シャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法
【課題】簡便な構造を用いてシャフト型炉内での原料の分布を改善する。
【解決手段】炉体１１と、炉体１１の頂部に設けられる原料投入装置１００とを備えるシャフト型炉１０は、原料投入装置１００が、同一の中心軸Ｃの回りに設けられる外筒１１０および内筒１２０と、内筒１２０の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段１２１と、外筒１１０と内筒１２０との間に第２原料を供給する第２原料供給手段１６１と、外筒１１０と内筒１２０との間に設けられ、第２原料を滑降させる螺旋状シュート１３０と、螺旋状シュート１３０を中心軸Ｃを中心として回転させる回転機構１４０とを含むことを特徴とする。
【解決手段】炉体１１と、炉体１１の頂部に設けられる原料投入装置１００とを備えるシャフト型炉１０は、原料投入装置１００が、同一の中心軸Ｃの回りに設けられる外筒１１０および内筒１２０と、内筒１２０の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段１２１と、外筒１１０と内筒１２０との間に第２原料を供給する第２原料供給手段１６１と、外筒１１０と内筒１２０との間に設けられ、第２原料を滑降させる螺旋状シュート１３０と、螺旋状シュート１３０を中心軸Ｃを中心として回転させる回転機構１４０とを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法に関し、特に、炉内での原料の分布を改善するためのシャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフト型炉は、竪型の炉の上部から原料を投入し、炉の下部にあるバーナ部から空気や酸素などの反応助剤を吹き込んで反応させる炉である。かかるシャフト型炉の例としては、銑鉄を製造する高炉が知られているが、近年では、廃棄物焼却炉、溶融炉、または熱分解炉などにシャフト型炉が用いられることも多くなっている。
【０００３】
例えば、熱分解炉では、炉の上部から投入された原料が、バーナ部から吹き込まれた空気や酸素などの反応助剤によって熱分解反応し、熱分解ガスと炭化物とになる。投入された原料は、炉内に堆積する。堆積した原料中に、バーナ部から吹き込まれる反応助剤が拡散することによって、熱分解反応が進行する。熱分解反応で発生した熱分解ガスは、堆積した原料中を上昇して、炉の上部から回収される。一方、熱分解反応で発生した残渣である炭化物は、炉の底部から回収される。
【０００４】
上記の熱分解炉のようなシャフト型炉では、反応の進行に従って原料が炉の下方に移動し、その上に順次新たな原料が投入されることによって、継続的な操業が可能になる。そのためには、反応助剤や熱分解ガスなどの気体が堆積した原料中に均一に拡散および上昇し、堆積した原料中で均一に反応が進行することが望ましい。
【０００５】
ところが、炉内に堆積する原料の分布が偏ると、原料中の気体の拡散および上昇にも偏りが生じ、結果として炉内の反応の進みに差が生じる。そうすると、原料の下方への移動にも差が生じ、原料の分布の偏りが加速度的に拡大して、結果として操業の継続が困難になる場合もある。そのために、炉内での原料の分布を制御する技術が開発されており、例えば、特許文献１には、シャフト型炉の一種である高炉において、原料を投入するために炉頂部に設けられるシュートを回転および傾斜が自在な構造とすることによって、原料の投入位置を水平方向に自由に移動させ、炉内での原料の分布を高い精度で制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２９０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のように、シャフト型炉は、高炉だけではなく、焼却炉、溶融炉、または熱分解炉などに用いられることも多くなっている。このようなシャフト型炉には、粒度や比重、形状（滑らかな形状や角ばった形状など）、表面の性状（硬い、柔らかい、べたついているなど）などの性質が異なるさまざまな原料が投入される。原料には、例えば、都市ゴミ、廃プラスチック、廃タイヤ、木質系バイオマス、コークスなどが含まれる。これらの原料は、種類が違う場合だけではなく、種類が同じ場合でも、例えば廃プラスチックの包装容器とビニール袋のように性質が異なる場合があり、全体として多種多様な性質を有する。本願発明者らは、このような原料の多様性のためにシャフト型炉において生じうる問題に着目した。
【０００８】
図８は、従来のシャフト型炉である熱分解炉１において、粒度の異なる原料が炉頂部から投入された状態を示す図である。この場合、図示されているように、粒度がより小さい原料が炉の中心部に、粒度がより大きい原料が炉の周縁部に、それぞれ偏って堆積する傾向がある。このような偏りは、様々な要因によって発生するが、一般的には各原料の安息角が異なることの影響が大きく、安息角が異なる原料を同時に投入した結果、原料が炉内で偏って堆積することが多い。一般に、原料の安息角は、粒度がより大きい原料ではより小さく、粒度がより小さい原料ではより大きくなる。従って、原料が堆積する際には、粒度がより大きい原料が炉の中心から外側に流れる傾向がある。
【０００９】
また、原料の形状（滑らかな形状や角ばった形状など）、または表面の性状（硬い、柔らかい、べたついているなど）によって、原料の流動性が異なる。そのため、流動性が高い原料（滑りやすく、安息角がより小さい）ほど、炉の周縁部に偏って堆積する傾向がある。
【００１０】
このように、炉内での性質の異なる原料の分布が偏った結果生じる問題として、例えば、堆積した原料の中に、気体が通りやすい部分と通りにくい部分とが生じるという問題がある。粒度の異なる原料がそれぞれ偏って堆積している場合、粒度がより大きい原料が偏って堆積している部分の方が、原料間の隙間が大きくなるため気体が通りやすい。この状態で、バーナ部から反応助剤を吹き込んで原料を熱分解反応させると、反応助剤や熱分解ガスは、粒度がより大きい原料が偏って堆積しているために気体が通りやすい炉の周縁部に集中して流れる。そうすると、炉の周縁部では熱分解反応が進む一方で、粒度がより小さい原料が偏って堆積しているために気体が通りにくい炉の中心部では熱分解反応が進みにくくなり、原料の分布の偏りがさらに拡大する結果、熱分解反応の安定的な継続が困難になる場合がある。
【００１１】
また、炉内での原料の分布が偏った結果生じる問題として、反応の生成物の分布が偏る結果、生成物が固着するという問題がある。この点について、本願発明者らは、木質バイオマス、廃プラスチック、および廃タイヤの混合物を原料として、図８を参照して説明した従来の熱分解炉１を用いて試験を実施した。熱分解炉１の断面積は０．９（ｍ２）、バーナ部から炉頂部までの高さは４（ｍ）である。原料を一部燃焼させて反応温度を維持するために、バーナ部からは酸素および水蒸気が吹き込まれる。本試験において熱分解炉１に投入された原料を、以下の表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
図９および図１０は、上記の試験の結果を示す図および写真である。試験では、熱分解反応による熱分解ガスの発生が不安定になることが確認された。図９は、試験後に熱分解炉１の炉内の炭化物を回収した状態を示す図である。図示されているように、試験後、バーナ部付近の炉体にクリンカが固着していることが確認された。このときのクリンカの写真を図１０に示す。分析の結果、原料の中で粒度が最も大きい廃タイヤが熱分解炉１の周縁部に偏って堆積した状態で熱分解反応が進行した結果、廃タイヤに含まれるワイヤによってクリンカが固着成長することがわかった。熱分解ガスの発生が不安定になったのは、このクリンカによって炉内での原料の下方への移動が阻害された結果、熱分解反応が不安定になったためである。
【００１４】
以上のような、原料の分布の偏りによって生じる弊害を防止するために、上記の特許文献１に記載のような可動式のシュートを用いた原料投入方法は有効であり、実際、高炉においては広く採用されている。しかしながら、特許文献１に記載された可動式のシュートは、回転および傾斜という複数の動作を自在にするために複雑な構造を有している。例えば焼却炉、溶融炉、または熱分解炉のようなシャフト型炉は、高炉のように大型ではないため、空間上の制約から複雑な構造を設けることが難しい場合が多い。また、さほど大型でない炉に複雑な構造を設けることは、経済性の観点からも合理的とはいえない。さらに、本願発明者らが着目している上記の問題の原因となる原料の分布の偏りは、例えば炉の中心部および周縁部といったような、炉内の領域単位での偏りである。それゆえ、この問題を解決するために、特許文献１に記載のように炉内での原料の分布を高い精度で制御することは必ずしも必要ではない。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡便な構造を用いてシャフト型炉内での原料の分布を改善することが可能な、新規かつ改良されたシャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炉体と、炉体の頂部に設けられる原料投入装置とを備えるシャフト型炉であって、原料投入装置は、同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、外筒と内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、外筒と内筒との間に設けられ、第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、螺旋状シュートを中心軸を中心として回転させる回転機構とを含むことを特徴とするシャフト型炉が提供される。
【００１７】
上記シャフト型炉において、螺旋状シュートは、外筒に連結され、回転機構は、外筒を中心軸を中心として回転させることによって螺旋状シュートを回転させてもよい。
【００１８】
上記シャフト型炉において、原料投入装置は、螺旋状シュートの内縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含んでもよい。
【００１９】
上記シャフト型炉において、螺旋状シュートは、内筒に連結され、回転機構は、内筒を中心軸を中心として回転させることによって螺旋状シュートを回転させてもよい。
【００２０】
上記シャフト型炉において、原料投入装置は、螺旋状シュートの外縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含んでもよい。
【００２１】
上記シャフト型炉において、ガイド手段は、中心軸の回りに設けられる円筒部材からなってもよい。
【００２２】
上記シャフト型炉において、螺旋状シュートは、外筒および内筒の両方に連結され、回転機構は、外筒または内筒を中心軸を中心として回転させることによって螺旋状シュートを回転させてもよい。
【００２３】
上記シャフト型炉において、第１の原料は、第２の原料よりも粒度が大きい原料であってもよい。
【００２４】
上記シャフト型炉において、第１の原料は、第２の原料よりも安息角が小さい原料であってもよい。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、シャフト型炉の炉体の頂部に設けられる原料投入装置であって同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、外筒と内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、外筒と内筒との間に設けられ、第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、螺旋状シュートを中心軸を中心として回転させる回転機構とを備ることを特徴とする原料投入装置が提供される。
【００２６】
また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、上記原料投入装置を用いて第１原料および第２原料を前記炉体の内部に投入する原料投入方法であって、第１原料を内筒の内側に供給し、回転機構を用いて螺旋状シュートを回転させながら、第２原料を外筒と内筒との間に供給して螺旋状シュート上を滑降させることを特徴とする原料投入方法が提供される。
【００２７】
上記構成によれば、第１原料が内筒の内側を通過し、第２原料が外筒と内筒との間を通過して螺旋状シュート上を滑降する。従って、安息角がより小さい原料を、第１原料として内筒の内側から炉の中心に投入することができる。また、第１原料よりも安息角が大きい原料を、第２原料として外筒および内筒の間から第１原料の外側に投入することができる。それゆえ、第１原料が炉の外側に流れ、周縁部に偏って堆積するのを防ぐことができる。また、第２原料を滑降させるための螺旋状シュートを回転させる構造は、例えば回転および傾斜が自在な構造に比べると簡便である。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、簡便な構造を用いてシャフト型炉内での原料の分布を改善することができる。従って、性質が異なる原料が投入されるシャフト型炉内での反応を安定して継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱分解炉の模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置における原料の投入位置について説明するための模式的な上面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置における原料の投入経路について説明するための模式的な斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図８】従来のシャフト型炉の例を示す図である。
【図９】従来のシャフト型炉における試験結果を示す図である。
【図１０】従来のシャフト型炉における試験結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
（第１の実施形態）
まず、図１〜４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３２】
（熱分解炉の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱分解炉１０の模式的な縦断面図である。図１を参照すると、本実施形態に係るシャフト型炉である熱分解炉１０は、略円筒状の炉体１１を有する炉である。炉体１１の頂部には、原料投入装置１００が設けられる。原料投入装置１００は、原料の投入方向に炉体１１を貫通する円筒状の外筒１１０と、外筒１１０の内側にある内筒１２０とを含み、内筒１２０の内側から第１原料を、内筒１２０と外筒１１０との間から第２原料を、それぞれ炉内、すなわち炉体１１の内部に投入する。原料投入装置１００によって炉内に投入されて堆積した第１原料および第２原料は、熱分解反応によって熱分解ガスと炭化物および残渣とになる。熱分解ガスは炉体１１の上部から回収され、炭化物および残渣は炉体１１の底部から回収される。炉体１１の下部のバーナ部からは反応助剤として空気または酸素の一方または両方、および水蒸気、あるいは燃焼排ガスなどが吹き込まれる。なお、図１では省略されている要素を含む原料投入装置１００の詳細な構成については後述する。
【００３３】
第１原料および第２原料は、それぞれ異なる粒度分布を有する原料である。以下、本明細書では、粒度分布の代表値を単に「粒度」とする。本実施形態において、第１原料および第２原料は粒度が異なる原料であり、第１原料の粒度は第２原料の粒度よりも大きい。ここで、原料の安息角は、一般的に粒度がより大きい原料ではより小さく、粒度がより小さい原料ではより大きくなる。従って、本発明を実施しない場合には、熱分解炉１０の炉内に投入された第１原料および第２原料が堆積する際には、粒度がより大きい第１原料が炉の中心から外側に流れ、炉の周縁部に偏る傾向がある。
【００３４】
しかし、熱分解炉１０では、原料投入装置１００によって投入されるとき、第１原料は炉の中心に、第２原料をその外側にそれぞれ位置している。つまり、第１原料と第２原料とは、堆積する際に生じうる偏り（第２原料が炉の中心部に、第１原料が炉の周縁部に）とは逆に偏った状態で投入される。従って、投入された各原料が堆積する際に、第１原料がいくらか外側に流れても、投入時の位置によって相殺されて、第１原料が炉の周縁部に偏って堆積した状態には至らない。従って、熱分解炉１０では、粒度の異なる原料が投入された場合でも、原料が粒度ごとに偏って堆積しにくく、熱分解反応を安定的に継続させることが可能になる。
【００３５】
ここで、第１原料および第２原料は、上記のように粒度が異なる原料には限られない。例えば、第１原料および第２原料は、安息角が異なる原料であり、第１原料の安息角が第２原料の安息角よりも小さくてもよい。この場合でも熱分解炉１０を用いることによって、第１原料が炉の周辺部に偏って堆積することを防ぎ、熱分解反応を安定的に継続させることが可能になるという効果が得られる。
【００３６】
なお、第１原料および第２原料の組み合わせの具体例としては、第１原料が廃タイヤ切断物または廃プラスチックの固形物であるＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）、第２原料が木質バイオマス破砕物またはフラフ状の廃プラスチックという組み合わせがある。また、例えば、第１原料が大型廃棄物の破砕物または袋状廃棄物、第２原料が一般廃棄物であってもよい。このように、第１原料と第２原料とは、ＲＰＦとフラフ状の廃プラスチックとのように同じ物質であってもよく、また異なる物質であってもよい。また、第１原料および第２原料は、廃棄物のような複数の物質の混合物であってもよい。
【００３７】
さらに、第１原料および第２原料について、装置上の特性や炉内の反応状態の特性によってシャフト型炉内の中心付近の気体の流れが速くなりすぎるような場合には、上記の例とは逆に、第１原料として粒度がより小さい原料を投入し、これによって気体の流れを制御して炉内の反応を安定化することも可能である。
【００３８】
（原料投入装置の構成）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置１００の模式的な縦断面図である。以下、図２を参照して、原料投入装置１００の各部について説明する。
【００３９】
外筒１１０は、原料の投入方向に延びており、炉体１１の頂部にある開口を貫通する。外筒１１０は、中心軸Ｃの回りに設けられる。外筒１１０は、ハウジング１６０の天井面および炉体１１の開口端部に設けられる支持シール部材１６４ａ，１６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。第２原料は、外筒１１０の上方に設けられたスクリューコンベア１６２によって外筒１１０の内側に投入され、外筒１１０と内筒１２０との間を通過して炉内へと落下する。外筒１１０の内側面には、第２原料を滑降させる螺旋状シュート１３０が連結される。また、外筒１１０には、フランジ状のギヤ１１０ｇが設けられる。ギヤ１１０ｇは、回転機構１４０のギヤ１４５と噛合し、ギヤ１４５から伝えられる回転によって外筒１１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。なお、外筒１１０を回転させる駆動機構として、上記のギヤ機構に代えて、例えばチェーン駆動方式やベルト回転方式など各種の駆動機構が用いられてもよい。
【００４０】
内筒１２０は、中心軸Ｃの回りに設けられ、外筒１１０の内側に位置する。内筒１２０は、ハウジング１６０の天井面を貫通して上方に突出し、ハウジング１６０の天井面に固定される。内筒１２０の上部は、内筒１２０の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段１２１を形成する。第１原料供給手段１２１は、図示しないホッパーまたはコンベアなどの搬送手段を含んでもよい。第１原料供給手段１２１によって供給された第１原料は、内筒１２０の内側を通過して炉内へと落下する。第１原料供給手段１２１は、シール弁１２２ａ〜１２２ｄを含み、内筒１２０を通って炉内に至る空間と外部空間との間を遮断する。シール弁１２２によって、炉内の熱分解ガスの大気中への漏出、および大気の炉内への混入が防止される。なお、シール弁１２２は、必ずしも４つの弁によって構成されなくてもよく、必要に応じて他のシール構造が採用されうる。
【００４１】
螺旋状シュート１３０は、外筒１１０と内筒１２０との間に設けられ、外筒１１０と内筒１２０との間の中空円筒状の空間を周回しながら下降する滑降面１３０ｓを形成する。螺旋状シュート１３０は、上記の中空円筒状の空間を、水平方向に少なくともほぼ１周している。第２原料は、外筒１１０と内筒１２０との間の中空円筒状の空間を通過して炉内へと落下する過程で、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓに衝突し、そこから螺旋状シュート１３０の下端まで滑降面１３０ｓ上を滑降する。螺旋状シュート１３０の外筒１１０側の端部は、外筒１１０に連結される。それゆえ、螺旋状シュート１３０は、外筒１１０の回転に従って、外筒１１０の中心軸Ｃを中心として回転する。また、螺旋状シュート１３０の内筒１２０側の端部にはガイド手段１５０が連結される。
【００４２】
回転機構１４０は、モータ１４１、減速機１４２、駆動軸１４３、支持部材１４４、支持シール部材１６５、およびギヤ１４５を含む。回転機構１４０には、従来の回転機構として知られている各種の構成を適用することが可能である。ハウジング１６０の外部に設けられたモータ１４１の回転駆動によって生じた回転は、同じくハウジング１６０の外部に設けられた減速機１４２によって減速されて駆動軸１４３に伝えられる。駆動軸１４３は、ハウジング１６０の天井面の開口を貫通して、ハウジング１６０の内部のギヤ１４５に回転を伝える。駆動軸１４３は、ハウジング１６０の天井面の開口端部に設けられる支持シール部材１６５と、炉体１１上に設けられる支持部材１４４によって回転可能に支持される。ギヤ１４５は、外筒１１０のギヤ１１０ｇと噛合しており、ギヤ１４５の回転はギヤ１１０ｇに伝えられて外筒１１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。回転機構１４０では、さらに、モータ１４１の回転数を制御する制御部（図示せず）を設けることによって、原料投入量の変化などに合わせて外筒１１０の回転速度を変化させることが可能である。
【００４３】
ガイド手段１５０は、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓを滑降する第２原料が、滑降面１３０ｓから内筒１２０側に落下することを防ぐために、螺旋状シュート１３０の内縁に沿って、螺旋状シュート１３０に連結して設けられる。ガイド手段１５０は、例えば螺旋状シュート１３０の内筒１２０側の端部から所定の高さだけ直立するように設けられる螺旋状の部材であってもよい。しかし、ガイド手段１５０は、図示されているように、中心軸Ｃの回りに設けられ、螺旋状シュート１３０の内縁の全体をカバーする円筒部材からなることが好ましい。この理由については後述する。
【００４４】
ハウジング１６０は、炉体１１上に、外筒１１０および回転機構１４０の駆動軸１４３、支持部材１４４、支持シール部材１６５、およびギヤ１４５を包含する空間を形成する。ハウジング１６０の一部は、外筒１１０と内筒１２０との間に第２原料を供給する第２原料供給手段１６１を形成する。第２原料供給手段１６１は、図示しないホッパーまたはコンベアなどの搬送手段を含んでもよい。第２原料は、第２原料供給手段１６１に含まれるスクリューコンベア１６２によって外筒１１０の内側にあたる位置まで水平方向に搬送され、そこから外筒１１０と内筒１２０との間に供給される。なお、スクリューコンベア１６２は、第１原料の投入経路と、第２原料の投入経路との干渉を防ぐために設けられる。それゆえ、スクリューコンベアに代えて、プッシャを用いた搬送装置など他の搬送装置が設けられてもよい。さらには、例えば外筒１１０と内筒１２０との間隔が大きく、第１原料の投入経路と第２原料の投入経路とが干渉しないような場合には、スクリューコンベア１６２は必ずしも設けられなくてよい。さらには、第２原料供給手段１６１は、シール弁１２２ａ〜１２２ｄと同様のシール弁１６３ａ〜１６３ｄを含み、外筒１１０を通って炉内に至る空間と外部空間との間を遮断する。なお、シール弁１６３も、必ずしも４つの弁によって構成されなくてもよく、必要に応じて他のシール構造が採用されうる。
【００４５】
さらに、ハウジング１６０の天井面には外筒１１０の上端部を支持する支持シール部材１６４ａが設けられ、ハウジング１６０の内側の炉体１１の開口端部には外筒１１０の中間部を支持する支持シール部材１６４ｂが設けられる。支持シール部材１６４は、外筒１１０の荷重を負担するとともに外筒１１０を中心軸Ｃを中心として回転可能に支持し、さらに、外筒１１０を通って炉内に至る空間と、外筒１１０の外側のハウジング１６０の内部空間との間を遮断する。なお、外筒１１０の荷重は、支持シール部材１６４ａまたは支持シール部材１６４ｂのいずれかまたは両方によって負担されうる。支持シール部材１６４によって、機械構造が設置されたハウジング１６０の内部空間への熱分解ガスの漏出が防止される。また、駆動軸１４３が貫通するハウジング１６０の天井面の開口の端部には、駆動軸１４３を支持する支持シール部材１６５が設けられる。支持シール部材１６５は、駆動軸１４３を回転可能に支持するとともに、ハウジング１６０の内部空間と外部空間との間を遮断する。
【００４６】
（原料の投入経路）
図３および図４を参照して、外筒１１０および内筒１２０によって、第１原料が熱分解炉１０の中心に、第２原料がその外側に投入される仕組みについてさらに説明する。
【００４７】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置１００における原料の投入位置について説明するための模式的な上面図である。図３を参照すると、第１原料は、内筒１２０の内側を落下する。一方、第２原料は、スクリューコンベア１６２によって水平方向に搬送された後、スクリューコンベア１６２の端部から外筒１１０と内筒１２０との間に落下する。落下した第２原料は、螺旋状シュート１３０上を滑降する。
【００４８】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置１００における原料の投入経路について説明するための模式的な斜視図である。図４を参照すると、第１原料は、内筒１２０の内側を落下する。一方、第２原料は、外筒１１０と内筒１２０との間に落下した後、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓに衝突し、そこから螺旋状シュート１３０の下端まで滑降面１３０ｓ上を滑降する。その後、第２原料は、螺旋状シュート１３０の下端の位置から炉内へと落下する。つまり、第２原料が原料投入装置１００から炉内に投入される位置は、螺旋状シュート１３０の下端の位置になる。
【００４９】
ここで、上述のように、螺旋状シュート１３０は中心軸Ｃを中心として回転しているため、螺旋状シュート１３０の下端の位置も中心軸Ｃを中心として回転している。従って、第２原料が原料投入装置１００から炉内に投入される位置は、螺旋状シュート１３０の回転によって中心軸Ｃの回りを周回する。それゆえ、外筒１１０を介して螺旋状シュート１３０を回転させながら、スクリューコンベア１６２によって連続的に第２原料を投入することによって、第２原料を第１原料の外側を周回するようにして順次投入することが可能になる。
【００５０】
なお、例えば、図示された例のように、螺旋状シュート１３０が、外筒１１０と内筒１２０との間の中空円筒状の空間を水平方向にほぼ１周している場合、第２原料は、最大で外筒１１０の上端から螺旋状シュート１３０の下端近くまで自由落下することになる。このような場合に、第２原料が滑降面１３０ｓから内筒１２０側に落下して螺旋状シュート１３０と内筒１２０との間に噛み込まれたりすることを防ぐためには、ガイド手段１５０が、螺旋状シュート１３０の内縁の全体をカバーする円筒部材であることが好ましい。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態は、熱分解炉１０の構成および原料の投入経路については、第１の実施形態とほぼ同一であるため、詳細説明を省略する。
【００５２】
（原料投入装置の構成）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る原料投入装置２００の模式的な縦断面図である。以下、図５を参照して、原料投入装置２００の各部について説明する。
【００５３】
外筒２１０は、原料の投入方向に延びており、炉体１１の頂部にある開口を貫通する。外筒２１０は、中心軸Ｃの回りに設けられる。外筒２１０は、炉体１１の開口端部に設けられる支持シール部材１６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。外筒２１０の内側面には、第２原料を滑降させる螺旋状シュート１３０が連結される。螺旋状シュート１３０は、回転内筒２２０ｂにも連結されており、外筒２１０は、螺旋状シュート１３０を介して回転内筒２２０ｂから伝えられる回転によって、中心軸Ｃを中心として回転する。
【００５４】
内筒２２０は、いずれも中心軸Ｃの回りに設けられる固定内筒２２０ａと回転内筒２２０ｂとが回転自由に連結されたものである。固定内筒２２０ａは、図示しない支持手段によって回転内筒２２０ｂの上方に固定され、支持シール部材２２３を介して回転内筒２２０ｂと連結される。固定内筒２２０ａの上部は、第１原料供給手段１２１を形成する。回転内筒２２０ｂは、外筒２１０、ならびにハウジング２６０の中間床２６６および天井面の各開口を貫通して上方に突出する。回転内筒２２０ｂは、固定内筒２２０ａとの連結部の支持シール部材２２３、ならびにハウジング２６０の天井面および中間床２６６の各開口端部に設けられる支持シール部材２６４ａ，２６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。
【００５５】
なお、回転内筒２２０ｂと、回転内筒２２０ｂに連結される螺旋状シュート１３０および外筒２１０とについて、これらの部材の荷重は、構造上、回転機構１４０から回転駆動を受けるギヤ２２０ｇの近くで負担されることが好ましく、例えば、支持シール部材２６４ａまたは支持シール部材２６４ｂのいずれかまたは両方によって負担されることが好ましい。
【００５６】
また、回転内筒２２０ｂおよび回転内筒２２０ｂに連結された外筒２１０は、支持シール部材２２３，２６４ａ，２６４ｂ，１６４ｂの４つによって水平方向（回転方向）に支持されている。そのため、上記の支持シール部材のうちの２つ、例えば支持シール部材２２３および支持シール部材２６４ｂでは支持部分の隙間を大きくし、各支持点が互いに干渉しあうことなく滑らかな回転を行えるようにすることが望ましい。
【００５７】
また、回転内筒２２０ｂの、ハウジング２６０の中間床２６６と天井面との間の部分には、フランジ状のギヤ２２０ｇが設けられる。ギヤ２２０ｇは、回転機構１４０のギヤ１４５と噛合し、ギヤ１４５から伝えられる回転によって回転内筒２２０ｂを中心軸Ｃを中心として回転させる。なお、回転内筒２２０ｂを回転させる駆動機構として、上記のギヤ機構に代えて、例えばチェーン駆動方式や回転方式など各種の駆動機構が用いられてもよい。
【００５８】
ハウジング２６０には、中間床２６６が設けられる。中間床２６６上には、回転機構１４０の支持部材１４４が設けられる。中間床２６６を設けることによって、回転内筒２２０ｂを回転させるギヤ２２０ｇを大型化させることなく、外筒２１０の内側にある回転内筒２２０ｂに回転を伝えることが可能になる。
【００５９】
また、ハウジング２６０の天井面および中間床２６６の各開口端部には、いずれも回転内筒２２０ｂの中間部を支持する支持シール部材２６４ａ，２６４ｂが設けられる。これらの支持シール部材２６４は、回転内筒２２０ｂを中心軸Ｃを中心として回転可能に支持する。支持シール部材２６４ａは、中間床２６６の上部空間と外部空間との間を遮断する。支持シール部材２６４ｂは、中間床２６６よりも下の、外筒２１０を通って炉内に至る空間と、中間床２６６よりも上の機械構造が設置された空間との間を遮断する。
【００６０】
本実施形態において、第１原料は、第１原料供給手段１２１によって内筒２２０の内側に供給され、固定内筒２２０ａ、次いで回転内筒２２０ｂの内側を通過して炉内へと落下する。一方、第２原料は、第２原料供給手段１６１によって外筒２１０と回転内筒２２０ｂとの間に供給される。落下した第２原料は、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓに衝突し、そこから螺旋状シュート１３０の下端まで滑降面１３０ｓを滑降する。
【００６１】
なお、本実施形態に係る原料投入装置２００では、第１の実施形態におけるガイド手段１５０に相当する部材は設けられない。螺旋状シュート１３０が外筒２１０と回転内筒２２０ｂとの両方に連結され、第２原料が滑降面１３０ｓから落下するのを防ぐためである。
【００６２】
（変形例）
本実施形態の変形例として、回転内筒２２０ｂにギヤ２２０ｇを設ける代わりに、外筒２１０に第１の実施形態におけるギヤ１１０ｇと同様のギヤ２１０ｇを設け、回転機構１４０によって外筒２１０を回転させてもよい。この場合、回転機構１４０の配置は図２において示された配置と同様になるため、中間床２６６が省略されうる。なお、外筒２１０については、図２と類似の支持シール材の構成となる。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態は、熱分解炉１０の構成および原料の投入経路については、第２の実施形態とほぼ同一であるため、詳細説明を省略する。
（原料投入装置の構成）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る原料投入装置３００の模式的な縦断面図である。以下、図６を参照して、原料投入装置３００の各部について説明する。なお、原料投入装置３００は、ガイド手段３５０を含み、外筒３１０が炉体１１に固定されている点において、図５を参照して説明した原料投入装置２００とは異なっている。
【００６４】
外筒３１０は、原料の投入方向に延びており、炉体１１の頂部にある開口を貫通する。外筒３１０は、中心軸Ｃの回りに設けられる。外筒３１０は、炉体１１に固定されている。第２原料は、外筒３１０と回転内筒２２０ｂとの間を通過して炉内へと投入されるが、第２原料が通過する空間と外筒３１０との間にはガイド手段３５０が介されているため、ガイド手段３５０が設けられている部分では、第２原料は外筒３１０の内側面には接触しない。
【００６５】
ガイド手段３５０は、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓを滑降する第２原料が、滑降面１３０ｓから外筒３１０側に落下することを防ぐために、螺旋状シュート１３０の外縁に沿って、螺旋状シュート１３０に連結して設けられる。ガイド手段３５０は、例えば螺旋状シュート１３０の外筒３１０側の端部から所定の高さだけ直立するように設けられる螺旋状の部材であってもよい。しかし、ガイド手段３５０は、図示されているように、中心軸Ｃの回りに設けられ、螺旋状シュート１３０の外縁の全体をカバーする円筒部材からなることが好ましい。理由は、上述したガイド手段１５０の場合と同様である。
【００６６】
（第４の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第４の実施形態は、熱分解炉１０の構成については第１の実施形態とほぼ同一であるため、詳細説明を省略する。
【００６７】
（原料投入装置の構成）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る原料投入装置４００の模式的な縦断面図である。以下、図７を参照して、原料投入装置４００の各部について説明する。なお、原料投入装置４００は、図２を参照して説明した原料投入装置１００の外筒１１０の外側に、追加外筒４１０を設け、第１原料および第２原料に加えて、外筒１１０と追加外筒４１０との間から第３原料を投入するものである。
【００６８】
第３原料は、第１原料および第２原料とは粒度が異なる原料であり、第２原料の粒度は第３原料の粒度よりも大きい。つまり、粒度の大小関係は、第１原料＞第２原料＞第３原料となる。従って、本発明を実施しない場合には、熱分解炉１０の炉内に投入された第１原料、第２原料および第３原料が堆積する際には、第１原料＞第２原料＞第３原料の順で、炉の中心から外側に流れ、炉の周縁部に偏る傾向がある。なお、第１原料、第２原料、および第３原料は、必ずしも粒度が異なる原料でなくてもよく、例えば安息角などが異なるために上記のような傾向を示す原料であってもよい。
【００６９】
そこで、原料投入装置４００は、第１原料を炉の中心に、第２原料をその外側に、第３原料をそのさらに外側に投入する。つまり、第１原料、第２原料、および第３原料は、堆積する際に生じうる偏りの向きとは逆に偏った状態で炉内に投入される。従って、投入された各原料が堆積する際に、第２原料が外側に流れ、第１原料がより大きく外側に流れても、投入時の位置によって相殺されて、第１原料や第２原料が炉の周縁部に偏って堆積した状態には至らない。
【００７０】
追加外筒４１０は、外筒１１０、内筒１２０と同じく、中心軸Ｃの回りに設けられ、炉体１１頂部にある開口を貫通する。追加外筒４１０は、追加ハウジング４６０の天井面および炉体１１の開口端部に設けられる支持シール部材４６４ａ，４６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。第３原料が、追加外筒４１０の上方に設けられたスクリューコンベア４６２によって追加外筒４１０の内側に投入され、追加外筒４１０と外筒１１０との間を通過して炉内へと落下する。追加外筒４１０の内側面には、第３原料を滑降させる追加螺旋状シュート４３０が連結される。また、追加外筒４１０には、フランジ状のギヤ４１０ｇが設けられる。ギヤ４１０ｇは、追加回転機構４４０のギヤ４４５と噛合し、ギヤ４４５から伝えられる回転によって追加外筒４１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。なお、追加外筒４１０を回転させる駆動機構として、上記のギヤ機構に代えて、例えばチェーン駆動方式やベルト回転方式など各種の駆動機構が用いられてもよい。
【００７１】
追加螺旋状シュート４３０は、追加外筒４１０と外筒１１０との間に設けられ、追加外筒４１０と外筒１１０との間の中空円筒状の空間を周回しながら下降する滑降面４３０ｓを形成する。追加螺旋状シュート４３０は、上記の中空円筒状の空間を水平方向に少なくともほぼ１周している。追加螺旋状シュート４３０の追加外筒４１０側の端部は、追加外筒４１０に連結される。それゆえ、追加螺旋状シュート４３０は、追加外筒４１０の回転に従って、追加外筒４１０の中心軸Ｃを中心として回転する。また、追加螺旋状シュート４３０の外筒１１０側の端部には追加ガイド手段４５０が連結される。
【００７２】
追加回転機構４４０は、モータ４４１、減速機４４２、駆動軸４４３、支持部材４４４、支持シール部材４６５、およびギヤ４４５を含む。これらの要素は、それぞれ、回転機構１４０に含まれるモータ１４１、減速機１４２、駆動軸１４３、支持部材１４４、支持シール部材１６５、およびギヤ１４５とほぼ同様の構成要素である。なお、ギヤ１４５は、外筒１１０ではなく追加外筒４１０のギヤ４１０ｇと噛合して回転を伝え、追加外筒４１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。
【００７３】
追加ガイド手段４５０は、追加螺旋状シュート４３０の滑降面４３０ｓを滑降する第３原料が、滑降面４３０ｓから外筒１１０側に落下することを防ぐために、追加螺旋状シュート４３０の内縁に沿って、追加螺旋状シュート４３０に連結して設けられる。追加ガイド手段４５０は、例えば追加螺旋状シュート４３０の外筒１１０側の端部から所定の高さだけ直立するように設けられる螺旋状の部材であってもよい。しかし、追加ガイド手段４５０は、図示されているように、中心軸Ｃの回りに設けられ、追加螺旋状シュート４３０の内縁の全体をカバーする円筒部材であることが好ましい。理由は、上述したガイド手段１５０の場合と同様である。
【００７４】
追加ハウジング４６０は、炉体１１上に、追加外筒４１０および追加回転機構４４０の駆動軸４４３、支持部材４４４、支持シール部材４６５、およびギヤ４４５を包含する空間を形成する。追加ハウジング４６０の一部は、追加外筒４１０と外筒１１０との間に第３原料を供給する第３原料供給手段４６１を形成する。第３原料供給手段４６１は、図示しないホッパーまたはコンベアなどの搬送手段を含んでもよい。第３原料は、第３原料供給手段４６１に含まれるスクリューコンベア４６２によって追加外筒４１０の内側にあたる位置まで水平方向に搬送され、そこから追加外筒４１０と外筒１１０との間に供給される。第３原料供給手段４６１は、シール弁４６３ａ〜４６３ｄを含む。第３原料供給手段４６１、スクリューコンベア４６２、およびシール弁４６３は、それぞれ、第２原料供給手段１６１、スクリューコンベア１６２、およびシール弁１６３と同様の構成要素である。
【００７５】
さらに、追加ハウジング４６０の天井面には追加外筒４１０の上端部を支持する支持シール部材４６４ａが設けられ、追加ハウジング４６０の内側の炉体１１の開口端部には追加外筒４１０の中間部を支持する支持シール部材４６４ｂが設けられる。支持シール部材４６４は、追加外筒４１０の荷重を負担するとともに追加外筒４１０を中心軸Ｃを中心として回転可能に支持し、さらに追加外筒４１０を通って炉内に至る空間と、追加外筒４１０の外側の追加ハウジング４６０の内部空間との間を遮断する。なお、追加外筒４１０の荷重は、支持シール部材４６４ａまたは支持シール部材４６４ｂのいずれかまたは両方によって負担される。支持シール部材４６４によって、機械構造が設置された追加ハウジング４６０の内部空間への熱分解ガスの漏出が防止される。また、駆動軸４４３が貫通する追加ハウジング４６０の天井面の開口の端部には、支持シール部材１６５と同様の支持シール部材４６５が設けられる。
【００７６】
ここで、原料投入装置４００には、図２を参照して説明した原料投入装置１００の各部と同様の構成要素が含まれる。これらの構成要素は、炉体１１上ではなく追加ハウジング４６０上に設けられ、追加ハウジング４６０の内部空間を貫通して熱分解炉１０の炉内に第１原料および第２原料を投入する点が原料投入装置１００の場合とは異なるが、それ以外の点については原料投入装置１００におけるものと同様であるため、同一の符号を付することによって詳細説明を省略する。
【００７７】
（原料の投入経路）
本実施形態において、第１原料および第２原料が投入される仕組みは、図３および図４を参照して説明した仕組みと同様である。また、第３原料が投入される仕組みも、これと同様である。
【００７８】
具体的には、第３原料は、スクリューコンベア４６２によって水平方向に搬送された後、スクリューコンベア４６２の端部から追加外筒４１０と外筒１１０との間に落下する。落下した第３原料は、追加螺旋状シュート４３０の滑降面４３０ｓに衝突し、そこから追加螺旋状シュート４３０の下端まで滑降面４３０ｓ上を滑降する。その後、第３原料は、追加螺旋状シュート４３０の下端の位置から炉内へと落下する。つまり、第３原料が原料投入装置４００から炉内に投入される位置は、追加螺旋状シュート４３０の下端の位置になる。
【００７９】
ここで、上述のように、追加螺旋状シュート４３０は中心軸Ｃを中心として回転しているため、追加螺旋状シュート４３０の下端の位置も中心軸Ｃを中心として回転している。従って、第３原料が原料投入装置４００から炉内に投入される位置は、追加螺旋状シュート４３０の回転によって中心軸Ｃの回りを周回する。それゆえ、追加外筒４１０を介して追加螺旋状シュート４３０を回転させながら、スクリューコンベア４６２によって連続的に第３原料を投入することによって、第３原料を第２原料の外側を周回するようにして順次投入することが可能になる。
【００８０】
（変形例）
上記の説明から明らかなように、本実施形態における追加外筒４１０と外筒１１０との間の関係は、第１の実施形態における外筒１１０と内筒１２０との関係と同様である。従って、この関係を再帰的に適用することによって、追加外筒４１０の外側にさらに追加外筒が設置された原料投入装置を実現することが可能である。つまり、３区分された原料を投入する３重筒構造の原料投入装置４００に係る本実施形態の変形例として、原料投入装置を、例えば４区分された原料を投入する４重筒構造、または５区分された原料を投入する５重筒構造としてもよい。原料の区分の数および筒の数は、例えば熱分解炉１０の炉径や、原料投入装置が設けられる空間の高さなどに応じて決定されうる。また、本実施形態に係る原料投入装置４００は、第１の実施形態に係る原料投入装置１００に追加外筒を加えたものであるが、同様にして、第２の実施形態に係る原料投入装置２００、または第３の実施形態に係る原料投入装置３００に追加外筒が加えられてもよい。
【００８１】
（まとめ）
以上で説明された本発明の各実施形態によれば、シャフト型炉の炉内に堆積する際に外側に流れやすい原料を、第１原料として炉の中心に近い位置に投入することによって、炉内の中心部と周縁部との間での原料の偏りを防ぐことができる。従って、炉内での反応がより均一になり、反応の安定的な継続が可能になる。
【００８２】
また、内筒と外筒との間に螺旋状シュートを設け、この螺旋状シュートを外筒または内筒に連結して中心軸Ｃを中心として回転させることによって、例えば上部から第２原料を投入する位置が固定されていても、投入された第２原料を螺旋状シュートに沿って水平方向に周回させ、第１原料の外側に分散して炉内に投入することができる。なお、螺旋状シュートを外筒または内筒のいずれに連結するかは、シャフト型炉の炉径や、原料投入装置が設けられる空間の高さに応じて選択されうる。また、シャフト型炉の断面形状は、円形である場合が最も原料の偏在防止効果は高くなるが、例えばシャフト型炉の断面が矩形など他の形状である場合にも、ある程度の原料の偏在防止効果を得ることが可能である。
【００８３】
上記各実施形態に係る原料投入装置は、外筒または内筒の回転という単一の動作によって、炉内での原料の分布の改善を実現する。これらの装置の構造は、例えば回転および傾斜のような複数の動作をする原料投入装置に比べれば単純であり、例えば焼却炉、溶融炉、または熱分解炉といったシャフト型炉に実用的に設置しうるものである。
【００８４】
上記各実施形態に係る原料投入装置では、螺旋状シュートの外筒または内筒に連結されていない側端部にガイド手段が設けられうる。これによって、原料が螺旋状シュートと外筒または内筒との間に落下することが防止され、炉内での原料の分布を確実に改善できるとともに、原料の噛み込み等によって螺旋状シュートの回転が不安定になるのを防ぐことができる。なお、螺旋状シュートの両側端が外筒および内筒にそれぞれ連結される場合には、内筒および外筒がそれぞれガイド手段として機能するため、別途のガイド手段は設けられなくてもよい。
【００８５】
なお、シャフト型炉の例として、上記各実施形態ではいずれも熱分解炉について説明したが、本発明は、他にも例えば焼却炉、溶融炉、キューポラ、高炉など、各種のシャフト型炉において実施されうる。
【００８６】
また、本発明の原料投入装置は、炉内の原料中にガスをできるだけ均一に拡散および上昇させる必要があるシャフト型炉に使用される場合に、最も効果を発揮する。それゆえ、本発明の原料投入装置を設置する対象としては、シャフト型炉が最も好ましいと考えられる。しかしながら、シャフト型炉以外にも、炉の炉体の頂部から原料を投入し、かつ原料中にガスを通す必要がある炉であれば、本発明の原料投入装置が適用されうる。例えば、電気炉などにおいて、最初に炉内に原料を投入する際に、本発明の原料投入装置を使用することができる。
【００８７】
さらにまた、図示された原料投入装置の構成は例示的なものであり、例えばハウジングや投入口の形状、シールによって遮断される区画の分け方、回転機構の配置、および各筒状部材の長さなどは、必要に応じて適宜決定されうるものである。
【実施例】
【００８８】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上記図１および図２に示した熱分解炉１０に原料を投入して試験を実施した。熱分解炉１０の断面積は０．９（ｍ２）、バーナ部から炉頂部までの高さは４（ｍ）である。原料を一部燃焼させて反応温度を維持するために、バーナ部からは酸素および水蒸気が吹き込まれる。本実施例において熱分解炉１０に投入される原料を、以下の表２に示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
上記の原料のうち、最も粒径が大きい廃タイヤを第１原料として熱分解炉１０の中心に投入し、それ以外の木質バイオマスと廃プラスチックを第２原料として廃タイヤの外側に投入して試験を実施した。その結果、クリンカの炉体への固着などは発生せず、熱分解反応が安定的に継続された。
【００９１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 熱分解炉
１１ 炉体
１００，２００，３００，４００ 原料投入装置
１１０，２１０，３１０ 外筒
１２０，２２０ 内筒
１２１ 第１原料供給手段
１３０ 螺旋状シュート
１４０ 回転機構
１５０，３５０ ガイド手段
１６１ 第２原料供給手段
４１０ 追加外筒
４３０ 追加螺旋状シュート
４４０ 追加回転機構
４５０ 追加ガイド手段
４６１ 第３原料供給手段
Ｃ 中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法に関し、特に、炉内での原料の分布を改善するためのシャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフト型炉は、竪型の炉の上部から原料を投入し、炉の下部にあるバーナ部から空気や酸素などの反応助剤を吹き込んで反応させる炉である。かかるシャフト型炉の例としては、銑鉄を製造する高炉が知られているが、近年では、廃棄物焼却炉、溶融炉、または熱分解炉などにシャフト型炉が用いられることも多くなっている。
【０００３】
例えば、熱分解炉では、炉の上部から投入された原料が、バーナ部から吹き込まれた空気や酸素などの反応助剤によって熱分解反応し、熱分解ガスと炭化物とになる。投入された原料は、炉内に堆積する。堆積した原料中に、バーナ部から吹き込まれる反応助剤が拡散することによって、熱分解反応が進行する。熱分解反応で発生した熱分解ガスは、堆積した原料中を上昇して、炉の上部から回収される。一方、熱分解反応で発生した残渣である炭化物は、炉の底部から回収される。
【０００４】
上記の熱分解炉のようなシャフト型炉では、反応の進行に従って原料が炉の下方に移動し、その上に順次新たな原料が投入されることによって、継続的な操業が可能になる。そのためには、反応助剤や熱分解ガスなどの気体が堆積した原料中に均一に拡散および上昇し、堆積した原料中で均一に反応が進行することが望ましい。
【０００５】
ところが、炉内に堆積する原料の分布が偏ると、原料中の気体の拡散および上昇にも偏りが生じ、結果として炉内の反応の進みに差が生じる。そうすると、原料の下方への移動にも差が生じ、原料の分布の偏りが加速度的に拡大して、結果として操業の継続が困難になる場合もある。そのために、炉内での原料の分布を制御する技術が開発されており、例えば、特許文献１には、シャフト型炉の一種である高炉において、原料を投入するために炉頂部に設けられるシュートを回転および傾斜が自在な構造とすることによって、原料の投入位置を水平方向に自由に移動させ、炉内での原料の分布を高い精度で制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２９０８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述のように、シャフト型炉は、高炉だけではなく、焼却炉、溶融炉、または熱分解炉などに用いられることも多くなっている。このようなシャフト型炉には、粒度や比重、形状（滑らかな形状や角ばった形状など）、表面の性状（硬い、柔らかい、べたついているなど）などの性質が異なるさまざまな原料が投入される。原料には、例えば、都市ゴミ、廃プラスチック、廃タイヤ、木質系バイオマス、コークスなどが含まれる。これらの原料は、種類が違う場合だけではなく、種類が同じ場合でも、例えば廃プラスチックの包装容器とビニール袋のように性質が異なる場合があり、全体として多種多様な性質を有する。本願発明者らは、このような原料の多様性のためにシャフト型炉において生じうる問題に着目した。
【０００８】
図８は、従来のシャフト型炉である熱分解炉１において、粒度の異なる原料が炉頂部から投入された状態を示す図である。この場合、図示されているように、粒度がより小さい原料が炉の中心部に、粒度がより大きい原料が炉の周縁部に、それぞれ偏って堆積する傾向がある。このような偏りは、様々な要因によって発生するが、一般的には各原料の安息角が異なることの影響が大きく、安息角が異なる原料を同時に投入した結果、原料が炉内で偏って堆積することが多い。一般に、原料の安息角は、粒度がより大きい原料ではより小さく、粒度がより小さい原料ではより大きくなる。従って、原料が堆積する際には、粒度がより大きい原料が炉の中心から外側に流れる傾向がある。
【０００９】
また、原料の形状（滑らかな形状や角ばった形状など）、または表面の性状（硬い、柔らかい、べたついているなど）によって、原料の流動性が異なる。そのため、流動性が高い原料（滑りやすく、安息角がより小さい）ほど、炉の周縁部に偏って堆積する傾向がある。
【００１０】
このように、炉内での性質の異なる原料の分布が偏った結果生じる問題として、例えば、堆積した原料の中に、気体が通りやすい部分と通りにくい部分とが生じるという問題がある。粒度の異なる原料がそれぞれ偏って堆積している場合、粒度がより大きい原料が偏って堆積している部分の方が、原料間の隙間が大きくなるため気体が通りやすい。この状態で、バーナ部から反応助剤を吹き込んで原料を熱分解反応させると、反応助剤や熱分解ガスは、粒度がより大きい原料が偏って堆積しているために気体が通りやすい炉の周縁部に集中して流れる。そうすると、炉の周縁部では熱分解反応が進む一方で、粒度がより小さい原料が偏って堆積しているために気体が通りにくい炉の中心部では熱分解反応が進みにくくなり、原料の分布の偏りがさらに拡大する結果、熱分解反応の安定的な継続が困難になる場合がある。
【００１１】
また、炉内での原料の分布が偏った結果生じる問題として、反応の生成物の分布が偏る結果、生成物が固着するという問題がある。この点について、本願発明者らは、木質バイオマス、廃プラスチック、および廃タイヤの混合物を原料として、図８を参照して説明した従来の熱分解炉１を用いて試験を実施した。熱分解炉１の断面積は０．９（ｍ２）、バーナ部から炉頂部までの高さは４（ｍ）である。原料を一部燃焼させて反応温度を維持するために、バーナ部からは酸素および水蒸気が吹き込まれる。本試験において熱分解炉１に投入された原料を、以下の表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
図９および図１０は、上記の試験の結果を示す図および写真である。試験では、熱分解反応による熱分解ガスの発生が不安定になることが確認された。図９は、試験後に熱分解炉１の炉内の炭化物を回収した状態を示す図である。図示されているように、試験後、バーナ部付近の炉体にクリンカが固着していることが確認された。このときのクリンカの写真を図１０に示す。分析の結果、原料の中で粒度が最も大きい廃タイヤが熱分解炉１の周縁部に偏って堆積した状態で熱分解反応が進行した結果、廃タイヤに含まれるワイヤによってクリンカが固着成長することがわかった。熱分解ガスの発生が不安定になったのは、このクリンカによって炉内での原料の下方への移動が阻害された結果、熱分解反応が不安定になったためである。
【００１４】
以上のような、原料の分布の偏りによって生じる弊害を防止するために、上記の特許文献１に記載のような可動式のシュートを用いた原料投入方法は有効であり、実際、高炉においては広く採用されている。しかしながら、特許文献１に記載された可動式のシュートは、回転および傾斜という複数の動作を自在にするために複雑な構造を有している。例えば焼却炉、溶融炉、または熱分解炉のようなシャフト型炉は、高炉のように大型ではないため、空間上の制約から複雑な構造を設けることが難しい場合が多い。また、さほど大型でない炉に複雑な構造を設けることは、経済性の観点からも合理的とはいえない。さらに、本願発明者らが着目している上記の問題の原因となる原料の分布の偏りは、例えば炉の中心部および周縁部といったような、炉内の領域単位での偏りである。それゆえ、この問題を解決するために、特許文献１に記載のように炉内での原料の分布を高い精度で制御することは必ずしも必要ではない。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡便な構造を用いてシャフト型炉内での原料の分布を改善することが可能な、新規かつ改良されたシャフト型炉、原料投入装置および原料投入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炉体と、炉体の頂部に設けられる原料投入装置とを備えるシャフト型炉であって、原料投入装置は、同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、外筒と内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、外筒と内筒との間に設けられ、第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、螺旋状シュートを中心軸を中心として回転させる回転機構とを含むことを特徴とするシャフト型炉が提供される。
【００１７】
上記シャフト型炉において、螺旋状シュートは、外筒に連結され、回転機構は、外筒を中心軸を中心として回転させることによって螺旋状シュートを回転させてもよい。
【００１８】
上記シャフト型炉において、原料投入装置は、螺旋状シュートの内縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含んでもよい。
【００１９】
上記シャフト型炉において、螺旋状シュートは、内筒に連結され、回転機構は、内筒を中心軸を中心として回転させることによって螺旋状シュートを回転させてもよい。
【００２０】
上記シャフト型炉において、原料投入装置は、螺旋状シュートの外縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含んでもよい。
【００２１】
上記シャフト型炉において、ガイド手段は、中心軸の回りに設けられる円筒部材からなってもよい。
【００２２】
上記シャフト型炉において、螺旋状シュートは、外筒および内筒の両方に連結され、回転機構は、外筒または内筒を中心軸を中心として回転させることによって螺旋状シュートを回転させてもよい。
【００２３】
上記シャフト型炉において、第１の原料は、第２の原料よりも粒度が大きい原料であってもよい。
【００２４】
上記シャフト型炉において、第１の原料は、第２の原料よりも安息角が小さい原料であってもよい。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、シャフト型炉の炉体の頂部に設けられる原料投入装置であって同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、外筒と内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、外筒と内筒との間に設けられ、第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、螺旋状シュートを中心軸を中心として回転させる回転機構とを備ることを特徴とする原料投入装置が提供される。
【００２６】
また、上記課題を解決するために、本発明のさらに別の観点によれば、上記原料投入装置を用いて第１原料および第２原料を前記炉体の内部に投入する原料投入方法であって、第１原料を内筒の内側に供給し、回転機構を用いて螺旋状シュートを回転させながら、第２原料を外筒と内筒との間に供給して螺旋状シュート上を滑降させることを特徴とする原料投入方法が提供される。
【００２７】
上記構成によれば、第１原料が内筒の内側を通過し、第２原料が外筒と内筒との間を通過して螺旋状シュート上を滑降する。従って、安息角がより小さい原料を、第１原料として内筒の内側から炉の中心に投入することができる。また、第１原料よりも安息角が大きい原料を、第２原料として外筒および内筒の間から第１原料の外側に投入することができる。それゆえ、第１原料が炉の外側に流れ、周縁部に偏って堆積するのを防ぐことができる。また、第２原料を滑降させるための螺旋状シュートを回転させる構造は、例えば回転および傾斜が自在な構造に比べると簡便である。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、簡便な構造を用いてシャフト型炉内での原料の分布を改善することができる。従って、性質が異なる原料が投入されるシャフト型炉内での反応を安定して継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱分解炉の模式的な縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置における原料の投入位置について説明するための模式的な上面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置における原料の投入経路について説明するための模式的な斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る原料投入装置の模式的な縦断面図である。
【図８】従来のシャフト型炉の例を示す図である。
【図９】従来のシャフト型炉における試験結果を示す図である。
【図１０】従来のシャフト型炉における試験結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
（第１の実施形態）
まず、図１〜４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３２】
（熱分解炉の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱分解炉１０の模式的な縦断面図である。図１を参照すると、本実施形態に係るシャフト型炉である熱分解炉１０は、略円筒状の炉体１１を有する炉である。炉体１１の頂部には、原料投入装置１００が設けられる。原料投入装置１００は、原料の投入方向に炉体１１を貫通する円筒状の外筒１１０と、外筒１１０の内側にある内筒１２０とを含み、内筒１２０の内側から第１原料を、内筒１２０と外筒１１０との間から第２原料を、それぞれ炉内、すなわち炉体１１の内部に投入する。原料投入装置１００によって炉内に投入されて堆積した第１原料および第２原料は、熱分解反応によって熱分解ガスと炭化物および残渣とになる。熱分解ガスは炉体１１の上部から回収され、炭化物および残渣は炉体１１の底部から回収される。炉体１１の下部のバーナ部からは反応助剤として空気または酸素の一方または両方、および水蒸気、あるいは燃焼排ガスなどが吹き込まれる。なお、図１では省略されている要素を含む原料投入装置１００の詳細な構成については後述する。
【００３３】
第１原料および第２原料は、それぞれ異なる粒度分布を有する原料である。以下、本明細書では、粒度分布の代表値を単に「粒度」とする。本実施形態において、第１原料および第２原料は粒度が異なる原料であり、第１原料の粒度は第２原料の粒度よりも大きい。ここで、原料の安息角は、一般的に粒度がより大きい原料ではより小さく、粒度がより小さい原料ではより大きくなる。従って、本発明を実施しない場合には、熱分解炉１０の炉内に投入された第１原料および第２原料が堆積する際には、粒度がより大きい第１原料が炉の中心から外側に流れ、炉の周縁部に偏る傾向がある。
【００３４】
しかし、熱分解炉１０では、原料投入装置１００によって投入されるとき、第１原料は炉の中心に、第２原料をその外側にそれぞれ位置している。つまり、第１原料と第２原料とは、堆積する際に生じうる偏り（第２原料が炉の中心部に、第１原料が炉の周縁部に）とは逆に偏った状態で投入される。従って、投入された各原料が堆積する際に、第１原料がいくらか外側に流れても、投入時の位置によって相殺されて、第１原料が炉の周縁部に偏って堆積した状態には至らない。従って、熱分解炉１０では、粒度の異なる原料が投入された場合でも、原料が粒度ごとに偏って堆積しにくく、熱分解反応を安定的に継続させることが可能になる。
【００３５】
ここで、第１原料および第２原料は、上記のように粒度が異なる原料には限られない。例えば、第１原料および第２原料は、安息角が異なる原料であり、第１原料の安息角が第２原料の安息角よりも小さくてもよい。この場合でも熱分解炉１０を用いることによって、第１原料が炉の周辺部に偏って堆積することを防ぎ、熱分解反応を安定的に継続させることが可能になるという効果が得られる。
【００３６】
なお、第１原料および第２原料の組み合わせの具体例としては、第１原料が廃タイヤ切断物または廃プラスチックの固形物であるＲＰＦ（Refuse Paper & Plastic Fuel）、第２原料が木質バイオマス破砕物またはフラフ状の廃プラスチックという組み合わせがある。また、例えば、第１原料が大型廃棄物の破砕物または袋状廃棄物、第２原料が一般廃棄物であってもよい。このように、第１原料と第２原料とは、ＲＰＦとフラフ状の廃プラスチックとのように同じ物質であってもよく、また異なる物質であってもよい。また、第１原料および第２原料は、廃棄物のような複数の物質の混合物であってもよい。
【００３７】
さらに、第１原料および第２原料について、装置上の特性や炉内の反応状態の特性によってシャフト型炉内の中心付近の気体の流れが速くなりすぎるような場合には、上記の例とは逆に、第１原料として粒度がより小さい原料を投入し、これによって気体の流れを制御して炉内の反応を安定化することも可能である。
【００３８】
（原料投入装置の構成）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置１００の模式的な縦断面図である。以下、図２を参照して、原料投入装置１００の各部について説明する。
【００３９】
外筒１１０は、原料の投入方向に延びており、炉体１１の頂部にある開口を貫通する。外筒１１０は、中心軸Ｃの回りに設けられる。外筒１１０は、ハウジング１６０の天井面および炉体１１の開口端部に設けられる支持シール部材１６４ａ，１６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。第２原料は、外筒１１０の上方に設けられたスクリューコンベア１６２によって外筒１１０の内側に投入され、外筒１１０と内筒１２０との間を通過して炉内へと落下する。外筒１１０の内側面には、第２原料を滑降させる螺旋状シュート１３０が連結される。また、外筒１１０には、フランジ状のギヤ１１０ｇが設けられる。ギヤ１１０ｇは、回転機構１４０のギヤ１４５と噛合し、ギヤ１４５から伝えられる回転によって外筒１１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。なお、外筒１１０を回転させる駆動機構として、上記のギヤ機構に代えて、例えばチェーン駆動方式やベルト回転方式など各種の駆動機構が用いられてもよい。
【００４０】
内筒１２０は、中心軸Ｃの回りに設けられ、外筒１１０の内側に位置する。内筒１２０は、ハウジング１６０の天井面を貫通して上方に突出し、ハウジング１６０の天井面に固定される。内筒１２０の上部は、内筒１２０の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段１２１を形成する。第１原料供給手段１２１は、図示しないホッパーまたはコンベアなどの搬送手段を含んでもよい。第１原料供給手段１２１によって供給された第１原料は、内筒１２０の内側を通過して炉内へと落下する。第１原料供給手段１２１は、シール弁１２２ａ〜１２２ｄを含み、内筒１２０を通って炉内に至る空間と外部空間との間を遮断する。シール弁１２２によって、炉内の熱分解ガスの大気中への漏出、および大気の炉内への混入が防止される。なお、シール弁１２２は、必ずしも４つの弁によって構成されなくてもよく、必要に応じて他のシール構造が採用されうる。
【００４１】
螺旋状シュート１３０は、外筒１１０と内筒１２０との間に設けられ、外筒１１０と内筒１２０との間の中空円筒状の空間を周回しながら下降する滑降面１３０ｓを形成する。螺旋状シュート１３０は、上記の中空円筒状の空間を、水平方向に少なくともほぼ１周している。第２原料は、外筒１１０と内筒１２０との間の中空円筒状の空間を通過して炉内へと落下する過程で、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓに衝突し、そこから螺旋状シュート１３０の下端まで滑降面１３０ｓ上を滑降する。螺旋状シュート１３０の外筒１１０側の端部は、外筒１１０に連結される。それゆえ、螺旋状シュート１３０は、外筒１１０の回転に従って、外筒１１０の中心軸Ｃを中心として回転する。また、螺旋状シュート１３０の内筒１２０側の端部にはガイド手段１５０が連結される。
【００４２】
回転機構１４０は、モータ１４１、減速機１４２、駆動軸１４３、支持部材１４４、支持シール部材１６５、およびギヤ１４５を含む。回転機構１４０には、従来の回転機構として知られている各種の構成を適用することが可能である。ハウジング１６０の外部に設けられたモータ１４１の回転駆動によって生じた回転は、同じくハウジング１６０の外部に設けられた減速機１４２によって減速されて駆動軸１４３に伝えられる。駆動軸１４３は、ハウジング１６０の天井面の開口を貫通して、ハウジング１６０の内部のギヤ１４５に回転を伝える。駆動軸１４３は、ハウジング１６０の天井面の開口端部に設けられる支持シール部材１６５と、炉体１１上に設けられる支持部材１４４によって回転可能に支持される。ギヤ１４５は、外筒１１０のギヤ１１０ｇと噛合しており、ギヤ１４５の回転はギヤ１１０ｇに伝えられて外筒１１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。回転機構１４０では、さらに、モータ１４１の回転数を制御する制御部（図示せず）を設けることによって、原料投入量の変化などに合わせて外筒１１０の回転速度を変化させることが可能である。
【００４３】
ガイド手段１５０は、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓを滑降する第２原料が、滑降面１３０ｓから内筒１２０側に落下することを防ぐために、螺旋状シュート１３０の内縁に沿って、螺旋状シュート１３０に連結して設けられる。ガイド手段１５０は、例えば螺旋状シュート１３０の内筒１２０側の端部から所定の高さだけ直立するように設けられる螺旋状の部材であってもよい。しかし、ガイド手段１５０は、図示されているように、中心軸Ｃの回りに設けられ、螺旋状シュート１３０の内縁の全体をカバーする円筒部材からなることが好ましい。この理由については後述する。
【００４４】
ハウジング１６０は、炉体１１上に、外筒１１０および回転機構１４０の駆動軸１４３、支持部材１４４、支持シール部材１６５、およびギヤ１４５を包含する空間を形成する。ハウジング１６０の一部は、外筒１１０と内筒１２０との間に第２原料を供給する第２原料供給手段１６１を形成する。第２原料供給手段１６１は、図示しないホッパーまたはコンベアなどの搬送手段を含んでもよい。第２原料は、第２原料供給手段１６１に含まれるスクリューコンベア１６２によって外筒１１０の内側にあたる位置まで水平方向に搬送され、そこから外筒１１０と内筒１２０との間に供給される。なお、スクリューコンベア１６２は、第１原料の投入経路と、第２原料の投入経路との干渉を防ぐために設けられる。それゆえ、スクリューコンベアに代えて、プッシャを用いた搬送装置など他の搬送装置が設けられてもよい。さらには、例えば外筒１１０と内筒１２０との間隔が大きく、第１原料の投入経路と第２原料の投入経路とが干渉しないような場合には、スクリューコンベア１６２は必ずしも設けられなくてよい。さらには、第２原料供給手段１６１は、シール弁１２２ａ〜１２２ｄと同様のシール弁１６３ａ〜１６３ｄを含み、外筒１１０を通って炉内に至る空間と外部空間との間を遮断する。なお、シール弁１６３も、必ずしも４つの弁によって構成されなくてもよく、必要に応じて他のシール構造が採用されうる。
【００４５】
さらに、ハウジング１６０の天井面には外筒１１０の上端部を支持する支持シール部材１６４ａが設けられ、ハウジング１６０の内側の炉体１１の開口端部には外筒１１０の中間部を支持する支持シール部材１６４ｂが設けられる。支持シール部材１６４は、外筒１１０の荷重を負担するとともに外筒１１０を中心軸Ｃを中心として回転可能に支持し、さらに、外筒１１０を通って炉内に至る空間と、外筒１１０の外側のハウジング１６０の内部空間との間を遮断する。なお、外筒１１０の荷重は、支持シール部材１６４ａまたは支持シール部材１６４ｂのいずれかまたは両方によって負担されうる。支持シール部材１６４によって、機械構造が設置されたハウジング１６０の内部空間への熱分解ガスの漏出が防止される。また、駆動軸１４３が貫通するハウジング１６０の天井面の開口の端部には、駆動軸１４３を支持する支持シール部材１６５が設けられる。支持シール部材１６５は、駆動軸１４３を回転可能に支持するとともに、ハウジング１６０の内部空間と外部空間との間を遮断する。
【００４６】
（原料の投入経路）
図３および図４を参照して、外筒１１０および内筒１２０によって、第１原料が熱分解炉１０の中心に、第２原料がその外側に投入される仕組みについてさらに説明する。
【００４７】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置１００における原料の投入位置について説明するための模式的な上面図である。図３を参照すると、第１原料は、内筒１２０の内側を落下する。一方、第２原料は、スクリューコンベア１６２によって水平方向に搬送された後、スクリューコンベア１６２の端部から外筒１１０と内筒１２０との間に落下する。落下した第２原料は、螺旋状シュート１３０上を滑降する。
【００４８】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る原料投入装置１００における原料の投入経路について説明するための模式的な斜視図である。図４を参照すると、第１原料は、内筒１２０の内側を落下する。一方、第２原料は、外筒１１０と内筒１２０との間に落下した後、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓに衝突し、そこから螺旋状シュート１３０の下端まで滑降面１３０ｓ上を滑降する。その後、第２原料は、螺旋状シュート１３０の下端の位置から炉内へと落下する。つまり、第２原料が原料投入装置１００から炉内に投入される位置は、螺旋状シュート１３０の下端の位置になる。
【００４９】
ここで、上述のように、螺旋状シュート１３０は中心軸Ｃを中心として回転しているため、螺旋状シュート１３０の下端の位置も中心軸Ｃを中心として回転している。従って、第２原料が原料投入装置１００から炉内に投入される位置は、螺旋状シュート１３０の回転によって中心軸Ｃの回りを周回する。それゆえ、外筒１１０を介して螺旋状シュート１３０を回転させながら、スクリューコンベア１６２によって連続的に第２原料を投入することによって、第２原料を第１原料の外側を周回するようにして順次投入することが可能になる。
【００５０】
なお、例えば、図示された例のように、螺旋状シュート１３０が、外筒１１０と内筒１２０との間の中空円筒状の空間を水平方向にほぼ１周している場合、第２原料は、最大で外筒１１０の上端から螺旋状シュート１３０の下端近くまで自由落下することになる。このような場合に、第２原料が滑降面１３０ｓから内筒１２０側に落下して螺旋状シュート１３０と内筒１２０との間に噛み込まれたりすることを防ぐためには、ガイド手段１５０が、螺旋状シュート１３０の内縁の全体をカバーする円筒部材であることが好ましい。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態は、熱分解炉１０の構成および原料の投入経路については、第１の実施形態とほぼ同一であるため、詳細説明を省略する。
【００５２】
（原料投入装置の構成）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る原料投入装置２００の模式的な縦断面図である。以下、図５を参照して、原料投入装置２００の各部について説明する。
【００５３】
外筒２１０は、原料の投入方向に延びており、炉体１１の頂部にある開口を貫通する。外筒２１０は、中心軸Ｃの回りに設けられる。外筒２１０は、炉体１１の開口端部に設けられる支持シール部材１６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。外筒２１０の内側面には、第２原料を滑降させる螺旋状シュート１３０が連結される。螺旋状シュート１３０は、回転内筒２２０ｂにも連結されており、外筒２１０は、螺旋状シュート１３０を介して回転内筒２２０ｂから伝えられる回転によって、中心軸Ｃを中心として回転する。
【００５４】
内筒２２０は、いずれも中心軸Ｃの回りに設けられる固定内筒２２０ａと回転内筒２２０ｂとが回転自由に連結されたものである。固定内筒２２０ａは、図示しない支持手段によって回転内筒２２０ｂの上方に固定され、支持シール部材２２３を介して回転内筒２２０ｂと連結される。固定内筒２２０ａの上部は、第１原料供給手段１２１を形成する。回転内筒２２０ｂは、外筒２１０、ならびにハウジング２６０の中間床２６６および天井面の各開口を貫通して上方に突出する。回転内筒２２０ｂは、固定内筒２２０ａとの連結部の支持シール部材２２３、ならびにハウジング２６０の天井面および中間床２６６の各開口端部に設けられる支持シール部材２６４ａ，２６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。
【００５５】
なお、回転内筒２２０ｂと、回転内筒２２０ｂに連結される螺旋状シュート１３０および外筒２１０とについて、これらの部材の荷重は、構造上、回転機構１４０から回転駆動を受けるギヤ２２０ｇの近くで負担されることが好ましく、例えば、支持シール部材２６４ａまたは支持シール部材２６４ｂのいずれかまたは両方によって負担されることが好ましい。
【００５６】
また、回転内筒２２０ｂおよび回転内筒２２０ｂに連結された外筒２１０は、支持シール部材２２３，２６４ａ，２６４ｂ，１６４ｂの４つによって水平方向（回転方向）に支持されている。そのため、上記の支持シール部材のうちの２つ、例えば支持シール部材２２３および支持シール部材２６４ｂでは支持部分の隙間を大きくし、各支持点が互いに干渉しあうことなく滑らかな回転を行えるようにすることが望ましい。
【００５７】
また、回転内筒２２０ｂの、ハウジング２６０の中間床２６６と天井面との間の部分には、フランジ状のギヤ２２０ｇが設けられる。ギヤ２２０ｇは、回転機構１４０のギヤ１４５と噛合し、ギヤ１４５から伝えられる回転によって回転内筒２２０ｂを中心軸Ｃを中心として回転させる。なお、回転内筒２２０ｂを回転させる駆動機構として、上記のギヤ機構に代えて、例えばチェーン駆動方式や回転方式など各種の駆動機構が用いられてもよい。
【００５８】
ハウジング２６０には、中間床２６６が設けられる。中間床２６６上には、回転機構１４０の支持部材１４４が設けられる。中間床２６６を設けることによって、回転内筒２２０ｂを回転させるギヤ２２０ｇを大型化させることなく、外筒２１０の内側にある回転内筒２２０ｂに回転を伝えることが可能になる。
【００５９】
また、ハウジング２６０の天井面および中間床２６６の各開口端部には、いずれも回転内筒２２０ｂの中間部を支持する支持シール部材２６４ａ，２６４ｂが設けられる。これらの支持シール部材２６４は、回転内筒２２０ｂを中心軸Ｃを中心として回転可能に支持する。支持シール部材２６４ａは、中間床２６６の上部空間と外部空間との間を遮断する。支持シール部材２６４ｂは、中間床２６６よりも下の、外筒２１０を通って炉内に至る空間と、中間床２６６よりも上の機械構造が設置された空間との間を遮断する。
【００６０】
本実施形態において、第１原料は、第１原料供給手段１２１によって内筒２２０の内側に供給され、固定内筒２２０ａ、次いで回転内筒２２０ｂの内側を通過して炉内へと落下する。一方、第２原料は、第２原料供給手段１６１によって外筒２１０と回転内筒２２０ｂとの間に供給される。落下した第２原料は、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓに衝突し、そこから螺旋状シュート１３０の下端まで滑降面１３０ｓを滑降する。
【００６１】
なお、本実施形態に係る原料投入装置２００では、第１の実施形態におけるガイド手段１５０に相当する部材は設けられない。螺旋状シュート１３０が外筒２１０と回転内筒２２０ｂとの両方に連結され、第２原料が滑降面１３０ｓから落下するのを防ぐためである。
【００６２】
（変形例）
本実施形態の変形例として、回転内筒２２０ｂにギヤ２２０ｇを設ける代わりに、外筒２１０に第１の実施形態におけるギヤ１１０ｇと同様のギヤ２１０ｇを設け、回転機構１４０によって外筒２１０を回転させてもよい。この場合、回転機構１４０の配置は図２において示された配置と同様になるため、中間床２６６が省略されうる。なお、外筒２１０については、図２と類似の支持シール材の構成となる。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態は、熱分解炉１０の構成および原料の投入経路については、第２の実施形態とほぼ同一であるため、詳細説明を省略する。
（原料投入装置の構成）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る原料投入装置３００の模式的な縦断面図である。以下、図６を参照して、原料投入装置３００の各部について説明する。なお、原料投入装置３００は、ガイド手段３５０を含み、外筒３１０が炉体１１に固定されている点において、図５を参照して説明した原料投入装置２００とは異なっている。
【００６４】
外筒３１０は、原料の投入方向に延びており、炉体１１の頂部にある開口を貫通する。外筒３１０は、中心軸Ｃの回りに設けられる。外筒３１０は、炉体１１に固定されている。第２原料は、外筒３１０と回転内筒２２０ｂとの間を通過して炉内へと投入されるが、第２原料が通過する空間と外筒３１０との間にはガイド手段３５０が介されているため、ガイド手段３５０が設けられている部分では、第２原料は外筒３１０の内側面には接触しない。
【００６５】
ガイド手段３５０は、螺旋状シュート１３０の滑降面１３０ｓを滑降する第２原料が、滑降面１３０ｓから外筒３１０側に落下することを防ぐために、螺旋状シュート１３０の外縁に沿って、螺旋状シュート１３０に連結して設けられる。ガイド手段３５０は、例えば螺旋状シュート１３０の外筒３１０側の端部から所定の高さだけ直立するように設けられる螺旋状の部材であってもよい。しかし、ガイド手段３５０は、図示されているように、中心軸Ｃの回りに設けられ、螺旋状シュート１３０の外縁の全体をカバーする円筒部材からなることが好ましい。理由は、上述したガイド手段１５０の場合と同様である。
【００６６】
（第４の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、第４の実施形態は、熱分解炉１０の構成については第１の実施形態とほぼ同一であるため、詳細説明を省略する。
【００６７】
（原料投入装置の構成）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る原料投入装置４００の模式的な縦断面図である。以下、図７を参照して、原料投入装置４００の各部について説明する。なお、原料投入装置４００は、図２を参照して説明した原料投入装置１００の外筒１１０の外側に、追加外筒４１０を設け、第１原料および第２原料に加えて、外筒１１０と追加外筒４１０との間から第３原料を投入するものである。
【００６８】
第３原料は、第１原料および第２原料とは粒度が異なる原料であり、第２原料の粒度は第３原料の粒度よりも大きい。つまり、粒度の大小関係は、第１原料＞第２原料＞第３原料となる。従って、本発明を実施しない場合には、熱分解炉１０の炉内に投入された第１原料、第２原料および第３原料が堆積する際には、第１原料＞第２原料＞第３原料の順で、炉の中心から外側に流れ、炉の周縁部に偏る傾向がある。なお、第１原料、第２原料、および第３原料は、必ずしも粒度が異なる原料でなくてもよく、例えば安息角などが異なるために上記のような傾向を示す原料であってもよい。
【００６９】
そこで、原料投入装置４００は、第１原料を炉の中心に、第２原料をその外側に、第３原料をそのさらに外側に投入する。つまり、第１原料、第２原料、および第３原料は、堆積する際に生じうる偏りの向きとは逆に偏った状態で炉内に投入される。従って、投入された各原料が堆積する際に、第２原料が外側に流れ、第１原料がより大きく外側に流れても、投入時の位置によって相殺されて、第１原料や第２原料が炉の周縁部に偏って堆積した状態には至らない。
【００７０】
追加外筒４１０は、外筒１１０、内筒１２０と同じく、中心軸Ｃの回りに設けられ、炉体１１頂部にある開口を貫通する。追加外筒４１０は、追加ハウジング４６０の天井面および炉体１１の開口端部に設けられる支持シール部材４６４ａ，４６４ｂによって、中心軸Ｃを中心として回転可能に支持される。第３原料が、追加外筒４１０の上方に設けられたスクリューコンベア４６２によって追加外筒４１０の内側に投入され、追加外筒４１０と外筒１１０との間を通過して炉内へと落下する。追加外筒４１０の内側面には、第３原料を滑降させる追加螺旋状シュート４３０が連結される。また、追加外筒４１０には、フランジ状のギヤ４１０ｇが設けられる。ギヤ４１０ｇは、追加回転機構４４０のギヤ４４５と噛合し、ギヤ４４５から伝えられる回転によって追加外筒４１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。なお、追加外筒４１０を回転させる駆動機構として、上記のギヤ機構に代えて、例えばチェーン駆動方式やベルト回転方式など各種の駆動機構が用いられてもよい。
【００７１】
追加螺旋状シュート４３０は、追加外筒４１０と外筒１１０との間に設けられ、追加外筒４１０と外筒１１０との間の中空円筒状の空間を周回しながら下降する滑降面４３０ｓを形成する。追加螺旋状シュート４３０は、上記の中空円筒状の空間を水平方向に少なくともほぼ１周している。追加螺旋状シュート４３０の追加外筒４１０側の端部は、追加外筒４１０に連結される。それゆえ、追加螺旋状シュート４３０は、追加外筒４１０の回転に従って、追加外筒４１０の中心軸Ｃを中心として回転する。また、追加螺旋状シュート４３０の外筒１１０側の端部には追加ガイド手段４５０が連結される。
【００７２】
追加回転機構４４０は、モータ４４１、減速機４４２、駆動軸４４３、支持部材４４４、支持シール部材４６５、およびギヤ４４５を含む。これらの要素は、それぞれ、回転機構１４０に含まれるモータ１４１、減速機１４２、駆動軸１４３、支持部材１４４、支持シール部材１６５、およびギヤ１４５とほぼ同様の構成要素である。なお、ギヤ１４５は、外筒１１０ではなく追加外筒４１０のギヤ４１０ｇと噛合して回転を伝え、追加外筒４１０を中心軸Ｃを中心として回転させる。
【００７３】
追加ガイド手段４５０は、追加螺旋状シュート４３０の滑降面４３０ｓを滑降する第３原料が、滑降面４３０ｓから外筒１１０側に落下することを防ぐために、追加螺旋状シュート４３０の内縁に沿って、追加螺旋状シュート４３０に連結して設けられる。追加ガイド手段４５０は、例えば追加螺旋状シュート４３０の外筒１１０側の端部から所定の高さだけ直立するように設けられる螺旋状の部材であってもよい。しかし、追加ガイド手段４５０は、図示されているように、中心軸Ｃの回りに設けられ、追加螺旋状シュート４３０の内縁の全体をカバーする円筒部材であることが好ましい。理由は、上述したガイド手段１５０の場合と同様である。
【００７４】
追加ハウジング４６０は、炉体１１上に、追加外筒４１０および追加回転機構４４０の駆動軸４４３、支持部材４４４、支持シール部材４６５、およびギヤ４４５を包含する空間を形成する。追加ハウジング４６０の一部は、追加外筒４１０と外筒１１０との間に第３原料を供給する第３原料供給手段４６１を形成する。第３原料供給手段４６１は、図示しないホッパーまたはコンベアなどの搬送手段を含んでもよい。第３原料は、第３原料供給手段４６１に含まれるスクリューコンベア４６２によって追加外筒４１０の内側にあたる位置まで水平方向に搬送され、そこから追加外筒４１０と外筒１１０との間に供給される。第３原料供給手段４６１は、シール弁４６３ａ〜４６３ｄを含む。第３原料供給手段４６１、スクリューコンベア４６２、およびシール弁４６３は、それぞれ、第２原料供給手段１６１、スクリューコンベア１６２、およびシール弁１６３と同様の構成要素である。
【００７５】
さらに、追加ハウジング４６０の天井面には追加外筒４１０の上端部を支持する支持シール部材４６４ａが設けられ、追加ハウジング４６０の内側の炉体１１の開口端部には追加外筒４１０の中間部を支持する支持シール部材４６４ｂが設けられる。支持シール部材４６４は、追加外筒４１０の荷重を負担するとともに追加外筒４１０を中心軸Ｃを中心として回転可能に支持し、さらに追加外筒４１０を通って炉内に至る空間と、追加外筒４１０の外側の追加ハウジング４６０の内部空間との間を遮断する。なお、追加外筒４１０の荷重は、支持シール部材４６４ａまたは支持シール部材４６４ｂのいずれかまたは両方によって負担される。支持シール部材４６４によって、機械構造が設置された追加ハウジング４６０の内部空間への熱分解ガスの漏出が防止される。また、駆動軸４４３が貫通する追加ハウジング４６０の天井面の開口の端部には、支持シール部材１６５と同様の支持シール部材４６５が設けられる。
【００７６】
ここで、原料投入装置４００には、図２を参照して説明した原料投入装置１００の各部と同様の構成要素が含まれる。これらの構成要素は、炉体１１上ではなく追加ハウジング４６０上に設けられ、追加ハウジング４６０の内部空間を貫通して熱分解炉１０の炉内に第１原料および第２原料を投入する点が原料投入装置１００の場合とは異なるが、それ以外の点については原料投入装置１００におけるものと同様であるため、同一の符号を付することによって詳細説明を省略する。
【００７７】
（原料の投入経路）
本実施形態において、第１原料および第２原料が投入される仕組みは、図３および図４を参照して説明した仕組みと同様である。また、第３原料が投入される仕組みも、これと同様である。
【００７８】
具体的には、第３原料は、スクリューコンベア４６２によって水平方向に搬送された後、スクリューコンベア４６２の端部から追加外筒４１０と外筒１１０との間に落下する。落下した第３原料は、追加螺旋状シュート４３０の滑降面４３０ｓに衝突し、そこから追加螺旋状シュート４３０の下端まで滑降面４３０ｓ上を滑降する。その後、第３原料は、追加螺旋状シュート４３０の下端の位置から炉内へと落下する。つまり、第３原料が原料投入装置４００から炉内に投入される位置は、追加螺旋状シュート４３０の下端の位置になる。
【００７９】
ここで、上述のように、追加螺旋状シュート４３０は中心軸Ｃを中心として回転しているため、追加螺旋状シュート４３０の下端の位置も中心軸Ｃを中心として回転している。従って、第３原料が原料投入装置４００から炉内に投入される位置は、追加螺旋状シュート４３０の回転によって中心軸Ｃの回りを周回する。それゆえ、追加外筒４１０を介して追加螺旋状シュート４３０を回転させながら、スクリューコンベア４６２によって連続的に第３原料を投入することによって、第３原料を第２原料の外側を周回するようにして順次投入することが可能になる。
【００８０】
（変形例）
上記の説明から明らかなように、本実施形態における追加外筒４１０と外筒１１０との間の関係は、第１の実施形態における外筒１１０と内筒１２０との関係と同様である。従って、この関係を再帰的に適用することによって、追加外筒４１０の外側にさらに追加外筒が設置された原料投入装置を実現することが可能である。つまり、３区分された原料を投入する３重筒構造の原料投入装置４００に係る本実施形態の変形例として、原料投入装置を、例えば４区分された原料を投入する４重筒構造、または５区分された原料を投入する５重筒構造としてもよい。原料の区分の数および筒の数は、例えば熱分解炉１０の炉径や、原料投入装置が設けられる空間の高さなどに応じて決定されうる。また、本実施形態に係る原料投入装置４００は、第１の実施形態に係る原料投入装置１００に追加外筒を加えたものであるが、同様にして、第２の実施形態に係る原料投入装置２００、または第３の実施形態に係る原料投入装置３００に追加外筒が加えられてもよい。
【００８１】
（まとめ）
以上で説明された本発明の各実施形態によれば、シャフト型炉の炉内に堆積する際に外側に流れやすい原料を、第１原料として炉の中心に近い位置に投入することによって、炉内の中心部と周縁部との間での原料の偏りを防ぐことができる。従って、炉内での反応がより均一になり、反応の安定的な継続が可能になる。
【００８２】
また、内筒と外筒との間に螺旋状シュートを設け、この螺旋状シュートを外筒または内筒に連結して中心軸Ｃを中心として回転させることによって、例えば上部から第２原料を投入する位置が固定されていても、投入された第２原料を螺旋状シュートに沿って水平方向に周回させ、第１原料の外側に分散して炉内に投入することができる。なお、螺旋状シュートを外筒または内筒のいずれに連結するかは、シャフト型炉の炉径や、原料投入装置が設けられる空間の高さに応じて選択されうる。また、シャフト型炉の断面形状は、円形である場合が最も原料の偏在防止効果は高くなるが、例えばシャフト型炉の断面が矩形など他の形状である場合にも、ある程度の原料の偏在防止効果を得ることが可能である。
【００８３】
上記各実施形態に係る原料投入装置は、外筒または内筒の回転という単一の動作によって、炉内での原料の分布の改善を実現する。これらの装置の構造は、例えば回転および傾斜のような複数の動作をする原料投入装置に比べれば単純であり、例えば焼却炉、溶融炉、または熱分解炉といったシャフト型炉に実用的に設置しうるものである。
【００８４】
上記各実施形態に係る原料投入装置では、螺旋状シュートの外筒または内筒に連結されていない側端部にガイド手段が設けられうる。これによって、原料が螺旋状シュートと外筒または内筒との間に落下することが防止され、炉内での原料の分布を確実に改善できるとともに、原料の噛み込み等によって螺旋状シュートの回転が不安定になるのを防ぐことができる。なお、螺旋状シュートの両側端が外筒および内筒にそれぞれ連結される場合には、内筒および外筒がそれぞれガイド手段として機能するため、別途のガイド手段は設けられなくてもよい。
【００８５】
なお、シャフト型炉の例として、上記各実施形態ではいずれも熱分解炉について説明したが、本発明は、他にも例えば焼却炉、溶融炉、キューポラ、高炉など、各種のシャフト型炉において実施されうる。
【００８６】
また、本発明の原料投入装置は、炉内の原料中にガスをできるだけ均一に拡散および上昇させる必要があるシャフト型炉に使用される場合に、最も効果を発揮する。それゆえ、本発明の原料投入装置を設置する対象としては、シャフト型炉が最も好ましいと考えられる。しかしながら、シャフト型炉以外にも、炉の炉体の頂部から原料を投入し、かつ原料中にガスを通す必要がある炉であれば、本発明の原料投入装置が適用されうる。例えば、電気炉などにおいて、最初に炉内に原料を投入する際に、本発明の原料投入装置を使用することができる。
【００８７】
さらにまた、図示された原料投入装置の構成は例示的なものであり、例えばハウジングや投入口の形状、シールによって遮断される区画の分け方、回転機構の配置、および各筒状部材の長さなどは、必要に応じて適宜決定されうるものである。
【実施例】
【００８８】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上記図１および図２に示した熱分解炉１０に原料を投入して試験を実施した。熱分解炉１０の断面積は０．９（ｍ２）、バーナ部から炉頂部までの高さは４（ｍ）である。原料を一部燃焼させて反応温度を維持するために、バーナ部からは酸素および水蒸気が吹き込まれる。本実施例において熱分解炉１０に投入される原料を、以下の表２に示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
上記の原料のうち、最も粒径が大きい廃タイヤを第１原料として熱分解炉１０の中心に投入し、それ以外の木質バイオマスと廃プラスチックを第２原料として廃タイヤの外側に投入して試験を実施した。その結果、クリンカの炉体への固着などは発生せず、熱分解反応が安定的に継続された。
【００９１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 熱分解炉
１１ 炉体
１００，２００，３００，４００ 原料投入装置
１１０，２１０，３１０ 外筒
１２０，２２０ 内筒
１２１ 第１原料供給手段
１３０ 螺旋状シュート
１４０ 回転機構
１５０，３５０ ガイド手段
１６１ 第２原料供給手段
４１０ 追加外筒
４３０ 追加螺旋状シュート
４４０ 追加回転機構
４５０ 追加ガイド手段
４６１ 第３原料供給手段
Ｃ 中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体と、前記炉体の頂部に設けられる原料投入装置とを備えるシャフト型炉であって、
前記原料投入装置は、
同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、
前記内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に設けられ、前記第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、
前記螺旋状シュートを前記中心軸を中心として回転させる回転機構と
を含むことを特徴とするシャフト型炉。
【請求項２】
前記螺旋状シュートは、前記外筒に連結され、
前記回転機構は、前記外筒を前記中心軸を中心として回転させることによって前記螺旋状シュートを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型炉。
【請求項３】
前記原料投入装置は、前記螺旋状シュートの内縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のシャフト型炉。
【請求項４】
前記螺旋状シュートは、前記内筒に連結され、
前記回転機構は、前記内筒を前記中心軸を中心として回転させることによって前記螺旋状シュートを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型炉。
【請求項５】
前記原料投入装置は、前記螺旋状シュートの外縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のシャフト型炉。
【請求項６】
前記ガイド手段は、前記中心軸の回りに設けられる円筒部材からなることを特徴とする、請求項３または５に記載のシャフト型炉。
【請求項７】
前記螺旋状シュートは、前記外筒および前記内筒の両方に連結され、
前記回転機構は、前記外筒または前記内筒を前記中心軸を中心として回転させることによって前記螺旋状シュートを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型炉。
【請求項８】
前記第１の原料は、前記第２の原料よりも粒度が大きい原料であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシャフト型炉。
【請求項９】
前記第１の原料は、前記第２の原料よりも安息角が小さい原料であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシャフト型炉。
【請求項１０】
炉の炉体の頂部に設けられる原料投入装置であって、
同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、
前記内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に設けられ、前記第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、
前記螺旋状シュートを前記中心軸を中心として回転させる回転機構と
を備えることを特徴とする原料投入装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の原料投入装置を用いて前記第１原料および前記第２原料を前記炉体の内部に投入する原料投入方法であって、
前記第１原料を前記内筒の内側に供給し、
前記回転機構を用いて前記螺旋状シュートを回転させながら、前記第２原料を前記外筒と前記内筒との間に供給して前記螺旋状シュート上を滑降させることを特徴とする原料投入方法。
【請求項１】
炉体と、前記炉体の頂部に設けられる原料投入装置とを備えるシャフト型炉であって、
前記原料投入装置は、
同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、
前記内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に設けられ、前記第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、
前記螺旋状シュートを前記中心軸を中心として回転させる回転機構と
を含むことを特徴とするシャフト型炉。
【請求項２】
前記螺旋状シュートは、前記外筒に連結され、
前記回転機構は、前記外筒を前記中心軸を中心として回転させることによって前記螺旋状シュートを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型炉。
【請求項３】
前記原料投入装置は、前記螺旋状シュートの内縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のシャフト型炉。
【請求項４】
前記螺旋状シュートは、前記内筒に連結され、
前記回転機構は、前記内筒を前記中心軸を中心として回転させることによって前記螺旋状シュートを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型炉。
【請求項５】
前記原料投入装置は、前記螺旋状シュートの外縁に沿って設けられるガイド手段をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のシャフト型炉。
【請求項６】
前記ガイド手段は、前記中心軸の回りに設けられる円筒部材からなることを特徴とする、請求項３または５に記載のシャフト型炉。
【請求項７】
前記螺旋状シュートは、前記外筒および前記内筒の両方に連結され、
前記回転機構は、前記外筒または前記内筒を前記中心軸を中心として回転させることによって前記螺旋状シュートを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のシャフト型炉。
【請求項８】
前記第１の原料は、前記第２の原料よりも粒度が大きい原料であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシャフト型炉。
【請求項９】
前記第１の原料は、前記第２の原料よりも安息角が小さい原料であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシャフト型炉。
【請求項１０】
炉の炉体の頂部に設けられる原料投入装置であって、
同一の中心軸の回りに設けられる外筒および内筒と、
前記内筒の内側に第１原料を供給する第１原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に第２原料を供給する第２原料供給手段と、
前記外筒と前記内筒との間に設けられ、前記第２原料を滑降させる螺旋状シュートと、
前記螺旋状シュートを前記中心軸を中心として回転させる回転機構と
を備えることを特徴とする原料投入装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の原料投入装置を用いて前記第１原料および前記第２原料を前記炉体の内部に投入する原料投入方法であって、
前記第１原料を前記内筒の内側に供給し、
前記回転機構を用いて前記螺旋状シュートを回転させながら、前記第２原料を前記外筒と前記内筒との間に供給して前記螺旋状シュート上を滑降させることを特徴とする原料投入方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２２００５４（Ｐ２０１２−２２００５４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３７３４（Ｐ２０１１−８３７３４）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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