(57)【要約】【課題】  好適な燃焼状態を可能とする燃料炉と、燃焼によって放出される排ガスによって水を昇温させることにより燃焼熱を利用するとともに、同時に不純物を除去することができるボイラを提供する。【解決手段】  ボイラは、焼却部１と熱交換部２を備える。焼却部は、燃料が投入される第１の燃焼室３と、第１の燃焼室の上方に連続して形成される第２の燃焼室４と、第２の燃焼室の上方に連続して形成される排気筒５と、第１および第２の燃焼室の周辺に形成されて水蒸気を発生させる水蒸気発生室６と、水蒸気発生室に水を供給する給水タンク６１と、水蒸気発生室で発生する水蒸気を第１の燃焼室に供給するための供給パイプ６２とを備える。熱交換部は、排気筒に連続して形成されるとともに適宜量の水を貯留する貯水タンク２０と、貯水タンク内の水を噴射するシャワー装置２３と、貯水タンク内の水中に配置された循環パイプ２４とを備える。【選択図】  図１
2017009183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却部と熱交換部とを備えるボイラであって、
前記焼却部は、燃料が投入される第１の燃焼室と、この第１の燃焼室の上方に連続して形成される第２の燃焼室と、この第２の燃焼室の上方に連続して形成される排気ダクトと、第１および第２の燃焼室の周辺に形成されて水蒸気を発生させる水蒸気発生室と、この水蒸気発生室に水を供給する給水タンクと、前記水蒸気発生室で発生する水蒸気を前記第１の燃焼室に供給するための供給パイプとを備え、
熱交換部は、前記排気ダクトに連続して形成されるとともに適宜量の水を貯留する貯水タンクと、この貯水タンク内の水を噴射するシャワー装置と、前記貯水タンク内の水中に配置された循環パイプとを備え、
前記第１の燃焼室の底部には粒状の天然鉱石が層状に配置され、前記第２の燃焼室の全体および前記排気ダクトの入り口近傍に至る範囲には粒状の天然鉱石が満たされており、前記水蒸気発生室は粒状の天然鉱石によって満たされていることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記天然鉱石は、適宜な大きさに破砕されており、前記第２の燃焼室の底面は前記天然鉱石が通過できない大きさの孔を有する金属製のネットによって隔てられている請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記供給パイプは、強制的に送気される送気パイプに合流するものであり、該送気パイプは、空気とともに液体燃料を強制的に供給するものである請求項１または２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記第１の燃焼室に投入される燃料は、液体燃料および固形燃料であり、両燃料は、ともに石油精製品である請求項３に記載のボイラ。
【請求項５】
前記送気パイプは、さらに天然鉱石の粉末を強制的に供給するものである請求項３または４に記載のボイラ。
【請求項６】
前記貯水タンクは、前記排気ダクトよりも断面積の大きい空間部を有するように貯水量が制限され、該排気ダクトが該空間部の一方に接続されるとともに、該空間部の他方に排出部を備えており、前記シャワー装置は、前記空間部の上部から下向きに、揚上した水を噴射するものである請求項１ないし５のいずれかに記載のボイラ。
【請求項７】
前記循環パイプは、前記貯水タンク外方から吸水される水を循環させるとともに、循環パイプを経由した水を該貯水タンクの外方へ排出するものである請求項１ないし６のいずれかに記載のボイラ。
【請求項８】
前記貯水タンクは、内部に水を適宜供給するための補助タンクと、この補助タンクの水を貯留タンク内へ供給するためのパイプを備えている請求項１ないし７のいずれかに記載のボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラに関し、特に石油精製品を燃料としつつ、クリーンな排ガスを排出させるようにしたボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでのボイラは、熱効率の向上を目指し、燃焼熱の効率的な利用のため、種々の構成によるものが開発されてきた。ボイラには、動力源として使用される熱エネルギを生じさせるもののほか、温水を得るためのものがあり、いずれにおいても、燃料を燃焼させる際に発生する熱を利用するものである。しかしながら、燃料の種類によっては、燃焼灰の飛散や腐食ガスの発生等の問題が生じ、これらの発生を防止するために構造上の工夫がなされている。
【０００３】
特に、近年は廃棄物固形化燃料（ＲＤＦ）を使用するものや、廃棄物を減容処理するための燃焼処理炉などにおける上記問題が顕著である。そこで、ＲＤＦを燃料とするボイラにおいては、燃焼室内における燃焼ガスの誘導路（ガス通路）に飛散灰捕獲スクリーンを配置した構成のものが開発されている（特許文献１参照）。この飛散灰捕獲スクリーンには、伝熱管を使用することにより、当該スクリーンを通過する燃焼ガスの熱源を同時に利用できるものとされている。
【０００４】
また、廃棄物を減容処理するための処理炉における廃熱を利用するボイラにあっては、廃熱を回収するための水管が煙道内に設け、この水管に酸化ガスを付着させることが知られている。しかし、廃棄物溶融炉から排出される高温の酸化ガスによる高温腐食および酸化腐食を防ぐために、煙道内の水管に耐酸化性被膜層と耐熱性被膜層との２層の保護被膜を設けた構成としたものが開発されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８１３０２号公報
【特許文献２】特開２００３−５０００２号公報
【特許文献３】特開平７−１３８５８０号公報
【特許文献４】特開平９−２０８９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、有機系燃料（プラスチック類等の石油精製品）を燃焼させる場合には、１，２００℃以上の高温になるため、焼却炉の壁面が損傷しやすくなり、それを改善すべく、水性ガス化反応による吸熱作用により燃焼温度を低下させる方法が提案されている（特許文献３参照）。水性ガス化反応とは、炭素（Ｃ）に水（Ｈ２Ｏ）を反応させて、一酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガス（Ｈ２）に変換するものであり、ここで発生する一酸化炭素ガス（ＣＯ）および水素ガス（Ｈ２）は可燃性ガスであることから、この燃焼ガスを燃焼させて利用する方法も提案されている（特許文献４参照）。
【０００７】
これらの従来技術のうち、前掲の特許文献３は、ガス化した燃焼ガスを取得することが目的であり、その際、未反応炭素の残存や不完全燃焼によるススの生成を防止するものであり、燃焼熱をボイラとして利用するものではなかった。また、前掲の特許文献４は、生成された可燃ガスを燃焼させる場合にボイラの熱源として利用できることを示唆しているものの、ボイラとしての利用方法については具体的に開示されていなかった。すなわち、従来型のボイラにおける燃焼炉によって可燃ガスを燃焼させることが前提となっていた。
【０００８】
しかしながら、特許文献１および２に開示される技術は、燃焼熱を最大限に利用すべく高温のガス通路や煙道内に水管を配置するものであるため、水管の腐食を防ぐための処理が必要となり、メンテナンスが容易ではなかった。また、特許文献３および４に開示される技術は、未反応炭素の残存やススの生成を防止するとされているが、そのために水蒸気の供給量を調整しなければならなかった。また、一般的には、排ガスをそのまま排出することはできず、減温塔による減温とともに、バグフィルタによる飛散灰の除去の後、排ガスを外部へ放出するものであった。これは、ダイオキシン類が３００℃付近の温度で生成されることから、２００℃以下に減温する必要があるとともに、視認できない飛散灰を除去する必要があるためであった。
【０００９】
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、好適な燃焼状態を可能とする燃料炉と、燃焼によって放出される排ガスによって水を昇温させることにより燃焼熱を利用するとともに、同時に不純物を除去することができるボイラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、焼却部と熱交換部とを備えるボイラであって、前記焼却部は、燃料が投入される第１の燃焼室と、この第１の燃焼室の上方に連続して形成される第２の燃焼室と、この第２の燃焼室の上方に連続して形成される排気ダクトと、第１および第２の燃焼室の周辺に形成されて水蒸気を発生させる水蒸気発生室と、この水蒸気発生室に水を供給する給水タンクと、前記水蒸気発生室で発生する水蒸気を前記第１の燃焼室に供給するための供給パイプとを備え、熱交換部は、前記排気ダクトに連続して形成されるとともに適宜量の水を貯留する貯水タンクと、この貯水タンク内の水を噴射するシャワー装置と、前記貯水タンク内の水中に配置された循環パイプとを備え、前記第１の燃焼室の底部には粒状の天然鉱石が層状に配置され、前記第２の燃焼室の全体および前記排気ダクトの入り口近傍に至る範囲には粒状の天然鉱石が満たされており、前記水蒸気発生室は粒状の天然鉱石によって満たされていることを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成によれば、上下方向に連続して配置される第１および第２の燃焼室のうち、第１の燃焼室では、石油精製品を燃料として燃焼させる際、水蒸気の供給により水性ガス化反応を生じさせ、一酸化炭素ガスおよび水素ガスを生成させることとなり、適度な燃焼温度によって燃焼させることができる。そして、第１の燃焼室で生成された可燃ガスは第２の燃焼室において酸化反応により燃焼され、当該燃焼熱は、周辺の水蒸気発生室を過熱し、第１の燃焼室へ供給すべき水蒸気を生成するとともに、排ガスを熱交換部に誘導して熱交換させることができる。ここで、熱交換部における水の昇温は、シャワー装置による水の噴射によるものであり、減温塔と同様の効果を得ながら、昇温された水から熱を回収することができるものである。また、第１の燃焼室に配置される天然鉱石は、燃焼温度の安定化のためであり、第２の燃焼室に充満された天然鉱石は、燃焼時に生成される微粒子物質を捕捉し、完全燃焼を促進するためである。天然鉱石による微粒子物質の完全燃焼については、特開２００４−３０８６２０号公報に開示されているものと同様である。さらに、水蒸気発生室内の天然鉱石は、熱伝達の目的と同時に天然鉱石による改質効果を目的としており、水性ガス化反応を促進させるためである。この天然鉱石は粉末でもよいが、燃焼室内に留めるために粒状としている。
【００１２】
なお、シャワー装置は、水をミスト状に噴霧するものではなく、従って気化熱による減温を目的としたものではない。すなわち、噴射された水に排ガスを衝突させることにより、一時的に噴射水によって熱を回収し、この熱が貯水タンク内の水を昇温させ、貯水タンク内に貯留された水が昇温することにより、その内部の循環パイプを介して二次的に熱を回収するのである。また、噴射水に排ガスが衝突する際に、排ガスに含有される視認できない不純物を噴射水に付着させ、これを貯水タンク内に残留させ、当該貯水タンクから外方へ放出される最終的な排ガスをクリーンな状態にするのである。さらに、最終的な排ガスは、水蒸気を含むものであるが、この排ガスを熱源として使用することも可能である。
【００１３】
上記構成の発明においては、前記天然鉱石が、適宜な大きさに破砕されており、前記第２の燃焼室の底面が、前記天然鉱石が通過できない大きさの孔を有する金属製のネットによって隔てられているように構成したものとすることができる。
【００１４】
上記構成の場合には、第１の燃焼室と第２の燃焼室との間には、第２の燃焼室の底面部が形成されることとなり、その底面部は、天然鉱石粒が通過しない（第１の燃焼室に落下しない）程度の大きさの孔が設けられるため、当該孔が微細とならず、この孔に飛散灰等が付着するなどによって目詰まりすることがないのである。なお、金属製ネットは、パンチングメタルのようなものでもよいが、金網状としたものであってもよい。
【００１５】
また、上記各発明における供給パイプは、強制的に送気される送気パイプに合流するものであり、該送気パイプは、空気とともに液体燃料を強制的に供給するものとしてもよい。
【００１６】
この場合、供給パイプは、水蒸気を第１の燃焼室に供給するためのものであるが、この水蒸気の供給は、水蒸気発生室内の圧力等を利用するものではなく、送気パイプに合流させることによって強制供給するのである。燃焼に必要な酸素（空気）の供給のために送気パイプが設けられており、この酸素供給のための送気手段（ブロワ等）によって強制的に供給される酸素に併せて、液体燃料および水蒸気を同時に供給するのである。
【００１７】
さらに、上記発明において、第１の燃焼室に投入される燃料は、液体燃料および固形燃料であり、両燃料は、ともに石油精製品とすることができる。
【００１８】
この場合、液体燃料は灯油または重油等の燃料が想定され、固体燃料としてはプラスチック類や合成ゴム類などが想定される。すなわち、廃棄物として取り扱われるプラスチック類や合成ゴム類を燃料として使用することができるのである。なお、石油精製品に限定したのは有機物中の炭素成分を利用するためである。
【００１９】
なお、前記送気パイプによる供給は、天然鉱石の粉末を同時に強制的に供給するものとしてもよい。
【００２０】
この場合、粉末の天然鉱石が燃焼室内に飛散し、燃焼ガスと接触することとなり、微粒子物質を吸着して完全燃焼を補助することができる。なお、微粉末状となって排ガスに含有される場合には、熱交換部における水の噴射により除去されるため、外部への排出は抑えられるものである。
【００２１】
また、上記各発明における貯水タンクは、前記排気ダクトよりも断面積の大きい空間部を有するように貯水量が制限され、該排気ダクトが該空間部の一方に接続されるとともに、該空間部の他方に排出部を備えており、前記シャワー装置は、前記空間部の上部から下向きに、揚上した水を噴射するものとすることができる。
【００２２】
上記構成によれば、貯水タンク内は、貯水領域と空間領域（空間部）とに区分され、空間領域（空間部）において水が噴射される状態となっているが、空間領域（空間部）の断面積が排気ダクトの断面積よりも大きくなるように貯水量が調整されることにより、空間領域（空間部）を通過する排ガスの流速を低下させ、熱交換および不純物除去のための時間を確保することができる。
【００２３】
上記各発明における循環パイプは、前記貯水タンク外方から吸水される水を循環させるとともに、循環パイプを経由した水を該貯水タンクの外方へ排出するものとすることができる。
【００２４】
この場合、循環パイプによる熱回収は、気体によることも可能であるが、利用する熱量を大きくすべく液体、特に簡易な液体として水を循環させることができる。なお、水の循環は、強制循環式でもよいが、自然循環式でもよい。なお、循環される液体は、貯水タンク内の水とは混合されないことから、そのまま温水等として利用することができるほか、暖房用として使用することができる。また、貯水タンクから放出される排ガスにも熱エネルギを有しているため、温室用において、温水と温風の双方を利用して温度調節を行うために利用することも可能である。
【００２５】
また、上記各発明における貯水タンクは、内部に水を適宜供給するための補助タンクと、この補助タンクの水を貯留タンク内へ供給するためのパイプを備えた構成とすることができる。
【００２６】
上記構成によれば、貯水タンク内の水量を調整することができる。補助タンク内の水を貯水タンクへ供給する際には、パイプの開閉を操作するバルブによることとなるが、このバルブは手動式でも電磁バルブでもよく、水量の変化を検出し、自動で操作させる方式でもよい。なお、貯水タンク内の水量調整は、熱交換に際して貯留水が高温となり、水蒸気となって放出されるために、その消失相当分を補完するために必要となるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第１に、焼却部においては、水性ガス化反応を利用した好適な温度環境による燃焼と、可燃ガスの燃焼による二次的燃焼とによって、好適な燃焼状態を実現することができるほか、燃焼室内の天然鉱石による微粒子物質の燃焼を可能とし、より好適な燃焼状態とすることができる。第２に、熱交換部においては、水を昇温させることにより、排ガスの熱を回収するとともに、排ガスを減温することによりダイオキシン類の生成を防止し、同時に排ガス中に混入する微細な飛散灰等の不純物を取り除くことができる。排ガスはクリーンな状態となり、当該排ガスを温室等の温度調節に利用できるほか、熱交換部による昇温された水から、さらに循環パイプ内の液体との間で熱交換することにより、当該液体を昇温させ、これを温度調整等に利用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態における焼却部の詳細を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態における熱交換部の詳細を示す説明図である。
【図４】第２の実施形態における焼却部の詳細を示す説明図である。
【図５】第３の実施形態における焼却部の詳細を示す説明図である。
【図６】実施形態の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の概略を示す図である。この図に示されるように、本実施形態は、焼却部１と熱交換部２とを備えており、熱交換部２は、焼却部１から独立した状態で形成されている。
【００３０】
焼却部１には、上下に配置された第１の燃焼室（以下、下部燃焼室と称する）３と、第２の燃焼室（以下、上部燃焼室と称する）４とが設けられ、この両燃焼室において燃料が燃焼され、ボイラのための熱源が生成される。そして、上部燃焼室４の上部から排ガスが排出されるものであり、排気ダクト５によって熱交換部２に送気されるようになっている。本実施形態では、排ガスの送気は、強制的な送気手段を用いるものではなく、自然送気によるものとしている。
【００３１】
また、焼却部１には、水蒸気発生室６が設けられている。この水蒸気発生室６は、専ら上部燃焼室４の周囲に形成されるものであるが、下方の一部が下部燃焼室３に跨がるとともに、上方の一部が排気ダクト５の入り口側端部（基端部）５１の周囲に及ぶように構成されている。なお、図は燃焼室３，４の両側に分かれて描いているが、本実施形態においては、一体的に構成された一室とするものである。この水蒸気発生室６は、両燃焼室３，４の燃焼熱によって昇温された水によって水蒸気を発生させるものであり、水蒸気となって減少する水量を補充するための給水タンク６１から適宜水が供給されるようになっている。
【００３２】
水蒸気発生室６には供給パイプ６２が接続されており、発生した水蒸気を下部燃焼室３に供給できるようになっている。この供給パイプ６２は、燃焼室３に接続される供給用のパイプ６３と、外部へ排出するための排出用のパイプ６４とに分岐され、排出用のパイプ６４にはバルブ６５が設けられている。このバルブ６５を閉じることにより、発生した全部の水蒸気を下部燃焼室３に供給し、バルブ６５を開くことにより、発生した水蒸気の一部または全部を外方に排出できるようにしている。
【００３３】
また、本実施形態の下部燃焼室３には、二種類の燃料が供給される構造となっており、一方は液体燃料（灯油または重油等）であり、他方は固形燃料（プラスチックまたは合成ゴム等）である。液体燃料を供給するために、燃料タンク７と、ブロワ８が設けられている。ブロワ８によって強制的に送気される外気（空気）は、送気パイプ８１を介して下部燃焼室３に供給されるものである。また、上記燃料タンク７は、燃料パイプ７１を介して送気パイプ８１に接続され、ブロワ８の送気圧によって吸引されて外気とともに下部燃焼室３に液体燃料を供給するようになっている。なお、燃料パイプ７１にはバルブ７２が設けられ、液体燃料の供給の有無および供給量調整を可能にしている。
【００３４】
なお、前述の水蒸気を供給するためのパイプ（供給パイプ６２から分岐したパイプ）６３は、送気パイプ８１に接続され、外気および液体燃料とともにブロワ８の送気圧によって下部燃焼室３に供給されるようになっている。また、送気パイプ８１には、天然鉱石の粉末が収容される粉末タンク８２から当該粉末を供給するための粉末用パイプ８３も接続されている。この天然鉱石の粉末は、バルブ８４によって供給の有無を調整できるようにしている。また、送気パイプ８１そのものの開閉を操作するためのバルブ８５も設けられており、ブロワ８の運転状態にかかわらず、これらの供給を強制的に遮断することができるようになっている。
【００３５】
他方、固形燃料は、ストッカー９に収容されており、このストッカー９から傾斜する導入路９１に移動させ、導入路９１に沿って落下させることにより、下部燃焼室３へ供給できるようにしている。この供給量は、ストッカー９から導入路９１への移動する量によって決定されるため、間欠的な供給を可能にするため、間欠供給機によって適宜間隔により、適量の固形燃料が供給されるようになっている。使用する固形燃料は、石油精製品であるプラスチック類や合成ゴムのほか、ＲＤＦや木製ペレットなどであり、適宜な大きさに成型され、または適度な大きさに粉砕することにより間欠供給に適した固形燃料を得ることができる。
【００３６】
熱交換部２は、前記排気ダクト５の出口側端部（終端部）５２が接続される貯水タンク２０によって構成されている。この貯水タンク２０には、適量の水ＷＴを貯留することにより、水面ＷＴａより上方に空間部を形成するものであり、前記排気ダクト５によって送気される排ガスを当該空間部において減温させるものである。排ガスの減温には、貯留している水を揚上し、これを散水（噴射）することによって、噴射された水に排ガスを衝突させ、排ガスの熱を噴射された水によって回収するものである。散水のために、貯水タンク２０の底部には水中ポンプ２１が設けられ、この水中ポンプ２１は揚水管２２を介して散水パイプ２３に接続されている。
【００３７】
また、貯水タンク２０に貯留される水ＷＴによって没し得る範囲に循環パイプ２４が設けられている。この循環パイプ２４には、貯留される水ＷＴとは異なる水等の液体を循環させるものである。ここで、前記のように散水された水に排ガスの熱を回収させた後、この水は貯留される水ＷＴに混合され、貯留される水ＷＴを全体的に昇温させることとなる。従って、このように昇温された水ＷＴの熱を循環パイプ２４によって循環する液体に回収させ、その液体によって排ガスの熱を間接的に利用することができるのである。この循環パイプ２４による液体の循環は、強制循環方式とする場合もあるが自然対流による循環させる方式の場合もあり得る。自然対流による循環方式の場合には、下方から流入し、上方から流出するような循環となるものである。
【００３８】
なお、貯水タンク２０の上部に形成される空間部に対し、排ガスを流入させる排気ダクト５の終端部５２とは反対側に排気筒５３を設けており、中水タンク２０に流入した排ガスは、上記の空間部を経由した後、この排気筒５３から外方に放出されるものである。流入時の排ガスは高温であったが、貯水タンク２０の内部で減温されることにより、ダイオキシン類の生成温度よりも低くし、かつ、飛散灰を散水された水に付着させることによって浄化できることから、外部への放出が可能となるのである。そして、このように浄化された排ガスを、そのまま熱源として利用することも可能となるのである。
【００３９】
次に、焼却部１の詳細について説明する。図２は、焼却部１のうち、上下燃焼室３，４および水蒸気発生室６を中心とした内部構造を示す図である。この図に示されているように、下部燃焼室３および上部燃焼室４は一体的に構成され、その適宜位置において、金属ネット４１によって隔てられている。従って、この金属ネット４１が、上部燃焼室４の底面となるものである。そこで、下部燃焼室３によって燃焼された燃焼ガスおよび飛散灰等は、金属ネット４１に形成される無数の貫通孔４２を経由して上部燃焼室４に移動し得る構造になっている。また、上部燃焼室４の上部に排気ダクト５の基端部５１が接続されることにより、上部燃焼室で焼却された後の排ガスおよび飛散灰等が排気ダクト５へ流入するようになっている。
【００４０】
ここで、下部燃焼室３には、送気パイプ８１から強制的に外気（空気）が供給されるとともに、送気圧によって霧状または液摘となった液体燃料Ｆ１が供給されるものである。また、導入路９１の内部を落下する固形燃料も適宜供給されるものであり、これらの燃料を燃焼させることにより熱源を得るものである。なお、下部燃焼室３の底面部分には、天然鉱石３０が層状に載置されており、この天然鉱石３０に熱を供給し、燃焼室内の温度の安定化を図っている。また、上部燃焼室４は天然鉱石４０が充填されており、この天然鉱石４０が過熱されることにより燃焼を補助させている。この天然鉱石４０は、粒状としており、適度な大きさを有することにより、底面（金属ネット）４１の貫通孔４２を通過できず、上部燃焼室４に留まるようにしているのである。
【００４１】
ところで、第１燃焼室３では、燃料を燃焼させて熱を発生させるものであるが、燃料が石油精製品である場合、特に、プラスチック類や合成ゴムなどを燃料として使用する場合には、燃焼温度が高くなる傾向にある。高温での燃焼を可能にする場合には燃焼室を耐熱性を有する構造としなければならなかった。そこで、上述のように水蒸気を供給することにより水性ガス化反応を生じさせることができる。水性ガス化反応とは、炭素（Ｃ）に水（Ｈ２Ｏ）を反応させて、一酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガス（Ｈ２）に変換するものであり、吸熱反応であることが知られている。従って、下部燃焼室３において水性ガス化反応を生じさせることにより、温度上昇を抑えるようにしている。この趣旨によれば、燃料中に炭素（Ｃ）が含まれていればよいことから、石油精製品に加えて、または石油精製品のほかに、ＲＤＦや木製ペレットなどを燃料として使用することも可能である。
【００４２】
また、水性ガス化反応によって生成される一酸化炭素ガスおよび水素ガスは可撚ガス（還元ガス）であることから、酸素と反応させることにより、燃焼（酸化）反応によって発熱させることができる。この発熱反応を上部燃焼室４で行うのである。具体的には、下部燃焼室３で生成された一酸化炭素ガス（ＣＯ）および水素ガス（Ｈ２）は、燃料の燃焼とともに上昇し、上部燃焼室４に移動する。この上部燃焼室４では、天然鉱石４０が配置されていることから、この天然鉱石４０が十分に熱せられる状態であることにより、この天然鉱石４０に接する燃焼ガス（ＣＯ、Ｈ２）は、余剰酸素によって酸化反応（燃焼反応）を起こすこととなる。その酸化反応は過熱反応であることから、その熱は壁面に伝達され、さらに周辺の水蒸気発生室６にも伝達されることとなるのである。
【００４３】
水蒸気発生室６は、専ら上部燃焼室４の全体を覆うような状態で設けられ、下端は下部燃焼室３に跨がる位置に達し、上部は、排気ダクト５の基端部５１が接続される領域を除き、上部燃焼室４の上面全体を覆うよう状態で設けられている。また、この水蒸気発生室６の内部には天然鉱石６０が充填されており、燃焼室３，４から伝達される熱により高温に維持させるようになっている。水蒸気発生室６の内部に供給される水は、底に近い部分では液状であるが、上部において気化した状態となっている。そして、水蒸気発生室６の内部には水蒸気となるべき水が底に近い部分から供給されるものである。水の供給には給水タンク６１（図１）の水が、給水パイプ６６を経由して水蒸気発生室６に送られるものであり、逆流を防止するために、上下に蛇行させている。この蛇行により給水パイプ６６を冷却させるとともに、サイフォン式の水の供給を可能にしている。従って、給水パイプ６６では水は過熱されず、また、間欠的に給水できるようにしているのである。なお、周期的な間欠給水のために、給水タンク６１からの給水を周期的に行うようにしている。
【００４４】
このように、水蒸気発生室６によって生成された水蒸気は、水蒸気発生室６の上部に接続される供給パイプ６２を経由して、送気パイプ８１から下部燃焼室３に供給されるものである。
【００４５】
なお、上部燃焼室４は上部において排気ダクト５の基端部５１に接続されることから、この上部燃焼室４の内部に充填される天然鉱石４０は、排気ダクト５の基端部５１の内部に至る範囲まで充填されるようにしている。これは、微細な飛散灰等を十分に燃焼させるためである。すなわち、粒状の天然鉱石４０の相互間には、適度な間隙を有しているため、燃焼後の排ガスは、この天然鉱石４０の間隙を通過することとなり、その通過の際に天然鉱石４０の表面に飛散灰等が付着することとなる。そのため、付着した飛散灰等を過熱された天然鉱石４０の熱で燃焼させるのである。このように、上下の燃焼室３，４で燃焼された後の排ガスには、ほとんど飛散灰等が含有しない状態となるのである。
【００４６】
次に、熱交換部２の詳細について説明する。図３は、熱交換部２の内部構造を示す図である。この図に示されるように、熱交換部２は、貯水タンク２０を利用して、貯留される水ＷＴに排ガスの熱を回収するものである。この貯水タンク２０は、十分な量の水ＷＴを貯留するとともに、その水ＷＴを満水状態とせず、水面Ｗ１よりも上方に適度な空間部Ａを構成することにより、当該空間部Ａを排ガスが通過できるようにしたものである。
【００４７】
そこで、前述の焼却部１に接続される排気ダクト５の終端部５２が、貯水タンク２０の空間部Ａにおいて開口するように、当該終端部５２は貯水タンク２０の上部において接続されている。また、貯水タンク２０の底部に水中ポンプ２１を設置することにより、貯留される水ＷＴの一部を揚上できるようにしている。水中ポンプ２１によって揚上される水は、揚水管２２を介して散水パイプ２３へ送られ、この散水パイプ２３によって、貯水タンク２０（空間部Ａ）に散水されるものである。既に概略を上述したように、空間部Ａは、燃焼後の排ガスが通過する領域であるが、この領域に散水されることによって、排ガスは散水された水に衝突し、熱が水に回収されるとともに、含有する僅かな飛散灰等も付着させることとなる。これにより、排ガスの減温と洗浄を行うのである。
【００４８】
散水は、水を噴射するものであるが、液摘状態の程度としており、ミスト状に噴霧しないことにより、直ちに蒸発させないものである。すなわち、一般的な排ガスの減温は、ミスト状に噴霧することによって当該ミストを蒸発させ、気化熱によって熱を吸収するものであるが、本実施形態の散水は、貯水タンク２０に貯留される水ＷＴと混合させることによって、当該水ＷＴを昇温させるために、蒸発させないのである。なお、このような散水方式であっても、散水した水が全く蒸発しないものではなく、高温の排ガスに接した水の一部は蒸発することとなるため、排気筒５３から排出される最終的な排出ガスは湿り空気となるものである。また、同時に、蒸発した水量相当分だけ貯留水ＷＴが減少することから、補助タンク２５を設けておき、両者間に接続されるパイプを介して補助タンク２５の水を貯水タンク２０に供給するのである。
【００４９】
上記のように、散水された水によって熱を回収することにより、貯留する水ＷＴは全体として昇温し、さらに、この熱を熱交換するのである。ここでの熱交換は、循環パイプ２４による液体の循環によって行うものである。貯留水ＷＴは、前記のように散水された水が混合することによって徐々に昇温することから、十分に熱した貯留水ＷＴの水中に液体を循環させることにより、循環液を温めて熱交換するのである。
【００５０】
循環液としては、水を使用することができるほか、エチレングリコール溶液等を使用することができる。水を循環液とする場合には、湯として利用することができ、エチレングリコール溶液を循環液とする場合には、床暖房等の熱源として利用することができる。
【００５１】
また、温室等においては、温室内の温度および湿度を適当な条件に維持させる必要があることから、最終的な排出ガス（高温の湿り空気）を温室内に導入することにより、適度な温度とともに適度な湿度を与えることも可能となり、温度調整のために循環液による加温も可能である。
【００５２】
なお、最終的な排ガスには、二酸化炭素が含有されていることが一般的である。そこで、温室では、作物の光合成を促進するために、敢えて二酸化炭素を供給することがなされるため、上述のように、適度な温度および適度な湿度に加えて、適度な二酸化炭素を同時に供給するために、前記最終的な排ガスを温室内へ直接導入させることも可能である。
【００５３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第２の実施形態は、焼却部１の構成を変更したものであり、その状態を図４に示す。この図に示されるように、本実施形態の焼却部１００は、下部燃焼室３の底面部を、上部燃焼室４と同様に、金属ネット３１で構成したものである。その結果、下部燃焼室３の下方には、小さい空間部３２が形成されることとなる。この空間部３２は、スラッジＳを収容するためのものであり、燃料Ｆ１，Ｆ２に含まれる不燃性の不純物（金属等）を下部燃焼室３よりも下方へ落下させ、堆積させることができるものである。なお、この空間部３２には扉３３が設けられており、この扉３３を開口してスラッジＳを外方に取り出すことができるように構成されている。
【００５４】
燃料Ｆ１，Ｆ２としては、石油精製品であるものとしており、液体燃料Ｆ１は灯油や重油を使用するため、前記不純物の混入は想定されないが、固形燃料Ｆ２には古タイヤなどを燃料として使用する場合があり得ることから、タイヤに使用される金属製の線材が不純物となり得る。また、その他の成型されたプラスチックにおいても同様に、不燃材料が混入している場合があり得ることから、前記構成の空間部３２を形成することにより、前記不純物をスラッジとして除去できるようにしたものである。
【００５５】
さらに、第３の実施形態は、上記第２の実施形態に加えて、水蒸気発生室６を二つの異なる用途に使用する水蒸気を発生させるための二室としたものである。本実施形態を図５に示す。この図に示されているように、本実施形態の焼却部３００では、水蒸気発生室を二つ６ａ，６ｂに分けて構成したものである。図は、排気ダクト５を中心に、その両側に分けて示しているが、これは理解を容易にするためのものであり、両者６ａ，６ｂは排気ダクト５に接する隔壁によって分離することができ、さらに、両者６ａ，６ｂは、下部燃焼室３と上部燃焼室４との周囲に配置されるものであり、その境界に隔壁を設けて二つの水蒸気発生室６ａ，６ｂが分離した状態とされている。
【００５６】
ところで、前記第１および第２の実施形態では、水蒸気発生室６によって発生した水蒸気は、供給パイプ６２が合流する送気パイプ８１を介して下部燃焼室３に供給される構成であった。本実施形態では、一方の水蒸気発生室６ａで発生する水蒸気は、前記と同様に、供給パイプ６２ａから送気パイプ８１に送られ、下部燃焼室３に供給されるが、他方の水蒸気発生室６ｂで発生する水蒸気は、それ以外の目的に利用されるものである。利用目的は種々想定されるが、例えば、発生する水蒸気が高温（実験では２７０℃）であるため、その熱により過熱手段として利用することができ、さらには、貫流ボイラとして利用することも可能であり、また、蒸気圧を利用した動力源としても利用可能である。
【００５７】
ここで、二つの水蒸気発生室６ａ，６ｂには、個別に給水を行うために、個別の給水パイプ６６ａ，６６ｂが接続されている。これらの給水パイプ６６ａ，６６ｂは、第１および第２の実施形態と同様に、上下に蛇行させることで過熱を抑え、サイフォン式の水の供給を可能にする構成としてもよいが、強制的な供給手段によって供給させてもよい。特に、貫流ボイラとして利用する場合には、供給パイプ６２ｂでの水蒸気の排出圧と、給水パイプ６６ｂでの給水圧とのバランスを制御するため、両者の圧力を検知しつつ強制供給すべきである。
【００５８】
このように、二つの異なる目的の水蒸気発生室６ａ，６ｂを設けることにより、前掲の熱交換部２における排ガスからの熱の回収に比べて、燃焼による熱を効率よく回収・利用できることとなり、同時に熱交換部２での適度な熱回収との併用により、異なる分野（例えば、農業生産分野と駆動力発生分野など）への利用が可能となり得る。
【００５９】
さらに、上記実施形態の変形例として、図６に示すように、水蒸気発生室６，６ａ，６ｂに対する水の供給を、熱交換部２を構成する貯水タンク２０に貯留される水ＷＴを使用する形態がある。図では、貯水タンク２０から給水タンク６１に接続されるパイプ２６を示しているが、強制的な供給手段による場合は、供給手段を介して水蒸気発生室６，６ａ，６ｂに接続されることとなる。また、図は、第１の実施形態（図１）を変形したものであるが、前記第２または第３の実施形態について同様の構成としてもよい。
【００６０】
このように、水蒸気発生室６，６ａ，６ｂに供給すべき水を貯水タンク２０に貯留される水ＷＴを使用することにより、当該水ＷＴは、排ガスの熱の回収により昇温されており、水蒸気の発生を容易にすることができる。さらには、この水ＷＴは、排ガス中の微細な飛散灰を含むため、他への利用（例えば、温水循環等として使用）することは難しいことから、通常は廃棄されるべきものであることから、熱を有効利用するという観点からは、水蒸気発生室６，６ａ，６ｂに使用することが好ましい。
【００６１】
本発明の実施形態は上記のとおりであるが、上記実施形態は本発明の一部を例示するものであって、本発明が実施形態に限定される趣旨ではない。従って、実施形態として説明した細部については適宜変更することが可能である。
【００６２】
例えば、第２の燃焼室（上部燃焼室）４の底面に使用される金属ネットは、ネットの用語を使用しているが、その詳細はネット（網目）状に限られる趣旨ではなく、適宜な大きさの貫通孔を有するものであればよく、パンチングメタルを使用することも可能である。
【００６３】
また、本実施形態は送気パイプ８１に天然鉱石の粉末を供給するものとしたが、これは、燃焼室３，４において発生する飛散灰に吸着し、かつ燃焼熱により過熱された粉末状の天然鉱石によって完全燃焼を意図するものである。従って、このような完全燃焼を意図しない場合は、天然鉱石の粉末を供給しない場合もあり得る。なお、供給される粉末状の天然鉱石は、気流によって一時的に上昇するが最終的には下部燃焼室３の底部に堆積するものである。なお、一部の粉末は排ガスや飛散灰とともに排気ダクト５によって熱交換部２へ送られることがあるとしても、熱交換部２における洗浄作用によって最終的な排出ガスから除外されるものである。
【００６４】
さらに、熱交換部２を構成する貯水タンク２０の大きさについては特に明示していないが、これは、焼却部１の燃焼量によって異なるためである。しかしながら、貯水タンク２０の内部において排ガスの減温および洗浄の効果を発揮させるためには、空間部Ａは、十分な容積を有するものであることが要求される。そこで、少なくとも排ガスの移動方向に対して直交方向の断面積は、排気ダクト５の断面積よりも大きく構成すべきである。断面積を大きくすることにより、排ガスの送気速度は減少し、減温および洗浄にかかる時間が長くなるからである。また、散水のための水中ポンプ２１、揚水管２２および散水パイプ２３によってシャワー装置が形成されるものであり、このシャワー装置は、空間部Ａのほぼ全体に対する散水能力を有するものが使用される。
【００６５】
また、燃焼室３，４および水蒸気発生室６に設置される天然鉱石は、二酸化ケイ素を主成分とする石英斑岩が好ましく、この石英斑岩は、石英と正長石との斑晶をもった天然鉱石であり、地中の高圧下で生成され、生成過程において内部の物質が気化して外方に放出される際、極めて微細な孔が形成されたものである。この微細な孔の存在により、飛散灰の捕捉や水の改質効果を得るものとされている。
【００６６】
ここで、使用されるべき天然鉱石は、１，３００℃の過熱に耐えるものが利用されるべきである。本発明は、水性ガス化反応により燃焼温度を低下させるように構成されているとしても、燃焼温度は９００℃を超えることが想定され得る。また、同時に飛散灰を捕捉して完全燃焼させるためには、９００℃程度の燃焼温度が要求されるものである。そして、一般的な天然鉱石は９００℃を超える過熱状態では熱膨張により破砕することがあるため、両燃焼室３，４に使用するためには、９００℃を超える熱に耐えるものが必要とされるのである。
【００６７】
そこで、前掲の石英斑岩を使用することにより、特に次の表１に記載の組成を有する石英斑岩を使用することにより、両燃焼室３，４の内部に配置することが可能となる。
【００６８】
【表１】
2017009183.tif 000003
【００６９】
なお、上記組成の石英斑岩について焼成収縮試験を行ったので、その結果を次の表に示す。この焼成収縮試験は、前記組成の天然鉱石の塊から、長さ５３ｍｍの角柱状試験片を５個切り出し、いずれについても乾燥させた後、長さ（Ｌ１）を測定し、加熱後に冷却した状態で再度長さ（Ｌ２）を測定し、その変位（膨張または収縮）した長さ△Ｌ（＝Ｌ２−Ｌ１）を算出し、残存線変化率（△Ｌ／Ｌ１×１００）を求めたものである。なお、５個の試験片は、いずれも昇温速度２００℃／ｈで過熱し、試験温度（９００℃、１，１００℃、１，２００℃、１，３００℃、１，４００℃）において１時間保持し、その後冷却したものである。
【００７０】
【表２】
2017009183.tif 000004
【００７１】
上記の結果から明らかなとおり、前記組成の天然鉱石は、１，３００℃において残存線変化率が５．８３％の膨張を示すものではあるが、破砕することなく原形を留める結果となり、１，４００℃の過熱の場合には、破砕することなく溶融することとなった。さらに、９００℃〜１，１００℃では、残存線変化率も大きくない状態で破砕も生じない。従って、両燃焼室３，４の内部温度が９００℃を超える場合であっても原形のままで過熱された状態を維持することができるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１  焼却部
２  熱交換部
３  下部燃焼室（第１の燃焼室）
４  上部燃焼室（第２の燃焼室）
５  排気ダクト
６，６ａ，６ｂ  水蒸気発生室
７  燃料タンク
８  ブロワ
９  ストッカー
２０  貯水タンク
２１  水中ポンプ
２２  揚水管
２３  散水パイプ
２４  循環パイプ
２５  補助タンク
２６  パイプ
３０，４０，６０，６０ａ，６０ｂ  天然鉱石
３１  底面部
３２  空間部
３３  扉
４１  金属ネット
４２  貫通孔
５１  排気ダクト基端部
５２  排気ダクト終端部
５３  排気筒
６１  給水タンク
６２，６２ａ，６２ｂ  供給パイプ
６３  供給用のパイプ
６４  排出用のパイプ
６５，７２，８４，８５  バルブ
６６，６６ａ，６６ｂ  給水パイプ
７１  燃料パイプ
８１  送気パイプ
８２  粉末タンク
８３  粉末用パイプ
９１  導入路
Ｓ  スラッジ
ＷＴ  水
ＷＴａ  水面
【図１】
2017009183.tif 000005
【図２】
2017009183.tif 000006
【図３】
2017009183.tif 000007
【図４】
2017009183.tif 000008
【図５】
2017009183.tif 000009
【図６】
2017009183.tif 000010