(57)【要約】【課題】  各種廃棄物の焼却灰の再利用の可能性を試すために、多種多彩な対象物についてカーボン含有量の低い焼却灰を短時間で簡単に得られるようにすること。【解決手段】  坩堝加熱用のバーナーを所望箇所に設け、溶解炉外装と坩堝の間に空気加熱パイプを配設し、空気加熱パイプの一方は空気供給源に接続するとともに、他方は溶解炉の外に延出させてフレキシブルパイプを接続し、フレキシブルパイプの他端には耐火性素材で構成した所望長さの熱風吹き出しノズルを接続し、熱風吹き出しノズルは坩堝内に挿入可能とした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝加熱用のバーナーを所望箇所に設け、溶解炉外装と坩堝の間に空気加熱パイプを配設し、空気加熱パイプの一方は空気供給源に接続するとともに、他方は溶解炉の外に延出させてフレキシブルパイプを接続し、フレキシブルパイプの他端には坩堝と同質素材で形成した所望長さの熱風吹き出しノズルを接続し、熱風吹き出しノズルは坩堝内に挿入可能としたことを特徴とする加熱空気供給式小型溶解炉。
【請求項２】
熱風吹き出しノズルの長さは、坩堝の深さに加えてその上方を人が持って操作可能な長さとし、攪拌パイプとしても使用可能とした請求項１記載の加熱空気供給式小型溶解炉。
【請求項３】
溶解炉で坩堝内の対象物を燃焼させて焼却灰を得るに際し、攪拌パイプから２００℃以上の空気を坩堝内に吹き出しながら坩堝内の燃焼対象物を攪拌パイプにより攪拌し、坩堝内の燃焼対象物を酸化雰囲気状態でほぼ完全燃焼させるようにしたことを特徴とする実験用焼却灰の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種産業の廃棄物や動物の排泄物など多種多彩な有機物を有酸素下で完全燃焼させて実験用の焼却灰を得るために用いる小型の溶解炉に関するものであり、少量の試料（数ｋｇ〜１０数ｋｇ）を短時間で酸化雰囲気状態でほぼ完全燃焼させてカーボン含有量の少ない焼却灰を得る目的に適するものである。また、本発明の加熱空気供給式小型溶解炉を使用し、実験用に各種材料のカーボン含有量の極めて少ないものから多いものまで、カーボン含有量を幅広く調整した焼却灰を得る製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種産業廃棄物はもとより、下水処理場において発生する下水汚泥や、養鶏場などで発生する鶏糞などについて、現代ではこれらを適正に処理処分することが社会的に重要な課題となってきている。そこで、これらのものを焼却処分してその灰を各種用途に再利用することが提案されている。
【０００３】
そして、焼却灰の残留成分に着目して土質安定材として利用することは、大量消費が見込めることから有望な利用分野であるといえる。但し、土質安定材としての有用性を確認するためには、まず実験の準備段階として各種の物を燃焼させて実験用の焼却灰を得る必要がある。
【０００４】
ところで焼却灰を再利用するときに、この焼却灰を石灰やセメントと併用して土質安定材などに用いる場合、焼却灰に含まれるカーボンが土壌の強度発現の阻害要因となることが出願人の研究により明らかとなっている。このことは例えば、特許第３２０８５３７号公報に詳述してある。
【０００５】
すなわち、焼却灰を石灰やセメントと併用して土質安定材などに用いることについての実験をする場合には、カーボンの含有量の極めて少ない焼却灰をその実験に用いることが効果確認などの実験を行うに当たって基本的要件として要求されるのである。
【０００６】
カーボン含有量の少ない焼却灰を得るためには、十分な酸素を供給し酸化雰囲気状態でほぼ完全燃焼させる必要があり、十分な酸素供給が行われないとカーボンを多く含む灰となり、完全に焼却が行われたとは言い難い状態となる。但し、温度の低い酸素を供給した場合には、その酸素により炉内の温度が低下してしまうため、高温を保つことが困難となり、作業効率が著しく低下してしまう。
【０００７】
また、実験用の焼却灰を得るためには多種多彩な材料について、焼却条件などを変えながら少量（焼却灰として数ｋｇ）でよいが多種類用意する必要があり、同一条件下において実験に供するためにはこれらのものを極力短時間のうちに用意する必要がある。さらに実験の準備段階で使用するためには、これらの実験に携わる者が安全に且つ容易に取り扱うことができる装置である必要がある。
【０００８】
なお、従来から溶解炉としては各種のものがあるが、いずれも大量の材料を処理することとを目的としており、また一般的には還元状態において溶解は行われ、坩堝内に吹き込まれるガスは不活性ガスである。その意味においては、本発明は「溶解炉」と称したが、実質的には新規な実験用の焼却灰を製造するための装置、すなわち「実験用焼却灰製造装置」とも言い得るものである。なお、本発明は燃焼させた結果の残存物（焼却灰）を得ることを目的としていてそのために「坩堝」を必要としており、単に廃棄物を焼却することを目的としたいわゆる焼却炉とはその目的を異とするものである。
【特許文献１】特開平５−２６１３５８号
【特許文献２】特開２０００−３９２６７
【特許文献３】特開２００２−１２２３１４
【特許文献４】特開２００２−１４７９６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明にかかる加熱空気供給式小型溶解炉（請求項１）は前記課題を解決するために、坩堝加熱用のバーナーを所望箇所に設け、溶解炉外装と坩堝の間に空気加熱パイプを配設し、空気加熱パイプの一方は空気供給源に接続するとともに、他方は溶解炉の外に延出させてフレキシブルパイプを接続し、フレキシブルパイプの他端には坩堝と同質素材で形成した所望長さの熱風吹き出しノズルを接続し、熱風吹き出しノズルは坩堝内に挿入可能としたものである。
【００１０】
また、上記に加え熱風吹き出しノズルの長さは、坩堝の深さに加えてその上方を人が持って操作可能な長さとし、攪拌パイプとしても使用可能とした（請求項２）ものである。
【００１１】
一方、この発明にかかる実験用焼却灰の製造方法（請求項３）は、上記溶解炉を使用し、溶解炉で坩堝内の対象物を燃焼させて焼却灰を得るに際し、攪拌パイプから２００℃以上の空気を坩堝内に吹き出しながら坩堝内の燃焼対象物を攪拌パイプにより攪拌し、坩堝内の燃焼対象物を酸化雰囲気状態でほぼ完全燃焼させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、この発明にかかる加熱空気供給式小型溶解炉によれば、坩堝を熱するバーナ−の余熱を利用し、高温に加熱された熱風によって坩堝内に新鮮空気を供給しながら坩堝内の攪拌を行うことにより、燃焼対象物の完全燃焼による焼却・溶解を促進し、作業効率を上げることができる。
【００１３】
また、この発明にかかる実験用焼却灰の製造方法によれば、本発明の溶解炉を使用し、攪拌パイプから２００℃以上の空気を坩堝内に吹き出しながら坩堝内の燃焼対象物を攪拌パイプにより攪拌し、坩堝内の燃焼対象物を酸化雰囲気状態でほぼ完全燃焼させることにより、カーボン含有量の極めて少ない焼却灰を短時間で容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
坩堝にバーナーの火炎が直接当たらないように加熱用のガスバーナーを設ける。キャスタブル製の溶解炉外装と、黒鉛炭珪質坩堝の間に螺旋状に空気加熱パイプを配設する。そして、空気加熱パイプの一端はコンプレッサーに接続し、他端は溶解炉の外に延出させてフレキシブルパイプを接続する。そして、フレキシブルパイプの先端には坩堝と同質素材の黒鉛炭珪質で形成した所望長さの熱風吹き出しノズルを接続する。熱風吹き出しノズルの長さは、坩堝の深さに加えてその上方を人が持って操作可能な長さとし、坩堝内を攪拌するための攪拌パイプとしても使用可能にする。
【実施例１】
【００１５】
次に、本発明にかかる加熱空気供給式小型溶解炉の一実施例を図１に基づいて説明する。１は上面が開口した箱形のキャスタブル製の溶解炉外装であり、２は黒鉛炭珪質の坩堝であり、溶解炉外装１内に坩堝台３の上に載置してある。４は火口が溶解炉外装１内に臨んでいるバーナーであり、５は燃焼用のプロパンガス供給パイプ接続口であり６はブロアーポンプである。バーナー４からの火炎は坩堝台３に当たった後、坩堝２と溶解炉外装１の間を上方へ向かって伝播して坩堝２を加熱するようになっている。なお、図示した例では坩堝２の大きさは約内径３００ｍｍ，深さ４２０ｍｍのものを使用するものを示したが、坩堝の大きさや形状は図示したものに限定されるものではない。
【００１６】
７は溶解炉外装１と坩堝２の間に螺旋状の設けた空気加熱パイプである。そして、空気加熱パイプ７の一方は空気供給源８となるコンプレッサー（図示せず）に接続してある。他方は溶解炉の上面開口部から外に延出させステンレス製のフレキシブルパイプ９を接続してある。１０はフレキシブルパイプ９の先端に接続した坩堝２と同質素材である黒鉛炭珪質で形成した熱風吹き出しノズルである。
【００１７】
熱風吹き出しノズル１０の長さは、坩堝の深さに加えてその上方を人が持って炉蓋１１の上から操作可能な長さとし、坩堝２内を手作業により攪拌するための攪拌パイプとしても使用可能とする。また、フレキシブルパイプ９の長さ及び形状としては、熱風吹き出しノズル１０を攪拌パイプとして自由に操作することができればよい。１１は坩堝２の上端と若干間隙を設けて溶解炉外装１の上面を塞ぐ炉蓋であり、中央には熱風吹き出しノズル１０と温度測定センサー１２挿入用に開口部１３が形成している。
【００１８】
なお、図示した例では空気加熱パイプ７は坩堝２の外周を２周させたものを示したが、空気加熱パイプ７の設置方法は図示した例に限定されるものではなく、要はバーナー４の余熱を利用して、コンプレッサーから送られた空気が空気加熱パイプ７を通過することにより少なくとも２００℃以上、望ましくは４００℃以上に加熱可能であれば、どのような設置の仕方でもよい。また、空気加熱パイプ７，フレキシブルパイプ９，熱風吹き出しノズル１０は内径２ｃｍ〜３ｃｍあれば基本的には完全燃焼のために必要な空気量と加熱温度が得られる。
【実施例２】
【００１９】
上記実施例１の加熱空気供給式小型溶解炉を使用し、空の坩堝を用いて加熱実験を行った結果を図２及び図３に基づいて説明する。
【００２０】
図２は、各々の温度において、加熱及び常温の空気によって攪拌した際の、坩堝内の温度変化を表したグラフである。結果を見ると、加熱空気によって攪拌した場合においては、坩堝内の温度変化はほとんど見られないものの、常温空気で攪拌を行った場合では、最大で８０℃程度の温度低下が確認できた。
【００２１】
図３は、坩堝内部に炎が引火した状態において、加熱及び常温空気によって攪拌を行った場合の、坩堝内の温度変化を表したグラフである。結果より、各々の攪拌開始温度から攪拌することによって坩堝内の温度が上昇している傾向が見られ、最終到達温度は、加熱及び常温空気に差は見られないものの、到達時間に大きな違いが見られる。これは、熱風吹き出しノズルから出る空気に、炎が引火する傾向と関係していると考えられる。坩堝上部では、激しく炎が取り巻いているため、熱風吹き出しノズルを近づけると、吹き出している空気中に含まれる酸素によって炎が出る状況となる。
【００２２】
しかし、坩堝最深部まで熱風吹き出しノズルを持っていくと、取り巻く炎が届かない位置となってしまうため、坩堝内の空気が対流することによって酸化状態へと導く働きをする。その攪拌する空気が、加熱されているや否やによって、熱風吹き出しノズルを坩堝最深部にて作業を行った場合に、坩堝内の温度低下に対し影響を与えている。したがって、作業効率と内容物の完全焼却を目的とした場合においては、加熱された空気（酸素）によって、坩堝内を攪拌することで、作業時間を大幅に減少させることが可能となるとともに、外気との空気の入れ替わりが困難な坩堝内を、酸化状態へと導くことができ、より完全な焼却が可能となることが確認できた。
【実施例３】
【００２３】
次に、上記実施例１の加熱空気供給式小型溶解炉を使用し、本発明の実験用焼却灰の製造方法について説明する。
原料として乾燥させた下水汚泥脱水ケーキ３ｋｇを８００℃に加熱してある坩堝内入れた。そして、２００℃に予熱された空気を熱風吹き出しノズルから吹き出しながら下水汚泥脱水ケーキをよく攪拌した。そのまま約７分攪拌しながら焼却を行い炉内温度が９５０℃となったところで焼却作業を終了した。終了後、焼却灰の重量を計測したところ４００ｇであり、カーボン含有量を測定したところ１．２３（重量）％であった。
また比較のために、同量の乾燥させた下水汚泥脱水ケーキを原料とし、熱風吹き出しノズルから熱風を吹き出さず且つ攪拌も行わないで、炉内温度が９５０℃に到達するまで約２０分間焼却を行った。終了後、焼却灰の重量を計測したところ４２０ｇであり、カーボン含有量を測定したところ１２．１（重量）％であった。
【実施例４】
【００２４】
また、上記実施例３と同様に上記実施例１の加熱空気供給式小型溶解炉を使用し、原料として乾燥させた鶏糞３ｋｇを１０００℃に加熱してある坩堝内入れた。そして、４００℃に予熱された空気を熱風吹き出しノズルから吹き出しながら鶏糞をよく攪拌した。そのまま約６分攪拌しながら焼却を行い炉内温度が１０５０℃となったところで焼却作業を終了した。終了後、焼却灰の重量を計測したところ３２０ｇであり、カーボン含有量を測定したところ０．７８（重量）％であった。
また比較のために、同量の乾燥させた鶏糞を原料とし、熱風吹き出しノズルから熱風を吹き出さず且つ攪拌も行わないで、炉内温度が１０５０℃に到達するまで約２５分間焼却を行った。終了後、焼却灰の重量を計測したところ３４０ｇであり、カーボン含有量を測定したところ１０．８（重量）％であった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上述べたように、本発明によれば実験用のカーボン含有量の低い焼却灰を短時間で簡単に製造することができ、各種材料の焼却灰の再利用についての実験をスムーズに行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の加熱空気供給式小型溶解炉の一実施例を示す説明図である。
【図２】攪拌開始温度と最終到達温度の関係を示すグラフである。
【図３】坩堝内に炎が引火した場合における加熱空気による攪拌の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１  溶解炉外装
２  坩堝
３  坩堝台
４  バーナー
５  プロパンガス供給パイプ接続口
６  ブロアー
７  空気加熱パイプ
８  空気供給源
９  フレキシブルパイプ
１０  熱風吹き出しノズル
１１  炉蓋
１２  温度測定センサー
１３  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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