(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマなどの熱源によって高温雰囲気を生成し、被処理物の溶融を行う際に用いる炉体構造において、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第１の層と、該第１の層の外側に対応して、熱伝達材料の第２の層と、該第２の層の外側に対応して、断熱材料よりなる第３の層とを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第３の層の外表面温度が、法定安全温度の７０℃以下に設計されるように、第１ないし第３の層の厚さをそれぞれ規定しており、更に、前記第３の層の厚さもしくはその外側に設ける第４の断熱層の厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第１の層の表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加していることを特徴とする、炉体構造。
【請求項２】
前記第３の層の増加分あるいは第４の断熱層の厚さを、２５ｍｍ以上とすることを特徴とする、請求項１に記載の炉体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、廃棄物などの被処理物を溶融する際に用いる炉体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、既に、一般廃棄物、更には、医療廃棄物、原子力関連廃棄物の溶融処理を意図した処理方法および装置を提唱している。ここでは、炉体内部にプラズマトーチを熱源として、部分還元雰囲気中での熱分解により、被処理物から、可燃性微粒子を含むガス状体（これは次段で燃焼処理される）と熱分解又は燃焼残渣とを生成し、前記熱分解又は燃焼残渣を炉底部で溶融して、未溶融物を含まない、再利用可能な溶融スラグとし、取り出している。
【０００３】
ここでの問題は、溶融処理装置において使用する炉体構造が、１７００℃程度の内部温度に耐える必要があることである。一般に、炉体外壁は、炉の使用状態において、７０℃以下の安全温度を維持するという法定基準があり、炉体の製造に際しては、この値がクリヤーできる炉壁の構造を設計条件としている。
【０００４】
しかし、本発明者が提唱するように、プラズマトーチなどを用いて、炉内部を加熱すると、その、多くの実験結果によれば、内壁面に露出する第１の耐火層（例えば、耐火レンガ）の表面が、使用過程で徐々に溶損する事態が発生し、内壁面から第２の層（セメントなどの熱伝達材料）を経由して第３の層（断熱材）の外壁面への温度勾配に変化を生じ、設計値（７０℃以下）を越えて、炉体外壁の温度が上がることが確認された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、第１の耐火層、第２の層、第３の断熱層で構成される炉体の設計厚さに加えて、第３の断熱層の厚さを増大させ、もしくは、その外側に第４の断熱層を追加することで、使用過程で高温に曝される内壁面（主として、周壁面および天井壁面）での溶損にもかかわらず、効果的に、かつ、長期的に、炉体外壁面を安全温度以下に維持できるように構成した炉体構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、内部にプラズマなどの熱源によって高温雰囲気を生成し、被処理物の熱分解を行う際に用いる炉体構造において、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第１の層と、該第１の層の外側に対応して、熱伝達材料の第２の層と、該第２の層の外側に対応して、断熱材料よりなる第３の層とを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第３の層の外表面温度が、法定安全温度の７０℃以下に設計されるように、第１ないし第３の層の厚さをそれぞれ規定しており、更に、前記第３の層の厚さもしくはその外側に設ける第４の断熱層の厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第１の層の表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加していることを特徴とする。
【０００７】
なお、本発明の実施の形態として前記第３の層の増加分あるいは第４の断熱層の厚さを２５ｍｍ以上とすることが、実験上、有効であることが確認されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１には、本発明者が先に提唱した、一般廃棄物、更には、医療廃棄物、原子力関連廃棄物に適用できる廃棄物処理装置が概略的に示されている。また、図２および図３には、この処理装置に適用される炉体構造が概略的に示されている。
【０００９】
図１、図２、図３に示すように、ここでは、適当な大きさの、例えば、チップ状に破砕／圧縮され、あるいは、小容器に収容された廃棄物（被処理物）が、投入器１を経由して、炉２内に投入される。炉２は、下部に横長の第一の部分空間２１が、また、投入器１の下側に位置する第二の部分空間２２が、濾斗状の絞り部２３（図２参照）を介して連通する構造になっている。なお、投入器１は、一方が開放される時、他方が閉鎖されている関係で、開閉動作される入口扉および出口扉（何れも図示せず）を具えている。これは、炉２の内部が直接、外部（前段の処理部）に開放されるのを防止するためである。また、要すれば、投入器１に、内部雰囲気の置換手段を連係させていて、外部空気が炉２内に導入されるのを防止しているのがよい。
【００１０】
第一の部分空間２１は、その一端側に、絞り部２３の下側に対応する急傾斜の部分２４ａを、また、そこから他端に向けた緩やかな傾斜の部分２４ｂを有する床部２４を具えており、その他端側に設けた出口２４Ｃを介して、排出部２５に連通する。この排出部２５は、その下部から扉（図示せず）を介して、外部に開口する。そして、第一の部分空間２２には、一端側に左右一対のプラズマトーチ２６、２７（図３参照）があり、また、他端側に１個のプラズマトーチ２８がある。
【００１１】
第二の部分空間２２は、その上部において、ダクト２９を介して、次段の燃焼炉４の入口に連通している。この燃焼炉４には、ポンプ４１によって、空気が供給されており、加熱用バーナー４２も具えられている。そして、その出口には冷却塔５が連通されている。冷却塔５内には、バグフィルター５１があり、これを経由して、煙突６に連通されている。
【００１２】
このような構成では、第一の部分空間２１内の部分還元雰囲気中において、プラズマトーチ２６〜２８により、炉内を、例えば、１４００℃〜１５００℃の高温に加熱し、ここで発生した熱流を、絞り部２３を介して、第二の部分空間２２に上昇させる。一方、廃棄物（被処理物）は、投入器１を介して、第二の部分空間２２の上部に投入される。
【００１３】
その結果、第二の部分空間２２では、廃棄物が、可燃性微粒子を含むガス状体と熱分解残渣とに熱分解される。そして、前者は、ダクトを介して、次段の燃焼炉４に供給され、そこに供給された空気に触れて、それ自体の持つ熱エネルギーおよび加熱用バーナー４２の働きで（約４００から８００°Ｃで）燃焼される。次いで、冷却塔５で冷却されると共に、バグフィルター５１を介して、その塵埃部分を分離され、排気を煙突６を介して外部に放出する。また、後者は、絞り部２３を介して、第一の部分空間２１の床部２４に降下し、そこで、溶融により、未溶解物を含まない、完全な溶融スラグとなる。これは、排出部２５を介して、コンテナなどに回収され、所要個所で、再利用に供給される。
【００１４】
この炉体構造では、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第１の層２Ａと、第１の層２Ａの外側に対応して、熱伝達材料の（例えば、粉末状セメントを固結した）第２の層２Ｂと、第２の層２Ｂの外側に対応して、断熱材料（例えば、セラミック）よりなる第３の層２Ｃとを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第３の層２Ｃの外表面温度が、法定安全温度の７０℃以下に設計されるように、第１ないし第３の層の厚さをそれぞれ規定している。なお、第２の層２Ｂは、所定値を越えた炉内温度の過昇を避けるための、第１の層２Ａからの熱エネルギーの放出の機能と、外部への熱エネルギーの放出による熱損失を抑制するための、保温の機能とを兼ねるように、その熱容量（厚さ）を考慮して、設計される。そして、特に本発明では、前記第３の層の厚さもしくはその外側に設ける、例えば、耐熱ロックウールなどの、第４の断熱層２Ｄの厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第１の層２Ａの表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加している。
【００１５】
なお、本発明の実施の形態として、第３の層２Ｃの増加分あるいは第４の断熱層２Ｄの厚さを、２５ｍｍ以上とすることが有効である。
【００１６】
このような構成によって、炉体の外壁面の温度は、最高、１７００℃の炉内温度で、相当期間、使用しても、安全温度の７０℃以下に抑えることが可能となる。
しかも、この実施の形態のように、第３の層２Ｃの層厚を増加し、あるいは、その外側に設ける第４の層２Ｄを追加することで、炉体の外壁面の温度を安全温度に維持することは、無駄な熱の発散を防ぎ、ランニングコストを下げ、熱エネルギーの経済性を発揮できる上、炉体製造後において、容易に改造を施せる点で、内側の、第１の層２Ａの層厚や第２の層２Ｂの層厚を変更する場合に比べて優れている。換言すれば、設計段階で、第１の層２Ａの厚さ、第２の層の厚さを、予め、予定した設計値より大きく設定することは、炉体の設備コストを必要以上に（過剰に）増大させる畏れがあるが、実際の使用態様において、安全性確保を、第３の層あるいは第４の層で得ることは、設備に無駄がなく、その後の対応（改造）においても、有利である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したようになり、内部にプラズマなどの熱源によって高温雰囲気を生成し、被処理物の溶融を行う際に用いる炉体構造において、内壁面に対応して、耐火材料を用いた第１の層と、該第１の層の外側に対応して、熱伝達材料の第２の層と、該第２の層の外側に対応して、断熱材料よりなる第３の層とを、それぞれ、積層し、炉体使用時の前記内壁面の温度に対応して、所定の温度勾配により、第３の層の外表面温度が、法定安全温度の７０℃以下に設計されるように、第１ないし第３の層の厚さをそれぞれ規定しており、更に、前記第３の層の厚さもしくはその外側に設ける第４の断熱層の厚さを、炉体の使用過程における内壁面での、第１の層の表面溶損を見越して必要量、増加あるいは追加していることを特徴とする。
【００１８】
従って、使用過程で高温に曝される内壁面（主として、周壁面および天井壁面）での溶損にもかかわらず、効果的に、かつ、長期的に、炉体外壁面を安全温度以下に維持でき、また、無駄な熱の発散を防ぎ、ランニングコストを下げ、熱エネルギーの経済性も発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる廃棄物処理装置の概略的側面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す、炉体構造の縦断側面図である。
【図３】同じく、横断平面図である。
【符号の説明】
１  投入器
２  炉
２Ａ  第１の層
２Ｂ  第２の層
２Ｃ  第３の層
２Ｄ  第４の層
２１  第一の部分空間
２２  第二の部分空間
２３  絞り部
２４  床部
２５  排出部
２６〜２８  プラズマトーチ
２９  ダクト
【図１】
0004674663.tif 000002
【図２】
0004674663.tif 000003
【図３】
0004674663.tif 000004