料である生ご み²がすでに乾燥しているので、 触媒は水分で被毒されず活性

5 は維持され臭気の発生はない。

分解ガスの 2次燃焼室 1 8での燃焼中は燃焼温度検出部 2 4 で燃焼量を検出しマイクロ波をコ ン ト口ーフレし、 この 2次燃焼 室 1 8の燃焼能力を超す燃焼量に增加しないように抑制してい

Ι Ο このとき、 1 次燃焼室 4には 2次燃焼室 1 8に対して 1 から 1 O %のあいだの燃焼用空気が送られている。 この範囲以下の 空気量では、 発生した分解ガスが 2次燃焼室 1 8に搬送されに く く、 臭気が収納室 1 から外に出た！）する。 またこの範囲（ 1 〜 1 0 % ) よ ])多ければ¹ 次燃焼室 4の生ごみ 2が生ごみ自身

1 5 の燃焼熱で分解し、 マイクロ波のコ ン ト ロ ーノレによる燃焼量の 制御ができなぐなる。

マイクロ波はマイク口波遮蔽板 1 9で遮られ、 高温燃焼して いる 2次燃焼室 ¹ 8に入ら いようにしている。 火炎は高温で ィォン化しているので、 マイク口波を受けるとプラズマ状態に

20 な ])、 極端 ¾高温になるが、 2次燃焼室 1 8ではこのようなこ とは起こらず、 機器の構成材料が溶けることはるい。 一方、 1 次燃焼室はマイク口波が照射されているが、 生ごみ 2が気化成 分を分解している時は、 前述のように空気量が制限されるため 高温の火炎は少なく、 極端に大きなプラズマは発生し い。 し

25 たがつて機器の構成材料破壤は起こらない。 また、 分解ガスの燃焼中にガス通過部 ^{1 5} がス スでつま ら ¾ いよ うに、 筒状の先端を ²次燃焼室 ^{1 8}にのぞませてお ]3、 ガ ス通過部 1 5が 2次燃焼室 1 8の熱で高温に維持されるため、 ガ ス通過部 1 5に付着したス スを焼却できる。

5 本発明は気化 しゃすい成分をこの よ う る方式でガス化し燃焼 させるが、 生ごみ 2が炭化してい くに従いガスの発生は弱ま つ てい く。

この状況を燃焼温の変化で判断し、 ダ ンパ ー ^{1 3}を操作して 多量の空気をこの炭化物におく つて灰化燃焼にはいる。 この燃 i o 焼温の変化は生ごみ 2が気化成分を失う と、 火炎が²次燃焼室

1 8から下方の 1 次燃焼室 4に移行するため顕著に現れる。 こ の状態以降は生ごみ ²がすでに分解ガスを失 つているので、 ¹ 次燃焼室 4に多量の空気を送っても過大燃焼せず、 表面燃焼で ある炭化燃焼が始ま 炭化物が赤熱する。

1 5 このよ うる状態で、 マグネ 卜 口 ン 8のマイ ク 口波は生ごみ ² の炭化した部分に放電を発生し、 かつ火炎はプラズマ状態と ¾ つてこの炭素の燃焼を促進している。

同時にマイ ク 口波吸収体 6 もマイ ク 口波を受けて高温化しこ の燃焼を助ける。 特に、 炭化物が減少した灰化時の最後はこの 0 マイ ク ロ波吸収体 ⁶の熱で燃焼を継続させている。 ¹ 次燃焼室 4の底面と断熱材、 あるいは空気層をかいしてこのマイ ク ロ波 吸収体 6を設け、 この熱が ¹ 次燃焼室 ⁴の外に逃げることを防 止している。

このよ う ¾マイ ク ロ波吸収体 6の材料は、 高温で高いイ オ ン 5 伝導性を示す炭化珪素 ，窒化珪素 ， ジルコニァと くにィ ッ ト リ • ァを添加したジルコニァが好まし 。 これらは耐熱性， 対腐食 性が高 のみならず、 乾燥.時は比較的低温のためマイクロ波を 吸収しにく く、 水分の多い状態で生ごみ 2を焦がすことがない。 一方、 灰化時はマイクロ波を吸収しやすいため高温化し燃焼温 5 度を維持する性質をもっからである。

この灰化時に、 1 次燃焼室 4は最も高温となる。 ここで本発 明では上蓋 1 Oの上部に¹ 次燃焼用の多量の空気を送っている ので上蓋 1 Oの高温化が防止されている。

アル ミ ナ， シリ 力等の耐火セラ ミ ックで作られた上蓋 1 Oが l O 高温化すると、 この材料のイ オン伝導性を高め、 マイクロ波の 透過を妨害するとともに、 上蓋¹ oがマイク口波の吸収で高温 と 破壌するからである。

このように構成 ·操作される本発明で、 臭気がでにくい理由 . は次のとう )である。

1 5 1 次燃焼室⁴の内部で発生するガスはほとんど未燃成分で臭 とともに、 極めて重 ものである。 - 発生するガスは重合して分子量が大きいこともあるが、 ミ ス ト状であるので、 空気にたいして 5 〜 ¹ 2倍重い。

このように重いガスを外部に漏らすことなく軽い燃焼用空気 0 で²次燃焼室 ¹ 8に搬送できるようにしたものである。 すなわ ち収納室¹ の燃焼用空気で 1 次燃焼室 4を与圧してガスの流出 を防止し、 ¹ 次燃焼室⁴の内部で空気が.ガスを包むように空気 を周辺からいれて、 ガスが中央上部のガス導入孔 1 4から出る ようにしている。 この構成では重いガスは下に溜るか、 あるい

²⁵ は 1 次燃焼室⁴の中央を上昇してガス導入孔 1 4にいく しかな いので、 1 次燃焼室 4の上部と上蓋 ¹ Oのすきまからガスは出 にくい。

また、 1 次燃焼室 4の内部は極めて高温と ¾る。 特に灰化時 の燃焼熱が加わる と 1 O O O度近い温度に達する。 この熱の放

5 射は 1 次燃焼室 ⁴の上部のよごれ、 上蓋 ¹ Oのよごれをすベて 消すものである。

産業上の利用可能性

以上のよ うに本発明は、 マグネ ト 口 ンを設けた ¹ 次燃焼室と、 1 次燃焼室から出て く るガスを燃焼する焼却器からなる ²次燃

】o 焼室 とを複合化したため、 超高温で生ごみを清潔に焼却でき、 生ごみの不潔さ， 腐敗， 汚れの問題も解決でき、 その実用上の 価値は大¾ るものがある。

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Claims

. 請 求 の 範 囲

. 被燃焼物を収納する 1 次燃焼室と、 前記 1 次燃焼室に燃焼 用の空気を供給する手段と、 前記 1 次燃焼室と導波管をつう じ て連結されるマイクロ波発生源と、 前記 1 次燃焼室の下流に設

5 けられた²次燃焼室と、 前記 2次燃焼室に設けられた着火手段 と、 前記 1 次燃焼室と前記 2次燃焼室の間に設けられたマイク »波遮蔽板と、 前記マイ ク口波遮蔽板に開口するガス通過部を 有する電子焼却装置。

2 . 請求の範囲第 1項において、 2次燃焼室の燃焼空気経路に t o ガス通過部と、 着火手段を加熱するヒータを設けた電子焼却装 l o

3 . 請求の範囲第 1 項において、 ガス通過部を筒状とし、 その 内径をマイクロ波の波長の X以下、 その長さをマイクロ波の波 長の ½以上とし、 その先端を 2次燃焼室に突出せしめた構成の

1 5 電子焼却装置。

4 . 請求の範囲第¹ 項において、 ¹ 次燃焼室を皿状の容器とし、 前記¹ 次燃焼室の上方に設けたマイ ク口波透過性の上蓋を通し て、 厨芥にマイクロ波を照射する構成とし、 前記上蓋に設けた ガス導入孔が 2次燃焼室と連通する構成の電子焼却装置。

20 5 . 請求の範囲第 1項において、 2次燃焼室に燃焼温度検出部 を設け、 前記燃焼温度検出部の信号によ って、 マイクロ波の出 力と燃焼用の空気量の制御を行う電子焼却装置。

6 . 請求の範囲第 1 項において、 1 次燃焼室の底部にマイクロ 波吸収体を設けた電子焼却装置。

25 ァ。 請求の範囲第 6項において、 1 次燃焼室の底部と、 マイク 口波吸収体の間に断熱層を設けた電子焼却装置。 '

8 . 請求の範囲第 6項において、 マイ ク ロ波吸収体がジル コ ァ， 炭化珪素， 窒化珪素のいずれかを含む電子焼却装置。