(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流から有害物質を除去するための焼却炉であって、
前記流体流を焼却するために燃料ガスを燃焼させる焼却部と、
種火装置であって、
燃料ガスを前記種火装置に導入するための注入口と、
前記燃料ガスに点火する点火手段と、
略環状の導管であって、前記注入口から、前記導管の環状部に沿って設けられ径方向内側に向いた開口まで燃料ガスを送出するための３６０度にわたって延びたプレナムチャンバを有する導管を有し、前記環状の導管に関して３６０度にわたって略均一の圧力で燃料ガスを分配するため、前記注入口は前記開口に対して鉛直方向にずらされており、前記燃料ガスに点火する際、略均一かつ連続した環状の種火を前記導管の径方向内向きに生成することを特徴とする種火装置と、を備え、
前記焼却部は前記焼却部に前記流体流と燃料ガスを混合物として導入するために前記燃焼室の上流部に設けられた注入口を有することを特徴とすることを特徴とする焼却炉。
【請求項２】
前記点火手段は火花点火器であることを特徴とする請求項１記載の焼却炉。
【請求項３】
前記点火手段は単一の点火器からなり、使用時には連続した環状の種火を生成するため燃料ガスに点火することを特徴とする請求項２記載の焼却炉。
【請求項４】
前記焼却部は、燃料ガスが通過可能な略円筒状の壁を有する燃焼室からなり、前記種火装置によって点火されたとき前記壁表面で燃料ガスを燃焼させるため燃料ガスを前記壁を通過させて前記燃焼室内に導入し、前記燃焼室を通過する流体流を焼却可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼却炉。
【請求項５】
前記種火装置は、点火時に前記壁を通過した前記燃料ガスが効率的に点火され、炎が前記壁表面で燃焼し続けるように、点火時に前記環状の種火と前記壁がそれぞれ環状部に沿って隣接していることを特徴とする請求項４記載の焼却炉。
【請求項６】
前記焼却された燃料流を受けるために前記燃焼室の下流に設けられたトラップ部をさらに有し、前記略円筒状の壁と前記トラップ部を通過する相対的に低温の液体とを前記点火された環状の種火が熱的に隔離するような位置に前記種火装置が設けられていることを特徴とする請求項５記載の焼却炉。
【請求項７】
前記混合物は前記注入口において、前記略円筒状の壁の表面に生成された炎によって点火されることを特徴とする請求項１記載の焼却炉。
【請求項８】
前記種火装置は前記略円筒状の壁と前記注入口との間に設けられ、混合物を注入口にて点火し、燃料ガスを前記略円筒状の壁の表面で点火することを特徴とする請求項７記載の焼却炉。
【請求項９】
前記焼却部は前記焼却部に前記流体流と燃料ガスを混合物として導入するために前記燃焼室の上流部に設けられた注入口を有し、前記種火装置は前記環状の種火が点火されたとき、焼却される前記混合物を取り囲むように設けられたことを特徴とする請求項１記載の焼却炉。
【請求項１０】
複数の流体流と燃料ガスをそれぞれ混合物として前記燃焼室に導入するための前記燃焼室に通じる複数の注入口を有し、前記環状の種火が焼却する混合物を取り囲んで前記混合物全体を前記種火装置で点火可能とすることを特徴とする請求項８記載の焼却炉。
【請求項１１】
前記トラップ部は前記種火装置と組み合わせられ、前記種火装置は開閉可能な流路を有し、前記流路が開放されているときは、前記種火装置を洗浄するための水が前記流路及び前記トラップ部を流れ、前記流路が閉鎖されているときは、前記種火装置は前記環状の種火を生成することを特徴とする請求項６記載の焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可燃性流体流に点火するための種火装置とこの種火装置を用いた焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却炉は流体流に含まれる有害物質を焼却することで知られている。燃焼室内で裸火や輻射熱により燃焼が行われる。
【０００３】
図６にオープンフレーム焼却炉５０の一部を示す。流体流５２が燃料ガス５８との混合物として、燃焼室５６の注入口５４から導入される。この混合物は種火装置６２の種火６０により点火され、有害物質を焼却する裸火６４となって燃焼する。種火装置６２は注入管６６を有し、この注入管６６の端部は点火装置６８によって点火される燃料ガスを導入する燃焼室の注入口に近接したところにある。これにより注入口５４から燃焼室に導入される燃料ガスはつぎつぎに点火される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような焼却炉５０には多くの問題点がある。種火６０が裸火６４に対して一箇所にしかないため、種火に近い領域では比較的容易に燃焼するのに対し、種火から離れた領域では完全な燃焼が得られなかったり、燃焼しないこともあり得る。そのため、燃焼室に入った混合物が完全には焼却されず、結果として有害物質が焼却炉から排出される可能性がある。さらに、この種火装置の注入管は通常は細めであることから、燃料ガスは、注入管を通って細く集中した噴流として注入され、種火６４を途切れさせる傾向があるため、混合物の不完全燃焼を引き起こしてしまう。また例えば複数の有害物質源からの流体流を導入する場合も、仮に複数の注入口を設けると（図６に図示せず）、注入口のそれぞれに種火装置が必要となり、上述の問題に加え、さらに費用が発生するという問題が生じてしまう。
【０００５】
図７に示すような放射バーナー７０において、燃焼室７２は周囲を取り囲む、略円筒状の多孔性の壁７４によって形成されている。燃料ガス７６は注入口８０から外側のチャンバー７８へと導入され、多孔性の壁７４を通過する。種火装置８２は、高温反応領域８６を画成する壁の内側表面で燃料ガスに点火する種火８４を生成する。トラップ部８８は冷たい液体９０（通常は水である）による簗を形成し、燃焼した流体流の組成物を溶かすとともに微粒子を洗い流す。冷たい液体はまたバーナーから排出される流体を冷却し、処理を容易にする。少なくとも１種類の有害物質を含んだ流体流９２が注入口９４から燃焼室７２に導入され、壁７４の表面付近の高温反応領域８６からのガスと接触することにより燃やされる。また、壁７４に対向する表面で生じて反射される熱によっても燃焼が生じる。放射バーナーの詳細は欧州特許第０６９４７３５号明細書に開示されている。
【０００６】
バーナー７０には多くの問題点がある。第一に、炎８６は完全に点火したときに円筒状となるが、種火８４は一箇所だけであり、高温反応領域８６の点火はこの範囲では確実なものとなる。壁のうち種火装置から離れた区域では炎８６の燃焼が完全なものとならないことや、燃焼しないこともあり得る。壁の表面のうち、高温反応領域が維持されない区域は、多孔性の壁を損傷するような微粒子が堆積しやすくなるおそれもある。さらに、冷却カラムの近傍では壁７４の表面、特に壁の下部を冷却する。燃焼室７２を冷却する役割も果たしている冷却水が熱を反射することもない。したがって、燃料／空気の混合物７６の不完全な燃焼では流体流９２の完全な燃焼は得られない。加えて、相対的に高いエネルギーが集中する単一の種火を設けると、焼却炉の多孔性の弱い壁を損傷する可能性がある。この多孔性の壁の交換には多額の費用がかかってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は可燃性流体流に点火するための種火装置であって、燃料ガスを当該種火装置に受け入れるための注入口と、前記燃料ガスに点火する点火手段と、前記注入口からの燃料ガスを送出するための円周方向の開口まで環状部に沿って設けられた略環状の導管を有し、前記燃料ガスに点火する際、環状の種火を生成することを特徴とする種火装置を提供する。
【０００８】
本発明の他の好ましい特徴や適宜選択可能な特徴については、添付する特許請求の範囲に規定される。
【０００９】
本発明がより理解されるよう、あくまで例としての実施形態を図面を参照しながら以下の通り説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】図２中のＩ−Ｉ線の断面図である。
【図１ｂ】図２中のＪ−Ｊ線の断面図である。
【図２】種火装置の正面図であり、切断線Ｉ−Ｉ、Ｊ−Ｊを示している。
【図３】図１に示した種火装置を有する、オープンフレーム焼却炉を示す図である。
【図４】図１に示した種火装置を有する輻射形の焼却炉を示す図である。
【図５】図１に示した種火装置を有し、更にオープンフレーム焼却炉を示す図である。
【図６】オープンフレーム焼却炉の先行技術を示す図である。
【図７】輻射形の焼却炉の先行技術である。
【図８】焼却炉のトラップ部と一体化して形成された種火装置を更に示す図である。
【図９】焼却炉のトラップ部と一体化して形成された種火装置を更に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１ａ、図１ｂおよび図２を参照して可燃性流体流に点火するための種火装置１０について説明する。この種火装置は燃料と空気／酸素混合物を含んだ燃料ガス１４を種火装置内に受け入れるための注入口１２を含み、この注入口１２はベンチュリ構造を有してもよい。点火手段１６は例えば火花点火器や点火用電極であり、燃料ガス１４に点火するためのものである。略環状の 導管１８が、環状部に沿って開口し、円周方向の開口２０を形成する。導管１８は燃料ガスを注入口から円周方向の開口まで輸送する。円周方向の開口２０から流出した燃料ガスが点火されると、連続した 環状の種火が導管の径方向に生成される。
【００１２】
図示されている環状の導管は円形であるが、四角形や長方形、六角形などの別の形であっても良い。これに関して、環状の導管が燃料ガスを注入口から３６０度輸送し、点火されたときに環状の炎が生成されるよう、注入口からガスが流れ込めるようにする。同様に、生成された環状の炎は円環形である必要は無く、導管の形に略対応したものになる。例えば、導管が長方形であれば、ほぼ長方形の炎が生成される。
【００１３】
図１ａ、図１ｂ、図２に示すように、導管には環状部に沿って開口する円周方向の開口２０が形成されている。この開口は３６０度形成され、導管から燃料ガスが円周状に、ほぼ均一に流れ出るようにしている。燃料ガスを円周方向に行き渡らせ、むらの無い炎を生成するために、燃料ガスの均一な流れを確保できるよう、開口の寸法が決められる。
【００１４】
燃料ガスは典型的には炭化水素のような燃料と酸素や空気の混合物を含んでいる。
【００１５】
図１、図２に示されているように、導管１８には円周方向の開口２０が径方向に内向きになるように、環状部に沿って径方向内側に沿って開口している。点火手段１６によって燃料ガス１４が点火されると、環状の種火が導管の径方向内向きに生成され、点火される流体流を取り囲むようになる。他の構成として、導管は軸方向に開口しても良く、例えば、図２の上方に向いた面に、即ちページから飛び出る方向に開口しても良い。
【００１６】
点火手段の所で一度炎が点火されると、炎は種火装置の円周上に広がっていくため、環状の種火を生成する場合でも、点火手段１６は一つだけでよい。このため、図示されている点火手段１６は種火装置の円周上に一箇所だけ設けられ、使用時には燃料ガスに点火して連続した環状の種火を形作る。燃料ガスの流れが円周上に完全には行き渡らない場合や、流体流によってたまたま環状の炎の一部が消されてしまう場合があり、点火後も常に種火が完全な環状であるとは限らない。しかしながら、一般的にはこの種火装置は使用時には連続した環状の種火を燃やすことが可能である。
【００１７】
炎の有無、燃料ガスの流量や圧力といった、種火装置の特性を監視したり検知したりするため、監視手段や検知手段を種火装置の周囲に所定間隔で配置してもよい。このような検知手段は種火装置を燃料ガス供給バルブや点火手段に接続されて、種火装置用制御装置にフィードバックを行っても良い。
【００１８】
図１ａ、図１ｂ及び図２に示されているように略環状の導管１８は、注入口１４からの燃料ガスを受け入れるプレナムチャンバ２２と、連続した環状の種火を生成するためにプレナムチャンバ２２から円周方向の開口２０へと燃料ガスを流す円周上のチャネル２４とを有している。動作時には、プレナムチャンバ２２が燃料ガスを、導管１８の環状部に沿ってほぼ均一の圧力で分配し、点火時には連続した環状の種火が、導管の環状部に沿ってほぼ同じ強度と大きさで略均一に燃焼するようにしている。こういった仕組みによって環状で消えにくい種火の生成が促進される。
【００１９】
導管１８内のガスの圧力は注入口１２付近で最も大きくなると考えられる。このため、円周方向の開口２０にあるガスの量は注入口付近で最大になると考えられ、環状の炎は注入口１２の近くで最大となる。上述したプレナムチャンバの仕組みはガスを導管全体にわたって均一に供給させる機能を有する。また、注入口１２がチャネル２４と整列していないことがわかる。ガスが注入口を通じて流入する代わりに、ガスは円周方向の開口を通って種火装置に至る前に曲がりくねった流路に沿って流入しなければならない。このようにすると、注入口に対面するプレナムチャンバの表面とバッフルの上面が図１ａと図１ｂに示すように燃料ガス流に対するバッフルの役割を果たす。
【００２０】
種火装置は金属材料から一体成型により製作されても良く、二つ以上の部分に分けて作り一体化しても良い。チャネル２４や種火装置のうち種火と接する部分や種火に近い部分については、セラミックスやステンレススチール等の金属といった、熱や炎に対する耐性を有した材質で形成するのがよい。望ましくない窒素酸化物の生成を避けるため、金属表面と種火を接触させないのが好ましい。
【００２１】
使用時において、燃料ガスが導管２２へと導入され、円周方向の開口２０から流出できるように、この導管に沿って運ばれる。開口からの流れが確立したときに点火手段１６が燃料ガス１６に点火し、チャネルから径方向内方に伸びる略環状の種火を生成する。燃料ガスが導管に導入される速度やチャネルの寸法は、プレナムチャンバ２２内へのフラッシュバックの可能性を減少させるように選択される。つまり、炎の速度は燃料ガスの前進速度よりも遅くするべきである。ここで炎の速度とは、炎が燃料と酸化体の供給元に向けてさかのぼる速度である。 燃料ガスの前進速度とは、ガスが開口を通って略径方向内側に流れる速度であり、これは炎の速度よりも大きくするべきである。ガス混合物が開口を抜けると扇のように広がり、前進速度が落ちる。前進速度と炎の速度が等しくなるアンカー領域は結果的に開口の出口の少し先となる。種火装置の主要部分を構成する材料が金属であるときには、例えばセラミックスで作られた炎に対する耐性を有する部分が、開口２０の領域に配されるのがよい。
【００２２】
本実施形態では、種火装置は第一の、即ち下のパイロットプレートと第二の、即ち上のパイロットプレート１１７とで構成されプレナムチャンバ２２とチャネル２２と円周方向の開口２０を形成する。第一と第二のパイロットプレートはボルトのような適当な手段で互いに固定することができる。スペーサー１２１がパイロットプレートの周りに所定間隔で配置され、第一のパイロットプレートと第二のパイロットプレートの間隔を保っている。このスペーサーはチャネル２４と円周方向の開口２０の寸法を種火装置の全体にわたって正確にかつ均一に保っている。本実施形態における点火手段１６は第一のパイロットプレートの壁面を貫通する点火用電極であり、スエージシステムにより気密性を有している。点火用電極は円周方向の開口の中に伸び、燃料ガスが開口を通って流れてきたときに点火する。注入口１２はパイロットプレート１１６に形成され、Ｓｗａｇｅｌｏｋ社の部品によって密封されるのがよい。
【００２３】
種火装置１０を有する、オープンフレーム焼却炉２７の一部を図３に示す。簡潔さのため、図３において種火装置１０の詳細は示されていない。
【００２４】
流体流２９が燃焼室３３の注入口３１を通り、燃料ガス３５との混合物として導入される。この混合物が種火装置１０の種火３７によって点火され、裸火３９として有害物質を焼却する。図３には種火３７のうち半円部分だけが示されているが、種火３７は環状であり、流体流と燃料ガスの混合物が注入口３１を通って燃焼室３３に入ってきたとき、それらを取り囲むようになっている。ここで「水平種火装置」の用語は、図に示すように種火装置が焼却炉に入ってくるガスの流れの方向に対してほぼ垂直に向いている配置を指すために使用される。通常、焼却炉は図示するように直立であり、この場合、種火装置はほぼ水平になる。よって、混合物は全ての側面から種火にさらされ、より完全に燃焼できる。この配置は上述した種火に近い流体流だけが安定して燃えていた先行技術を改良したものである。更に、円周方向の開口２０は相対的に大きく、このため炎も周囲に行き渡った低エネルギーの炎となるので、この開口を通って流れる燃料ガスが裸火３９の燃焼を大きく妨げることはない。流体流２８から有害物質を取り除くための、種火装置１０を有する輻射形の焼却炉２６を図４に示す。この焼却炉２６は流体流を燃焼するために燃料ガスが燃やされるための焼却部を有している。この構成においては、焼却部は略円筒状の壁を有する燃焼室により画成される。壁３２は多孔性のものであり、燃料ガスが壁３２の内表面で燃えるために、燃焼室へと壁３２を通過することが可能である。燃料ガス３４は注入口３８を通って外側のチャンバー３６に導入され、壁３２を通過する。壁３２はその表面で燃料ガス３４が燃えて径方向内側へ熱を放射し、流体流を燃焼できるよう、真円柱でもよく、楕円柱、放物柱、双曲柱でもよい。また、空間が限られた焼却炉においては、種火装置１０を焼却炉の頂部即ち頭部から離れた場所に配置してもよい。
【００２５】
トラップ部４４は冷たい液体４６（通常は水である）による簗を形成し、燃焼した流体流の組成物を溶かすとともに微粒子を洗い流す。この冷たい液体は、焼却炉から排出された流体を冷却し、処理を容易にする。
【００２６】
図４に種火装置１０を簡略化して示し、種火装置１０は壁３２の下方、燃焼室３０とトラップ部４４の間に位置する。種火装置１０の使用の際、種火装置１０は環状の種火４０を生成する。（図４には半環状の部分のみが示されている。）種火４０は壁の内表面で燃料ガスに点火し、炎４２を生成する。少なくとも一種類の有害物質を含む流体流２８が注入口４８を通って燃焼室３０に導入され、壁７４の表面付近の高温反応領域４２と接触することで燃焼される。
【００２７】
連続した 環状の種火４０と略円筒状の壁を通過した燃料ガス３４が効果的に点火され表面の炎が保たれるように、略円筒状の壁３２がそれぞれ環状部に沿って隣接するように種火装置１０は配置されている。環状の種火４０が炎４２の下部の円周全体にわたって点火し、燃やし続けるので、燃料ガス３４の壁３２の内表面全体での燃焼が促進される。
【００２８】
さらに、種火装置 １０は連続した環状の種火４０が点火されたときに主燃焼反応領域４２のベース部をトラップ部を流れる相対的に冷たい液体４６により生じる冷却効果から熱的に隔離する。よって、反応領域４２のベース部においてより効果的に熱が生じ、これによってトラップ部に最も近いベース部における焼却炉からの放出、例えば一酸化炭素や炭化水素（ＣｘＨｙ）の放出を改善することができる。表１に本発明の実施形態の試験によって観察された改善を示す。
【表１】
0005646513.tif 000002
【００２９】
この改善は本発明の実施形態の多くの特徴に起因している。例えば、輻射形の焼却炉パッドのベース部を熱することで、ベース部における燃焼が改善されている。
【００３０】
焼却炉パッド３２やベース部の反応領域の温度が低くなるため、粉塵は焼却炉のベース部で形成される傾向がある。水平種火装置の設備がパッドのベース部を熱的に隔離することで、パッドの効率が上がり、より高い温度を維持することができるようになる。さらに、水平種火装置は粉塵がパッド３２の繊細な多孔性の構造に吸着するのを抑制する。粉塵の付着問題はそれでも発生するが、本実施形態においてはパッド３２の下流部で発生している。しかし、パイロットプレートは相対的に強度が高く、種火装置への粉塵の吸着はそれほど大きな問題ではない。固体成分はシリカを含んでおり、これは種火装置の表面の光攪拌や圧縮空気や流水によって容易に除去することができる。その上、種火装置はインサイチュ洗浄法（詳細は図８と図９を参照して以下に説明する）により水を用いて洗浄することができる。
【００３１】
また、利点として、種火装置１０は繊細な多孔性の壁３２にダメージを与える傾向の少ない、低エネルギーの周囲に行き渡った炎を用いる点が挙げられる。
【００３２】
特に詳述していないが、流体流中のある種の有害物質を燃焼するため、図４に示す輻射形の焼却炉 と図３に示すオープンフレーム焼却炉とを組み合わせて用いることも可能である。この配置では、図４に示す燃焼室３０の上流側注入口は流体流と燃料ガスを混合物として焼却部へと導入するために用いられる。これは国際公開第２００６／０１３３５５号に開示されている通りであり、これを参照することにより、その内容は本願の内容として組み込まれる。注入口において混合物は略円筒状の壁の表面に生成された炎４２によって点火される。略円筒状の壁の表面に生成された炎自身も略円筒状の壁のベース部において種火装置１０により点火されたものである。この他にも、種火装置１０を壁３２と注入口（図４に示すように壁の最上部に位置する）の間に配置し、注入口における混合物の点火と壁表面における燃料ガスの点火の両方を行わせることも可能である。
【００３３】
図５に、図３で示したオープンフレーム焼却炉の変形例を示す。焼却炉４５は複数の流体流４７、例えばそれぞれ複数の半導体ウェーハ処理チャンバーからの流体流から有害物質を除去するのに適している。焼却炉４５は各流体流４７のための注入口４１、４３を有している。ここでは注入口が二つしか示されていないが、焼却炉には二つ以上の注入口を有するようにしても良い。注入口４１、４３から複数の流体流４７と燃料ガス４９がそれぞれ混合物として燃料室３３に導入される。混合物を取り囲む連続した環状の種火３７が点火したとき、全ての混合物が一つの種火装置で点火されるように種火装置１０が配置される。
【００３４】
通常、種火装置１０の洗浄には焼却炉装置２６を分解する必要があるが、このような作業は労力を要し、休止期間も長くなってしまう。
【００３５】
しかし、種火装置プレートのインサイチュ洗浄が実施可能である。洗浄は加圧した水や空気などの流体を種火装置の注入口１２やプレナムチャンバから注入し、円周方向の開口２０から流出させる。特に流体が液体の場合、重力によって液体が流れ落ちる際に下のパイロットプレート１１６の外側の壁面から微粒子を除去する。
【００３６】
さらに、パイロットプレート１０をトラップ部４４と一体化させても良い。図８、図９に示すように、導通部１１２がパイロットプレートプレナム１０５と簗容量部１０７との間に設けられている。栓１０６は導通部１１２をふさぐ第一の位置と導通部１１２を開放する第二の位置との間を移動自在に設けられている。導通部１１２が開放されているとき、種火装置の注入口１２から注入された水はパイロットプレナム１０５に流れ込み、円周方向の開口１０９から流出して、下のパイロットプレート１０２の外壁全体を流れ落ち、物理的、化学的（溶解）に固体残渣を除去する。洗浄後、水流は停止し、プレナムチャンバが排水できるようになる。一旦排水すれば栓１０６が再び組み合わせられる。注入口を通して空気を吹き込むことにより種火装置が乾燥する。一旦乾燥すれば種火装置は点火可能となる。このプロセスはインサイチュ洗浄として開示されているのが認識されよう。焼却炉を分解して様々なパイプを取り外し、種火装置を洗浄した後、焼却炉を再び組み立ててパイプを再接続するのに比べると、インサイチュ洗浄はより効率的であり、時間もかからない。その上、インサイチュ洗浄によると、操作者が潜在的に危険な燃焼副生成物（例えばＡｓＨ３プロセスにおけるヒ素の酸化物）に接触する可能性を減らすことができる。
【００３７】
以上より、種火装置１０の焼却炉内でのインサイチュ洗浄方法は、注入口から種火装置への燃料の供給源を切断し、洗浄流体の供給源を注入口へ接続し、この流体で種火装置を洗浄することを特徴とする。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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