【事件の表示】
　特許第２９４１７８５号「流動層焼却炉の運転方法とその焼却炉」の請求項１ないし３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２９４１７８５号の請求項１ないし３に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　特許第２９４１７８５号の請求項１乃至３に係る発明は、平成１０年６月１６日に特許出願され、平成１１年６月１８日に特許の設定登録がなされ、その後、その特許について異議申立人　中外炉工業株式会社より特許異議申立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１２年９月１日に訂正請求がなされたものである。
　
２．訂正の適否についての判断
２−１．訂正の内容
　平成１２年９月１日になされた訂正請求は、特許明細書を訂正明細書のとおりに訂正することを求めるもので、その内容は以下のａのとおりである。
ａ．特許明細書の特許請求の範囲の請求項２に記載された「・・・調整することを特徴とする流動層焼却炉の運転方法。」を、「・・・調整することを特徴とする請求項１記載の流動層焼却炉の運転方法。」と訂正する。
　
２−２．訂正の目的の適否、新規事項の有無、及び拡張・変更の存否
　訂正事項ａ．は、請求項１を引用して記載されたものではないにもかかわらず、「前記一次空気と二次空気・・・」と請求項１に記載された事項を引用して記載されているため、明りょうでない特許明細書の請求項２の記載を明りょうにするものであって、明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
　また、この訂正事項ａ．は、特許明細書の記載に基づくものであって、新規事項の追加に該当せず、しかも実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　
２−３．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項において準用する特許法第１２６条第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。　
　
３．特許異議申立てについて
３−１．本件発明
　特許第２９４１７８５号の請求項１乃至３に係る発明（以下、「本件発明１」、「本件発明２」及び「本件発明３」という。）は、訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１乃至３に記載された次のとおりのものである。
　【請求項１】　流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させ、更に前記一次空気と二次空気の比率調整により前記フリーボードの熱容量の調整と砂層温度の一定制御を行なうことを特徴とする流動層焼却炉の運転方法。
　【請求項２】　前記一次空気と二次空気との比率調整によりフリーボードの懸濁濃度及び粒子循環量の調整することを特徴とする請求項１記載の流動層焼却炉の運転方法。
　【請求項３】　流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部と、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させる還流部と、前記一次空気と二次空気の比率調整を行なう比率制御部とを具えたことを特徴とする流動層焼却炉。
　
３−２．申立ての理由の概要　
　特許異議申立人　中外炉工業株式会社は、証拠方法として、
甲第１号証（特開平９−２１０３３１号公報）、
甲第２号証（特開平４−３５０４０９号公報）、
甲第３号証（特開平８−２１９４２５号公報）、
甲第４号証（「燃料協会誌」第６６巻第５号、昭和６２年５月２０日発行、第３２２〜３３７頁）、及び、
甲第５号証（特開昭６４−７５８０９号公報）
を提出し、本件発明１乃至本件発明３は、甲第１号証乃至甲第５号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件発明１乃至本件発明３についての特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものであり、取り消されるべきものである、と主張している。
　
３−３．甲各号証に記載された事項
　甲第１号証は、「循環流動層ボイラ」（発明の名称）について記載されたものであり、「都市ゴミを粉砕し、カルシウム等を加えて１０〜２０ｍｍ程度の柱状チップに固めて乾燥したゴミ生成燃料」（第２頁第１欄２０〜２２行）を用いた循環流動層ボイラに関し、
「図２は前記ゴミ生成燃料を用いた循環流動層ボイラの一例を示すもので、水冷壁１ａにより形成された火炉１の底部に、空気分散板２が設けられており、該空気分散板２上に燃料ラインＷを介して投入されたゴミ生成燃料を、前記空気分散板２から吹出される一次空気Ａにより、灰や石灰石などからなるベッド材３とともに流動化させながら燃焼させ、図示しない発電用蒸気タービン等に供給する蒸気を発生させるようにしてある。
　前記空気分散板２から吹出される一次空気Ａは、押込通風機（ＦＤＦ）６及び空気予熱器７を備えて前記火炉１の下部に接続された空気ライン９により調節弁８を介して供給されるようになっている。
　更に、前記火炉１の上部には、火炉１内での燃焼により発生した排ガスを導き得るようサイクロン４が接続されており、前記排ガスによって吹き上げられた燃焼灰や未燃分等を含むベッド材３が前記サイクロン４で捕集され、該サイクロン４で捕集されたべッド材３は、サイクロン４下部の垂直なベッド材落下管４ａから灰再循環装置（Ｊ−バルブ等）５を介して前記火炉１の底部に循環されるようになっている。」（第２頁第１欄２６〜４５行、【０００３】乃至【０００５】段落）こと、及び、
「更に、前記空気ライン９には、火炉１の上下方向中間部に調節弁１２を介して接続される二次空気ライン１３も付設されており、該二次空気ライン１３から火炉１内に二次空気Ｂが供給されて未燃分の燃焼を助勢するようにしてある。」（第２頁第２欄１５〜１９行、【０００９】段落）ことが、第２図とともに記載されている。
　甲第２号証には、「流動媒体粒子を高速流動化させて高速流動床を形成し、この流動床において被焼却物を燃焼させる主焼却炉と、主焼却炉から排出される流動媒体粒子を排ガスと分離させて捕集するサイクロンと、被焼却物投入部を有しかつサイクロンにより捕集された流動媒体粒子の熱により被焼却物を熱分解させる熱分解炉と、熱分解炉から主焼却炉へ供給される流動媒体粒子および被焼却物の量を制御する空気式制御バルブと、被焼却物の熱分解により発生した熱分解ガスを主焼却炉へ供給する熱分解ガス供給用流路と、熱分解ガス供給用流路中に設けられた熱分解ガス冷却部とよりなる循環流動床型焼却炉。」（特許請求の範囲）が図面とともに記載されており、さらに、
「主燃焼炉（１）には、炉下部より一次燃焼用空気が導入されるとともに、炉側部に設けられた二次燃焼用空気導入部（１１）より二次燃焼用空気が導入される。・・・。主焼却炉（１）内において、二次燃焼用空気導入部（１１）より下方の一次燃焼域では、一次燃焼用空気の量を制御して若干低速の流動床が形成されており、不燃物排出□（１３）から不燃物を排出するのを容易ならしめている。二次燃焼用空気導入部（１１）より上方の二次燃焼域では、二次燃焼用空気の量を制御して流動媒体粒子による高速流動床が形成されており、この高速流動床において、熱分解ガス供給用流路（５）から供給された熱分解ガスと、空気式制御バルブ（４）を通じて流動媒体粒子とともに供給された熱分解後の被焼却物とが完全燃焼される。」（第３頁第３欄４９行〜第３頁第４欄１６行　【００１３】段落）ことが記載されている。
　甲第３号証には、「廃棄物を供給する供給装置と、供給装置からの廃棄物を低温で熱分解する熱分解流動層と、熱分解流動層からの燃焼物を燃焼する燃焼流動層と、熱分解流動層で生成された可燃性ガスと燃焼流動層で生じた可燃性ガスを燃焼させるフリーボードと、フリーボードからの媒体粒子と未燃粒子を回収するサイクロンと、サイクロンからの媒体粒子と未燃粒子に依り熱を取り出して高温高圧の蒸気を発生させると共に媒体粒子と未燃粒子を熱分解流動層に戻す熱交換流動層と、から構成した事を特徴とする複合式流動層廃棄物燃焼ボイラ。」（特許請求の範囲）が図面とともに記載されており、さらに、
「複合式流動層廃棄物燃焼ボイラ１は、熱分解流動層３、燃焼流動層４と熱交換流動層７という三つのバブリング流動層を設け、熱交換流動層７から熱分解流動層３、燃焼流動層４へと媒体粒子が移動すると共に、熱分解流動層からフリーボード５へ熱分解ガスを開口部９を介して噴出させて熱分解ガスと空気の混合を促進し、また、燃焼流動層４からの粒子の巻き上げを促進し、フリーボード５で高い粒子濃度での媒体粒子の内部循環を行い、高さ方向への空気多段吹き込みに依りフリーボード５からの媒体粒子の飛び出し量を調整しつつ、飛び出した媒体粒子及び未燃粒子をサイクロン６に依って回収し、熱交換流動層７、熱分解流動層３へとリサイクルする事に依り、・・・、フリーボード５での効果的な余剰熱回収と粒子循環流動層に共通の良好な炉温制御性のあるシステムをコンパクトに実現している。」（第３頁第３欄４４行〜第３頁第４欄１２行　【００１０】段落）ことが、また、
「複合式流動層廃棄物燃焼ボイラ１の熱回収は、次の様に行なわれる。フリーボード５で可燃性ガスＧ１，Ｇ２が燃焼する事に依り発生する余剰熱は、フリーボード５の壁面の伝熱面で回収される。回収熱量は、粒子循環量に比例するので、粒子循環量を変える事に依り容易に制御できる。フリーボード５は、充分に粒子濃度が高く、媒体粒子の内部循環のある時の伝熱速度が、バブリング流動層のフリーボードの様に粒子濃度が希薄な場合よりも、著しく大きい為、伝熱面をコンパクトにする事ができる。」第５頁第７欄４８行〜第５頁第８欄３１行　【００１４】段落前段）こと、及び、
「複合式流動層廃棄物燃焼ボイラ１の粒子循環量の制御は、次の様に行なう。先ず、燃焼流動層４の空気を高さ方向に多段吹き込みし、その分布を自由に選ぶ。例えば、フリーボード５へ３次空気Ａ３の吹き込みを多くすれば層表面からの媒体粒子の飛び出しが少なくなる為、粒子循環量を減らす事ができる（図２参照）。逆に、粒子循環量を増やしたい時には．層表面からの２次空気Ａ２の吹き込みを増やし、これに伴うＮＯｘ等の変動に対処する為に、フリーボード５への３次空気Ａ３の吹き込み量を調整する（図３参照）。」第６頁第９欄２〜１１行　【００１５】段落）ことが記載されている。
　さらに、図面の記載から、Ａ１で示される１次空気（【符号の説明】の項を参照されたい。）が燃焼流動層下方より吹き込まれ、燃焼流動層を流動化させていることが窺える。
　甲第４号証には、「循環流動層燃焼技術の解析」なる表題の文章が記載されており、特に、
「燃焼空気は層底部のバブルキャップなどの分散板から供給される一次空気と、壁面ノズルから吹き込まれる二次空気の二段に分けて供給される。」（第３２３頁右欄１９〜２１行）こと、
「循環流動層では、一次空気と二次空気の量と割合を調節することで底部の空隙率と層上部の粒子濃度を変化させ燃焼炉中上部に設置させた伝熱面の伝熱係数を制御している。循環流動層において粒子濃度は燃焼・脱硫の反応ばかりでなく、炉壁への伝熱速度を支配する重要な因子である。粒子循環速度はそれ自体が積極的な制御対象とされるのではなく、Ｆｉｇ．５に示すように炉内温度を制御する過程で粒子濃度分布を変化させたときに従属的に変化するものと考えられる。」（第３２６頁左欄１４〜２３行）こと、及び、
「炉壁伝熱係数の実測値の例をＦｉｇ．８に示す。伝熱係数はおおよそ１００〜２００Ｗ／ｍ２Ｋの範囲にあり、粒子濃度が高くなるか粒子径が小さくなると大きくなるが濃厚流動層と比較すると小さい。粒子濃度が小さい時には粒子による熱放射に影響され、その寄与は８０Ｗ／ｍ２Ｋ前後である（Ｆｉｇ．９）。Ｔａｂｌｅ３の仮定を用い平均壁面伝熱係数をパラメータとして熱出力と装置高さの関連を推算した結果をＦｉｇ．１０に示す。」（第３２７頁右欄１７〜２４行）ことが記載されている。
　甲第５号証には、「炉容器の下部に不活性粒状固形物によりベッドを形成し、このベッドの上部の空間をフリーボード室とするとともに、前記炉容器の前記ベッドの下部にベッドに空気を供給する空気室を設けてなる流動床式廃棄物焼却装置において、前記不活性粒状固形物を、比較的粒径の大きい流動粒と、粒径の小さい循環粒とにより構成するとともに、前記フリーボード室の上部と前記ベッド部とをサイクロンの配置される循環粒循環配管により連通し、さらに、前記ベッド部に、前記流動粒を残渣とともに排出する排出管および前記残渣の除去された前記流動粒を供給する供給管をそれぞれ開口したことを特徴とする流動床式廃棄物焼却装置。」（特許請求の範囲　請求項１）が、その一実施例を示す縦断面図である第１図とともに記載されており、また、
「循環粒をフリーボード室を介して循環粒循環配管内を循環させるようにしたので、フリーボード室内の熱エネルギーは循環粒によりベッド部に効率的に運搬され、ベッド部の流動粒に伝達される。これにより、炉容器内の温度分布が均一化される。」（第２頁右下欄１７行〜第３頁左上欄２行）ことが記載されている。さらに、第１図の記載から、空気室から一次空気を供給するとともにフリーボード室に二次空気を供給することが窺える。
　
３−４．対比、判断
［本件発明１について］
　本件発明１と甲各号証に記載のものとを対比すると、
　甲第１号証には、一次空気により流動化される流動層が流動媒体の気泡流動化を伴うものであることは記載されておらず、かかる事項を示唆する記載もない。また、甲第１号証には、二次空気を該流動層のスプラッシュ領域に導入することについても何らの記載も示唆もない。
　甲第２号証にも、主燃焼炉において一次燃焼用空気により流動化される流動床が流動媒体の気泡流動化を伴うものであることは記載も示唆もされておらず、また、二次燃焼用空気を該流動床のスプラッシュ領域に導入することについて何ら記載も示唆もない。
　甲第４号証にも、一次空気により流動化される流動層が流動媒体の気泡流動化を伴うものであること、及び二次空気を該流動層のスプラッシュ領域に導入することは記載も示唆もされていない。
　さらに、甲第５号証にも、空気室から供給される１次空気により流動化される流動床が流動媒体の気泡流動化を伴うものであること、及び２次空気を該流動床のスプラッシュ領域に導入することについて記載も示唆もされていない。
　よって、上記甲第１号証に記載のもの、甲第２号証に記載のもの、甲第４号証に記載のもの及び甲第５号証に記載のものにおいて、流動層乃至流動床は、流動媒体の気泡流動化を伴うものではなく、気泡流動領域及び該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域が存在するとは認められない。また、これらのものが、二次空気、二次燃焼用空気乃至２次空気を該スプラッシュ領域に導入するものであるとも認められない。
　してみると、甲第１号証に記載された発明、甲第２号証に記載された発明、甲第４号証に記載された発明、及び甲第５号証に記載された発明は、いずれも、
「流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ」る、という本件発明１を特定する事項を備えていない点で、本件発明１と本質的に異なるものである。
　次に、本件発明１と甲第３号証に記載のものとを対比すると、
　甲第３号証に記載のものにおける「燃焼流動層」、「１次空気」が、各々、本件発明１における「流動層」、「一次空気」に相当するものである。そして、甲第３号証に記載のものにおける「燃焼流動層」はバブリング流動層であることからみて、流動媒体の気泡流動化が図られ、流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹き上げられるスプラッシュ領域が存在することは明らかであり、よって、甲第３号証に記載のものにおける少なくとも「２次空気」が、本件発明１における「二次空気」に相当するものであるといえる。さらに、甲第３号証に記載のものにおける「サイクロン」、「熱交換流動層」及び「熱分解流動層」が、本件発明１における「外部還流部」に相当するものであるから、甲第３号証に記載のものは、
「流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させ」る流動層焼却炉の運転方法、である点においては本件発明１と一致する。
　しかし、甲第３号証には、粒子循環量の制御を、燃焼流動層の空気を高さ方向に多段吹き込みし、その分布を自由に選ぶことにより行うことが記載されているが、具体的には、フリーボードへの３次空気の吹き込み量と燃焼流動層表面からの２次空気の吹き込み量の比率を調整することにより粒子循環量の制御を行うことが記載されているだけであって、流動層下方よりの流動化用の一次空気とスプラッシュ領域に導入される二次空気の比率調整を行うことは記載されておらず、かかる事項を示唆する記載もない。
　そして、本件発明１は「一次空気と二次空気の比率調整により、フリーボードの熱容量の調整と砂層温度の一定制御を行う」ことを発明を特定する事項としたことにより、明細書に記載の格別な効果を奏するものである。
　よって、本件発明１は、甲第３号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものとはいえない。
　また、甲第１号証に記載された発明、甲第２号証に記載された発明、甲第４号証に記載された発明及び甲第５号証に記載された発明は、上述のとおりのものであるから、これらと甲第３号証に記載された発明を組み合わせても、当業者が本件発明１を容易に発明することができたとはいえない。
　してみると、本件発明１は、甲第１号証乃至甲第５号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。
　
［本件発明２について］
　本件発明２は、本件発明１をさらに限定したものであるから、上記の本件発明１についての判断と同様の理由により、甲第１号証乃至甲第５号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。
　
［本件発明３について］
　本件発明３と甲各号証に記載のものとを対比すると、
　甲第１号証に記載のもの、甲第２号証に記載のもの、甲第４号証に記載のもの、及び甲第５号証に記載のものは、［本件発明１について］に記載したとおり、いずれも、流動層乃至流動床に、気泡流動領域及び該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域の存在が認められず、よって、これらのものが、二次空気、二次燃焼用空気乃至２次空気を該スプラッシュ領域に導入するものであるとも認められない。
　してみると、甲第１号証に記載された発明、甲第２号証に記載された発明、甲第４号証に記載された発明、及び甲第５号証に記載された発明は、いずれも、本件発明３を特定する事項である、
「流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部」
を備えていない点において、本件発明３と本質的に異なるものである。
　次に、本件発明３と甲第３号証に記載のものを対比すると、
　甲第３号証に記載のものは、［本件発明１について］の項で述べたとおりのものであるから、
「流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部と、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させる還流部と」を具えた流動層焼却炉。である点においては本件発明３と一致する。
　しかし、甲第３号証には、本件発明３を特定する事項である、
「一次空気と二次空気の比率調整を行なう比率制御部を具えたこと」は記載されておらず、また、かかる事項を示唆する記載もない。
　そして、本件発明３は、かかる事項を発明を特定する事項としたことにより、明細書に記載の格別な効果を奏するものである。
　よって、本件発明３は、甲第３号証に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものとはいえない。
　また、甲第１号証に記載された発明、甲第２号証に記載された発明、甲第４号証に記載された発明及び甲第５号証に記載された発明は、上述のとおりのものであるから、これらと甲第３号証に記載された発明を組み合わせても、当業者が本件発明３を容易に発明することができたとはいえない。
　してみると、本件発明３は、甲第１号証乃至甲第５号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。
　
３−５．
　以上のとおりであるから、特許異議の申立ての理由及び証拠によっては本件発明１乃至本件発明３についての特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明１乃至本件発明３についての特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１２年９月２９日（２０００．９．２９）
【訂正の要旨】
　本件訂正請求の要旨は、特許第２９４１７８５号の明細書を、本件訂正請求書に添付した訂正明細書のとおりに訂正しようとするもので、その訂正の内容は、下記（ａ）のとおりである。
（ａ）特許明細書の特許請求の範囲の請求項２に記載された「・・・調整することを特徴とする流動層焼却炉の運転方法。」を、・・・調整することを特徴とする請求項１記載の流動層焼却炉の運転方法。」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
流動層焼却炉の運転方法とその焼却炉
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させ、更に前記一次空気と二次空気の比率調整により前記フリーボードの熱容量の調整と砂層温度の一定制御を行なうことを特徴とする流動層焼却炉の運転方法。
　【請求項２】　前記一次空気と二次空気との比率調整によりフリーボードの懸濁濃度及び粒子循環量の調整することを特徴とする
請求項１記載の
　【請求項３】　流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部と、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させる還流部と、前記一次空気と二次空気の比率調整を行なう比率制御部とを具えたことを特徴とする流動層焼却炉。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　本発明は、下水汚泥、都市ごみ、産業廃棄物等の固形炭素質系を焼却する流動層焼却炉の運転方法及びその焼却炉に係り、特に下水汚泥のように高水分廃棄物の流動層焼却炉の運転方法とその焼却炉に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　流動層焼却炉には、都市ゴミや脱水汚泥等の焼却炉に多く見られる気泡流動層型焼却炉と石炭焚き発電ボイラや一部廃棄物との混焼用焼却炉に見られる循環流動層焼却炉とに分類される。
　前者の気泡流動層型焼却炉は、ガス速度が流動媒体である粒子の流動化開始点を越えると、流動床中に気泡が発生し、発生した気泡により、流動媒体を撹拌し層内を沸騰状態にさせて燃焼させるようにしたものである。
　後者の循環流動層焼却炉は、前記ガス速度が流動媒体である粒子の終端速度を越えさせて、ガスと粒子が激しく混合しながら、粒子はガスに同伴されて系外に飛散燃焼し、飛散した粒子はサイクロンで捕集されて炉内に還流するようにしたものである。
　【０００３】
　流動層焼却炉は上記二つの形式が主に使用されているが、いずれも低品位の燃料や廃棄物の燃焼に適しており、下水汚泥の大部分は流動層焼却炉で処理され、又都市ゴミや産業廃棄物の焼却炉としてもストーカ炉と並んで多用される傾向にある。
　【０００４】
　上記気泡流動層型焼却炉の構成は、図３に見るように、略直立円筒状塔の下部に流動媒体である砂５０ａを充填して気泡流動層領域５０（バブリング層領域、濃厚相）を形成させ、その下部に散気管その他の流動ガス分散器５２を介して流動空気導入口５３よりを流動用気体を均一に吹き込み、該吹き込みガスの流速である空塔速度が前記流動媒体の流動開始点を越えさせ、前記流動媒体の間に気泡５０ｂを発生させ、流動媒体はそのため撹拌流動化しながら、その表面が沸騰状態になる。
　【０００５】
　上記沸騰状態の気泡流動層領域５０の上部より被焼却物である汚泥を汚泥投入口５５より投入すると同時に助燃油投入口５４より助燃剤を投入燃焼させると、汚泥の固形分は気泡流動層領域５０内で燃焼した後、その揮発分は流動層領域５０上方に位置するフリーボード５６で燃焼し、該燃焼後の排ガスは上部排ガス口５７より排出する。
　【０００６】
　かかる気泡流動層型焼却炉にて例えば生ゴミや下水汚泥等の廃棄物を焼却させる場合、下記に示す燃焼過程を経て燃焼させられる。
１）燃焼開始時には流動用空気を流動ガス分散器５２により吹込むとともに、流動砂の上面からバーナであぶり、徐々に温度を上げ流動床ベッドの気泡流動化を行なう。
２）ついで被焼却物であるゴミを投入するが、ゴミの発熱量が低い場合は助燃剤の投入により流動層内を適温に維持する。
３）燃焼開始後は、排ガスによる予熱空気を前記流動ガスに使用する。そして、投入されたゴミは気泡流動層領域で高温の砂と激しく混合流動化されて短時間で乾留ガス化し、ゴミ固形物の燃焼を行なう。
４）未燃ガスや、揮発分や軽いゴミは気泡流動層領域上方のフリーボード５６に導かれて燃焼する。
　【０００７】
　下水汚泥の場合前記気泡流動層型焼却炉では、炉内での燃焼率は前記気泡流動層領域では略６０〜８０％程度であるが、フリーボードでの燃焼によりその燃焼率は上昇して略１００％近くに達する。
　従って、フリーボード５６の受け持つ燃焼負荷は２０〜４０％程度と高く、このためフリーボードでの温度は流動層領域における温度に比較し約１５０℃程高くなり特に燃焼エネルギーが変動し易い生ゴミや汚泥等の焼却の際に、フリーボード内の過熱を招来する問題点がある。
　【０００８】
　従って気泡流動層型焼却炉においては、省エネルギ及び低公害燃焼のため、前記排熱の有効利用の点から予熱空気の温度は略６５０℃のものを使用し、炉出口温度は未燃ガス（ＣＯ、ダイオキシン、シアン等）の対策上適正平均温度を略８５０℃としてある。
　そして、流動媒体により形成された砂層適正温度を７００〜７５０℃の均一温度に維持するためには焼却対象物の炉床水分負荷を２５０〜２８０Ｋｇ／ｍ２ｈ未満にすることが必要条件であり、この為、下水汚泥のように高含水廃棄物を焼却する場合、炉床面積が必要以上に大きくなる。
　【０００９】
　即ち、装置上の制約から前記空塔速度を０．５ｍ／ｓ以上（安定なバブリングには０．５〜１．５ｍ／ｓが必要）にすることが必要となるため、供給空気量が実際の燃焼に必要な空気量より多くなり、排ガス量が増大し無駄な空気を使用する問題がある。
　【００１０】
　また、生ゴミや下水汚泥等の廃棄物は多量の揮発分を含み、該揮発分は上昇してフリーボードで燃焼するため、排ガス温度は過高になる問題がある。
　特に気泡流動層における砂層温度は７５０℃以下では層内燃焼率低下により不安定燃焼の恐れがあるため７５０℃以上に保持する必要があるが、上記フリーボードでの揮発分の燃焼は砂層温度維持には何らの貢献もしない。その結果多量の無駄な助燃料が必要とするという問題もある。
　【００１１】
　また、廃棄物の燃料性状が変化した際のフリーボードの温度変化に対応できないという問題がある。
　高水分の汚泥等の廃棄物は流動層内で燃焼するために起きる、砂層温度の低下を防ぐため助燃剤を使用して砂層温度の維持するようにしているが、助燃剤の一部ないし大部分は揮発してフリーボードで燃焼し、砂層温度の上昇には寄与しなく、無駄な燃焼を行ない燃費の悪化につながる問題もある。
　【００１２】
　前記気泡流動層型焼却炉の問題点を解決するために、本出願人は、フリーボードの過熱を抑え負荷の変動特に被焼却物の性状の変化に対応するため、フリーボード内の懸濁濃度を上げて大なる熱容量を持たせること、又、上記フリーボードにおける燃焼熱を流動層領域に還流させることを検討しながら本発明の開発に着手した。
　以下にその開発検討経過を順を追って説明する。
　【００１３】
　上記フリーボードにおける燃焼熱の気泡流動層領域への還流には循環流動層の使用も考えられるが、循環流動層の場合は下部に明確な濃厚相（デンスベッド）が無いため、負荷変動の吸収容量が小さく、排ガス性状が不安定になりがちの問題がある。
　【００１４】
　又本発明のごとく、明確な濃厚相を有し、且つ流動媒体を同伴還流させる方法を使用した流動床燃焼炉に関する提案として、流動媒体に微細粒子と粗粒子の異なる粒子成分を使用し、微細粒子により同伴流動層を形成させ、且つ粗粒子により重い流動層を形成させて、二つの流動層の組合せにより粉砕石炭を導入燃焼処理をしたものが特公昭６０−２１７６９号公報に開示されている。
　また、粗粒子高密度流動層および微細粒子同伴流動層とを組合せ重複させ、前記高密度流動層は上下に二つのはっきりした温度帯域で構成させたもので、高硫黄化の石炭の燃焼とガス化の両方に利用するしたものが特公昭６３−２６５１号公報に開示されている。
　【００１５】
　しかしながら前記いずれの技術も、流動媒体に微細粒子よりなる同伴流動床と粗粒子よりなる重い流動床を形成させ、両者を組合せ重畳させた流動床を形成したもので、重い流動床の流動媒体である粗大粒子は磨耗が大で必要とされる充填の頻度は高く管理が煩雑である。また、上記磨耗度の激しい粗大粒子を使用しているため、粒径比の変化に基づく安定性を欠く問題点を内蔵している。
　【００１６】
　また、上記特開平４−５４４９４号公報記載の技術によれば、下部に高速区域を持ち上部に低速区域を持つ粗大粒子流動床と、再循環する微細粒子の連行床を重複させ、且つ前記低速区域の粗大粒子流動床に第２ガス導入口が設けられ低速区域の流動化と反応の完結化を図る構成にし、流動化ガス速度と微細粒子の再循環比を増減することにより反応速度及び反応効率の増大を図っている。
　上記能力の増大は、粗大粒子及び微細粒子の大きさ及び前記流動化速度に大きく依存する粗大粒子流動化の挙動からも大きな制約を受け、不安定な反応条件を伴うことがある。
　【００１７】
　かかる上記装置においても、微細粒子よりなる同伴流動床と粗大粒子による高密度流動床を重畳させたもので、前記２者の発明と同様に重い流動床の流動媒体である粗大粒子は磨耗が大で、必要とされる充填の頻度は高く管理が煩雑であるとともに、上記磨耗度の激しい粗大粒子を使用しているため、粒径比が変化し安定性を欠く問題点を内蔵している。また、第２ガスの導入も微細粒子による同伴流動床の懸濁濃度に対する影響は余り期待できない程度のものと考えられる。
　【００１８】
　【発明が解決しようとする課題】
　従って前記いずれの技術も気泡流動層に循環流動層の機能を付加したものであるが、その完成度は低い。
　本発明はかかる課題に鑑みてなされたもので、高含水率の下水汚泥や都市ゴミ等の負荷変動に対応して、フリーボードの熱容量を高め、その負荷の変動に基づく局所的及び時間的な温度異常を吸収可能とするとともに、フリーボードで発生する燃焼熱を還流させ砂層部の温度維持に使用し助燃料の低減を可能とする流動層焼却炉の運転方法と焼却炉の提供を目的とする。
　【００１９】
　【課題を解決するための手段】
　上記目的達成のため、本発明は、
１、明確な一種類の粒径を使用した濃厚相よりなるデンスベッドを持つ構成とし、
２、スプラッシュ領域に二次空気を導入することにより、フリーボードに循環する流動砂が存在する構成とし、
３、一次空気と二次空気との比率の調整により、
　ａ、デンスベッドよりフリーボードヘの流動砂供給量の制御を行ない、
　ｂ、フリーボードの懸濁濃度と流動砂の循環量の制御を行ない、
４、フリーボード内での燃焼熱を吸収して高温砂となった流動砂は、二次空気により炉外へ同伴輸送し、外部還流部を介して前記デンスベッドへ還流されデンスベッドの砂層に返送され、砂層温度を維持する。
　上記構成により、デンスベッドを持たず負荷の変動に対応できない不安定な循環流動層に対し、また従来の気泡型流動床焼却炉に対し、安定運転を可能とするともに排ガス低減、燃費改善、排ガス温度の適正化を図ったものである。
　【００２０】
　即ち、請求項１記載の発明は、流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図るとともに、該気泡流動領域の流動砂層面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して気泡流動領域のデンスベッドへ還流させるようにしたものである。
　【００２１】
　かかる発明によれば、炉上方のフリーボードと下方の気泡流動領域との間には一次空気による粒子の飛び出しにより形成された密度不連続空間であるスプラッシュ領域を持つ。
　そこで本発明は、そのスプラッシュ領域に二次空気を投入してスプラッシュ領域に一次空気とともに浮遊する飛び出し粒子を、一次空気とともにフリーボード側に同伴輸送するようにしたもので、移送された部位では移送粒子量だけホールドアップするため、フリーボードの熱容量も増大し、負荷の変動に対応できる。
　【００２２】
　上記同伴輸送された粒子（飛び出し）は後段に設けたサイクロン等の分離器を経て分離され、その下流に設けた外部還流部を介して気泡流動領域に還流する構成にしてあるため、フリーボード内の燃焼熱を低温の気泡流動領域の流動媒体に与え、砂層温度を維持することができ、砂層温度維持用の無駄な助燃剤の使用を排除できる。
　即ち、流動層領域の砂層温度を一定に保持すべく、高温のフリーボードでの燃焼熱を吸収した流動媒体を低温の気泡流動領域の濃厚相へ還流させて砂層への熱の供給を図り、排ガス温度の適正化と無駄燃料を排除することができる。
　【００２３】
　なお、フリーボードに存在する前記流動砂の熱容量はガスに比べて１０００倍以上大きく、被焼却物である汚泥の性状の変化によるフリーボード内の温度変化を流動砂が緩和するため負荷変動によるばたつきを解消して安定燃焼が可能となる。
　【００２４】
　また、上記一定量の一次空気と二次空気の供給比率割合を調整し、二次空気の投入位置よりその上部の流動媒体である流動砂のホールドアップ量を制御して、フリーボードの懸濁濃度を調整し、フリーボードの熱容量を随時加減し負荷の変動に対応できる。
　【００２５】
　これにより、流動化ガスの一次空気の増減により流動層領域の層膨張による流動層面の高さ、及び、飛び出し高さを含むスプラッシュ領域の高さを変化させ、スプラッシュ領域にある二次空気投入位置より上の二次空気に同伴する流動媒体のホールドアップ量を増減させて、流動媒体が移送されるフリーボードの懸濁濃度の調整が出来るようにしてある。
　【００２６】
　また、上記気泡流動領域の砂層温度を適正に維持することにより、被焼却物である汚泥の高水分に対処すべく必要とされる炉床面積も小さく抑えることができ、流動化空気も小さく抑えることができ、実際の燃焼空気以上に必要とした無駄空気を削減し、排ガス量を抑えるとともに前記助燃剤の削減と相侯って燃費の悪化を防止できる。
　【００２７】
　また、フリーボード内の懸濁濃度が必要以上に高いときは、一次空気の比率の低減とこれに対応した二次空気の増加により、気泡流動領域内より飛び出す流動媒体を減少させ、流動媒体の循環量を減少させ、装置の磨耗防止やブロワの動力費を削減を図ることができる。
　【００２８】
　請求項３記載の発明は、かかる運転方法を効果的に実施するための装置に関する発明で、流動層下方よりの流動化用の一次空気を吹込みながら流動媒体の気泡流動化を図る気泡流動領域と、該気泡流動域の層上表面の気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられるスプラッシュ領域に二次空気を導入させ、粒子をその上方側のフリーボード部に同伴搬送させる同伴流動部と、該二次空気によりスプラッシュ領域に飛び出した流動媒体をその上方のフリーボードを介して炉外に同伴輸送するとともに、外部還流部を介して前記気泡流動領域に還流させる還流部と、前記一次空気と二次空気の比率調整を行なう比率制御部とを具えたことを特徴とする。
　【００２９】
　【発明の実施の形態】
　以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
　図１は、本発明の実施形態に係る流動層焼却炉の概略構成を示す模式図である。
　【００３０】
　図１に示すように、本発明の流動層焼却炉１１は、底部に配した流動ガス分散器１８ｃを介して一次空気１８を流動媒体である珪砂等の流動砂１０ｄを内蔵する濃厚相１２ｄを気泡流動化させる気泡流動領域１０と、該気泡流動領域１０の流動砂層面１２ａの気泡の破裂に伴って粒子が吹上げられ形成されるスプラッシュ領域１２ｂに二次空気導入部１９ａを介して二次空気１９を導入させ、粒子をその上方側のフリーボード１３に同伴搬送させる同伴領域１２と、該二次空気１９によりスプラッシュ領域１２ｂに飛び出した流動媒体をその上方のフリーボード１３を介して炉外に同伴輸送するとともに、排ガスと流動媒体である流動砂等の分離を行なうサイクロン等の分離器１４とシールポット部１５及びダクト１５ｃを介して前記気泡流動領域１０に還流させる還流部と、前記一次空気と二次空気の比率調整を行なうガス供給系１７とダンパ１８ｂ、１９ｂからなる比率制御部とを具え、更に前記還流部経路中に流動媒体の還流を行なうシールポット部１５を設けるとともに、前記シールポット１５には流動化空気２０、２１の送気用ダンパ２０ｂ、２１ｂを設ける構成にしてある。
　【００３１】
　前記ガス供給系１７はブロワ１７ａにより一定量（一次空気１８＋二次空気１９）の空気を、ダンパ１８ｂ、１９ｂを介して一次空気及び二次空気の比率制御を行ないながら夫々の投入口１８ａ、１９ａへ導入する。
　そして、前記ダンパ１８ｂにより比率制御された一次空気１８は投入口１８ａより流動空気分散器１８ｃを介して塔内下方に吹込まれ、気泡流動領域１０に内蔵した流動砂１０ｄを流動化開始速度で流動化を開始させ、スプラッシュ領域１２ｂを形成させるとともに、流動砂層面１２ａを形成する。
　【００３２】
　そして、ガス供給系１７のダンパ１８ｂの開度制御により前記一次空気１８の空塔速度を上昇させ気泡開始速度以上にすると、気泡流動領域１０は気泡を発生し、該気泡により層内は撹乱され不均一流動状態の気泡流動層を形成すると同時に、気泡流動領域１０の流動砂層面１２ａより流動砂１０ｄを飛び出させ、スプラッシュ領域１２ｂを形成する。
　【００３３】
　上記スプラッシュ領域１２ｂは、前記した二次空気投入口１９ａを持ち、下部の流動砂層面１２ａに対し不連続な密度空間を形成している。なお、前記流動砂層面１２ａより上方の適当箇所に、被焼却物（炭素質）投入口１６が設けられている。
　更に前記サイクロンからなる分離器１４の上部には排ガス口１４ａが設けられ同伴輸送された流動砂１０ｄを分離したあとの排ガス３５を外部へ放出するようにしてある。
　【００３４】
　上記構成により前記スプラッシュ領域１２ｂで気泡より離脱して浮遊状態にある流動媒体である流動砂１０ｄは二次空気投入口１９ａより導入された二次空気１９に同伴してフリーボード１３内を輸送され、後段に配設されたサイクロン等の分離器１４に至りその頂部の排ガス口１４ａより前記したように排ガス３５を排出させるとともに、分離器１４で分離された流動砂１０ｄは下部のシールポット部１５の貯留領域１５ａに貯留する。
　【００３５】
　なお、上記シールポット部１５は、下部より供給される流動化空気２１、２０により貯留領域１５ａで流動砂１０ｄを貯留し、ニューマチック領域１５ｂで貯留した流動砂１０ｄを気泡流動領域１０の濃厚相１２ｄへ還流するようにしてある。
　【００３６】
　かかる焼却炉の運転に際しては、投入口１６より投入される下水汚泥等の被焼却物の燃料性状およびその投入量の変動に対応させてガス供給系１７のダンパ１８ｂ、１９ｂの開度調整により一次空気と二次空気の総量制御するとともに、流動砂１０ｄの循環量を廃棄物の性状及び投入量により一義的に決定する。
　次に一次空気１８と二次空気１９との比率制御割合により、気泡流動領域１０、スプラッシュ領域１２ｂ、フリーボード１３内における流動砂のホールドアップ量と懸濁濃度を設定し、フリーボード及び気泡流動領域の加熱温度の制御を行なう。例えば、懸濁濃度の上限及び下限より一次空気と二次空気の比率を例えば１対２乃至２対１のように設定する。
　【００３７】
　図２に示すタイムチャートには、フリーボードの懸濁濃度と循環量が適正に維持されているかどうかをチェックするため、フリーボードと気泡流動領域内に温度計を設けフリーボード内の温度Ｔ１気泡流動領域１０内の温度Ｔ２の差が所定設定値になるようにした一次空気１８と二次空気１９の比率制御の状況を示してある。
　【００３８】
　なお、一次空気１８と二次空気１９の和は一定にして流動砂１０ｄの循環量を一定にし、又シールポット部１５の前記流動化空気２０、２１の送気量は一定にして流動砂１０ｄの気泡流動領域１０への還流量が一定になるように制御してある。
　なお、図にはシールポット部１５へ送気するブロワ１７ｂを別途設ける構成にしてあるが、基本的にはブロワ１７ａより分岐して送気する。
　【００３９】
　図に見るように、Ｔ１とＴ２の差が設定値より高くなったら、一次空気のダンパ１８ｂの開度を増加させ、且つ二次空気のダンパ１９ｂの開度を減少させて、一次空気１８の比率を増加させるとともに二次空気の比率を減少させて、気泡流動領域１０内の温度Ｔ２の増加を図ると共に、フリーボード内の温度Ｔ１の低減を図る。
　【００４０】
　又逆に、Ｔ１とＴ２の差が設定値より低くなったら、一次空気のダンパ１８ｂの開度を低減させ、且つ二次空気のダンパ１９ｂの開度を増加させて、一次空気１８の比率を減少させるとともに二次空気１９の比率を増加させて、気泡流動領域１０内の温度Ｔ２の低減を図ると共に、フリーボード１３内の温度Ｔ１の増加を図る。
　【００４１】
　【発明の効果】
　以上記載のごとく請求項１記載の発明によれば、流動層下方よりの流動化用の一次空気の吹込みによりスプラッシュ領域に流動媒体である流動砂を吹き上げ、吹き上げられた流動砂をスプラッシュ領域に導入した二次空気によりフリーボードに同伴輸送するようにしたため、フリーボード内には常に循環する流動砂が滞在するこになり、熱容量の大きな流動砂がフリーボードの温度変動を吸収し安定運転を可能にすることができる。
　【００４２】
　また、前記二次空気によりフリーボード内での燃焼熱を吸収した高温の流動砂は炉外へ輸送され外部還流部を介して気泡流動領域の濃厚相であるデンスベッドへ還流させるようにしてあるため、デンスベッドの砂層温度の適正維持、ひいては流動用空気の無駄の排除につながる炉床水分負荷の上限アップ、砂層温度維持用の無駄燃料の削減等を可能にして、排ガスの低減と排ガス温度の適正化、及び燃費改善を可能にした焼却炉を提供できる。
　【００４３】
　また、上記一定量の一次空気と二次空気の供給比率割合を調整し、二次空気の投入位置より上部の流動媒体のホールドアップ量を制御して、フリーボードの懸濁濃度を調整し、フリーボードの熱容量を随時制御し負荷の変動に対応させることができる。
　【００４４】
　また、本発明によれば、流動化ガスの一次空気の増減により気泡流動領域１０の層膨張による流動砂層面の高さ、及び、飛び出し高さを含むスプラッシュ領域の高さ１２ｃ（ＴＤＨ）を変化させ、スプラッシュ領域にある二次空気投入位置より上の二次空気に同伴する流動媒体のホールドアップ量を増減させて、それが上方に移送されてフリーボードの懸濁濃度の調整をすることが出来る。
　【００４５】
　また、本発明によれば、気泡流動領域の流動砂層面の上部の不連続空間であるスプラッシュ領域に二次空気投入口を設ける構成にしてあるため、一次空気と二次空気との総量による規制により、廃棄物の性状及び投入量に応じて所定量の流動媒体をフリーボードを経由して低温の気泡流動領域に還流させることができ、無駄燃料を排除し排ガス温度の適正化を図ることができる。
　また、一次空気と二次空気の比率制御部を介して随意負荷の変動に対応してフリーボード、及び気泡流動領域の熱容量制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
　【図１】　本発明の実施形態に係る流動層焼却炉の概略の構成を示す模式図である。
　【図２】　図１のフリーボード内の温度Ｔ１と気泡流動領域内の温度Ｔ２の差が所定設定値になるよう一次空気と二次空気を制御する状況を示すタイムチャートである。
　【図３】　従来の気泡流動型焼却炉の概略構成を示す模式図である。
　【符号の説明】
　１０　　気泡流動領域
　１２ｂ　スプラッシュ領域
　１３　　フリーボード
　１４　　分離器
　１５　　シールポット部
　１６　　被焼却物（炭素質）投入口
　１７　　ガス供給系
　１７ａ，１７ｂ　ブロワ
　１８　　一次空気
　１９　　二次空気
　２０，２１　流動化空気