(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴミ等の処理対象物を焼却する焼却炉本体にマイクロ波を発生するマグネトロンと、焼却炉本体内にイオン火炎を噴射するイオン火炎発生装置と、焼却炉本体にその内部の荷電粒子（放射線）を焼却炉本体内の内側に反射させるトカマクを設け、焼却炉本体の炉壁がピエゾ効果のある水晶と二次電子放出によるラマン効果のあるアクセプター順位添加物を含み、マグネトロンからのマイクロ波とイオン火炎発生装置からのイオン火炎を焼却炉本体内で共鳴させて焼却炉本体内を高温化し、活性を帯びたイオン（＋）（−）によって焼却炉本体内の廃棄物を分解すると共にトカマクにより焼却炉本体内の荷電粒子（放射線）、電磁波を反射して焼却炉本体の内側に集めてイオン濃度を高め、プラズマ濃度をアップし、前記分解効率を上げて溶融することを特徴とする小型イオン分解型溶融炉。
【請求項２】
請求項１記載の小型イオン分解溶融炉において、焼却炉本体の上部の投入口が蓋で開閉自在であり、蓋を電動式開閉機により開閉することを特徴とする小型イオン分解型溶融炉。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の小型イオン分解溶融炉において、焼却炉本体内の温度が1800℃〜2000℃に保持されることを特徴とする小型イオン分解型溶融炉。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の小型イオン分解型溶融炉と、冷却槽と排ガス処理槽とを備え、小型イオン分解型溶融炉の焼却炉本体−冷却槽−排ガス処理槽と順次連結されて、焼却炉本体からのスラグが冷却槽で冷却され、そのとき発生する排ガスが排ガス処理槽に流入し、排ガス中の有害物質が排ガス処理槽内の排ガス吸着体に吸着除去されるようにしたことを特徴とする小型イオン分解型溶融炉。
【請求項５】
請求項４項記載の小型イオン分解型溶融炉の排ガス処理槽が、外気導入ブロワーと、排気ファンを備えたことを特徴とする小型イオン分解型溶融炉。
【請求項６】
請求項４又は請求項５記載の小型イオン分解型溶融炉において、小型イオン分解型溶融炉と排ガス処理槽とが一つのケース内に収容されたことを特徴とする小型イオン分解型溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生ゴミ、プラスチック、廃液、廃油等のゴミをはじめとして、金属等の廃棄物をも焼却、溶融可能な小型イオン分解型溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ、焼却灰等の焼却対象物を1000℃以上の高温で溶融して処理する焼却炉には表面方式、旋回流方式、コークスベッド方式、アーク方式、プラズマ方式、電気抵抗方式、誘導加熱方式といった各種方式のものがある。これらは、いずれも溶融温度が1000℃〜1500℃位のものである。
【０００３】
より高温を発生することができるものとして、本件発明者が先に開発して特許された特許第3,034,461号の焼却炉がある。これは焼却炉本体に設けられたイオン火炎発生装置（イオンバーナ）が始動すると1800℃位まで灯油が燃焼して陽イオン火炎が発生し、その後1800℃を超えたころから金属粉末混合油が燃焼して陽イオン火炎が発生し、その後2500℃を超えるころから水も燃焼して4000℃を超える強力な陽イオン火炎が発生する。この陽イオン火炎が焼却炉内に噴射されてドーナツ状に閉じ込められ、焼却炉の内部温度が4000℃〜4500℃程度に保たれる。この状態でゴミ投入ホッパーに焼却対象物を投入すると、その焼却対象物が焼却炉本体内に落下する間に焼却炉本体内の陽イオン火炎及びマイクロ波とその熱にさらされて短時間に分解、溶融され、高温の溶融物となって溶融溜に溜められるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記焼却炉は焼却対象物が速やかに処理され、処理能力が高いという利点があり、これといった格別な欠点はないが、大型で移動困難であり、取扱に面倒であるという難点があった。
【０００５】
前記以外にもマグネトロンを使用した焼却炉があるが、それは例えば20kgのゴミ投入後、マグネトロンから発生されるマイクロ波2450MHz（出力2.5kW）を印加した場合、40分〜60分で温度800℃〜1100℃に上昇するのが限界であるため、金属（鉄）を溶融する事は不可能であった。
【０００６】
本発明の目的は、小型でも分解溶融能力が高く、生ゴミはもちろん、金属をも溶融、焼却可能であり、移動も可能で、取扱も容易な小型イオン分解型溶融炉を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の小型イオン分解型溶融炉は、ゴミ等の焼却対象物を焼却する焼却炉本体１にマイクロ波を発生するマグネトロン２と、焼却炉本体１に内にイオン火炎を噴射するイオン火炎発生装置３を設け、マグネトロン２からのマイクロ波と、イオン火炎発生装置３からのイオンガス（イオン火炎）を共鳴（共振）させて焼却炉本体１内を高温化し、活性を帯びたイオン（＋）（−）によって、焼却炉本体１内の廃棄物を分解し、溶融するものである。また、焼却炉本体１の外側にトカマク４をも設け、そのトカマク４により焼却炉本体１内の荷電粒子（放射線）、電磁波を反射して焼却炉本体１内の中心に集めてイオン濃度を高めてプラズマ濃度をアップし、分解効率を上げるようにしたものでもある。更に焼却炉本体１の上部の投入口５を蓋６で開閉自在とし、蓋６を電動式開閉機７により開閉可能とした。いずれの場合も、焼却炉本体１内の温度が1800℃〜2000℃に保持されるようにした。また、前記焼却炉本体１の炉壁２０に水晶とアクセプター順位添加物の双方を混入して、水晶のピエゾ効果（水晶の結晶に電気衝撃が加わると発振すること：図６Ｂ）及びアクセプター順位添加物の二次電子放出によりラマン効果（入射波が当たると入射波の周波数と異なる周波数が反射される効果：図６Ａ）が得られるようにした。
【０００８】
本発明の小型イオン分解型溶融炉は、前記小型イオン分解型溶融炉８を冷却槽９と排ガス処理槽１０と組み合わせ、小型イオン分解型溶融炉８の焼却炉本体１−冷却槽９−排ガス処理槽１０を順次連結して、焼却炉本体１からのスラグが冷却槽９で冷却され、そのとき発生する排ガスが排ガス処理槽１０に流入し、その排ガス中の有害物質が排ガス処理槽１０内の排ガス吸着体１１に吸着されて除去されるようにした。また、焼却炉本体１と排ガス処理槽１０とを一つのケース１４内に収容し、排ガス処理槽１０に外気導入ブロワー１２と排気ファン１３を設けたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の小型イオン分解型溶融炉の第１の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。これら図の小型イオン分解型溶融炉８は焼却炉本体１の周壁に四基のマグネトロン２が設けられ、焼却炉本体１の上部の投入口５に被せた蓋６にイオン火炎発生装置（イオンバーナー）３が下向きに（火炎出口が焼却炉本体１内に向けて）取り付けられ、同焼却炉本体１に六基のトカマク４が設けられている。前記四基のマグネトロン２は図３のように焼却炉本体１の周壁の対向しない位置に取り付けられ、前記六基のトカマク４は図３のように焼却炉本体１の外周に四基、図５のように焼却炉本体１の上部と下部の夫々に一基ずつ設けられている。
【００１０】
焼却炉本体１の炉壁２０は4500℃程度の高温に耐えうる耐火物、例えば、耐火性骨材に、アルミナセメント又はリン酸等の水硬剤、水晶、アクセプター順位添加物等を混合したキャスターブル耐火物によって図２、図４のように円筒状に形成され、その外側が図４、図６Ａのようにアルミとかステンレス等の反射材２１で被覆され、その外側が絶縁物２２で被覆され、その外側が鉄板とか他の金属材によるケーシング２３で被覆されている。前記のアクセプター順位とは、酸化物半導体となる電子の高速遷移と、その物質全体が負の電荷を持つことをいう。焼却炉本体１の炉壁２０に水晶とかアクセプター順位添加物が混合されると、水晶のピエゾ効果（水晶の結晶に電気衝撃が加わると発振すること：図６Ｂ）及びアクセプター順位添加物の二次電子放出によりラマン効果（入射波が当たると入射波の周波数と異なる周波数が反射される効果：図６Ａ）が得られる。
【００１１】
焼却炉本体１はアルミナと水晶を主成分とし、他に添加物をアクセプター順位で混合したもので製作することもできる。焼却炉本体１のサイズは任意に選択することができるが、例えば直径1.2ｍφ、高さ1.5ｍ程度の円筒状とすると移動し易く、取扱易い。図２のように焼却炉本体１の底にはスラグ排出口２４があり、上方には投入口５があり、それに蓋６が被せられている。蓋６は図８の様に巻上機、例えばウインチ等の電動式開閉機７の操作により自動的に開閉される。この蓋６に前記イオンバーナー３が下向きに（火炎噴出口を焼却炉本体１に向けて）取り付けられている。
【００１２】
前記イオンバーナー３はプロパンガスを燃料とするものであり、例えば30キロカロリー程度のものが使用される。イオンバーナー３は図７Ａ及び７Ｂのように円筒状のパルス磁場発生部３０の先に、それよりも径が小さい細長筒状のケーシング３１が突設され、ケーシング３１の内側中心部に燃料煙霧化器３２が配置されている。ケーシング３１は強磁性金属（鉄、ニッケル、コバルト等）で製作され、その内周面に火炎接触電離材３３が設けられている。
【００１３】
前記火炎接触電離材３３は光活性物質に磁性体を配合した組成物を酸化雰囲気中で結晶することにより製造されるものである。前記光活性物質はセレン、カドミウム、チタニウム、リチウム、バリウム、タリウム等の単体や、その酸化物、硫化物、ハロゲン化物等の化合物であり、磁性体は、強磁性体（鉄、ニッケル、コバルト及びその化合物等）や常磁性体（マンガン、アルミニウム、スズ及びその化合物）、反磁性体（ビスマス、リン、銅、カルシウム、及びその化合物）である。
【００１４】
ケーシング３１の外周には鉄芯入の電磁コイル３４が取り付けられている。電磁コイル３４は鉄芯に銅線コイルを取り付けたものであり、銅線コイルに電源装置が接続されており、電源装置からパルス電流が印加されると同コイルの内側に強力な高周波磁場を発生し、強磁性金属製のケーシング３１を強力に磁化する。高周波磁場は例えば磁束密度10000以上、周波数20〜50MHz程度のものである。電磁コイル３４で磁化されたケーシング３１はその内側に高周波磁場を発生し、火炎接触電離材３３を活性化し、火炎接触電離材３３に触れる炭化水素火炎を陽イオン（炭素イオン、水素イオン、鉄イオン等）と陰イオン（酸素イオン）を多数有するイオン火炎にする。
【００１５】
前記燃料煙霧化器３２（図７Ａ及び７Ｂ）は非磁性金属（真鍮、ステンレス等）で作製されたノズル３５の中心部に燃料（ＬＰガス）が噴出される燃料噴出孔（内径３ｍ）３６が形成され、その外周に高圧空気を噴射する空気噴射孔（内径１〜２ｍφ）３７が８本形成されている。この燃料煙霧化器３２では燃料噴出孔３６から噴射される燃料が、その後方のタービンから送られて空気噴射孔３７から噴出される高圧空気により効率よく煙霧化される。タービンから送られる空気量、圧力、速度等は図示されていない制御装置により任意に調整することができる。ノズル３５は図示されていない支持具によりケーシング３１に固定されている。
【００１６】
前記マグネトロン２はマイクロ波を発生させるものであり、発生する周波数や出力は任意に選択することができるが、例えば、周波数2450MHz、出力2.5kw程度のものが適する。
【００１７】
前記トカマク４は電磁鏡という意味であり、荷電粒子の−イオン、＋イオンを反射させ、また、電磁波の方向を変える性質を有し、図２、図５のようにドーナツ状の磁心３８にコイル（トカマクコイル）３９を巻いた電磁石のコイル３９にパルス電流を通電して使用するものである。トカマク４は焼却炉本体１の周囲を保護し、焼却炉本体１内の荷電粒子（放射線）を反射させ、電磁波の方向を変える。図５ではトカマク４が焼却炉本体１の周囲に四基、底に一基、天井（蓋６）に一基取り付けられているため、焼却炉本体１内の荷電粒子（放射線）、電磁波を高温である焼却炉本体１内の中心に集めてイオン濃度を高め、プラズマ濃度をアップさせて、焼却炉本体１内の焼却対象物の分解効率を上げると同時に、小型化しても熱保持効率が高いため、小型でも効率良くゴミを分解溶融される。トカマク４のコイル３９に流れるパルス電流は焼却炉本体１の炉壁の水晶のピエゾ効果を誘起するエネルギーになる。
【００１８】
図１、図２のように焼却炉本体１、マグネトロン２、トカマク４は円盤状の基盤４０の上に設置された円筒状の防磁カバー４１により被覆されている。基盤４０には焼却炉本体１のスラグ排出口２４を開閉する開閉蓋４２が設けられ、基盤４０の底面には移動用キャスター４３が取り付けられ、防磁カバー４１の外側に取っ手４４が取り付けられている。防磁カバー４１内から上面に細長パイプ状の排気筒４５が引き出され、排気筒４５により防磁カバー４１と焼却炉本体１との間の空間部４６内の空気、即ち、焼却炉本体１からの輻射熱で加熱された高温の空気が外部に排出されるようにしてある。
【００１９】
（実施形態２）
本発明の小型イオン分解型溶融炉の第２の実施形態を図９、図１０に基づいて説明する。これは実施形態１の小型イオン分解型溶融炉８と冷却槽９と排ガス処理槽１０とを組み合せて一つのケース１４内に収容したものである。図９、図１０ではケース１４内に空気圧縮器（コンプレッサー）５０、マグネトロンの電源部５１も収容され、冷却槽９も収容されている。小型イオン分解型溶融炉８と冷却槽９と排ガス処理槽１０は内側が耐火物でコーティングされた連通路（管）５２により連通されて、小型イオン分解型溶融炉８の焼却炉本体１からの排気ガスは冷却槽９を通過して排ガス処理槽１０に導入されるようにしてある。排ガス処理槽１０の下部には外気導入ブロワー１２が取り付けられ、排ガス処理槽１０の天井には排気ファン１３が取り付けられている。外気導入ブロワー１２は焼却炉本体１から排ガス処理槽１０に送り込まれる排気を冷却すると共に、排ガス処理槽１０内の排気を外部に送り出す（圧送する）ためのものである。この圧送により排ガス処理槽１０内の空気が流通し易くなり、焼却炉本体１からの排気ガスが冷却槽９−排ガス処理槽１０内を通過して外部に排気され易くなる。この場合、排ガス処理槽１０の底寄りに設置された多孔質材性の受け皿５３の上に木炭、ゼオライト成形体等の排ガス吸着材１１を配置し、その排ガス吸着材１１に排ガス中の塩素、カーボン、微粒子等の有害物質が吸着されて外部に排出されないようにしてある。
【００２０】
ケース１４内のコンプレッサー５０は、図７Ａ及び７Ｂの空気噴出孔３７に圧縮空気を送り込むためのものである。コンプレッサー５０には任意の出力のものを使用することができるが、例えば、出力 1.5kw程度のものを使用することができる。コンプレッサー５０はケース１４の外部に設置することもできる。
【００２１】
（使用例）
次に、本発明の小型イオン分解型溶融炉により20kgの廃棄物を焼却する場合の使用例を説明する。
（１）電動式開閉機７により焼却炉本体１の蓋６を開けて投入口５を開き、投入口５から焼却炉本体１内に20kgの廃棄物を投入し、その後に蓋６を閉じて投入口５を密閉する。
（２）次に、マグネトロン２を始動させて、それから発生するマイクロ波を廃棄物に照射させる。このとき、プロバンガスを燃料として使用するイオンバーナー３に点火をしてイオン火炎を発生させる。マグネトロン２から出力されるマイクロ波は例えば出力2.5kw、周波数2450MHz程度とする。
（３）マグネトロン２より発生された前記マイクロ波と、イオンバーナー３より発生されたイオンガスとは共鳴しながら廃棄物を攻撃（衝突：電離）して物質の内部より加熱し、電子を奪って分解を進行させながら焼却炉本体１内を高温化し、活性を帯びたイオン（＋）（−）により焼却炉本体１内の廃棄物を分解し、溶融し、灰状にし、灰状になったスラグを溶融する。このとき、焼却炉本体１に設けたトカマク４により焼却炉本体１内の荷電粒子（放射線）、電磁波が反射して焼却炉本体１内の中心に集められ、イオン濃度が高められてプラズマ濃度がアップし、分解効率が高められる。一般廃棄物の場合は1500℃で液体状に溶融する。これを内側が耐火物でコーティングされた連結路（管）によって焼却炉本体１の外部の冷却槽９（図９）に導き、この冷却槽９を水冷して液体化した廃棄物をスラグ化する。この動作の過程で排ガスが発生する。
（４）前記排ガスを排ガス処理槽１０に導いて、その内部の排ガス吸着材１１に塩素（有害物質）、カーボン等の有害物質を吸着させて、図１０の排気ファン１３により大気中に放出する。放出された排気中には有害物質が殆ど含まれず、含まれていても有害物質は元素状となっており無害である。
前記使用例では、廃棄物がマイクロ波を照射してから数秒で発煙することなく赤白色化し、15分〜20分以内で分解、溶融された。無機物は液体化して焼却炉本体１の外部（炉外）に排出された。これは照射したマイクロ波が耐火物製の焼却炉本体１に衝突して、同本体１の炉壁のピエゾ効果とラマン効果によって入射した周波数よりも高い周波数に増幅されて反射した効果によるもの、即ち、入射波の出力の２倍以上に増幅されたことによるもので、溶融時間が短縮されたことで証明できる。又、イオンバーナー３によって温度は1600℃〜2000℃まで昇温する為、金属類も溶融され金属液体となり、これが冷却されるとスラグ化する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のイオン分解型溶融炉は次のような効果がある。
（１）マイクロ波による誘電加熱分解（イオン分解）であるため、分解スピードが速く、燃料の無駄がないため経済的である。
（２）活性イオンが焼却物より電子を奪う過程で分解、溶融されるため発煙しない。
（３）焼却炉本体に水晶とアクセプター順位添加物の双方又は一方が混合されているので、水晶が混合されている場合は、焼却炉本体にマイクロ波が照射されると水晶のピエゾ効果によってラマンスペクトル効果が引き出されて溶融、分解効率が向上し、生ゴミ等の廃棄物はもちろん、金属等の廃棄物も溶融できる。アクセプター順位添加物が混合されている場合は、その二次電子放出によりラマン効果が得られるため溶融、分解効率が向上する。
（４）焼却炉本体にトカマクを設けたので、トカマクにより焼却炉本体内の荷電粒子（放射線）、電磁波が反射されて焼却炉本体内の中心に集められ、イオン濃度が高まってプラズマ濃度がアップし、分解効率も向上する。
（５）焼却炉本体の上部の投入口を蓋で開閉自在とし、蓋を電動式開閉機で開閉可能としたので、開閉操作が容易である。
（６）焼却炉本体内の温度を1800℃〜2000℃に保持されるようにしたので、いつでも殆どの廃棄物を溶融分解することができる。
（７）小型であるため移動可能である。
（８）小型で、構造簡潔であるため取扱操作が容易であり、誰でも操作することができる。
（９）排気ガスを高温のまま大気に排出すると公害となるが、排気ガスを冷却槽で冷却してから大気に排出するため公害にならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の小型イオン分解型溶融炉の一例の斜視図。
【図２】  図１の小型イオン分解型溶融炉の縦断面図。
【図３】  図１の小型イオン分解型溶融炉の横断面図。
【図４】  図１の小型イオン分解型溶融炉における焼却炉本体の横断面図。
【図５】  図１の小型イオン分解型溶融炉におけるトカマクの説明図。
【図６】  図６Ａは本発明の小型イオン分解型溶融炉における焼却炉本体のラマン効果の説明図、図６Ｂは焼却炉本体のピエゾ効果説明図。
【図７】  図７Ａは本発明の小型イオン分解型溶融炉におけるイオンバーナーの縦断面図、図７Ｂは正面図。
【図８】  本発明の小型イオン分解型溶融炉の説明図。
【図９】  本発明の小型イオン分解型溶融炉の他の例の平面説明図。
【図１０】  本発明の小型イオン分解型溶融炉の他の例の横面説明図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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