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    公开号:WO1990012984A1
    申请号:PCT/JP1990/000497
    申请日:1990-04-17
    公开日:1990-11-01
    发明作者:Masaichi Kikuchi
    申请人:Shirakawa, Shiro；
    IPC主号:F23C99-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 高温発生方法及びその応用
    [0002] 〔技術分野〕
    [0003] 本発明は炭化水素の燃焼炎を電離 （イオン化） せしめる機 能を有する材料及びこれの利用に関するものである。 本発明 によれば、 放電によることなく高温のプラズマ炎を発生しう るので、 例えば、 産業廃棄物ゃ大含水量の腐敗物などの焼却、 冶金、 窯業など高温を必要とする産業分野で有用である。 本 発明の火炎電離材はまた、 イ オン推進エンジンのイオン発生 源や半導体としての利用も期待できる。
    [0004] 〔背景技術〕
    [0005] 高温処理を必要とする産業分野における従来の高温発生方 法としてはブラズマが利用されている力 、 従来のプラズマ発 生方法は放電によるものであるから、 基本的に大電力が必要 という問題のほか、 プラズマ発生の為の手段が複雑で高価と いう問題がある。
    [0006] 一方、 特定の金属の組合せからなる触媒を用いて炭化水素 を燃焼させる方法が知られている （例えば、 米国特許 3 , 842 , 015 号明細書、 特公昭 61 - 20764号公報、 特開昭 63— 283751号公報 など） 力 これらはいずれも自動車の排ガス処理とか工場廃 ガスの処理を目的とするもので、 その燃焼温度は高々 1500て である。 〔発明の開示〕
    [0007] 叙上の状況に鑑みて、 本発明は、 放電によらずに高効率で プラズマを発生させる手段を提供すること、 さらに、 かく し て発生する高温の典型的な利用の一つとして廃棄物の迅速且 つ効率的な焼却方法を提供することを目的とするものである。 上記第一の目的、 即ち、 放電によらずにプラズマを発生さ せるという目的は、 炭化水素の燃焼炎が接触したとき、 該炎 の少く とも一部を電離 （イオン化） せしめる機能を有する材 料 （以下 「火炎電離材」 という） により達成される。 第二の 目的、 即ち、 放電によらずに高温を発生する方法は、 この火 炎電離材に、 炭化水素の燃焼炎を接触せしめるこ とにより達 成される。
    [0008] 〔図面の簡単な説明〕
    [0009] 第 1 〜 3図は本発明の方法による焼却炉を示す概略図、 第 4図はその変形例を示す概略図、
    [0010] 第 5〜 6図は本発明の方法に用いるバーナーの概略図、 第 7図はその変形例を示す概念図、
    [0011] 第 8図は電子放射管を説明する概念図である。
    [0012] 〔発明を実施するための最良の形態〕
    [0013] 本発明に係わる火炎電離材は、 放射線の照射により比抵抗 に変化を来たす物質 （以下 「光活性物質」 という） に磁性体 を配合してなる組成物を、 酸化雰囲気中で焼結することによ り提供される。 ここで光活性物質としては、 例えば、 セレン. カ ド ミ ウム、 チタニウム、 リ チウム、 ノ リ ウム、 タ リ ウムな どの単体、 酸化物、 硫化物、 ハロゲン化物などの化合物が挙 げられる。 また磁性体としては強磁性体 （例、 鉄、 ニッケル、 コバル ト及びその化合物） 、 常磁性体 （例、 マンガン、 アル ミニゥム、 スズ及びその化合物） 及び反磁性体 （例、 ビスマ ス、 リ ン、 銅、 カルシウム、 及びその化合物） が用いられる。 光活性物質に対する磁性体の配合比は、 重量比率で 5〜40 %、 好ましく は、 8〜30 %である。
    [0014] この配合物は通常、 結合材と混合され、 ついで棒状、 球状 など所望の形状に成形後焼結される。 結合材としては、 ク レ ―、 炭酸カルシウム、 酸化カルシウム、 力オリ ン、 酸性白土 など窯業で一般に用いられるものが適宜使用可能であり、 そ の使用量は通常、 上記配合物のほ 1〜 2倍である。
    [0015] 成形体の焼結は、 酸化性雰囲気中、 電場において 1500 'C以 上、 好まし く は 1800〜2000 'Cで行なわれる。 焼成が進むとと もに成形体は次第に電離機能を発揮し始め、 焼成雰囲気を電 離させ、 そのために焼成雰囲気の温度が極めて高温になるこ とが観察される。 このように、 上記の材料は焼成するだけで もある程度分極し、 火炎電離材として用いることができるが, 焼成時または焼成後に分極処理を行って分極の程度を大き く することが好ましい。 分極は高電圧下に相当時間置く ことに より常温でも達成することができる。 高温下で電圧を印加す ると常温下より も低い電圧で同等の分極を実現できる。 分極 の程度は限定しないが、 通常約 5〜20raVが好ましい。
    [0016] 本発明に係わる火炎電離材の第一の応用たる高温発生方法 は、 上記の如く して構成される火炎電離材に、 炭化水素の燃 焼炎を接触せしめることである。 炭化水素としては重油、 灯 油、 アルコール類など通常の燃料はもちろん、 燃焼効率向上 等を目的に水や石炭粉などを添加したものも用いられる。 こ れら炭化水素の燃焼方法自体には格別の工夫を必要とせず、 燃焼に必要な酸素は通常空気として供給されるが、 燃焼に必 要な量より過剰の空気を供給してやると電離材との接触効率 が増大するので好ましい。
    [0017] 本発明に係わる電離材との接触により、 燃焼炎はィオン化 され、 プラズマ状態を形成するが、 該状態は比較的短時間で 消滅し、 通常の中性炎に戻る。 プラズマ状態を可及的長時間 安定化せしめるためには、 燃焼炎に磁場を作用させることが 有効である。 かく して持続した高温化が実現される。 磁場と しては高周波磁場を用い、 回転磁場にすることにより、 容易 に高エネルギー化をはかることができる。 磁場の強さは限定 しないが、 実用上、 磁束密度 10000 G以上、 高周波は 20〜50 M H z が好ましい。 これは燃焼して結合する H 20 , C 0 2を電離さ せ、 これらの再結合をさせないようにするためで、 H 20 , C 0 2 の結合エネルギーより大きいエネルギーを与えるために上記 のような高周波磁場がよ く、 これ以上でもよいが経済的でな い。
    [0018] また、 この磁場作用に加えて、 X線、 アルファ線、 ベータ 線、 ガンマ線、 紫外線、 赤外線、 可視光線など （好ましく は 赤外線以上のエネルギーを持つ放射線） を照射すると、 火炎 は一層電離し易く なり、 かつ電離状態がより安定化されるの で、 好ましい。
    [0019] 火炎電離材に燃焼炎を接触させる通常の方法は、 燃焼炉内 に配置した火炎電離材に向けて火炎発生手段 （通常のバーナ 一でよい） からの火炎を当てるこ とであるが、 別の態様は、 火炎電離材を内張り した火炎発生手段を用いるこ とであり、 かく して火炎は、 火炎電離材と接触しつゝ炉内に導かれる。 以上の説明からわかるように、 本発明に係わる高温発生方 法を実施するための装置は、 火炎電離材と炭化水素を燃焼せ しめて火炎を発生する手段を具備することが必須であるが、 工業的見地からは、 磁気発生手段も具備し、 さらに、 放射線 照射手段をも具備することが好ましい。 上述の別の態様を実 施するための装置は、 内面に火炎電離材を配設した火炎噴射 筒を具備する。 かゝる火炎発生手段を具備する装置にあって は、 燃焼炉中への火炎電離材の配設を省略できる場合がある。 以上本発明に係わる火炎電離材とその典型的な利用として高 温発生方法及び装置を説明したが、 以下、 焼却炉を例に、 図 面によりさらに詳しく説明する。
    [0020] 第 1図は本発明の火炎電離材 15を具備した焼却炉の縦断面 概念図である。 即ち、 焼却炉は円筒状耐火炉 1からなり、 内 部は下から順にプラズマ室 2、 準プラズマ室 3、 中性炎室 4 をなし、 各室の間には多孔のロ ス ト ル 5 , 6が設けられてい る。 すなわち、 燃焼炎はプラズマ室 2で火炎電材 15に接触し てブラズマ炎が形成されるが、 このブラズマ炎は上昇する間 に準プラズマ室 3ではほぼ準プラズマに、 そして中性炎室 4 ではほぼ中性炎になる。 一方、 焼却されるべき廃棄物は筒状 耐火炉 1 の頂部の投入口 7から投下され、 中性炎室 4で中性 炎により乾燥、 燃焼され、 さらに準プラズマ室 3で準プラズ マにより さらに高温で燃焼され、 プラズマ室 2ではさらに高 温となり、 完全な燃焼が行われる。 炉底は焼却灰や不燃物を 取り出す排出口 8を有するが、 必要に応じて焼却灰を取り出 すためにスク リ ュウコ ンベアなどを設けてもよい。 なお、 こ の図では廃棄物を炉頂部まで持ち上げるリ フ トや、 強制排気 装置は省略してある。
    [0021] 第 2図及び第 3図にプラズマ室 2の詳細を横断面図及び縦 断面図で示す。 炉壁 11に 3個のバーナー 12と 3個の電磁コィ ル 13がそれぞれ等間隔に配置されており、 バーナー 12はこの 図では火炎が右面転するように配置され、 電磁コィル 13は鉄 芯 14が炉壁 11内に埋め込んである。 バーナー 12の前方にはそ れぞれ火炎電離材 15が配置されている。 この例ではバーナー 12及び火炎電離材 15をそれぞれ 3個配置したが、 1個づつで もよいし、 またバーナーの向きも円筒の中心に向かってもよ い。 バーナー 12は、 重油又は灯油を燃料とし、 燃料と空気の 混合気体を噴射するタイ プの市販のものでよい。
    [0022] 第 4図は第 1〜 3図の変形例で、 特に魚類の臓物や腐敗物 など舍水量の大きい廃棄物を焼却するのに適した焼却炉であ る。 この例も基本的には上記の例と同じである力 、 中性炎室 に脱水を行うために耐熱性金属製の収容籠 21を配置し、 この 収容籠 21は多数の窓孔が設けられ、 駆動軸 22の周りを画転す るべく、 躯動軸 22の下端部はカーボン製蚰受 23で支持されて いる。 このカーボン製轴受 23は黒鉛と窒化珪素を 7 ： 3 に混 合し、 アルカ リ 性溶液で練り、 無酸素状態下、 約 1800 'Cで約 10時間焼結したものをステ ン レス製のケーシ ングに収めたも のである。
    [0023] 収容籠 21は臓物などの供給を受け、 駆動軸 22に加わる回転 ト ルク により回転せられ、 臓物の脱水と共に、 窓孔から分解 された臓物を振り出すが、 遠心力と比例して臓物を振り出す ので画転数の制御によ り下段への供給量をコ ン ト ロールする ことができる。
    [0024] 第 5図は火炎電離材と火炎との接触に関する別の実施態様 を説明する図である。 内面に火炎電離材をラ イ ニ ングしてな る火炎噴射筒 31の内部の燃料噴射ノズル 32から噴射される燃 焼炎は、 火炎電離材に接触して少なく とも部分的に電離され る。 また、 燃料噴射ノ ズル 32の後方に配置された放射線管 (例えば X線管） 33からは放射線 （ X線） が照射される。 さ らに火炎噴射筒 31の周囲に等配された第 1 の電磁コィル 34及 び燃料噴射ノ ズル 32の後方に配置された第 2 の電磁コィル 35 によ り高周波磁気が作用される。 これにより、 火炎の電離が 促進、 安定化され、 高エネルギー状態が持続される。
    [0025] 第 6図は第 5図のバーナーを火炎噴射筒 31の噴射口側から 見た図である。 このようなバーナーを第 1 〜 3図のバーナー 12として用いることができ、 その場合には焼却炉中の火炎電 離材 15を省略することもできる。
    [0026] また、 第 7図は第 5図の装置の変形例で、 燃料噴射ノズル 32、 放射線管 （例えば X線管） 33の後方にシロ ッ コ フ ァ ン 36 を有する。 この火炎発生装置は小型のバーナータイブである ので、 これを第 1図または第 4図のバーナーとして簡易に用 いることができる。
    [0027] 第 8図は電子線発生装置の例で、 41は陰極、 42は陽極、 43 は制御グリ ッ ト、 44は収束コィル、 45は偏向コィルであり、 陰陽極間に 15〜30kVの電圧を印加し、 収束コイル 44、 偏向コ ィ ル 45に通電して前面より高速電子線を放出する。 この電子 線発生装置としては市販のテレビのブラウン管を用いてもよ い。 また、 X線放射管は市販されているので、 容易に入手で きる。
    [0028] 本発明に係わる火炎電離材に炭化水素などの燃焼炎を接触 させると、 該炎は電離されてプラズマ状態が形成され、 然ら ざる場合に比して遙かに高温が実現される。 これに磁場を作 用せしめるとブラズマ状態は安定的に持続する。 かく して、 放電の手段によることな く、 例えば 3000〜4000 °Cの如き高温 が達せられる。
    [0029] 以下実施例によりさらに詳し く本発明を説明するが、 本発 明はか ^ る実施例により制限されるものではない。
    [0030] 実施例 1 〜 6
    [0031] 各種の光活性物質、 磁性体、 結合材を種々の比率 （重量比） で混合、 棒状に成形して常法により焼結し、 本発明の火炎電 離材を得た。
    [0032] 市販のバーナーを用い重油を燃料として発生せしめた火炎 をこの火炎電離材に接触せしめ、 その温度を光温度計で測定 した結果を第 1表に示す。 第 1表 各働戈分にょる 丽匕材と高温翻况
    [0033] CD
    [0034]
    [0035] *素子 間 1 m/m ； wm ：二ッケル ** i n ( 霸才不鲷） ： i6oo-c (6o分)
    [0036] 実施例 7
    [0037] 実施例 1 の火炎電離材を装着した第 1図の焼却炉に、 中規 模病院から入手した医療廃棄物 （包帯、 脱脂綿などの繊維類. 手袋、 チューブなどのゴム類、 注射器、 ホースなどのプラス チック類、 ガラス瓶、 注射針、 缶などの金属等が混入） を投 入し、 焼却試験を行なったところ第 2表の結果が得られた。 比較例は火炎電離材を使用しない場合である。
    [0038] 第 2表 医療廃棄物の焼却試験
    [0039] 実施例 8
    [0040] 実施例 2の火炎電離材を装着した第 4図の炉に、 冷凍状態 の魚臓物約 10 kgを投入したところ、 瞬時にして多量の水蒸気 等が発生、 僅かの灰分を残して完全に焼失した。 〔産業上の利用可能性〕
    [0041] 本発明によれば、 従来のプラズマ利用炉のように大電力 (放電） を必要とすることなく、 通常の燃料を用いて簡易な 方法で通常の燃焼炎 （中性炎） より もはるか高温を得ること ができる。 従って、 焼却その他高温が必要な用途に極めて有 用である。 例えば、 産業廃棄物ゃ大舍水量の腐敗物などの焼 却、 冶金、 窯業など高温を必要とする産業分野で有用である, また、 イオン推進エンジンのイオ ン発生源や半導体としての 利用も期待される。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 放射線の照射により比抵抗に変化を来たす物質と磁性 体物質との配合物を成形し、 これを酸性雰囲気中で焼結して なる火炎電離材に、 炭化水素の燃焼炎を接触させ、 さらに磁 場を作用せしめることを特徴とする高温発生方法。
    2. 請求項 1 の方法を実施するに当り、 炭化水素の燃焼炎 を接触させると共に磁場を作用せしめ、 かつ該炎に放射線を 照射する高温発生方法。
    3. 炭化水素に対して過剰の酸素を供給して前記燃焼を行 う請求項 2記載の高温発生方法。
    4. 請求項 3記載の方法により発生する高温により廃棄物 を燃焼させる焼却方法。
    5. 燃料を燃焼させて火炎を発生せしめる火炎発生手段と、 該火炎が接触する位置に配設された、 放射線の照射に より比抵抗に変化を来たす物質と磁性体物質との配合物を成 形し、 これを酸性雰囲気中で焼結して成る火炎電離材と、 該火炎に磁気を作用させる磁気発生手段とを具備する ことを特徴とする高温発生装置。
    6. さらに放射線発生手段を具備する請求項 5記載の高温 発生装置。
    7. 耐火性材料から構成された筒状体の内面に火災電離材 がライ ニングされており、 該火災電離材は放射線の照射によ り比抵抗に変化を来たす物質と磁性体物質との配合物を成形 し、 これを酸性雰囲気中で焼結して成るものであり、 該筒状 体の内部に燃焼炎噴射ノ ズルと磁気発生手段とを具備する高 温発生装置。
    8. 前記筒状体に、 さらに放射線発生手段を具備してなる 請求項 7記載の高温発生装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    EP0312587A4|1989-10-30|Plasma focus apparatus with field distortion elements.
    US4909164A|1990-03-20|Hazardous waste incinerator using cyclotron resonance plasma
    JPS58154131A|1983-09-13|Impregnation type cathode
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH0350405A|1991-03-05|
    EP0423359A4|1992-08-19|
    EP0423359A1|1991-04-24|
    US5123362A|1992-06-23|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-11-01| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-11-01| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    1990-12-14| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990905691 Country of ref document: EP |
    1991-04-24| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990905691 Country of ref document: EP |
    1995-04-03| WWR| Wipo information: refused in national office|Ref document number: 1990905691 Country of ref document: EP |
    1995-06-30| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1990905691 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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