(57)【要約】【課題】地震に起因した損傷等の発生を抑えるのに有利となる回転構造物を提供する。【解決手段】回転構造物１０は、流体を流通させる配管１１ａを配置して回転可能な円筒体１１と、配管１１ａに流体を供給する供給流路と、配管１１ａから流体を回収する回収流路とが同軸状に積層された二重連絡管１７と、二重連絡管１７の配管１１ａに接続される側とは反対側に接続され、円筒体１１の回転に合わせて二重連絡管１７を回転可能に支持するロータリージョイント１２と、第１部材７１と、該第１部材７１との連結方向に対して垂直な方向に移動可能な第２部材７２とを含む変位機構７０とを備える。第１部材７１は、地面側の第２架台６１に接続され、第２部材７２は、ロータリージョイント１２に接続される。【選択図】図２
2020105786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させる配管を配置して回転可能な円筒体と、
前記配管に前記流体を供給する供給流路と、前記配管から前記流体を回収する回収流路とが同軸状に積層された二重連絡管と、
前記二重連絡管の前記配管に接続される側とは反対側に接続され、前記円筒体の回転に合わせて前記二重連絡管を回転可能に支持するロータリージョイントと、
第１部材と、該第１部材との連結方向に対して垂直な方向に移動可能な第２部材とを含む変位機構と、
を備え、
前記第１部材は、地面側の架台に接続され、
前記第２部材は、前記ロータリージョイントに接続される、回転構造物。
【請求項２】
前記変位機構は、すべり支承を用いた免震機構である、請求項１に記載の回転構造物。
【請求項３】
前記変位機構は、転がり支承を用いた免震機構である、請求項１に記載の回転構造物。
【請求項４】
一端が前記第１部材の側に接続され、他端が前記第２部材の側に接続されるシャーピンを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転構造物。
【請求項５】
回転可能な円筒体を炉体とする回転式の焼却炉であって、
前記円筒体を含み、前記円筒体を回転させる回転構造物を備え、
前記回転構造物は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転構造物である、焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転構造物、及び、それを用いた焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物を収容した回転体を回転させることで対象物を攪拌する回転構造物を備えた産業用装置が存在する。そのなかでも特に大型の産業用装置として、特許文献１は、回転している円筒状の炉体に都市ゴミ等の廃棄物を供給して焼却させる回転式焼却炉を開示している。
【０００３】
回転式焼却炉に用いられる炉体は、それぞれ軸方向に沿って延伸する複数の水管を周方向に一定間隔で配置した円筒体である。水管は、炉体冷却用の冷却水を流通させる。冷却水は、いずれかの水管内を円筒体の一方の開口側から他方の開口側に向かう方向で流通した後、他の水管内を反対方向に流通することで戻るので、炉体全体としては、それぞれの水管を通じて循環流通する。これらの水管は、二重連絡管を介してロータリージョイントに連接され、外部との間で冷却水の導入と排出とが行われる。ロータリージョイントは、炉体の周方向の回転に合わせて二重連絡管を回転可能に支持する軸受機構である。
【０００４】
また、回転式焼却炉では、炉体の姿勢は、廃棄物が供給される入口側が高く、焼却灰等が排出される出口側が低くなるように傾斜している。そして、二重連絡管は、炉体の低位置側に設置されている。つまり、二重連絡管は、炉体側から、炉体の下流側に設置されている未燃ガスを処理するための二次燃焼室を貫通して、二次燃焼室の外部に設置されているロータリージョイントまで延伸している。そのため、ロータリージョイントは、炉体を支持する架台とは離れた位置にある別の架台に支持されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、炉体を支持する第１架台と、ロータリージョイントを支持する第２架台とが、上記のように、互いに離れて独立して地上面に設置されていると想定する。この場合、地震が発生したときには、第１架台と第２架台とが互いに異なる振動周期及び振幅で揺れることで、第１架台と第２架台との間には、大きな相対変位が生じる。このとき、一端が第１架台側の炉体に接続され、他端が第２架台側のロータリージョイントに接続されている二重連絡管には、相対変位が強制変位として入力されて、過大な変形や応力が発生するおそれがある。このような変形等に起因して二重連絡管が損傷した場合には、二重連絡管の修復や交換が要求されることもあり得る。
【０００７】
そこで、本開示は、地震に起因した損傷等の発生を抑えるのに有利となる回転構造物及び焼却炉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】
【０００８】
本開示の一態様に係る回転構造物は、流体を流通させる配管を配置して回転可能な円筒体と、配管に流体を供給する供給流路と、配管から流体を回収する回収流路とが同軸状に積層された二重連絡管と、二重連絡管の配管に接続される側とは反対側に接続され、円筒体の回転に合わせて二重連絡管を回転可能に支持するロータリージョイントと、第１部材と、該第１部材との連結方向に対して垂直な方向に移動可能な第２部材とを含む変位機構と、を備え、第１部材は、地面側の架台に接続され、第２部材は、ロータリージョイントに接続される。
【０００９】
上記の回転構造物では、変位機構は、すべり支承を用いた免震機構であってもよい。又は、変位機構は、転がり支承を用いた免震機構であってもよい。また、上記の回転構造物は、一端が第１部材の側に接続され、他端が第２部材の側に接続されるシャーピンを備えてもよい。
【００１０】
また、本開示の一態様に係る焼却炉は、回転可能な円筒体を炉体とする回転式の焼却炉であって、円筒体を含み、円筒体を回転させる回転構造物を備え、回転構造物は、上記の回転構造物であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、地震に起因した損傷等の発生を抑えるのに有利となる回転構造物及び焼却炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態に係る焼却炉の構成を示す図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る回転構造物の支持構成を示す側面図である。
【図３】地震発生後の一実施形態に係る回転構造物の状態の一例を説明する図である。
【図４】本開示の他の実施形態に係る回転構造物の支持構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。
【００１４】
また、以下に示す実施形態では、本開示の回転構造物が、廃棄物を焼却処理する産業用装置としての回転式焼却炉に備えられ、かつ、回転可能な円筒状の炉体を円筒体として含むものとする。なお、回転式焼却炉は、回転ストーカ式焼却炉と呼ばれることもある。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る回転式の焼却炉１００の構成を示す概略断面図である。焼却炉１００は、本実施形態に係る回転構造物１０と、廃棄物投入部２０と、風箱３０と、二次燃焼室４０と、後燃焼装置５０とを備える。
【００１６】
回転構造物１０は、円筒体１１と、ロータリージョイント１２と、ターニングローラ１３と、駆動装置１４と、不図示のスラストローラとを含む。回転構造物１０は、カバーケーシング１６内に配置される。
【００１７】
円筒体１１は、流体を流通させる配管としてそれぞれ軸方向に沿って延伸する複数の水管１１ａ（図２参照）を、周方向に一定間隔で配置することで構成される炉体である。なお、回転式の焼却炉１００では、円筒体１１は、ストーカ炉と呼ばれることもある。隣り合う水管１１ａ同士は、不図示であるが、円筒体１１の軸方向に沿って所定の間隔で形成された複数の空気孔を有するフィンを介して連接されている。また、円筒体１１は、廃棄物Ｗが供給される入口側の開口に合わせて環状に設置された入口側ヘッダー管１１ｂと、焼却灰等が排出される出口側の開口に合わせて環状に設置された出口側ヘッダー管１１ｃとを含む。複数の水管１１ａの一端は、入口側ヘッダー管１１ｂに連通する。複数の水管１１ａの他端は、出口側ヘッダー管１１ｃに連通する。そして、いずれかの水管１１ａを通じて出口側ヘッダー管１１ｃ側から入口側ヘッダー管１１ｂ側に向かった冷却水は、他の水管１１ａを通じて入口側ヘッダー管１１ｂ側から出口側ヘッダー管１１ｃ側に戻ることができる。出口側ヘッダー管１１ｃは、二重連絡管１７を介して、二次燃焼室４０の外部に設置されているロータリージョイント１２に連接されている。二重連絡管１７には、水管１１ａに冷却水を供給する供給流路と、水管１１ａから冷却水を回収する回収流路とが同軸状に積層されている。
【００１８】
ロータリージョイント１２は、二重連絡管１７を回転可能に支持する軸受機構である。ロータリージョイント１２は、二重連絡管１７を介して、それぞれの水管１１ａ内に炉体冷却用の冷却水を循環流通させる。本実施形態におけるロータリージョイント１２の配置及び支持構成については、以下で詳説する。
【００１９】
また、円筒体１１は、外周壁に同軸状に取り付けられた複数の環状部材１９を備える。例えば、円筒体１１は、廃棄物Ｗが供給される入口側の開口近傍と、焼却灰等が排出される出口側の開口近傍との２カ所に環状部材１９を備えてもよい。なお、回転式の焼却炉１００では、環状部材１９は、タイヤと呼ばれることもある。
【００２０】
ターニングローラ１３は、環状部材１９を回転可能に支持する。本実施形態では、環状部材１９が２つ存在するので、ターニングローラ１３は、２つの環状部材１９ごとに存在する。
【００２１】
駆動装置１４は、円筒体１１の廃棄物Ｗが供給される入口側のターニングローラ１３を回転させることで、円筒体１１を回転させる。なお、駆動装置１４は、このような構成に限られず、例えば、円筒体１１の外周壁に環状のピンギアを同軸状に取り付け、ピンビアに係合する回転ギアを回転させることで、円筒体１１を回転させるものであってもよい。
【００２２】
また、ターニングローラ１３は、第１架台６０上に支持される。ここで、ターニングローラ１３は、円筒体１１が、廃棄物Ｗが供給される入口側が高く、焼却灰等が排出される出口側が低くなる傾斜姿勢となるように、円筒体１１を支持する。つまり、ターニングローラ１３は、第１架台６０上に、円筒体１１が水平面に対して中心軸ＡＸが角度θで傾斜した姿勢で回転可能となるように設置される（図２参照）。本実施形態では、一例として、第１架台６０の表面は、円筒体１１の傾斜姿勢に合わせて傾斜しているものとする。
【００２３】
スラストローラは、例えば、円筒体１１の廃棄物Ｗが供給される入口側の開口近傍にある環状部材１９に接触することで、円筒体１１の傾斜姿勢に伴う円筒体１１の軸方向への移動を規制する。スラストローラも、ターニングローラ１３と同様に、第１架台６０上に支持される。
【００２４】
廃棄物投入部２０は、投入ホッパ２１と、給じん機２２とを含む。投入ホッパ２１は、処理対象物である廃棄物Ｗが投入され、投入された廃棄物Ｗを給じん機２２へ導く。給じん機２２は、投入ホッパ２１から送られてきた廃棄物Ｗを円筒体１１の内部に供給する。
【００２５】
風箱３０は、円筒体１１の下側位置に設置され、円筒体１１に向けて燃焼用空気３１を供給する。風箱３０から供給された燃焼用空気３１は、円筒体１１に形成されている複数の空気孔を通して炉内に導入される。風箱３０は、円筒体１１の軸方向に沿って３分割された分割流路３０ａを有する。３つの分割流路３０ａは、それぞれ、ダンパ３２を備える。ダンパ３２は、燃焼用空気３１の供給量を調整する。なお、３つの分割流路３０ａは、不図示であるが、それぞれ、さらに周方向にも複数に分割され、それぞれの分割部にもダンパ３２を備えてもよい。これらの分割部は、円筒体１１の底部に滞留する廃棄物Ｗの周方向の量に応じて、空気の供給量を調整してもよい。
【００２６】
二次燃焼室４０は、円筒体１１の下流側上部に設置され、未燃ガスを処理する。後燃焼装置５０は、円筒体１１の下流側下部に設置され、灰中未燃分を処理する。
【００２７】
焼却炉１００は、このような構成により、円筒体１１に供給された廃棄物Ｗを、円筒体１１の回転により撹拌しながら順次下流側へ移送し、風箱３０から供給される燃焼用空気３１により乾燥、熱分解、燃焼の過程を経て焼却処分することができる。
【００２８】
次に、回転構造物１０の支持構成について具体的に説明する。
【００２９】
図２は、回転構造物１０の支持構成を示す側面図である。なお、図２では、駆動装置１４等の描画を省略している。
【００３０】
円筒体１１とロータリージョイント１２とは、上記のとおり、二重連絡管１７を介して接続されている。二重連絡管１７は、二次燃焼室４０の外部に設置されているロータリージョイント１２から、二次燃焼室４０の壁部４０ａに設けられている貫通穴４０ｂを貫通して、円筒体１１に向かって延伸している。
【００３１】
二重連絡管１７は、円筒体１１の中心軸ＡＸと同軸に延設される。つまり、二重連絡管１７と、中心軸ＡＸを回転軸として二重連絡管１７を回転させるロータリージョイント１２との姿勢は、円筒体１１の姿勢と同様に、水平面に対して中心軸ＡＸが角度θで傾斜している。二重連絡管１７は、円筒体１１に設置されている環状の出口側ヘッダー管１１ｃに対して、中心軸ＡＸから放射状にそれぞれ分岐した複数の支流管１１ｄを介して連通している。本実施形態では、一例として、支流管１１ｄは、中心軸ＡＸから放射状の四方にそれぞれ分岐した計４つ存在するものとしている。以下、図２に示すように、中心軸ＡＸの延伸方向をＸ方向と規定する。併せて、水平面においてＸ方向に対して垂直となる方向をＹ方向と規定する。また、ＸＹ平面に対して垂直となる方向をＺ方向と規定する。
【００３２】
円筒体１１は、地面側の第１架台６０上に支持されている。一方、ロータリージョイント１２は、二次燃焼室４０の外部にある、地面側の第２架台６１上に支持されている。本実施形態では、一例として、第１架台６０と第２架台６１とが互いに独立して地面上に立設されているものとする。そして、本実施形態では、ロータリージョイント１２は、変位機構７０を介して第２架台６１に支持される。
【００３３】
変位機構７０は、互いに連結された第１部材７１と第２部材７２とを含む。第１部材７１及び第２部材７２は、それぞれ、例えば板体である。第２部材７２は、第１部材７１との連結方向に対して垂直な方向に移動可能である。この場合、第１部材７１は、第２架台６１に接続される。第２部材７２は、ロータリージョイント１２に接続される。この構成によれば、ロータリージョイント１２は、第２架台６１に対して、ＸＹ平面と平行な平面内で移動可能となる。変位機構７０としては、例えば、すべり支承を用いた免震機構や、転がり支承を用いた免震機構などが適用可能である。
【００３４】
また、回転構造物１０は、一端が第１部材７１の側に接続され、他端が第２部材７２の側に接続されるシャーピン７５を備える。シャーピン７５は、加えられる荷重によって、所定の耐荷重までは形状を維持し、耐荷重を超えた荷重が加えられたときに破断する部材である。本実施形態では、シャーピン７５の耐荷重は、回転構造物１０を構成する要素が損傷すると想定される地震時の揺れの程度から決定されてもよい。ここで、損傷が想定される回転構造物１０の構成要素は、例えば、二重連絡管１７である。なお、シャーピン７５の設置位置や設置個数等は、特に限定するものではない。
【００３５】
次に、本実施形態に係る回転構造物１０の特に地震発生時の作用について説明する。
【００３６】
図３は、図２に示す地震発生前の回転構造物１０の状態に対して、地震発生後の回転構造物１０の状態の一例を説明する図である。
【００３７】
まず、地震が発生していない通常動作時、又は、シャーピン７５の耐荷重を超えるような揺れが生じない程度の地震が発生した場合には、シャーピン７５は破断しない。したがって、ロータリージョイント１２は、第２架台６１に固定された状態で支持されている。
【００３８】
一方、図３に示すように、シャーピン７５の耐荷重を超えるような揺れが生じる大きな地震が発生した場合には、シャーピン７５が破断する。そして、地震により、円筒体１１を支持する第１架台６０、及び、ロータリージョイント１２を支持する第２架台６１は、ともに大きく揺れる。このとき、第１架台６０と第２架台６１とでは、例えば、振動周期や振幅が互いに異なる。しかし、本実施形態では、シャーピン７５が破断したことで、ロータリージョイント１２は、第２架台６１に対して移動自在となる。そのため、ロータリージョイント１２は、第２架台６１上にあるものの、二重連絡管１７を介して接続されている円筒体１１の揺れに追従して揺れることになる。つまり、二重連絡管１７には、第１架台６０と第２架台６１とにおける振動周期等の相違に起因した強制変位が入力されづらくなるため、損傷が生じづらくなる。
【００３９】
次に、本実施形態に係る回転構造物１０及び焼却炉１００の効果について説明する。
【００４０】
まず、本実施形態に係る回転構造物１０は、流体を流通させる配管を配置して回転可能な円筒体１１と、配管に流体を供給する供給流路と、配管から流体を回収する回収流路とが同軸状に積層された二重連絡管１７とを備える。ここで、流体を流通させる配管は、上記例示でいう冷却水を流通させる水管１１ａに相当する。また、回転構造物１０は、二重連絡管１７の配管に接続される側とは反対側に接続され、円筒体１１の回転に合わせて二重連絡管１７を回転可能に支持するロータリージョイント１２を備える。さらに、回転構造物１０は、第１部材７１と、該第１部材７１との連結方向に対して垂直な方向に移動可能な第２部材７２とを含む変位機構７０を備える。第１部材７１は、地面側の第２架台６１に接続され、第２部材７２は、ロータリージョイント１２に接続される。
【００４１】
ここで、従来であれば、ロータリージョイント１２は、第２架台６１に対して強固に固定されている。そのため、大きな地震が発生したときには、円筒体１１を支持する第１架台６０と、第２架台６１とが互いに異なる振動周期及び振幅で揺れ、第１架台６０と第２架台６１との間に大きな相対変位が生じる。そして、二重連絡管１７には、相対変位が強制変位として入力されて、損傷が引き起こされることもあり得る。
【００４２】
これに対して、回転構造物１０によれば、ロータリージョイント１２は、第２架台６１に対して移動自在であるため、大きな地震が発生した場合には、二重連絡管１７を介して接続されている円筒体１１の揺れに追従して揺れる。したがって、二重連絡管１７には、第１架台６０と第２架台６１とにおける振動周期等の相違に起因した強制変位が入力されづらくなるため、損傷が生じづらくなる。特に、変位機構７０によれば、ロータリージョイント１２は、例えば、Ｘ方向などの特定の方向に沿った移動だけではなく、Ｙ方向に沿った移動なども可能となるため、二重連絡管１７の損傷を生じづらくさせるには、より有利となり得る。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、地震に起因した損傷等の発生を抑えるのに有利となる回転構造物１０を提供することができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る回転構造物１０では、変位機構７０は、すべり支承を用いた免震機構であってもよい。又は、変位機構７０は、転がり支承を用いた免震機構であってもよい。
【００４５】
このような回転構造物１０によれば、変位機構７０を、例えば、二重連絡管１７の強度等を考慮して求められる免震の程度、第２架台６１の構造、又は、製造の容易性やコストなどに基づいて、適宜、選択することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る回転構造物１０は、一端が第１部材７１の側に接続され、他端が第２部材７２の側に接続されるシャーピン７５を備えてもよい。
【００４７】
このような回転構造物１０によれば、予め所望の耐荷重のシャーピン７５を選択しておけば、その耐荷重を超えるような揺れが生じる大きな地震が発生した場合には、シャーピン７５を破断させ、ロータリージョイント１２を適切に移動自在とすることができる。一方、地震が発生していない通常動作時や、その耐荷重を超えるような揺れが生じない程度の地震が発生した場合には、シャーピン７５は破断せず、ロータリージョイント１２は、第２架台６１に固定された状態で支持される。そのため、例えば、ロータリージョイント１２の移動によって二重連絡管１７の同芯性が失われるなどの不具合を抑止することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態に係る、回転可能な円筒体１１を炉体とする回転式の焼却炉１００は、円筒体１１を含み、円筒体１１を回転させる上記の回転構造物１０を備えてもよい。
【００４９】
本実施形態によれば、上記説明した回転構造物１０を備えるので、上記の回転構造物１０による効果と同様に、地震に起因した損傷等の発生を抑えるのに有利となる焼却炉１００を提供することができる。
【００５０】
なお、上記説明では、回転構造物１０が、廃棄物Ｗを焼却処理する産業用装置としての回転式の焼却炉１００に備えられ、かつ、回転可能な円筒状の炉体を円筒体１１として含むものとした。しかし、本開示の回転構造物は、焼却炉１００に適用されるものに限られず、例えば、ロータリーキルンなど、回転可能な円筒体を備える他の産業用装置にも採用可能である。
【００５１】
また、上記説明では、第１架台６０と第２架台６１とが互いに独立して地面上に立設されているものとした。しかし、本開示の回転構造物１０では、これに限定されない。特に焼却炉１００に用いられるような回転構造物１０は大型であり、この場合、架台自体も大型となるため、第１架台６０と第２架台６１とは、互いに連接していたとしても、面内剛性が不足して相対変位を引き起こすおそれがある。したがって、第１架台６０と第２架台６１とが一体化されていたとしても、本開示の回転構造物１０は有用となり得る。
【００５２】
さらに、上記説明では、大きな地震が発生したときに、第１架台６０側の円筒体１１と、第２架台６１側のロータリージョイント１２との相対変位が二重連絡管１７に入力されないようにするために、変位機構７０を用いるものとした。これに対して、回転構造物１０は、例えば、変位機構７０に代えて、第１架台６０と第２架台６１とを直接的に連接させる減衰デバイスを用いることも考えられる。
【００５３】
図４は、変位機構７０に代えて減衰デバイス８０を備えた回転構造物１０の構成を示す図である。減衰デバイス８０とは、取り付けられた部位同士の間に発生した相対変位によって減衰力を発揮させることができる装置をいう。減衰デバイス８０としては、例えば、座屈拘束ブレースや油圧ダンパ等がある。例えば、減衰デバイス８０の一端を第１架台６０に接続し、他端を第２架台６１に接続することで、減衰デバイス８０は、第１架台６０及び第２架台６１全体の振動応答を低減させることができる。特に、回転構造物１０に減衰デバイス８０が採用される場合には、減衰デバイス８０は、相対変位に起因する二重連絡管１７の損傷等を回避するだけでなく、第１架台６０又は第２架台６１を構成する柱、梁などの鉄骨部分自体の応力も低減することができる。
【００５４】
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    回転構造物
１１    円筒体
１１ａ  水管
１２    ロータリージョイント
１７    二重連絡管
６１    第２架台
７０    変位機構
７１    第１部材
７２    第２部材
７５    シャーピン
１００  焼却炉
【図１】
2020105786.tif 000003
【図２】
2020105786.tif 000004
【図３】
2020105786.tif 000005
【図４】
2020105786.tif 000006