(57)【要約】【課題】天然ガスハイドレートの分解という現象の利用を図る。【解決手段】天然ガスハイドレート３０１の分解によって生成される天然ガスをバーナ１１０に供給して燃焼室１０５内の焼却対象物１０９を燃焼焼却させ、同様に天然ガスハイドレート３０１の分解によって生成された水を冷却水として燃焼室１０５が有している内筒１０３と外筒１０４との間に形成された冷却空間１０６に供給し、焼却処理終了後には、冷却空間１０６に供給された冷却水を排水するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に冷却空間を形成する内筒と外筒との二重構造をなす燃焼室を有し、バーナによって前記内筒内に収容された焼却対象物を燃焼させる焼却炉と、
天然ガスハイドレートを収納可能な収納部を有し、当該収納部内で天然ガスハイドレートが分解されて生成される天然ガスと水とをそれぞれ外部に排出する天然ガス用の第１の排出部と水用の第２の排出部とを有する分解装置と、
前記第１の排出部から排出される天然ガスを前記バーナに供給する燃料供給路と、
前記第２の排出部に連結されて前記分解装置から供給された水を貯える貯水槽と、
前記貯水槽が貯える水を冷却水供給路を介して冷却水として前記冷却空間に供給する冷却水供給部と、
前記冷却空間に供給された冷却水を排水路を介して排水する排水部と、
を備える水冷式焼却炉。
【請求項２】
前記冷却水供給部は、前記冷却水供給路を開閉する電磁バルブである給水バルブを備える、請求項１記載の水冷式焼却炉。
【請求項３】
前記排水部は、前記排水路を開閉する電磁バルブである排水バルブを備える、請求項１又は２記載の水冷式焼却炉。
【請求項４】
焼却対象物の種類に応じて前記給水バルブを開くタイミングを規定する燃焼制御定義に従い当該給水バルブを制御する手段を備える、請求項２記載の水冷式焼却炉。
【請求項５】
焼却処理を実行する毎に前記排水バルブを開き、前記冷却空間に供給された冷却水を排水させるように当該排水バルブを制御する手段を備える、請求項３記載の水冷式焼却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスハイドレート（Natural Gas Hydrate）を利用する水冷式焼却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガス等のような原料ガスと水とを接触させて生成したガスハイドレートの研究が進められている。ハイドレートは、水分子が構成するクラスター（かご構造）の中に原料ガスの分子（ゲスト）が取り込まれた包接水和物である。例えば、天然ガスハイドレートは、メタンとエタンとプロパンを主成分として構成された天然ガスをゲストとしてこれを水分子が構成するクラスターの中に取り込んだ構造物である。このようなガスハイドレートは、天然ガスハイドレートの他にも、原料ガスを代えることで種々のガスハイドレートとして構成することができる。例えば、原料ガスとして二酸化炭素を用いれば、二酸化炭素ハイドレートを生成することができる。
【０００３】
天然ガスハイドレートは、例えば特許文献１に記載されているように、そもそも貯蔵や輸送の便宜のために開発された技術である。例えば、天然ガスの場合、現在は液化天然ガス（ＬＮＧ）の形態で貯蔵及び輸送する方法が一般的である。ところが、液化天然ガスの主成分であるメタンは、液化させるのに−１６２℃といった極低温条件が必要であり、貯蔵及び輸送に際してはそのような極低温条件の維持が求められる。このため、液化天然ガスの製造及び維持管理には、多大なコストがかかってしまう。
【０００４】
これに対して、天然ガスハイドレートは、大気圧下−２０℃の環境で約１７０倍のガスを包蔵し、−２０℃程度の環境で大きな自己保存効果を発揮する。このため、貯蔵及び輸送等での取り扱いが比較的容易であるという利点を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０７３６７９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、天然ガスハイドレートは、そもそも貯蔵や輸送の便宜のために開発された技術である。このため、天然ガスハイドレートに対する本来的な期待は、大気圧下−２０℃程度の環境での自己保存効果にある。つまり、貯蔵や輸送のためには、分解しにくいという性能に価値が求められる。
【０００７】
その一方、天然ガスハイドレートは、常温環境下に置くと比較的早期に天然ガスと水とに分解する。このような現象は、天然ガスハイドレートに対する本来的な期待が貯蔵や輸送の便宜であるとするならば、極力避けたい現象であるといえる。これに対して、この出願の発明者等は、むしろ、そのような天然ガスハイドレートの分解という現象に着目し、その利用について鋭意研究を進めた。その結果、水冷式焼却炉を発明するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水冷式焼却炉は、間に冷却空間を形成する内筒と外筒との二重構造をなす燃焼室を有し、バーナによって前記内筒内に収容された焼却対象物を燃焼させる焼却炉と、天然ガスハイドレートを収納可能な収納部を有し、当該収納部内で天然ガスハイドレートが分解されて生成される天然ガスと水とをそれぞれ外部に排出する天然ガス用の第１の排出部と水用の第２の排出部とを有する分解装置と、前記第１の排出部から排出される天然ガスを前記バーナに供給する燃料供給路と、前記第２の排出部に連結されて前記分解装置から供給された水を貯える貯水槽と、前記貯水槽が貯える水を冷却水供給路を介して冷却水として前記冷却空間に供給する冷却水供給部と、前記冷却空間に供給された冷却水を排水路を介して排水する排水部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、天然ガスハイドレートの分解という現象を利用して焼却炉の水冷作用に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の一形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、水冷式焼却炉の模式図である。水冷式焼却炉１０１が有する焼却炉１０２は、内筒１０３と外筒１０４との二重構造をなしており、内筒１０３の内部に燃焼室１０５を形成している。内筒１０３と外筒１０４との間に形成される空間は冷却空間１０６となっており、ここに冷媒としての冷却水を供給することができるように構成されている。冷却空間１０６は、内筒１０３と外筒１０４との間の側壁間と底面間とに回り込んでいる。このような冷却構造は、水冷式焼却炉１０１から排出される排煙について、長時間運転した場合でも黒煙の排出量を抑制する。燃焼室１０５からの排煙については、水冷式焼却炉１０１の屋根１０７に設けた煙突１０８から外部に排出できるように構成されている。
【００１２】
水冷式焼却炉１０１は、燃焼室１０５の内部に炎を発生させて燃焼室１０５に収容された焼却対象物１０９を燃焼するバーナ１１０が設けられている。バーナ１１０は、断熱材１１１を介して焼却炉１０２に取り付けられている。
【００１３】
次いで、水冷式焼却炉１０１は、分解装置２０１を備えている。分解装置２０１は、天然ガスハイドレート３０１を収納可能な収納部２０２を有し、当該収納部２０２内で天然ガスハイドレート３０１が分解されて生成される水と天然ガスとをそれぞれ外部に排出する天然ガス用の第１の排出部２０３と水用の第２の排出部２０４とを有する。分解装置２０１の内部は、多孔質の保持台２０５によって上下に二分割されている。保持台２０５は、天然ガスハイドレート３０１を保持可能な構造となっている。したがって、保持台２０５よりも上方の空間は、天然ガスハイドレート３０１を収納可能な収納部２０２を構成し、保持台２０５よりも下方の空間は、天然ガスハイドレート３０１が分解して生成される水を貯留する貯水部２０６を構成する。第１の排出部２０３は収納部２０２に連通し、第２の排出部２０４は貯水部２０６に連通している。
【００１４】
天然ガスハイドレート３０１は、例えばＮＧＨタンク３０２に−２０℃で貯蔵され、このＮＧＨタンク３０２から必要に応じて分解装置２０１の収納部２０２に移される。
【００１５】
分解装置２０１の収納部２０２に連通する第１の排出部２０３は、燃料供給路２０７を介してバーナ１１０に連通している。連通箇所は、バーナ１１０の図示しない燃料供給部である。収納部２０２に収納されている天然ガスハイドレート３０１は、その分解に際して圧力を発生し、分解装置２０１の内部を昇圧する。このため、天然ガスハイドレート３０１から分解された天然ガスは、分解装置２０１の内部圧力によってバーナ１１０に導かれる。バーナ１１０は、供給された天然ガスを燃料として使用することができる。この場合、バーナ１１０は、天然ガスを主要燃料として使用することも、補助燃料として使用することも可能である。天然ガスを補助燃料として使用する場合には、図１には示されないバーナ１１０に対する主要燃料の供給系が必要とされる。
【００１６】
分解装置２０１の貯水部２０６に連通する第２の排出部２０４は、給水路２０８を介して貯水槽２０９に連通されている。貯水槽２０９は、第２の排出部２０４から排水された水を一時的に貯える。前述したように、収納部２０２に収納されている天然ガスハイドレート３０１は、その分解に際して圧力を発生し、分解装置２０１の内部を昇圧する。このため、天然ガスハイドレート３０１から分解された水は、分解装置２０１の内部圧力によって貯水槽２０９に導かれる。
【００１７】
本実施の形態の水冷式焼却炉１０１は、また、貯水槽２０９が貯える水を冷却水供給路２１０を介して冷却水として焼却炉１０２の冷却空間１０６に供給する冷却水供給部２１１を有している。そして、冷却水供給部２１１は、冷却水供給路２１０に介在させて、冷却水供給路２１０を開閉する電磁バルブである給水バルブ２１２を有している。給水バルブ２１２は、その開閉動作に伴い貯水槽２０９が蓄える水を冷却水として焼却炉１０２の冷却空間１０６に供給するタイミングを決定する。
【００１８】
本実施の形態の水冷式焼却炉１０１は、更に、焼却炉１０２の冷却空間１０６に供給された冷却水を排水路２１３を介して排水する排水部２１４を有している。そして、排水部２１４は、排水路２１３に介在させて、排水路２１３を開閉する電磁バルブである排水バルブ２１５を有している。排水バルブ２１５は、その開閉動作に伴い焼却炉１０２の冷却空間１０６から冷却水を抜くタイミングを決定する。
【００１９】
このような構造の水冷式焼却炉１０１では、分解装置２０１の収納部２０２に収納された天然ガスハイドレート３０１は、大気圧下−２０℃程度の環境で高い自己保存効果を示す。これに対して、温度が高くなるに従い、天然ガスハイドレート３０１は水と天然ガスとに分解していく。そこで、分解装置２０１では、天然ガスハイドレート３０１を−２０℃よりも高い温度環境下、例えば、常温環境下や加熱環境下に置く。これにより、天然ガスハイドレート３０１は急激に分解を始める。
【００２０】
その結果、第１の排出部２０３から天然ガスが排出され、第２の排出部２０４から水が排出される。前述したように、収納部２０２に収納されている天然ガスハイドレート３０１は、その分解に際して圧力を発生し、分解装置２０１の内部を昇圧するため、天然ガスハイドレート３０１から分解された天然ガスは、分解装置２０１の内部圧力により燃料供給路２０７を介してバーナ１１０に供給される。これにより、バーナ１１０は、供給された天然ガスを燃料として使用することができる。同様に、天然ガスハイドレート３０１から分解された水も、分解装置２０１の内部圧力により給水路２０８を介して貯水槽２０９に供給される。
【００２１】
そこで、バーナ１１０を動作させて燃焼室１０５内で燃焼を生じさせると、焼却対象物１０９の燃焼焼却が開始される。この際、冷却水供給部２１１が有する給水バルブ２１２を開くと、貯水槽２０９に貯水された水が冷却水供給路２１０を介して焼却炉１０２が有する冷却空間１０６に供給され、冷却空間１０６を満たす。これにより、水冷式焼却炉１０１を長時間運転しても、煙突１０８からの黒煙の排出を最小限に抑制することが可能となる。
【００２２】
焼却処理後には、排水部２１４が有する排水バルブ２１５を開く。すると、焼却炉１０２が有する冷却空間１０６に供給されていた冷却水が排水路２１３を介して排水される。これにより、冷却空間１０６を形成する内筒１０３と外筒１０４との炉壁を錆の発生から守ることが可能となる。なお、排水された冷却水は、冷却空間１０６内で暖められているため、給湯用等に活用することも可能である。
【００２３】
図２は、制御系のブロック図である。水冷式焼却炉１０１は、シーケンサ構成の制御部４０１を備えている。制御部４０１には、前述したバーナ１１０と給水バルブ２１２と排水バルブ２１５とが接続され、更に操作盤４０２と各種のセンサ４０３とが接続されている。センサ４０３としては、例えば貯水槽２０９の水位を検出する水位センサ、燃焼室の温度を検出する温度センサ、冷却空間１０６内の水位を検出する水位センサ等が設けられている。制御部４０１は、操作盤４０２での操作状態に従い、センサ４０３によるセンシング値を取り込みながら、バーナ１１０と給水バルブ２１２と排水バルブ２１５とを駆動制御する。制御部４０１には、そのための処理手順が記述されている。
【００２４】
制御部４０１は、焼却対象物１０９に応じた焼却処理制御を可能にする。そのための構成として、制御部４０１は、焼却対象物１０９の種類に応じてバーナ１１０の制御と給水バルブ２１２を開閉するタイミングと排水バルブ２１５を開閉するタイミングとを規定する燃焼制御定義としての燃焼制御テーブル４０４を有している。
【００２５】
図３は、燃焼制御定義としての燃焼制御テーブル４０４の模式図である。燃焼制御テーブル４０４は、焼却対象物１０９の種類毎にモード（モード１、モード２、モード３、…）を規定している。そして、各モード（モード１、モード２、モード３、…）に対応させて、バーナ１１０の制御と給水バルブ２１２を開閉するタイミングと排水バルブ２１５を開閉するタイミングとが規定されている。一例として、水分が少ない焼却対象物１０９をモード１と仮定し、水分が多い焼却対象物１０９をモード２と仮定した場合、モード１よりもモード２の方が給水バルブ２１２を開くタイミングが遅く設定されている。前述したように、給水バルブ２１２は、その開閉動作に伴い貯水槽２０９が蓄える水を冷却水として焼却炉１０２の冷却空間１０６に供給するタイミングを決定するところ、水分が少ない焼却対象物１０９は発熱量が高いため、水分が多い焼却対象物１０９に比べて早めに冷却する必要があるからである。
【００２６】
図４は、焼却処理の手順を示すフローチャートである。操作盤４０２は、図示しないスタートボタンを備えている。そこで、制御部４０１は、スタートボタンのオン判定に待機しており（ステップＳ１０１）、スタートボタンがオンにされると（ステップＳ１０１のＹ）、モード設定を実行する（ステップＳ１０２）。モード設定は、操作盤４０２によって選択指定されている焼却対象物１０９の種類に応じて、燃焼制御テーブル４０４を参照して実行される。つまり、燃焼制御テーブル４０４中、選択指定されている焼却対象物１０９に対応するモード（モード１、モード２、モード３、…）が設定される。これにより、制御部４０１は、選択されたモードに対応付けられているバーナ１１０の制御と給水バルブ２１２を開閉するタイミングと排水バルブ２１５を開閉するタイミングとを、以後の処理手順において参照する。
【００２７】
続くステップＳ１０３では、バーナ１１０をオンにする処理が実行される。これにより、バーナ１１０に点火がなされ、燃焼室１０５内に収容された焼却対象物１０９が燃焼焼却される。
【００２８】
その後、設定されたモードに従ったタイミングで、給水バルブ２１２が開かれる（ステップＳ１０４）。すると、貯水槽２０９に貯水された水が冷却水供給路２１０を介して焼却炉１０２が有する冷却空間１０６に供給され、冷却空間１０６を満たす。これにより、水冷式焼却炉１０１を長時間運転しても、煙突１０８からの黒煙の排出を最小限に抑制することが可能となる。
【００２９】
その後、設定されたモードに従い、バーナ１１０、給水バルブ２１２の開閉タイミング及び排水バルブ２１５の開閉タイミングが制御される（ステップＳ１０５）。これにより、個々の焼却対象物１０９にとって最適な燃焼焼却制御がなされる。
【００３０】
ステップＳ１０５では、焼却処理の終了も制御され、焼却処理終了に伴い、バーナ１１０がオフにされる（ステップＳ１０６）。そして、冷却水供給部２１１の給水バルブ２１２が閉じられ（ステップＳ１０７）、焼却炉１０２が有する冷却空間１０６に対する冷却水の供給が停止される。また、排水路２１３の排水バルブ２１５が所定時間だけ開かれ、冷却空間１０６に溜まっている冷却水が排水される。これにより、冷却空間１０６を形成する内筒１０３と外筒１０４との炉壁を錆の発生から守ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明実施の一形態を示す水冷式焼却炉の模式図である。
【図２】制御系のブロック図である。
【図３】燃焼制御定義（燃焼制御テーブル）の模式図である。
【図４】焼却処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１０２  焼却炉
１０３  内筒
１０４  外筒
１０５  燃焼室
１０６  冷却空間
１０９  焼却対象物
１１０  バーナ
２０１  分解装置
２０２  収納部
２０３  第１の排出部
２０４  第２の排出部
２０７  燃料供給路
２０９  貯水槽
２１０  冷却水供給路
２１１  冷却水供給部
２１２  給水バルブ
２１３  排水路
２１４  排水部
２１５  排水バルブ
３０１  天然ガスハイドレート
４０４  燃焼制御テーブル（燃焼制御定義）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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