液相ＰＣＢの加熱分解装置
【課題】 化石燃料を使用することなく液相ＰＣＢを低コストで安全に加熱分解処理する。
【解決手段】 液相ＰＣＢの加熱分解過程をガス化炉２０によるガス化過程と光学燃焼炉ユニット４０による燃焼過程とに分担させ、各処理過程において必要な処理温度を達成する。焼却炉全体を高温とする必要はないことにより、温度維持コストが削減される。ガス化炉２０の熱源には電熱を利用し、光学燃焼炉ユニット４０の熱源には放電ランプ４Ｅの熱線光を利用する。放電ランプ４Ｅの熱線光は、光であることにより集光器４Ｔで収斂する方法で熱線密度を高めることができるので、ダイオキシン類を熱分解するのに必要とされる超高温を簡易な装置構成で実現することができる。
【解決手段】 液相ＰＣＢの加熱分解過程をガス化炉２０によるガス化過程と光学燃焼炉ユニット４０による燃焼過程とに分担させ、各処理過程において必要な処理温度を達成する。焼却炉全体を高温とする必要はないことにより、温度維持コストが削減される。ガス化炉２０の熱源には電熱を利用し、光学燃焼炉ユニット４０の熱源には放電ランプ４Ｅの熱線光を利用する。放電ランプ４Ｅの熱線光は、光であることにより集光器４Ｔで収斂する方法で熱線密度を高めることができるので、ダイオキシン類を熱分解するのに必要とされる超高温を簡易な装置構成で実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に強電分野の電装機材や電気素子の絶縁および冷却目的等に使用されている液相ＰＣＢの加熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン類による環境汚染が問題視されて既に久しいが、問題が解決された訳ではない。急性致死毒性が極めて強いということの他に、ダイオキシン類が発揮する毒性の最も恐れるべき点は、それが慢性的に生物の正常な世代交代機能を阻害し、正常な生命の引継ぎができなくなる点であるといえる。すなわち、毒性の性質が生命の根幹にかかわる毒性であることにある。
【０００３】
落雷や火山活動等の特殊な条件による偶発的生成の可能性を除き、ダイオキシン類は、自然界において生成されることのない物質であることが知られている。自然界において生成されない物質であるということは、自然界においてこれを生分解する生物がいないということを意味する。また、ダイオキシンは、極めて安定な物質であり、生分解以外の偶発的化学分解も期待できない。したがって、環境内に排出されたダイオキシン類は、自然に減少することはなく蓄積の一途を辿る。ダイオキシン類が微量ずつでも排出され続けるならば、広大な大自然の希釈機能もいずれ限界情況を呈することとならざるを得ない。
【０００４】
環境内に漏出するダイオキシン類は、大きく一般ごみおよび産業廃棄物の焼却炉由来のものと有機塩素系農薬由来のものとに分けられる。農薬由来のものについては、使用の規制という方向性で一応の成果を見せている。規制が難しいのは、各種の焼却炉由来のダイオキシン類である。焼却、すなわち酸化分解処理は、廃棄物等の最も有効な最終処理方法であり、その他の処理方法は、単に廃棄物を人目に触れないようにする、いわば、最終処理責任を将来に先送りする行為に過ぎない。最も、一般ごみについても産業廃棄物についても、分別処理の考え方の啓蒙によって往時に比べれば格段の改善が見られる。しかし、ダイオキシン類に限っては、その環境蓄積性に鑑みて、ゼロエミッションを目指すことが適切である。そして、この目的のためには、より一層の分別の厳密化と、分別した個々の廃棄物等の特性に応じた焼却技術の開発が求められる。
【０００５】
このような考え方に基づいて分別したＰＣＢ廃棄物をダイオキシン類を発生させないように加熱分解することを目的とする焼却方法や焼却炉が提案されている。例えば、
【特許文献１】特開２００５−３２４１７６号公報
【特許文献２】特開２００５−７７０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上掲特許文献に示される技術は、いずれも「超高温」という用語を技術的キーワードとしている。これは、有機塩素化合物であっても、８００℃以上、好ましくは１０００℃以上の温度環境下で分解処理すればダイオキシン類が発生しない、あるいは、焼却対象に含まれているダイオキシン類が分解されるということが判明しているからである。しかしながら、焼却炉内部を均一に１０００℃以上に保持して焼却炉の運転を持続することには、数々の困難を伴う。例えば、炉体の温度限界や安定１０００℃以上を維持するために投入することが必要とされる燃料コストの問題だけでも焼却炉の運営に行き詰まりを感じるであろう。これが、従来、このような超高温焼却炉が運営されていない原因の一部である。また、今日的な観点からは、多量の燃料の投入による資源の無駄遣いや多量のＣＯ２の排出も問題視されなければならない。
【０００７】
ＰＣＢ廃棄物を焼却処理するには、通常、特定の処理機能を分担する多数の装置を合体させた複雑な焼却プロセス設備を必要とする（特許文献１参照）。これは、上述したように常時流動する熱流体を扱う焼却炉においては、その内部全体を均一な温度とすることが技術的に困難であって、焼却炉の排出ガス中には、複数種類の反応未完成物質や反応中間生成物等が必然的に含まれ、これを除去するために複数種類の物質に対応する特定の処理機能を分担する装置を焼却炉に連鎖させることが必要となるのである。すなわち、ＰＣＢ廃棄物は、簡易な焼却装置で加熱分解処理することは困難であった。
【０００８】
一方、焼却炉にアフターバーナを連結することによって比較的簡易な構成でＰＣＢ廃棄物を加熱分解可能とする主張も存する（特許文献２参照）。これは、炉体内に燃料と空気とを吹き込む拡散型サイクロン燃焼炉の改良に係り、アフターバーナを追加している点に特徴を有するもの思われるが、アフターバーナ以前の従来の構成部分である炉本体においての温度設定が従来見られない非常に高温であることが注目される。炉体の温度限界が気になるところである。また、アフターバーナの構成部分においては、バーナの火炎が燃焼対象ガスを押しのけてしまうので、火炎の温度十分に高い場合であっても対象物がその温度で処理されることが保障されないという燃焼方式特有の問題を伴う。また、通常より大幅に高い温度設定により、大量の燃料を投入することが必要であろう。液相ＰＣＢの投入方式に関しては、炉体内に噴霧する方式である。
【０００９】
一般に廃棄物の燃焼炉に関しては、炉内温度の偏在を避けることができない。上記の例示では、燃料や燃焼対象物を吹き込む部分における温度は、他の部分より極端に低温となる。また、炉内の火炎は渦を巻くように伝播するので、炉内における低温部と高温部の発生箇所は、常時移動する。このため、例えば、燃料コストを無視して炉内温度を１０００℃に設定したとしても、殊に、燃焼対象物が難燃性である場合には、設定した予定処理温度で処理することが困難である。
【００１０】
本発明のイメージを例えて言えば、直径５cmのレンズで集めた太陽光の熱エネルギが新聞紙を焼くというような事象を液相ＰＣＢの熱分解処理に応用した発明である。本発明は、ＣＯ２の削減を図るために化石燃料を使用することなく、設置コストを削減するために複雑なプラント構成を要することなく、運転コストを抑えるために少ない投入エネルギで、環境汚染を回避するためにダイオキシン類を発生させることなく液相ＰＣＢを熱分解処理することができる液相ＰＣＢの加熱分解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するための手段として、本発明は、次のような構成を採用する。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、液相ＰＣＢを空気遮断加熱してガス化するガス化炉と、ガス化炉によって生成されたガス化ＰＣＢに空気を混入して撹拌するエアミキシング装置と、エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを高温に予熱したヒータエレメントに強制通過させて瞬時燃焼させる少なくとも１基の光学燃焼炉ユニットを備え、ガス化炉は、収容した液相ＰＣＢを電熱によって加熱する加熱槽と加熱槽を気密状態に取り囲むガス貯留槽とによって構成され、エアミキシング装置は、送込みポンプと撹拌器とから構成され、光学燃焼炉ユニットは、ヒータエレメントを内蔵する燃焼筒と燃焼筒の外部からヒータエレメントに熱線光を照射する光学熱源装置とによって構成されるとともに、光学熱源装置は、熱線光を発生させる放電ランプと放電ランプの熱線光を一方向性の収斂性光束に変換するに集光器とから構成され、液相ＰＣＢをガス化炉によってガス化ＰＣＢに相変化させ、相変化したガス化ＰＣＢをエアミキシング装置に通過させて空気を混ぜ込み、空気を混ぜ込んだガス化ＰＣＢを１２００℃〜１６００℃に予熱した光学燃焼炉ユニットのヒータエレメントに通過させて瞬時燃焼させることを特徴とする。
【００１３】
上記構成に係る液相ＰＣＢの加熱分解装置においては、液相ＰＣＢの熱分解過程をガス化過程と燃焼過程とに分け、ガス化過程はガス化炉に、燃焼過程は光学燃焼炉ユニットに、それぞれ分担させている。したがって、ダイオキシン類を発生させないために必要とされる温度は、光学燃焼炉ユニットにおいてのみ達成されればよく、ガス化炉は、液相ＰＣＢのガス化に必要な比較的低温で運転することができる。また、光学燃焼炉ユニットは、熱線光を集光器でコントロールする方式であるため、これをピンポイント的に絞り込んでヒータエレメントに照射することによって、簡単に、いわゆる超高温を達成することができる。ガス化炉を経たガス化ＰＣＢには、エアミキシング装置によって空気が混ぜられ、酸化分解のための準備が完了する。次いで、ガス化ＰＣＢは、光学燃焼炉ユニットに送られ、１２００℃〜１６００℃に予熱されたヒータエレメントを通過することによってダイオキシン類を発生させることなく加熱分解される。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、複数基の光学燃焼炉ユニットを備え、エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを分岐して複数基の光学燃焼炉ユニットに供給することを特徴とする。
【００１５】
上記構成を有する液相ＰＣＢの加熱分解装置は、局部的にしか高温部を形成できないという本発明の欠点を解消することができる。すなわち、ガス化炉を経たガス化ＰＣＢを２基以上の光学燃焼炉ユニットに並列的に処理することによって、液相ＰＣＢの処理能力を光学燃焼炉ユニットの台数に比例して高めることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、配管路を介して直列接続した複数基の光学燃焼炉ユニットを備え、複数基の光学燃焼炉ユニットにガス化ＰＣＢを順次通過させることを特徴とする。
【００１７】
上記構成を有する液相ＰＣＢの加熱分解装置は、ダイオキシン類の誤排出等の事故に対して高い安全性を発揮することができる。２基以上の光学燃焼炉ユニットが直列接続されている場合は、ガス化ＰＣＢが複数回に及んで異なる光学燃焼炉ユニットを通過する。したがって、光学燃焼炉ユニットの１基が温度低下等の故障をしたような場合においても、ダイオキシン類が排出されるのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、液相ＰＣＢの加熱分解過程をガス化炉によるガス化過程と光学燃焼炉ユニットによる燃焼過程とに分担するので、従来のように焼却炉全体を高温とする必要はなく、各分解過程に必要な温度を達成すれば足りるとともに、高温を必要とする燃焼過程は、放電ランプの熱線光を集光器で収斂して必要な高温を実現する簡易な方式であるため、設置コストおよび運転コストが極めて少ない他、ガス化炉と光学燃焼炉ユニットは、電気エネルギを利用するので加熱分解対象である液相ＰＣＢの分解生成物としてのＣＯ２以上のＣＯ２を排出しないという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を引用しながら本発明の液相ＰＣＢの加熱分解装置の実施の形態を説明する。
【００２０】
液相ＰＣＢの加熱分解装置は、貯留槽１０、ガス化炉２０、エアミキシング装置３０、２基の光学燃焼炉ユニット４０，４０、スクラブ槽５０を配管路６１…６５で接続してなる（図１）。
【００２１】
貯留槽１０は、処理対象である液相ＰＣＢを貯留する容器であって、容器本体１１と、蓋板１２とからなる。容器本体１１の底面に、収容した液相ＰＣＢをガス化炉２０へ送り出す排出ポート１３を有する。
【００２２】
ガス化炉２０は、液相ＰＣＢを空気遮断加熱してガス化する機能を分担する。ガス化炉２０は、ガス化炉は、液相ＰＣＢを電熱によって加熱する加熱槽２１と、加熱槽２１を気密状態に取り囲むガス貯留槽２２とから構成されている。加熱槽２１の実体は、焼結成型したアルミナ製の電気抵抗ルツボであり、多数の透孔を設けた蓋板２３を備える。加熱槽２１の支持部内には、底面に至る供給ポート２４が形成されている。ガス貯留槽２２は、加熱槽２１を外部から遮断し、発生したガス化ＰＣＢを保持する機能を有し、所定の内圧に耐えることができる。ガス貯留槽２２の上部には、フィルタ２５付きの排出ポート２６が設けられている。
【００２３】
貯留槽１０の排出ポート１３と加熱槽２１の供給ポート２４とは、駆動モータＭ１によって駆動する液送ポンプＰ１と仕切り弁Ｖ１を介装した配管路６１によって接続されている。仕切り弁Ｖ１は、液送ポンプＰ１と加熱槽２１との間に介装されている。したがって、仕切り弁Ｖ１を開いて液送ポンプＰ１を作動させることによって、貯留槽１０内の液相ＰＣＢをガス化炉２０内の加熱槽２１に送り込むことができる。
【００２４】
エアミキシング装置３０は、駆動モータＭ２を備える送込みポンプＰ２と撹拌器３１とからなり、フィルタ３２を通して外部の空気を取り込むことができる。撹拌器３１は、可動部分を有しない静止型混合方式のものであり、熱の影響を殆ど受けない。ガス化炉２０におけるガス貯留槽２２の排出ポート２６と撹拌器３１とは、仕切り弁Ｖ２を介装した配管路６２によって接続され、撹拌器３１は、ガス化炉２０から排出されるガス化ＰＣＢに対して送込みポンプＰ２から送込まれる空気を切り混ぜることができる。
【００２５】
２基の光学燃焼炉ユニット４０，４０は、同一構造であり、各光学燃焼炉ユニット４０は、燃焼筒４１と光学熱源装置４２とからなる（図２）。燃焼筒４１は、タングステン合金からなるケーシング４Ａと、ケーシング４Ａに焼き嵌めするヒータエレメント４Ｃとスペーサ４Ｂとからなる。ヒータエレメント４Ｃおよびスペーサ４Ｂは、いずれもアルミナの焼結成型部材であり、１８００℃の温度に余裕をもって耐えることができる。ケーシング４Ａは、上下面開放の筒体であるが、ケーシング４Ａの上部は、内曲げフランジ加工した状態で開放されている。
【００２６】
ヒータエレメント４Ｃは、円柱状のコア４Ｋの周囲に、放射方向に多数のスリット４Ｓ…を形成した３段のフランジ４Ｌ…を突出させた構造を有し（図３）、コア４Ｋの上下の端面には、深い凹陥部４Ｈが形成されている。
【００２７】
燃焼筒４１における、ケーシング４Ａの内部空間は、ヒータエレメント４Ｃを嵌め込むことによって上下の燃焼室４Ｒ，４Ｒに分割されている。ただし、上下の燃焼室４Ｒ，４Ｒは、ヒータエレメント４Ｃに形成した多数のスリット４Ｓ…を介して連通している。下側の燃焼室４Ｒには、さらに、スペーサ４Ｂがはめ込まれ（図２）、スペーサ４Ｂには、供給ポート４Ｐが設けられている。また、上側の燃焼室４Ｒには、排出ポート４Ｑが設けられている。
【００２８】
光学燃焼炉ユニット４０における光学熱源装置４２は、熱線光を発生させる放電ランプ４Ｅと、放電ランプ４Ｅの熱線光を一方向性の収斂性光束ＬＳに変換するに集光器４Ｔとから構成されている（図２）。放電ランプ４Ｅには、バルブ内にクセノンガスを封入してなるクセノン球が採用されている。次のような理由による。光線が奏する基本的作用としては、（ａ）光化学作用、（ｂ）光熱作用、（ｃ）光電子作用、（ｄ）光化学作用（二光子反応）が知られている。本発明は、これらの作用のうちの（ｂ）光熱作用を利用するものである。そして、光熱作用は、光成分のうちの近赤外領域から遠赤外領域に属する、いわゆる熱線成分による作用であるところ、各種のガス封入ランプを比較検討した結果、クセノンを封入したものにおいて、最も広範囲に熱線成分が含まれることが判明したためである。また、放電発光の方式を選択したのは、大出力のものが市場に提供されているという理由による。
【００２９】
光学熱源装置４２における集光器４Ｔは、放電ランプ４Ｅが不定方向に照射する熱線光を１方向性の収斂性光束ＬＳに変換することを目的とし、鏡筒４Ｄ、有焦点反射鏡４Ｍ、必要に応じて用いるレンズＬ１（図２に二点差線で示す。）で構成されている。光学熱源装置４２は、出力６ｋＷのクセノン球を用いた場合、収斂性光束ＬＳの焦点位置において照射対象物の表面を少なくとも１５００℃に瞬時に昇温することができる。なお、収斂性光束ＬＳは、各種の収差により焦点位置において点とはならず、スポット光状態となる。そして、光学熱源装置４２と燃焼筒４１とは、収斂性光束ＬＳの焦点位置をヒータエレメント４Ｃのコア４Ｋの凹陥部４Ｈに一致させるように組み合わされている。この組み合わせによって、ヒータエレメント４Ｃ全体としては、１２００℃〜１３００℃の温度を維持することができる。
【００３０】
２基の光学燃焼炉ユニット４０，４０における各燃焼筒４１には、エアミキシング装置３０の撹拌器３１からの配管路を分岐した配管路６３が下側の燃焼室４Ｒの供給ポート４Ｐに接続されている（図１）。ただし、一方の燃焼筒４１の配管路６３には、絞り弁Ｖ３が介装され、２基の光学燃焼炉ユニット４０に供給されるガス化ＰＣＢの量的バランスを整えることができるように配慮されている。各燃焼筒４１の下側の燃焼室４Ｒの送りこまれたガス化ＰＣＢは、ヒータエレメント４Ｃのフランジ４Ｌ…に設けたスリット４Ｓ…を３回通過することによって上側の燃焼室４Ｒに到達する。ガス化ＰＣＢがスリット４Ｓ…を通過する際には、他に、ガスの逃げ場がないことから、ガス化ＰＣＢは、強制的にヒータエレメント４Ｃに擦り付けられ、瞬時に燃焼完了することができる。
【００３１】
スクラブ槽５０は、水を満たした水槽５１内に噴気ユニット５２を備え、噴気ユニット５２と各燃焼筒４１の排出ポート４Ｑとが配管路６４によって接続されている。スクラブ槽５０は、燃焼筒４１の排気を噴気ユニット５２を介して水中に放出することによって、排気を洗浄する機能を有する。水中に放出された排気は、排出口５２から大気中に放出される。なお、このスクラブ槽５０は、燃焼筒４１からの排気の状況によっては、他の方式のスクラブ装置を採用することができる他、省略することもできる。
【００３２】
なお、スクラブ槽５０と貯留槽１０とは、駆動モータＭ３を備える液送ポンプＰ３を介装した配管路６５によって接続され、水槽５１内の水が何らかの原因で汚染した場合に、汚染した水を貯留槽１０に帰還させて、液相ＰＣＢを処理するのと同じ要領で洗滌水を加熱焼却処理することができるように構成されている。一般の焼却炉においては、洗滌水の処理も困難な問題であるが、本発明の液相ＰＣＢの加熱分解装置においては、かように容易である。
【００３３】
複数の光学燃焼炉ユニット４０を使用する液相ＰＣＢの加熱分解装置においては、複数の光学燃焼炉ユニット４０，４０を配管路６３Ｂを介して直列接続し、光学燃焼炉ユニット４０，４０にガス化ＰＣＢを順次通過させるように構成することもできる（図４）。これによって、不完全燃焼等によるダイオキシン類の排出危険性を激減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体系統図である。
【図２】上記実施の形態における要部の断面図である。
【図３】上記実施の形態における要部の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す要部の系統図である。
【符号の説明】
【００３５】
ＬＳ 収斂性光束
Ｐ２ 送込みポンプ
２０ ガス化炉
２１ 加熱槽
２２ ガス貯留槽
３０ エアミキシング装置
３１ 撹拌器
４０ 光学燃焼炉ユニット
４１ 燃焼筒
４２ 光学熱源装置
４Ｃ ヒータエレメント
４Ｅ 放電ランプ
４Ｔ 集光器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に強電分野の電装機材や電気素子の絶縁および冷却目的等に使用されている液相ＰＣＢの加熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオキシン類による環境汚染が問題視されて既に久しいが、問題が解決された訳ではない。急性致死毒性が極めて強いということの他に、ダイオキシン類が発揮する毒性の最も恐れるべき点は、それが慢性的に生物の正常な世代交代機能を阻害し、正常な生命の引継ぎができなくなる点であるといえる。すなわち、毒性の性質が生命の根幹にかかわる毒性であることにある。
【０００３】
落雷や火山活動等の特殊な条件による偶発的生成の可能性を除き、ダイオキシン類は、自然界において生成されることのない物質であることが知られている。自然界において生成されない物質であるということは、自然界においてこれを生分解する生物がいないということを意味する。また、ダイオキシンは、極めて安定な物質であり、生分解以外の偶発的化学分解も期待できない。したがって、環境内に排出されたダイオキシン類は、自然に減少することはなく蓄積の一途を辿る。ダイオキシン類が微量ずつでも排出され続けるならば、広大な大自然の希釈機能もいずれ限界情況を呈することとならざるを得ない。
【０００４】
環境内に漏出するダイオキシン類は、大きく一般ごみおよび産業廃棄物の焼却炉由来のものと有機塩素系農薬由来のものとに分けられる。農薬由来のものについては、使用の規制という方向性で一応の成果を見せている。規制が難しいのは、各種の焼却炉由来のダイオキシン類である。焼却、すなわち酸化分解処理は、廃棄物等の最も有効な最終処理方法であり、その他の処理方法は、単に廃棄物を人目に触れないようにする、いわば、最終処理責任を将来に先送りする行為に過ぎない。最も、一般ごみについても産業廃棄物についても、分別処理の考え方の啓蒙によって往時に比べれば格段の改善が見られる。しかし、ダイオキシン類に限っては、その環境蓄積性に鑑みて、ゼロエミッションを目指すことが適切である。そして、この目的のためには、より一層の分別の厳密化と、分別した個々の廃棄物等の特性に応じた焼却技術の開発が求められる。
【０００５】
このような考え方に基づいて分別したＰＣＢ廃棄物をダイオキシン類を発生させないように加熱分解することを目的とする焼却方法や焼却炉が提案されている。例えば、
【特許文献１】特開２００５−３２４１７６号公報
【特許文献２】特開２００５−７７０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上掲特許文献に示される技術は、いずれも「超高温」という用語を技術的キーワードとしている。これは、有機塩素化合物であっても、８００℃以上、好ましくは１０００℃以上の温度環境下で分解処理すればダイオキシン類が発生しない、あるいは、焼却対象に含まれているダイオキシン類が分解されるということが判明しているからである。しかしながら、焼却炉内部を均一に１０００℃以上に保持して焼却炉の運転を持続することには、数々の困難を伴う。例えば、炉体の温度限界や安定１０００℃以上を維持するために投入することが必要とされる燃料コストの問題だけでも焼却炉の運営に行き詰まりを感じるであろう。これが、従来、このような超高温焼却炉が運営されていない原因の一部である。また、今日的な観点からは、多量の燃料の投入による資源の無駄遣いや多量のＣＯ２の排出も問題視されなければならない。
【０００７】
ＰＣＢ廃棄物を焼却処理するには、通常、特定の処理機能を分担する多数の装置を合体させた複雑な焼却プロセス設備を必要とする（特許文献１参照）。これは、上述したように常時流動する熱流体を扱う焼却炉においては、その内部全体を均一な温度とすることが技術的に困難であって、焼却炉の排出ガス中には、複数種類の反応未完成物質や反応中間生成物等が必然的に含まれ、これを除去するために複数種類の物質に対応する特定の処理機能を分担する装置を焼却炉に連鎖させることが必要となるのである。すなわち、ＰＣＢ廃棄物は、簡易な焼却装置で加熱分解処理することは困難であった。
【０００８】
一方、焼却炉にアフターバーナを連結することによって比較的簡易な構成でＰＣＢ廃棄物を加熱分解可能とする主張も存する（特許文献２参照）。これは、炉体内に燃料と空気とを吹き込む拡散型サイクロン燃焼炉の改良に係り、アフターバーナを追加している点に特徴を有するもの思われるが、アフターバーナ以前の従来の構成部分である炉本体においての温度設定が従来見られない非常に高温であることが注目される。炉体の温度限界が気になるところである。また、アフターバーナの構成部分においては、バーナの火炎が燃焼対象ガスを押しのけてしまうので、火炎の温度十分に高い場合であっても対象物がその温度で処理されることが保障されないという燃焼方式特有の問題を伴う。また、通常より大幅に高い温度設定により、大量の燃料を投入することが必要であろう。液相ＰＣＢの投入方式に関しては、炉体内に噴霧する方式である。
【０００９】
一般に廃棄物の燃焼炉に関しては、炉内温度の偏在を避けることができない。上記の例示では、燃料や燃焼対象物を吹き込む部分における温度は、他の部分より極端に低温となる。また、炉内の火炎は渦を巻くように伝播するので、炉内における低温部と高温部の発生箇所は、常時移動する。このため、例えば、燃料コストを無視して炉内温度を１０００℃に設定したとしても、殊に、燃焼対象物が難燃性である場合には、設定した予定処理温度で処理することが困難である。
【００１０】
本発明のイメージを例えて言えば、直径５cmのレンズで集めた太陽光の熱エネルギが新聞紙を焼くというような事象を液相ＰＣＢの熱分解処理に応用した発明である。本発明は、ＣＯ２の削減を図るために化石燃料を使用することなく、設置コストを削減するために複雑なプラント構成を要することなく、運転コストを抑えるために少ない投入エネルギで、環境汚染を回避するためにダイオキシン類を発生させることなく液相ＰＣＢを熱分解処理することができる液相ＰＣＢの加熱分解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するための手段として、本発明は、次のような構成を採用する。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、液相ＰＣＢを空気遮断加熱してガス化するガス化炉と、ガス化炉によって生成されたガス化ＰＣＢに空気を混入して撹拌するエアミキシング装置と、エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを高温に予熱したヒータエレメントに強制通過させて瞬時燃焼させる少なくとも１基の光学燃焼炉ユニットを備え、ガス化炉は、収容した液相ＰＣＢを電熱によって加熱する加熱槽と加熱槽を気密状態に取り囲むガス貯留槽とによって構成され、エアミキシング装置は、送込みポンプと撹拌器とから構成され、光学燃焼炉ユニットは、ヒータエレメントを内蔵する燃焼筒と燃焼筒の外部からヒータエレメントに熱線光を照射する光学熱源装置とによって構成されるとともに、光学熱源装置は、熱線光を発生させる放電ランプと放電ランプの熱線光を一方向性の収斂性光束に変換するに集光器とから構成され、液相ＰＣＢをガス化炉によってガス化ＰＣＢに相変化させ、相変化したガス化ＰＣＢをエアミキシング装置に通過させて空気を混ぜ込み、空気を混ぜ込んだガス化ＰＣＢを１２００℃〜１６００℃に予熱した光学燃焼炉ユニットのヒータエレメントに通過させて瞬時燃焼させることを特徴とする。
【００１３】
上記構成に係る液相ＰＣＢの加熱分解装置においては、液相ＰＣＢの熱分解過程をガス化過程と燃焼過程とに分け、ガス化過程はガス化炉に、燃焼過程は光学燃焼炉ユニットに、それぞれ分担させている。したがって、ダイオキシン類を発生させないために必要とされる温度は、光学燃焼炉ユニットにおいてのみ達成されればよく、ガス化炉は、液相ＰＣＢのガス化に必要な比較的低温で運転することができる。また、光学燃焼炉ユニットは、熱線光を集光器でコントロールする方式であるため、これをピンポイント的に絞り込んでヒータエレメントに照射することによって、簡単に、いわゆる超高温を達成することができる。ガス化炉を経たガス化ＰＣＢには、エアミキシング装置によって空気が混ぜられ、酸化分解のための準備が完了する。次いで、ガス化ＰＣＢは、光学燃焼炉ユニットに送られ、１２００℃〜１６００℃に予熱されたヒータエレメントを通過することによってダイオキシン類を発生させることなく加熱分解される。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、複数基の光学燃焼炉ユニットを備え、エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを分岐して複数基の光学燃焼炉ユニットに供給することを特徴とする。
【００１５】
上記構成を有する液相ＰＣＢの加熱分解装置は、局部的にしか高温部を形成できないという本発明の欠点を解消することができる。すなわち、ガス化炉を経たガス化ＰＣＢを２基以上の光学燃焼炉ユニットに並列的に処理することによって、液相ＰＣＢの処理能力を光学燃焼炉ユニットの台数に比例して高めることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、配管路を介して直列接続した複数基の光学燃焼炉ユニットを備え、複数基の光学燃焼炉ユニットにガス化ＰＣＢを順次通過させることを特徴とする。
【００１７】
上記構成を有する液相ＰＣＢの加熱分解装置は、ダイオキシン類の誤排出等の事故に対して高い安全性を発揮することができる。２基以上の光学燃焼炉ユニットが直列接続されている場合は、ガス化ＰＣＢが複数回に及んで異なる光学燃焼炉ユニットを通過する。したがって、光学燃焼炉ユニットの１基が温度低下等の故障をしたような場合においても、ダイオキシン類が排出されるのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液相ＰＣＢの加熱分解装置は、液相ＰＣＢの加熱分解過程をガス化炉によるガス化過程と光学燃焼炉ユニットによる燃焼過程とに分担するので、従来のように焼却炉全体を高温とする必要はなく、各分解過程に必要な温度を達成すれば足りるとともに、高温を必要とする燃焼過程は、放電ランプの熱線光を集光器で収斂して必要な高温を実現する簡易な方式であるため、設置コストおよび運転コストが極めて少ない他、ガス化炉と光学燃焼炉ユニットは、電気エネルギを利用するので加熱分解対象である液相ＰＣＢの分解生成物としてのＣＯ２以上のＣＯ２を排出しないという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を引用しながら本発明の液相ＰＣＢの加熱分解装置の実施の形態を説明する。
【００２０】
液相ＰＣＢの加熱分解装置は、貯留槽１０、ガス化炉２０、エアミキシング装置３０、２基の光学燃焼炉ユニット４０，４０、スクラブ槽５０を配管路６１…６５で接続してなる（図１）。
【００２１】
貯留槽１０は、処理対象である液相ＰＣＢを貯留する容器であって、容器本体１１と、蓋板１２とからなる。容器本体１１の底面に、収容した液相ＰＣＢをガス化炉２０へ送り出す排出ポート１３を有する。
【００２２】
ガス化炉２０は、液相ＰＣＢを空気遮断加熱してガス化する機能を分担する。ガス化炉２０は、ガス化炉は、液相ＰＣＢを電熱によって加熱する加熱槽２１と、加熱槽２１を気密状態に取り囲むガス貯留槽２２とから構成されている。加熱槽２１の実体は、焼結成型したアルミナ製の電気抵抗ルツボであり、多数の透孔を設けた蓋板２３を備える。加熱槽２１の支持部内には、底面に至る供給ポート２４が形成されている。ガス貯留槽２２は、加熱槽２１を外部から遮断し、発生したガス化ＰＣＢを保持する機能を有し、所定の内圧に耐えることができる。ガス貯留槽２２の上部には、フィルタ２５付きの排出ポート２６が設けられている。
【００２３】
貯留槽１０の排出ポート１３と加熱槽２１の供給ポート２４とは、駆動モータＭ１によって駆動する液送ポンプＰ１と仕切り弁Ｖ１を介装した配管路６１によって接続されている。仕切り弁Ｖ１は、液送ポンプＰ１と加熱槽２１との間に介装されている。したがって、仕切り弁Ｖ１を開いて液送ポンプＰ１を作動させることによって、貯留槽１０内の液相ＰＣＢをガス化炉２０内の加熱槽２１に送り込むことができる。
【００２４】
エアミキシング装置３０は、駆動モータＭ２を備える送込みポンプＰ２と撹拌器３１とからなり、フィルタ３２を通して外部の空気を取り込むことができる。撹拌器３１は、可動部分を有しない静止型混合方式のものであり、熱の影響を殆ど受けない。ガス化炉２０におけるガス貯留槽２２の排出ポート２６と撹拌器３１とは、仕切り弁Ｖ２を介装した配管路６２によって接続され、撹拌器３１は、ガス化炉２０から排出されるガス化ＰＣＢに対して送込みポンプＰ２から送込まれる空気を切り混ぜることができる。
【００２５】
２基の光学燃焼炉ユニット４０，４０は、同一構造であり、各光学燃焼炉ユニット４０は、燃焼筒４１と光学熱源装置４２とからなる（図２）。燃焼筒４１は、タングステン合金からなるケーシング４Ａと、ケーシング４Ａに焼き嵌めするヒータエレメント４Ｃとスペーサ４Ｂとからなる。ヒータエレメント４Ｃおよびスペーサ４Ｂは、いずれもアルミナの焼結成型部材であり、１８００℃の温度に余裕をもって耐えることができる。ケーシング４Ａは、上下面開放の筒体であるが、ケーシング４Ａの上部は、内曲げフランジ加工した状態で開放されている。
【００２６】
ヒータエレメント４Ｃは、円柱状のコア４Ｋの周囲に、放射方向に多数のスリット４Ｓ…を形成した３段のフランジ４Ｌ…を突出させた構造を有し（図３）、コア４Ｋの上下の端面には、深い凹陥部４Ｈが形成されている。
【００２７】
燃焼筒４１における、ケーシング４Ａの内部空間は、ヒータエレメント４Ｃを嵌め込むことによって上下の燃焼室４Ｒ，４Ｒに分割されている。ただし、上下の燃焼室４Ｒ，４Ｒは、ヒータエレメント４Ｃに形成した多数のスリット４Ｓ…を介して連通している。下側の燃焼室４Ｒには、さらに、スペーサ４Ｂがはめ込まれ（図２）、スペーサ４Ｂには、供給ポート４Ｐが設けられている。また、上側の燃焼室４Ｒには、排出ポート４Ｑが設けられている。
【００２８】
光学燃焼炉ユニット４０における光学熱源装置４２は、熱線光を発生させる放電ランプ４Ｅと、放電ランプ４Ｅの熱線光を一方向性の収斂性光束ＬＳに変換するに集光器４Ｔとから構成されている（図２）。放電ランプ４Ｅには、バルブ内にクセノンガスを封入してなるクセノン球が採用されている。次のような理由による。光線が奏する基本的作用としては、（ａ）光化学作用、（ｂ）光熱作用、（ｃ）光電子作用、（ｄ）光化学作用（二光子反応）が知られている。本発明は、これらの作用のうちの（ｂ）光熱作用を利用するものである。そして、光熱作用は、光成分のうちの近赤外領域から遠赤外領域に属する、いわゆる熱線成分による作用であるところ、各種のガス封入ランプを比較検討した結果、クセノンを封入したものにおいて、最も広範囲に熱線成分が含まれることが判明したためである。また、放電発光の方式を選択したのは、大出力のものが市場に提供されているという理由による。
【００２９】
光学熱源装置４２における集光器４Ｔは、放電ランプ４Ｅが不定方向に照射する熱線光を１方向性の収斂性光束ＬＳに変換することを目的とし、鏡筒４Ｄ、有焦点反射鏡４Ｍ、必要に応じて用いるレンズＬ１（図２に二点差線で示す。）で構成されている。光学熱源装置４２は、出力６ｋＷのクセノン球を用いた場合、収斂性光束ＬＳの焦点位置において照射対象物の表面を少なくとも１５００℃に瞬時に昇温することができる。なお、収斂性光束ＬＳは、各種の収差により焦点位置において点とはならず、スポット光状態となる。そして、光学熱源装置４２と燃焼筒４１とは、収斂性光束ＬＳの焦点位置をヒータエレメント４Ｃのコア４Ｋの凹陥部４Ｈに一致させるように組み合わされている。この組み合わせによって、ヒータエレメント４Ｃ全体としては、１２００℃〜１３００℃の温度を維持することができる。
【００３０】
２基の光学燃焼炉ユニット４０，４０における各燃焼筒４１には、エアミキシング装置３０の撹拌器３１からの配管路を分岐した配管路６３が下側の燃焼室４Ｒの供給ポート４Ｐに接続されている（図１）。ただし、一方の燃焼筒４１の配管路６３には、絞り弁Ｖ３が介装され、２基の光学燃焼炉ユニット４０に供給されるガス化ＰＣＢの量的バランスを整えることができるように配慮されている。各燃焼筒４１の下側の燃焼室４Ｒの送りこまれたガス化ＰＣＢは、ヒータエレメント４Ｃのフランジ４Ｌ…に設けたスリット４Ｓ…を３回通過することによって上側の燃焼室４Ｒに到達する。ガス化ＰＣＢがスリット４Ｓ…を通過する際には、他に、ガスの逃げ場がないことから、ガス化ＰＣＢは、強制的にヒータエレメント４Ｃに擦り付けられ、瞬時に燃焼完了することができる。
【００３１】
スクラブ槽５０は、水を満たした水槽５１内に噴気ユニット５２を備え、噴気ユニット５２と各燃焼筒４１の排出ポート４Ｑとが配管路６４によって接続されている。スクラブ槽５０は、燃焼筒４１の排気を噴気ユニット５２を介して水中に放出することによって、排気を洗浄する機能を有する。水中に放出された排気は、排出口５２から大気中に放出される。なお、このスクラブ槽５０は、燃焼筒４１からの排気の状況によっては、他の方式のスクラブ装置を採用することができる他、省略することもできる。
【００３２】
なお、スクラブ槽５０と貯留槽１０とは、駆動モータＭ３を備える液送ポンプＰ３を介装した配管路６５によって接続され、水槽５１内の水が何らかの原因で汚染した場合に、汚染した水を貯留槽１０に帰還させて、液相ＰＣＢを処理するのと同じ要領で洗滌水を加熱焼却処理することができるように構成されている。一般の焼却炉においては、洗滌水の処理も困難な問題であるが、本発明の液相ＰＣＢの加熱分解装置においては、かように容易である。
【００３３】
複数の光学燃焼炉ユニット４０を使用する液相ＰＣＢの加熱分解装置においては、複数の光学燃焼炉ユニット４０，４０を配管路６３Ｂを介して直列接続し、光学燃焼炉ユニット４０，４０にガス化ＰＣＢを順次通過させるように構成することもできる（図４）。これによって、不完全燃焼等によるダイオキシン類の排出危険性を激減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体系統図である。
【図２】上記実施の形態における要部の断面図である。
【図３】上記実施の形態における要部の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す要部の系統図である。
【符号の説明】
【００３５】
ＬＳ 収斂性光束
Ｐ２ 送込みポンプ
２０ ガス化炉
２１ 加熱槽
２２ ガス貯留槽
３０ エアミキシング装置
３１ 撹拌器
４０ 光学燃焼炉ユニット
４１ 燃焼筒
４２ 光学熱源装置
４Ｃ ヒータエレメント
４Ｅ 放電ランプ
４Ｔ 集光器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相ＰＣＢを空気遮断加熱してガス化するガス化炉と、該ガス化炉によって生成されたガス化ＰＣＢに空気を混入して撹拌するエアミキシング装置と、前記エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを高温に予熱したヒータエレメントに強制通過させて瞬時燃焼させる少なくとも１基の光学燃焼炉ユニットを備え、
前記ガス化炉は、収容した液相ＰＣＢを電熱によって加熱する加熱槽と該加熱槽を気密状態に取り囲むガス貯留槽とによって構成され、前記エアミキシング装置は、送込みポンプと撹拌器とから構成され、前記光学燃焼炉ユニットは、前記ヒータエレメントを内蔵する燃焼筒と該燃焼筒の外部から前記ヒータエレメントに熱線光を照射する光学熱源装置とによって構成されるとともに、該光学熱源装置は、熱線光を発生させる放電ランプと該放電ランプの熱線光を一方向性の収斂性光束に変換するに集光器とから構成され、
液相ＰＣＢを前記ガス化炉によってガス化ＰＣＢに相変化させ、相変化したガス化ＰＣＢを前記エアミキシング装置に通過させて空気を混ぜ込み、空気を混ぜ込んだガス化ＰＣＢを１２００℃〜１６００℃に予熱した前記光学燃焼炉ユニットのヒータエレメントに通過させて瞬時燃焼させることを特徴とする液相ＰＣＢの加熱分解装置。
【請求項２】
複数基の光学燃焼炉ユニットを備え、前記エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを分岐して複数基の光学燃焼炉ユニットに供給することを特徴とする請求項１に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置。
【請求項３】
配管路を介して直列接続した複数基の前記光学燃焼炉ユニットを備え、複数基の光学燃焼炉ユニットにガス化ＰＣＢを順次通過させることを特徴とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置。
【請求項１】
液相ＰＣＢを空気遮断加熱してガス化するガス化炉と、該ガス化炉によって生成されたガス化ＰＣＢに空気を混入して撹拌するエアミキシング装置と、前記エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを高温に予熱したヒータエレメントに強制通過させて瞬時燃焼させる少なくとも１基の光学燃焼炉ユニットを備え、
前記ガス化炉は、収容した液相ＰＣＢを電熱によって加熱する加熱槽と該加熱槽を気密状態に取り囲むガス貯留槽とによって構成され、前記エアミキシング装置は、送込みポンプと撹拌器とから構成され、前記光学燃焼炉ユニットは、前記ヒータエレメントを内蔵する燃焼筒と該燃焼筒の外部から前記ヒータエレメントに熱線光を照射する光学熱源装置とによって構成されるとともに、該光学熱源装置は、熱線光を発生させる放電ランプと該放電ランプの熱線光を一方向性の収斂性光束に変換するに集光器とから構成され、
液相ＰＣＢを前記ガス化炉によってガス化ＰＣＢに相変化させ、相変化したガス化ＰＣＢを前記エアミキシング装置に通過させて空気を混ぜ込み、空気を混ぜ込んだガス化ＰＣＢを１２００℃〜１６００℃に予熱した前記光学燃焼炉ユニットのヒータエレメントに通過させて瞬時燃焼させることを特徴とする液相ＰＣＢの加熱分解装置。
【請求項２】
複数基の光学燃焼炉ユニットを備え、前記エアミキシング装置を経たガス化ＰＣＢを分岐して複数基の光学燃焼炉ユニットに供給することを特徴とする請求項１に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置。
【請求項３】
配管路を介して直列接続した複数基の前記光学燃焼炉ユニットを備え、複数基の光学燃焼炉ユニットにガス化ＰＣＢを順次通過させることを特徴とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液相ＰＣＢの加熱分解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２７５１７７（Ｐ２００８−２７５１７７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８２５７（Ｐ２００６−１７８２５７）
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（３９２０３１６２０）
【出願人】（５９４０７９３４９）
【出願人】（３０５００１９１７）有限会社アークコーポレーション (6)
【出願人】（５０１３４２３６６）株式会社サトカンパニー (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（３９２０３１６２０）
【出願人】（５９４０７９３４９）
【出願人】（３０５００１９１７）有限会社アークコーポレーション (6)
【出願人】（５０１３４２３６６）株式会社サトカンパニー (5)
【Ｆターム（参考）】
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