(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ燃焼ガスの一部を用いて焼却物を部分燃焼してガス化させ、同ガス化ガスを循環通路を経てバーナに循環して二次燃焼室で完全燃焼を図る焼却器において、前記循環通路に電動モータを取付けたダンパを配設し、二次燃焼室内に設置した温度センサの信号出力で前記電動モータを制御して同ダンパを自動開閉可能にするとともに、前記温度センサの信号出力は、燃料ガスの流量を自動調節する下限リミッタ付きの燃料ガス流量調節機構を併せ制御するように構成したことを特徴とする焼却器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭の一般ごみ及び生ごみ、食堂の残飯、医療廃棄物、工場からの木材・廃プラスチックなどの焼却処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に生ごみから一般可燃物、更には廃プラスチックに到る廃棄物ごみを無煙焼却可能な従来のごみ焼却器の例を示す。
【０００３】
図６において、０１は火格子、０２は一次燃焼室、０３は二次燃焼室、０４はバーナ、０５は焼却物投入口、０６は耐火材（又はセラミックス多孔体）、０７は循環通路、そして０８は煙突である。
【０００４】
焼却器は、火格子０１を介して耐火材（又はセラミックス多孔体）０６で壁面を構成された一次燃焼室０２と二次燃焼室０３に分かれており、二次燃焼室０３入口にはバーナ０４を設置している。一次燃焼室０２の上部にはバーナ０４部に連通する循環通路０７を配設している。
【０００５】
いま、一次燃焼室０２の上方にある焼却物投入口０５から投入されたごみは、火格子０１上の一次燃焼室０２に蓄えられる。一方、バーナ０４は燃焼用空気と燃料ガスにより二次燃焼室０３の方向に燃焼ガスを直噴し、二次燃焼室０３に高温場を形成すると共に燃焼ガスの一部は火格子０１下から一次燃焼室０２に供給することにより火格子０１上の焼却物を部分燃焼しガス化する。
【０００６】
この部分燃焼によるガス化ガスは、エゼクタ効果を有するバーナ０４により負圧で引かれ、循環通路０７を通ってバーナ燃焼ガス部に吸引混合され、二次燃焼室０３の高温場で完全焼却後煙突０８から大気へ放出される。
【０００７】
尚、バーナ０４で燃焼させる燃料ガスの流量に対する空気量の比（空燃比）は一定であり、二次燃焼室０３の温度は８００〜１０００℃、残酸素濃度５〜１０％程度に設定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のものでは、焼却物の燃えきり時間は一次燃焼室０２に供給するガス化剤の量、即ちバーナ０４の吸引ガス量によって決定されるが、この焼却器は焼却物を限定せず且つ、バーナ０４の空燃比は一定である事から、バーナ吸引ガス量は燃焼速度の最も速い高発熱量のプラスチック系ごみの熱分解速度を基準に設計される。
【０００９】
これは、可燃成分であるガス化ガスが二次燃焼室０３で燃焼する際に燃焼温度１０００℃以上、残酸素濃度が４〜５％以下にならない様にする為であり、仮に規定値以上の可燃ガスが二次燃焼室０３に持ち込まれた場合、火格子０１、耐火材０６の焼損或いは空気拡散不足による煙突０８からの発煙が懸念される。
【００１０】
従って燃焼速度が中程度である紙・木材等の一般可燃物（発熱量＝４０００ｋｃａｌ／ｋｇ）或いは最も燃焼速度の低い野菜・残飯等の高水分ごみ（発熱量＝５００〜１０００ｋｃａｌ／ｋｇ）等はその発熱量に応じて燃えきり時間は長くなる。
【００１１】
又、焼却物の性状に関わりなくバーナ０４の空燃比は一定である事から、絶えず一定の燃料ガスを消費している事になり、対象ごみ、焼却器の容量或いはユーザのニーズに応じて燃料ガス削減に関する省エネのニーズも必須である。
【００１２】
本発明はこのような現状に鑑み、ごみ焼却時間の短縮化と、ごみ質に対応した燃焼条件の適正化を図ることのできるものを提供することを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決すべくなされもので、バーナ燃焼ガスの一部を用いて焼却物を部分燃焼してガス化させ、同ガス化ガスを循環通路を経てバーナに循環して二次燃焼室で完全燃焼を図る焼却器において、前記循環通路に電動モータを取付けたダンパを配設し、二次燃焼室内に設置した温度センサの信号出力で前記電動モータを制御して同ダンパを自動開閉可能にするとともに、前記温度センサの信号出力は、燃料ガスの流量を自動調節する下限リミッタ付きの燃料ガス流量調節機構を併せ制御するように構成した焼却器を提供し、温度センサで検知した二次燃焼室内の温度により、たとえば同二次燃焼室の温度が一定となるように電動モータを駆動してダンパを自動的に開閉制御し、また、この温度センサの信号出力は、前記したように電動モータを制御すると共に下限リミッタ付きの燃料ガス流量調節機構を制御し、たとえば二次燃焼室の温度が一定となるように燃料ガスの流量を自動調節し、このように循環通路に設けたダンパの開度を処理する焼却物の性状に応じて調整することにより、ごみ質に対応した燃焼条件の適性化を図り、所期の好適な燃焼を達成せしめるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の理解を助長するのに供する参考例について、図１、図２、及び図３に基づいて説明する。なお、前記した従来のものと同一の部位については、図中に同一の符号を付して示し、重複する説明は省略して本参考例の主要部分に焦点を絞り、以下説明する。
【００１７】
即ち、本参考例においては、一次燃焼室０２からバーナ０４に連通する循環通路０７にダンパ１１を設置し、かつ同ダンパ１１の開度を調整可能に構成している。すなわちこのダンパ１１はダンパ羽根１１ａ、同ダンパ羽根１１ａと連結されたダンパ駆動軸１１ｂ、ダンパ駆動棒１１ｃ及び表示板１１ｄで構成され、外部操作されるようになっている。
【００１８】
ダンパ羽根１１ａを全開、半開、微開の状態で３段階に区分し、これに対応して表示板１１ｄにそれぞれ生ごみ、紙ごみ、プラスチックごみと表示区分している。
【００１９】
焼却物の主性状に応じて予めダンパ開度を設定しておく事で一次燃焼室０２に供給するガス化剤の量を適正化するものである。
【００２０】
このように構成された本参考例による燃焼制御について、対象ごみの燃焼基本特性を含めて図３により説明する。なお、図３は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と、ごみをカロリ別に大きく３種に分類し、即ち、プラスチックごみと、紙ごみと、生ごみとのそれぞれの燃焼特性を示したもので、縦軸にごみの発生熱量、横軸に燃焼時間を示している。
【００２１】
まず図３（ａ）のようにプラスチックは発熱量が９０００ｋｃａｌ／ｋｇと非常に高いため着火と同時に急激な熱分解反応が起こり、供給空気量に対する理論熱発生量を越えた領域で空気不足となり黒煙を発して燃焼する。
【００２２】
このような高発熱量ごみに対して本参考例ではバーナ０４の循環ガス量を小さくする事、即ち循環通路０７に配設したダンパの開度を小に設定することで一次燃焼室０３に供給するガス化剤の量を小さくし、これにより発生熱量（燃焼速度）を抑える事ができる。
【００２３】
図３（ｂ）のように紙ごみは、発熱量がおおよそ４０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、プラスチックと同様に燃焼過程で発煙を伴う。燃焼速度はプラスチックの約半分であり、この為バーナ０４の循環ガス量を中程度とする事、即ち循環通路０７に配設したダンパ１１の開度を中に設定することで空気不足による発煙を抑え、効率的に紙ごみを焼却可能とする。
【００２４】
一方、図３（ｃ）のように生ごみは９０％程度が水分の為、発熱量は５００〜１０００ｋｃａｌ／ｋｇと極端に低く、その殆どが水分の蒸発過程となる。このような低発熱量ごみに対しては、循環通路０７に配設したダンパの開度を大に設定すること、即ちバーナ０４の循環ガス量を増大させる事で積極的に水分の蒸発時間を短縮するものである。
【００２５】
このように本参考例では焼却物の性状に応じダンパ１１の開度を予め設定しておくことでバーナ循環ガス量を変化可能とし、性状に関係なくごみを無煙・無臭で効率良く焼却出来る。
【００２６】
次に本発明の実施の一形態について図４及び図５により説明する。なお、前記した従来の技術及び参考例と同一の部位については、図中に同一の符号を付して示し、重複する説明は省略して本実施の形態の特徴ある部位に注目して説明する。
【００２７】
即ち、本実施の形態では、前記した参考例に示すダンパ１１に電動モータ１４（電々ポジショナ付）を取付け、二次燃焼室０２内に設置した温度センサ１２の信号出力を受け二次燃焼室０２の温度が一定となるようにダンパ１１を自動開閉する制御システムを付加したものである。
【００２８】
そしてこれに加えて、二次燃焼室０２の温度が一定となるように、燃料ガスの流量を自動調節する下限リミッタ１６付きの燃料ガスの流量調節弁１５を付加したものである。
【００２９】
このように構成された本実施の形態によるダンパ１１の自動制御について図５により説明する。なお、図５は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と４区分されており、横軸は全て共通としてバーナ着火からの燃焼時間を示し、縦軸はそれぞれ異って図５（ａ）は焼却成分割合、図５（ｂ）は二次燃焼室温度、図５（ｃ）は循環通路ダンパ開度、そして図５（ｄ）は燃料ガス流量を示す。
【００３０】
そして焼却するごみの性状は混在ごみを想定し、水分２０％、揮発分４０％、、固定炭素４０％並びに発熱量４０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度であるとして図５（ａ）に表示した。
【００３１】
バーナ着火と同時に二次燃焼室０３の温度が上昇し、数分後に所定温度８５０℃に到達する。循環ガスにより火格子０１上のごみはごみ層の温度上昇と共にまず水分が蒸発し、次いで可燃成分の部分燃焼・ガス化反応が主体となる。その後、残留固定炭素が緩やかに燃焼する。
【００３２】
図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、部分燃焼・ガス化ガスの発生時、循環通路０７のダンパ１１を制御することなくこれを固定した場合、二次燃焼室温度はその可燃ガス成分により９５０〜１０００℃に上昇する。
【００３３】
しかし、本実施の形態のように循環通路０７のダンパ１１に電動モータ１４（電々ポジショナ付）を取付け、二次燃焼室０３内に設置した温度センサ１２の信号出力を受け二次燃焼室０３の温度が一定となるようにダンパ１１を自動開閉する制御ループを組み込んだことにより、焼却初期の水分蒸発領域ではダンパ開度を開方向で作動させる事で循環ガス量を増大し、積極的に水分の蒸発時間の短縮を図る。
【００３４】
焼却中期の部分燃焼・ガス化領域ではダンパ１１の開度を閉方向で作動させる事で循環ガス量を減少し揮発分を反応速度を抑制し二次燃焼室０３の過昇温或いは空気不足燃焼による発煙防止を図る。
【００３５】
また、焼却後期の残留炭素燃焼領域ではダンパ１１の開度を開方向で作動させる事で循環ガス量を増大し、積極的に固定炭素燃えきり時間の短縮を図る。
【００３６】
以上のように、それぞれの反応過程でダンパ１１の開度を最適化する事により燃焼速度を均一化し焼却時間を短縮する事が出来る。
【００３７】
更に、本実施の形態では前記制御ループに二次燃焼室０３の温度が一定となるように燃料ガスの流量を自動調節する下限リミッタ１６付きの燃料ガスの流量調節機構を付加する。
【００３８】
焼却中期の部分燃焼・ガス化領域では焼却物からの可燃ガスがバーナ部に循環、燃焼する為、可燃ガスの発熱量相当分の燃料ガス流量を絞り込む方向で作動させることで二次燃焼室０３の過昇温或いは空気不足燃焼による発煙防止を図る。
【００３９】
燃料ガスの調整弁１５には下限リミッタ１６を設けており、これによりバーナ０４の着火安定性と循環ガスの最低流量を確保している。
【００４０】
燃料ガスの調節弁１５と循環通路０７に設けたダンパ１１の作動順序は燃料ガスの調節弁１５で一次制御を行い、下限リミッタ１６の作動後に循環通路０７のダンパ１１で二次制御を行うものである。
【００４１】
本制御機構は特に対象ごみの発熱量が高い場合、即ち廃プラスチック等が主成分の場合、燃料ガスの削減に有効に作用する。
【００４２】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上本願の発明によれば、ごみ焼却時間の短縮化と各ごみ質に対応した燃焼条件の適正化を図ることができ、また、ごみの分別が容易な比較的小容量の焼却器或いはごみ性状に極端な偏りのない小、中規模の焼却器に有効である。そして特にごみの発熱量が高い廃プラスチック、医療廃棄物等の焼却器に有効である。
【００４４】
また、ごみ質に関わりなくごみ焼却時間の短縮化と燃焼条件の適正化を図ることが出来、ごみの分別が不要で且つ自動制御機構を有することから中・大型の焼却器に有効である。そして、特に、ごみの発熱量が高い廃プラスチック、医療廃棄物等の焼却器に有効である。
【００４５】
そしてまた、ごみ質に関わりなくごみ焼却時間の短縮化と燃焼条件の適正化を図ることが出来ると共に燃料ガスの使用量を削減することが出来、特に、ごみの発熱量が高い廃プラスチック、医療廃棄物等の焼却器に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の理解を助長するのに供する参考例に係る焼却器の概要図。
【図２】図１のダンパを詳細に示す説明図。
【図３】各種ごみの燃焼特性を示し、（ａ）はプラスチックごみ、（ｂ）は紙ごみ、（ｃ）は生ごみの場合の説明図。
【図４】本発明の実施の一形態に係る焼却器の概要図。
【図５】ごみの各種燃焼要因の燃焼時間に対する変化を示し、（ａ）は焼却成分割合、（ｂ）は二次燃焼室温度、（ｃ）は循環通路ダンパ開度、（ｄ）は燃料ガス流量についての説明図。
【図６】従来の焼却器の概要図。
【符号の説明】
０１    火格子
０２    一次燃焼室
０３    二次燃焼室
０４    バーナ
０５    焼却物投入口
０６    耐火材
０７    循環通路
０８    煙突
１１    ダンパ
１１ａ  ダンパ羽根
１１ｃ  ダンパ駆動棒
１２    温度センサ
１４    電動モータ
１５    調節弁
１６    リミッタ
１７    制御切替器
【図１】
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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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