特開 2022-176642 燃焼システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022176642

(43)【公開日】2022-11-30

(54)【発明の名称】燃焼システム

(51)【国際特許分類】

   F23B 50/04 20060101AFI20221122BHJP

   F23G 5/24 20060101ALI20221122BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20221122BHJP

   F24D 3/00 20220101ALI20221122BHJP

   F24H 1/18 20220101ALI20221122BHJP

【ＦＩ】

F23B50/04

F23G5/24 Z

F23J15/00 Z

F24D3/00 B

F24H1/18 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021083173

(22)【出願日】2021-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】390034027

【氏名又は名称】宇佐美 守一

(71)【出願人】

【識別番号】501052889

【氏名又は名称】中村 浩康

(71)【出願人】

【識別番号】520390070

【氏名又は名称】吉川 直彌

(72)【発明者】

【氏名】宇佐美 守一

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩康

【テーマコード（参考）】

3K046

3K070

3K161

3L070

3L122

【Ｆターム（参考）】

3K046AA01

3K046AA08

3K046AA17

3K046AA20

3K046AC02

3K046BA01

3K046EA01

3K070DA07

3K070DA37

3K161AA02

3K161AA16

3K161CA01

3K161DA72

3K161EA01

3K161EA02

3K161FA65

3K161HA54

3K161HA56

3K161HA58

3L070BB01

3L070DF05

3L122AA34

3L122AB02

3L122AB22

3L122EA50

(57)【要約】      （修正有）

【課題】少ないエネルギで処理効率の高い燃焼システムを提供する。
【解決手段】燃焼装置１００と、燃焼した熱を蓄熱した熱を熱媒を介して受熱し、受熱した熱を蓄熱系２００を介して熱消費系３００で消費し冷却した熱媒を蓄熱系を介して前記装置本体に戻す熱媒を循環させる熱媒流路Ｔからなる熱循環系を備える燃焼システムは、気体を旋回流として噴霧する噴射孔を有する気体導入管と、側面に設けられた気体を旋回流として装置本体内に気体を導入する導入孔を備え、前記噴射孔から外側に向かって噴射された気体の旋回流と前記導入孔から導入された気体により発生した気体の流れを処理物に作用させて処理を行う燃焼空間Ｓ２を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置本体の上側の側面に配置された投入口から有機性の処理物を投入して燃焼処理し、燃焼残渣を排出する装置本体の底面に備えた排出口と、頂部に備えた排ガスの排気口を有する燃焼装置と、燃焼した熱を蓄熱した熱を熱媒を介して受熱し、受熱した熱を蓄熱系を介して熱消費系で消費し冷却した熱媒を蓄熱系を介して前記装置本体に戻す熱媒を循環させる熱媒流路からなる熱循環系を備えた燃焼システムであって、
前記燃焼装置は、
有機性処理物及びその残渣が堆積する底部側の処理物堆積空間と、
前記装置本体の底部から立設され、密閉された上端と気体を圧送するための気体導入口を有する下端から構成され、水平方向に所定間隔で配置され気体を旋回流として噴霧する噴射孔を少なくとも１組有する気体導入管と、前記装置本体の側面の旋回流を発生する位置とずれた位置で水平方向に所定間隔で配置され気体を旋回流として装置本体内に気体を導入する導入孔を備え、前記噴射孔から外側に向かって噴射された気体の旋回流と前記導入孔から導入された気体により発生した気体の流れを前記有機性の処理物に作用させて処理を行う燃焼空間と、
前記熱処理空間からの排煙を含む排ガスを上方に導いた後下方に導き、最終的に排気口に導く排ガスの案内板を設けることにより排ガスの滞留時間と流れを調整する排ガス調整空間と、
前記排ガス空間から排出口を介して排出されたガスを処理する排ガス処理機構備え、
前記熱媒流路は、少なくとも前記燃焼空間の壁面を覆う側面側の配管と前記燃焼空間と前記排ガス調整空間を横断面方向に区切るように配管された上部配管を備え、前記燃焼により発生して受熱した熱媒熱媒を前記上部配管側に設けられた熱媒出口から蓄熱系に流し、前記熱消費系で消費され放熱した熱媒を前記側面側の配管の底部側に設けられた熱媒入口へ流して熱媒を循環させる循環流路を構成し、そして
前記燃焼空間へ気体導入菅から圧送する気体と前記導入孔より導入する気体の量および種類を前記有機性の処理物の燃焼状態に応じて変えることを特徴とする燃焼システム。

【請求項2】

前記気体導入管は、前記噴霧孔を除く全面を第２の熱媒流路で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼システム。

【請求項3】

前記気体導入管の熱処理の外側部分、前記気体導入孔の導入部分または両方に導入する気体を磁化する磁石が取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃焼システム。

【請求項4】

前記導入する気体が空気、酸素富化空気、酸素および酸素と水素の混合気体からなる群から選択された少なくとも１種の酸素雰囲気をつくる気体または過熱水蒸気または窒素からなる群から選択された低酸素雰囲気をつくる気体であり、前記導入する気体の量および種類に応じて燃焼状態を変化させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項5】

前記排ガス案内板は、前記酸素含有気体導入管またはその冷却部の頂部設けられた断面視上側が開く台形の第１案内板と、前記装置本体の頂部に設けられた断面視上側が開く台形の第２案内板とから構成され、
前記第１の案内板は上端部で装置本体の水平方向の８０％以上の断面を覆い、
前記第２の案内板は、上端部で水平方向の８０％以上の断面を覆い、下端部で前記第１の案内板の水平方向の８０％以上の断面を覆うように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項6】

前記排ガス案内板は、所定間隔で開口する複数の断面視谷型の案内板を装置本体の水平方向に配置した下側案内板と前記下側案内板の開口部相当箇所を頂点とする複数の断面視山型案内板を１組またはそれ以上配置して構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項7】

前記排ガス処理機構は、前記排気口を覆うように設けた外側気体案内板と前記外側気体案内板の上に設けたフードと、排ガスを吸引するためのファンと前記排ガスを排気側へ導く排ガス管から構成されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項8】

前記フードは、導入される排ガスの流量を調整する流量調整手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の燃焼装置。

【請求項9】

さらに、排気口は第２の流量調整空間を備えその上部にミスト噴射装置またはシャワー噴射装置を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項10】

前記装置本体に配管された熱媒流路の熱媒の温度に応じて導入する気体およびその量を変化させることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項11】

前記燃焼装置は、酸素含有気体の導入により火炎燃焼を行う火炎燃焼モードと、過熱水蒸気の導入により燃焼空間での無炎燃焼モードと、窒素ガス導入後、微量の空気導入による処理物堆積空間における無炎燃焼を行う燻焼モードを切り替えて前記有機性処理物の処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項12】

燃焼装置が火炎燃焼モードの際、前記排ガス処理機構からの排ガスを排ガス菅を介して前記空気孔または空気孔とは別個装置本体側面の熱処理空間相当箇所に設けられた貫通孔から装置本体熱処理空間に戻すことを特徴とする請求項１１に記載の燃焼システム。

【請求項13】

燃焼装置はさらに外部火炎放出手段を備えており、燃焼装置が火炎燃焼モードの際に、前記通気孔または通気孔とは別個装置本体側面の熱処理空間相当箇所に設けられた貫通孔から外部火炎を装置内部に放射することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の燃焼システム。

【請求項14】

前記気体導入管は、水平方向に処理物堆積空間中の炭化層の下部に下側から上側に気体を噴霧する複数の噴射孔を備えたアタッチメントを備え、前記炭化層で無炎燃焼を行うことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項15】

前記装置本体の側面は、炭化層の相当する位置に所定間隔で気体導入口を備え、処理物堆積空間中の炭化層で無炎燃焼を行うことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の燃焼装置。

【請求項16】

前記アタッチメントは、着火手段を有していることを特徴とする請求項１４または請求項１5に記載の燃焼装置。

【請求項17】

前記蓄熱系は、少なくとも２つの蓄熱タンクを備えており、前記燃焼装置で加熱された熱媒を前記燃焼装置の上側からの熱媒流路から上り熱媒流路を介して流入する川上側の熱媒タンクと前記川上側の熱媒タンクから熱消費系で消費され冷却された熱媒が流入されそして冷却された熱媒を前記装置本体の下側から下り熱媒流路を介して前記燃焼装置に流入させる川下側の熱媒タンクを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項18】

前記上り熱媒流路は前記川上側熱媒タンクの上流に膨張タンクを備えることを特徴とする請求項１６に記載の燃焼システム。

【請求項19】

前記熱消費系は、スチームタービンによる発電システム、スターリングエンジンによる発電システム、オーガニックランキンサイクルによる発電システム、スターリングクーラーによる冷却システム、温調された空気の供給システム、温調された水の供給システム、過熱水蒸気発生システムおよび雰囲気ガスの加熱システムからなる群から選択された少なくとも１つの熱消費系であることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【請求項20】

前記各熱媒タンクは、バルブにより接続された少なくとも１つの熱媒タンクと接続され、前記燃焼装置から発生する熱に応じて熱媒タンクを拡縮することを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄熱機能を有する燃焼システムに関する。より詳しく述べると無炎燃焼および/または火炎燃焼を効率的に行うことができ、排煙を実質的に排出しない燃焼装置とこの装置で燃焼した熱を蓄熱する蓄熱槽とから構成された燃焼システムに関する。

【背景技術】

【0002】

籾殻、コーヒーの搾りかす、茶殻、おが屑、ビールの搾りかす、パルプスラッジ、廃プラスチック、野菜屑、一般ごみ等の有機廃棄物を、化石燃料の使用量をごく僅かにして焼却する方法として、特許文献１には、下面が通気性を有する連続走行体上に有機廃棄物を連続的に供給して着火し、自燃により生じた燃焼ガスを前記連続走行体の下面から吸引して二次燃焼炉に導くことにより再燃焼させる有機廃棄物の連続式自燃焼却方法が開示されている。

【0003】

この方法によると、化石燃料は最初の着火及び二次燃焼炉に使用するだけでよいから、燃料費が低減でき、また、再燃焼により有害物質や悪臭の大気中への放出が阻止できると記載されている。

【0004】

また、燻焼方式で被処理物を密閉的に減容化処理する技術としては、特許文献２（特開２００２－３０５６７５号公報）および特許文献３（特開２００４－３３９６６号公報）に開示されている。

【0005】

特許文献２によると、プラズマ放電式の負イオン発生器で発生させた負イオン空気を乾留容器の底に堆積した粉状セラミックス層に対し負イオン吸気口を介して水平方向に吹き込み、その粉状セラミックス層内を対流させている。そして、被処理物を乾留容器内に投入した後、負イオン空気を吹き込むと共に、残渣取出口より点火バーナーなどを用いて被処理物に点火し、負イオン空気により容器内の酸化還元電位が低下して還元雰囲気となり、燻焼が開始されるものと記載されている。

【0006】

また、特許文献３によるよ、永久磁石の強磁界で生じた負イオン空気を吸気管を介して乾留容器の側面中央から容器内に吹き込んでいる。

【0007】

負イオン空気の吹き込みの意義は適量な酸素供給と負イオン効果の双方である。負イオン空気により容器内の酸化還元電位が低下して還元雰囲気となり、火炎燃焼を抑制できると共に、灼熱域では燻焼ガス中の微粒子が不安定な正イオンとして激しく発生するため、外部から供給される負イオンとクーロン力で急速に結合して酸化反応し、灼熱域を局所的に促進し、燻焼を持続させる。また、被処理物の上方に浮上した乾留ガス中の微粒子も正に帯電していることから、これに負イオンが結合して中和すると、その浮遊性が衰えて凝集し易く、容器内に淀んで滞留し、容器内面にタール等として付着して再燻焼されるため、容器からの導出ガス量を減じることができ、封じ込め処理の効率が高まるとされている。

【0008】

「燻焼」とは、「無炎燃焼」である。この「無炎燃焼」は「火炎燃焼」における可燃物表面からの持続的な火炎（外炎と内炎の外側表面部分）が除かれた内炎の芯部のみを呈する燃焼形態に相当し、この燻焼領域では灼熱される可燃物表面（上面）から熱エネルギを受け取った可燃物粒子が運動エネルギを得て浮上するもので、その上に火炎を伴わないことから酸化反応が起らず、酸素（空気）消費量が殆どゼロであり、可燃物はその内部の可燃物粒子が可燃物表面から抜け出ることにより炭化層へと次第に変成し、しかもこの炭化層の裏面（下面）側が熾き火として着火しているときには、それが可燃物自身を首尾良く燻焼させるための灼熱域（高熱域）となると共に、炭化層自身が灰化して可燃物が減容化する。このため、可燃物の減容化（減容率１／１００～１／５００）に要する酸素量は炭化層を灰化するに足る量だけで済み、むしろ、火炎燃焼を阻止するために酸素供給を制限する必要上、封じ込め減容化処理法として適している。また、容器内で浮遊する可燃物粒子は、容器内面にタール等として付着して再燻焼に与ると共に、乾留ガス（燻焼ガス）を燃焼させず或いは大気放出せずに容器外へ取り出すことにより、凝縮液化等の後処理で無害化ないし資源化できるメリットがある。

【0009】

このような燻焼式の装置として、さらに特許文献４では、負イオンを含む空気を導入する乾留容器内において、その容器の底からセラミックス層と被処理物層が堆積して成り、セラミック層と被処理物層のうち下部側が変成する炭化層との間で灼熱域が持続し、灼熱域がその上側に炭化層を随伴して次第に被処理物層の上位へ伝わり、被処理物層が乾留されると共にその乾留ガスを容器の外へ導出し、灼熱域に生じる灰化物が粉状セラミックス化してセラミックス層に含まれて積み増しされながら、当該被処理物層がその自重により徐々に沈降して減容化する燻焼式減容化処理方法が開示されている。この方法では、負イオン空気を給気口から送り込んだ状態で、セラミックス層の上に、仮灼熱域を下側一面に含めた火付け材料を敷き詰めてから被処理物を堆積している。

【0010】

また、負イオンを含む空気を導入する方法として、特許文献５では、焼却炉１０に、永久磁石５の磁場によって活性化すると共に負イオンを発生させた空気を、対流による自然換気によって供給し、この焼却炉１０内に投入した可燃の廃棄物Ａを、酸素不足状態かつ負イオンを含む気体雰囲気中で焼却する焼却炉が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０００－３２０８１１号公報

【特許文献2】特開２００２－３０５６７５号公報

【特許文献3】特開２００４－３３９６６号公報

【特許文献4】ＷＯ２００５／００８６８７号パンフレット

【特許文献5】特開２００４－１３６２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

特許文献１によると、有機性の処理物を自燃した際に発生する燃焼ガスを二次燃焼炉で完全燃焼させている。そして、二次燃焼炉での燃焼の際に化石燃料を使用している。
また、特許文献２～４に記載の磁気空気等の負イオンを用いた「燻焼：無炎燃焼」や特許文献５に記載の「火炎燃焼」による有機物の処理技術は、燃焼効率が悪く処理に多大の時間がかかる。

【0013】

さらに特許文献２～４に記載の磁気空気等の負イオンを用いた「燻焼：無炎燃焼」や特許文献５に記載の「火炎燃焼」による有機物の処理技術は、多量の排煙が発生し、別途処理を行う必要がある。

【0014】

また、これらの燃焼技術は、安価に有機性の処理物を燃焼処理を行うことができるが、例えば燃焼により発生した熱を有効的に使用することができない。
したがって、本発明の課題は、少ないエネルギで高い処理効率で有機性の処理物を処理可能でありかつ発生した熱を有効利用可能な燃焼システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題を解決する本発明は、下記項目に関する。
１ 装置本体の上側の側面に配置された投入口から有機性の処理物を投入して燃焼処理し、燃焼残渣を排出する装置本体の底面に備えた排出口と、頂部に備えた排ガスの排気口を有する燃焼装置と、燃焼した熱を蓄熱した熱を熱媒を介して受熱し、受熱した熱を蓄熱系を介して熱消費系で消費し冷却した熱媒を蓄熱系を介して前記装置本体に戻す熱媒を循環させる熱媒流路からなる熱循環系を備えた燃焼システムであって、
前記燃焼装置は、
有機性処理物及びその残渣が堆積する底部側の処理物堆積空間と、
前記装置本体の底部から立設され、密閉された上端と気体を圧送するための気体導入口を有する下端から構成され、水平方向に所定間隔で配置され気体を旋回流として噴霧する噴射孔を少なくとも１組有する気体導入管と、前記装置本体の側面の旋回流を発生する位置とずれた位置で水平方向に所定間隔で配置され気体を旋回流として装置本体内に気体を導入する導入孔を備え、前記噴射孔から外側に向かって噴射された気体の旋回流と前記導入孔から導入された気体により発生した気体の流れを前記有機性の処理物に作用させて処理を行う燃焼空間と、
前記熱処理空間からの排煙を含む排ガスを上方に導いた後下方に導き、最終的に排気口に導く排ガスの案内板を設けることにより排ガスの滞留時間と流れを調整する排ガス調整空間と、
前記排ガス空間から排出口を介して排出されたガスを処理する排ガス処理機構備え、
前記熱媒流路は、少なくとも前記燃焼空間の壁面を覆う側面側の配管と前記燃焼空間と前記排ガス調整空間を横断面方向に区切るように配管された上部配管を備え、前記燃焼により発生して受熱した熱媒熱媒を前記上部配管側に設けられた熱媒出口から蓄熱系に流し、前記熱消費系で消費され放熱した熱媒を前記側面側の配管の底部側に設けられた熱媒入口へ流して熱媒を循環させる循環流路を構成し、そして
前記燃焼空間へ気体導入菅から圧送する気体と前記導入孔より導入する気体の量および種類を前記有機性の処理物の燃焼状態に応じて変えることを特徴とする。

【0016】

２ 前記気体導入管は、前記噴霧孔を除く全面を第２の熱媒流路で覆われていることを特徴とする１に記載の燃焼システム。

【0017】

３ 前記気体導入管の熱処理の外側部分、前記気体導入孔の導入部分または両方に導入する気体を磁化する磁石が取り付けられていることを特徴とする１または２に記載の燃焼システム。

【0018】

４ 前記導入する気体が空気、酸素富化空気、酸素および酸素と水素の混合気体からなる群から選択された少なくとも１種の酸素雰囲気をつくる気体または過熱水蒸気または窒素からなる群から選択された低酸素雰囲気をつくる気体であり、前記導入する気体の量および種類に応じて燃焼状態を変化させることを特徴とする１から３のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0019】

５ 前記排ガス案内板は、前記酸素含有気体導入管またはその冷却部の頂部設けられた断面視上側が開く台形の第１案内板と、前記装置本体の頂部に設けられた断面視上側が開く台形の第２案内板とから構成され、
前記第１の案内板は上端部で装置本体の水平方向の８０％以上の断面を覆い、
前記第２の案内板は、上端部で水平方向の８０％以上の断面を覆い、下端部で前記第１の案内板の水平方向の８０％以上の断面を覆うように設けられたことを特徴とする１から４のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0020】

６ 前記排ガス案内板は、所定間隔で開口する複数の断面視谷型の案内板を装置本体の水平方向に配置した下側案内板と前記下側案内板の開口部相当箇所を頂点とする複数の断面視山型案内板を１組またはそれ以上配置して構成されたことを特徴とする１から４のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0021】

７ 前記排ガス処理機構は、前記排気口を覆うように設けた外側気体案内板と前記外側気体案内板の上に設けたフードと、排ガスを吸引するためのファンと前記排ガスを排気側へ導く排ガス管から構成されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0022】

８ 前記フードは、導入される排ガスの流量を調整する流量調整手段を備えていることを特徴とする７に記載の燃焼装置。

【0023】

９ さらに、排気口は第２の流量調整空間を備えその上部にミスト噴射装置またはシャワー噴射装置を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0024】

１０ 前記装置本体に配管された熱媒流路の熱媒の温度に応じて導入する気体およびその量を変化させることを特徴とする１から９のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0025】

１１ 前記燃焼装置は、酸素含有気体の導入により火炎燃焼を行う火炎燃焼モードと、過熱水蒸気の導入により燃焼空間での無炎燃焼モードと、窒素ガス導入後、微量の空気導入による処理物堆積空間における無炎燃焼を行う燻焼モードを切り替えて前記有機性処理物の処理を行うことを特徴とする１から１０のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0026】

１２ 燃焼装置が火炎燃焼モードの際、前記排ガス処理機構からの排ガスを排ガス菅を介して前記空気孔または空気孔とは別個装置本体側面の熱処理空間相当箇所に設けられた貫通孔から装置本体熱処理空間に戻すことを特徴とする１１に記載の燃焼システム。

【0027】

１３ 燃焼装置はさらに外部火炎放出手段を備えており、燃焼装置が火炎燃焼モードの際に、前記通気孔または通気孔とは別個装置本体側面の熱処理空間相当箇所に設けられた貫通孔から外部火炎を装置内部に放射することを特徴とする１１または１２に記載の燃焼システム。

【0028】

１４ 前記気体導入管は、水平方向に処理物堆積空間中の炭化層の下部に下側から上側に気体を噴霧する複数の噴射孔を備えたアタッチメントを備え、前記炭化層で無炎燃焼を行うことを特徴とする１１から１３のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0029】

１５ 前記装置本体の側面は、炭化層の相当する位置に所定間隔で気体導入口を備え、処理物堆積空間中の炭化層で無炎燃焼を行うことを特徴とする１１から１４のいずれか１項に記載の燃焼装置。

【0030】

１６ 前記アタッチメントは、着火手段を有していることを特徴とする１４または１5に記載の燃焼装置。

【0031】

１７ 前記蓄熱系は、少なくとも２つの蓄熱タンクを備えており、前記燃焼装置で加熱された熱媒を前記燃焼装置の上側からの熱媒流路から上り熱媒流路を介して流入する川上側の熱媒タンクと前記川上側の熱媒タンクから熱消費系で消費され冷却された熱媒が流入されそして冷却された熱媒を前記装置本体の下側から下り熱媒流路を介して前記燃焼装置に流入させる川下側の熱媒タンクを備えたことを特徴とする１から１６のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0032】

１８ 前記上り熱媒流路は前記川上側熱媒タンクの上流に膨張タンクを備えることを特徴とする１６に記載の燃焼システム。

【0033】

１９ 前記熱消費系は、スチームタービンによる発電システム、スターリングエンジンによる発電システム、オーガニックランキンサイクルによる発電システム、スターリングクーラーによる冷却システム、温調された空気の供給システム、温調された水の供給システム、過熱水蒸気発生システムおよび雰囲気ガスの加熱システムからなる群から選択された少なくとも１つの熱消費系であることを特徴とする１から１８のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【0034】

２０ 前記各熱媒タンクは、バルブにより接続された少なくとも１つの熱媒タンクと接続され、前記燃焼装置から発生する熱に応じて熱媒タンクを拡縮することを特徴とする１から１９のいずれか１項に記載の燃焼システム。

【発明の効果】

【0035】

本発明によると、所定気体の乱流が発生し絶えず有機性の処理物と接触している燃焼空間を有しているので、通流する気体が酸素含有気体である火炎燃焼を行っている際に非常に高い効率で酸素と処理物が接触して効率的な燃焼が行われる。一方、通流する気体がほとんど酸素を含まないあるいは酸素不含の気体（例えば過熱水蒸気である）無炎燃焼の場合、「熱付与による乾燥」を促進することができる。また、本発明の燃焼システムにおける燃焼装置は、通流する気体を切り替えるあるいは通流を停止することにより同一の装置で火炎燃焼と無炎燃焼の両方を行うことが可能である。

【0036】

また、排ガス調整空間を設けてあるので、微粒子を含む排煙が上側から下側へと案内板を通過するのに従って重い粒子を含む排煙は下方に落下し含まない排煙は上方へと移動する。これによって、重力により排煙中に含まれる微粒子がふるい分けされ、比較的クリーンな排ガスが排気口から排出される。また、火炎燃焼を本発明の燃焼装置で行っている場合、排ガス調整機能により排ガス滞留空間から熱処理空間に落下した煤等の不完全燃焼由来の有機性処理物は、燃焼されるので、特許文献１のように化石燃料を用いた大掛かりな二次燃焼装置を用いなくとも容易に燃焼処理可能である。

【0037】

また、きわめて簡単な構成で排煙をクリーンにすることが可能である。
アタッチメントを備えることにより、あるいはアタッチメントを後付けすることにより、燃焼空間で効率よく有機性の処理物を乾燥させた後、無炎燃焼処理を堆積層中の炭化層で無炎燃焼を効率的に行うことが可能である。

【0038】

さらに、本発明において、このような簡単な構成の燃焼装置に熱媒流路を設けたので燃焼により発生した熱を蓄熱系を経て容易に熱消費系で消費することが可能である。また、熱媒の情報温度は、燃焼モードの変化により調整することができるので安全に使用することが可能である。

【0039】

本発明の燃焼システムを例えば、スチームタービンやオーガニックランキンサイクル（ＯＲＣ）に基づく発電システムに適用した場合、実質的にエネルギを付与しないで（あるいはごく少量のエネルギの付与）でＣＯ２などの排出しない高い効率の発電システムを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明の一実施形態にかかる燃焼システムの概略を示す図面である。

【図2】図１に示す燃焼システムにおける燃焼装置の一実施形態を示す図面である。

【図3】（ａ）は図２のＡ-Ａ断面図であり、（ｂ）～（ｄ）は、本発明の燃焼装置の断面構造の一例を示す図面である。

【図4】図２に示す燃焼装置の熱処理空間を示す図面である。

【図5】本発明の別の一実施形態にかかる燃焼装置を示す図面である。

【図6】図２に示す燃焼装置の排ガス調整空間と排ガス処理空間の一例を示す図面である。

【図7】図２に示す燃焼装置の排ガス調整空間と排ガス処理空間の別の一例を示す図面である。

【図8】図１に示す燃焼装置に設けた熱媒流路を示す図面である。

【図9】（ａ）、（ｂ）は各々図８のＢＢ断面図である。

【図10】図２に示す気体導入管に熱媒流路を設けた実施形態を示す図面である。

【図11】本発明の燃焼システムにおける蓄熱系の一例を示す図面である。

【図12】本発明の燃焼システムにおける熱消費系にスチームタービンによる発電システムを設けた一例を示す図面である。

【図13】本発明の燃焼システムにおける熱消費系にオーガニックランキンサイクルによる発電システムを設けた一例を示す図面である。

【図14】本発明の燃焼システムにおける熱消費系に過熱水蒸気により熱処理を行う燃焼装置を示す図面である。

【図15】本発明の燃焼システムにおいて適用可能な熱消費系の例を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明で使用する用語は、下記の意義を有する。

【0042】

本発明でいう燃焼とは、有機性の処理物に着火して火炎燃焼すること（以下、強制燃焼という）、着火した有機性処理物が自燃すること（以下、自燃という）、有機性の処理物が過熱水蒸気の存在下で無酸素または低酸素状態で燃焼すること（以下、無炎燃焼という）および堆積空間において無酸素または低酸素状態で燃焼すること（以下、燻焼という）。

【0043】

すなわち、本発明では、状況に応じて、強制燃焼モードでの燃焼、自燃モードでの燃焼、無炎燃焼モードでの燃焼および燻焼モードでの燃焼の４種類の燃焼モードで有機性の処理物を燃焼することが可能である。

【0044】

本発明でいう「有機性の処理物」とは、これらの４種類のモードで燃焼する有機性物質を意味し、木材チップ等のバイオマス原料、一般廃棄物、廃タイヤ、廃プラスチック、医療用有機性廃棄物等を意味するだけでなく、石炭等を含むことを意味する。

【0045】

本発明でいう「酸素含有気体」とは、空気、酸素富化空気、酸素等の酸素を主体とした気体であり、磁気化されていても磁気化されていなくともよい。これらの気体は、磁気化されていることが好ましい。なお、磁気化された「酸素含有気体」の負イオンの生成機構は従来技術と同様に周知技術であるのでその説明は省略する。

【0046】

図１に示す通り、本発明の燃焼システムは、装置本体１の上側の側面に配置された投入口２から有機性の処理物を投入して燃焼処理し、燃焼残渣を排出する装置本体の底面に備えた排出口３と、頂部に備えた排ガスの排気口４を有する燃焼装置１００と、燃焼した熱を蓄熱した熱を熱媒を介して受熱し、受熱した熱を蓄熱系を介して熱消費系で消費し冷却した熱媒を蓄熱系２００を介して装置本体１に戻す熱媒を循環させる熱媒流路Ｔからなる熱循環系を備えている。そして、熱消費系３００で消費され冷却された熱媒は、蓄熱系２００から燃焼装置１００へ戻される。

【0047】

（第１実施形態：熱処理空間を備えた燃焼装置）
図２に示す通り、本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１００は、装置本体１の上側所定箇所に配置された投入口２から有機性の処理物を投入して燃焼処理し、燃焼した残渣を排出する装置本体１の底面に備えた排出口３と、燃焼により発生した排ガスを排気する頂部の蓋体４の排気口４１を備えている。なお、蓋体４は、蓋体４を取り外すことにより、スライドさせて開口させることによりあるいは上側に持ち上げることによって内部をメンテナンスする際に用いる。

【0048】

そして、燃焼装置１００は、密閉された上端と気体を圧送するための気体導入口１１を有する下端から構成され、水平方向に所定間隔で配置され気体を旋回流として噴霧する噴射孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃを少なくとも１組有する気体導入管が底面中央から所定の高さで垂直に挿入されている。

【0049】

気体導入管１０は、水平方向に所定間隔で配置され、酸素含有気体を旋回流として噴霧する噴射孔を少なくとも１組有しており、圧送された気体を旋回流として装置本体の中心部から外側へ向かう旋回流として噴霧することにより有機性処理物を熱処理する燃焼空間をS2形成する。燃焼空間S２の下には、熱処理空間Ｓ２で処理された有機性の処理物が堆積する処理物堆積空間Ｓ１が形成される。ここで、熱処理空間Ｓ２で処理された有機性の処理物が堆積する処理物堆積空間Ｓ１とは、火炎燃焼モードや自燃燃焼モードで燃焼する際には、火炎燃焼により燃焼した燃焼残渣（灰等）と未燃焼物（例えば、ガラスやセラミックや金属等の不純物）である。

【0050】

また、熱処理空間Ｓ２の上には燃焼により発生した排ガス（排煙を含む気体）を滞留させ、そしてその滞留時間および流れを調整する排ガス調整空間Ｓ３が形成されている。

【0051】

燃焼装置１００の本体は、図３（ａ）に示す通り、断面形状は、例えば円形であり（すなわち円筒）であることができ、また、図３（ｃ）～（ｄ）に示す通り、四角形、端部が処理された四角形、六角形等、図示しない八角形や楕円形であることができ、本発明の目的効果を発揮できる形状であれば特に限定されるものではない。

【0052】

制作の容易性や後述する酸素含有気体の旋回流を発生しやすさの点から燃焼装置１００の本体の断面形状は円形であることが好ましい。なお、装置本体１の形状は、正面視長方形でもよいが、処理済の残渣を排出するため、下方が狭くなる台形であることが好ましい。

【0053】

図２に示す通り、気体導入管１０は、下端側が図示しない気体圧送手段と接続された気体導入口１１と密閉された上端部からなる管状体である。そして、気体導入管１０は、水平方向に所定間隔で配置された噴射孔を１組以上有している。本実施形態では、図５に示す通り、第１の噴射孔１３ａ，１３ａ、第２の噴射孔１３ｂ，１３ｂ、第３の噴射孔１３ｃ，１３ｃの３組の噴射孔を有している。

【0054】

これら噴射孔の配置は、図４に示す通り、気体圧送手段(図示せず)より圧送された酸素含有気体が装置本体１の内面にあたり一定方向(図３に示す第２の噴射孔１３ｂの場合には時計周り)の旋回流を形成する。

【0055】

一方、本発明の好ましい実施形態においては、噴射孔と噴射孔との間(すなわち噴射孔１３ａ，１３ａと第２の噴射孔１３ｂ，１３ｂとの間、噴射孔１３ｂ，１３ｂと第３の噴射孔１３ｃ，１３ｃとの間の装置本体１側には各噴射孔から噴射して所定方向の旋回流(時計回り)とは逆の旋回流を形成する複数組の第１の気体導入口５ａと複数組の第２の気体導入口５ｂが各々設けられている。この気体導入口５ａは、対応する酸素含有気体導入菅１０側の噴射孔と位相差を有して形成され、気体導入菅１０側の噴射孔と逆方向の旋回流(反時計回り)の旋回流を形成している。

【0056】

このように互いに逆方向の旋回流を形成することにより、燃焼空間Ｓ２では、気体の乱流が発生し、効率よく有機性処理物の熱処理を行うことができる。そのため、本発明では、燃焼空間Ｓ２での強制燃焼モード、自燃モード、無炎燃焼モードにおける「燃焼」または燻焼モードや燃焼前段階における「熱付与による乾燥」を促進することができる。

【0057】

このように構成することで気体の乱流が発生して、強制燃焼モード、自燃モード、無炎燃焼モードの場合、有機性処理物に効率よく対応する気体を付与することで燃焼効率が上昇し、燻焼モードの場合には熱付与による乾燥を効率よく行うことが可能である。また、旋回流の調整により形成した燃焼空間Ｓ２の上に排ガス調整空間Ｓ３を形成する。排ガス調整空間Ｓ３は、例えば下側の気体の流速を上側の気体の流速より若干高めることにより、燃焼空間Ｓ２における気体の流れをやや下側にすることができる。そのため、上昇する排煙を含む排ガスの上昇速度を抑えることができ、排煙を含む排ガスの滞留時間を調整することが可能である。

【0058】

また、排ガス調整空間Ｓ３は、例えば万が一、火炎燃焼を行っている際に、熱処理空間Ｓ２からの炎が排気口５外に出ないような十分な長さで設けることが好ましい。また、排気口の上に、後述する排ガス処理機構４０を設ける際に、防炎ダンパ等を設けてもよい。より詳しくは後述する排ガス調整機構設ける。

【0059】

このようにして構成した本発明の燃焼装置１００に気体を圧送するが、その際に従来技術と同様に気体導入管の入口部分に磁石１２を設けてもよい。磁石１２は、気体導入固定して設けてもよくあるいはアタッチメント等を介して着脱自在に設けることができる。

【0060】

このように磁石１２を設けることによって、導入する気体が磁化されて負イオン化するとともに、負イオン化した気体が燃焼空間Ｓ２で乱流となり、有機性の処理物に作用する。

【0061】

負イオン化した気体を導入すると、酸素含有気体を通流する強制火炎燃焼や自燃燃焼時においては、酸素から強力な酸化力を有する活性酸素が増加して燃焼効率を増加させる効果がある。

【0062】

また、本発明の好ましい実施形態において、本発明の燃焼装置１００はさらに外部火炎放出手段、例えば火炎バーナーを備えており、本発明の燃焼装置１００が強制火炎燃焼モード時で燃焼を行う場合、空気孔４ａまたは好ましくは空気孔４ａとは別個装置本体側面の熱処理空間相当箇所に設けられた図示しない貫通孔から外部火炎を装置内部に放射することができる。このように構成することにより、旋回流や乱流が発生している熱処理空間に補助的な火炎を付与することができ、より効率的な有機性の処理物の処理を行うことができる。

【0063】

この際のバーナーは、酸素ガスや酸素・水素混合ガス、可燃ガス等から適宜選択され、好ましくは通気孔とは別にバーナー用の通気孔を装置本体１に設け自動着火方式のバーナーと接続する。このようにして、火炎バーナーにより強制燃焼をさせた後、有機性処理物が燃焼し始めたら火炎バーナーを切り、自燃モードへと切り替える。

【0064】

過熱水蒸気を通流する無炎燃焼モードにおいては、過熱水蒸気が燃焼空間Ｓ２で乱流となり、通常での過熱水蒸気の拡散よりもより多く拡散して、有機性の処理物に作用する。また、磁石を使用する場合には、過熱水蒸気が磁力により活性力の高いＯＨラジカルが発生して無炎燃焼を促進する。そのため、通常の過熱水蒸気を用いた無炎燃焼と比較して、短時間で有機性の処理物の処理が可能となる。

【0065】

一方、燻焼時においては、処理物堆積空間１０で進行する炭化反応において燻焼ガス中の微粒子が不安定な正イオンとして激しく発生するため、外部から供給される負イオンとクーロン力で急速に結合して酸化反応し、炭化を促進し、燻焼を持続させる。また、被処理物の上方に浮上した乾留ガス中の微粒子も正に帯電していることから、これに負イオンが結合して中和すると、その浮遊性が衰えて凝集し易くなる。

【0066】

また、強制燃焼時または自燃時に空気中の酸素比率を増加した酸素富化空気を導入すると酸素富化燃焼が生じる。酸素富化燃焼とは 空気に純酸素を添加し、空気中の酸素濃度を２１%以上にした支燃性ガスを用いて燃焼効率を高める酸素富化燃焼は、空気燃焼と比べて高い火炎温度が得られるとともに、支燃性ガス中の窒素分を低減する事が出来るため、排ガスとして持ち去られるエネルギを低減することができる。

【0067】

酸素含有気体における酸素濃度は、燃焼方法や非処理物の種類や実際に行っている燃焼の状態に応じて、空気(約２１％)から酸素１００の間で種々に変化させることができる。言い換えると、前記酸素含有気体は、処理対象となる有機性の処理物と、その燃焼状態に応じて空気、種々の酸素濃度の酸素富化空気、酸素から適宜選択できる。

【0068】

また、強制燃焼時または自燃時に、気体導入菅１０から導入する酸素含有気体の導入量は、熱処理の進行に応じて適宜変化させることが可能である。

【0069】

なお、本発明の燃焼装置１００において、燃焼装置１００が強制燃焼モードでまたは自燃モードで火炎燃焼を行っている場合、後述する排ガス処理機構４０からの排ガスを排ガス菅４５を介して空気孔５ａまたは好ましくは空気孔とは別個装置本体側面の熱処理空間相当箇所に設けられた図示しない貫通孔から装置本体１の熱処理空間２０に戻すことができる。

【0070】

このように排ガスを戻すことによって、排ガスを装置本体１から外に放出しない燃焼装置が本発明によってはじめて達成される。そして排ガスを装置本体１の燃焼空間Ｓ２に戻すことによって排ガス中に未燃焼物が存在した場合でもこれを燃焼することができる。したがって、本発明の燃焼装置１００は、通常の燃焼空間Ｓ２での燃焼に加えて排ガス調整空間Ｓ３内の排ガス調整機構３０からの戻り排ガスや排ガス処理機構４０からの戻り排ガスまで多段階で燃焼が可能である。そのため、高い熱量を後述する熱媒に供給することが可能となる。

【0071】

また、無炎燃焼モードにおいては、本発明の燃焼装置１００に所定温度の過熱水蒸気を気体導入管１０の噴射孔および装置本体１の通気孔より所定の流量で通流する。このように過熱水蒸気を通流することにより、装置本体１内の雰囲気は、無酸素または低酸素状態となり、過熱水蒸気による無炎燃焼が進行する。

【0072】

なお、この際の過熱水蒸気の温度および通流量（圧力）は、適宜設定することが可能である。

【0073】

また、無炎燃焼モードにおいては、本発明の燃焼装置１００に所定温度の過熱水蒸気を気体導入管１０の噴射孔および装置本体１の通気孔より所定の流量で通流する。このように過熱水蒸気を通流することにより、装置本体１内の雰囲気は、無酸素または低酸素状態となり、過熱水蒸気による無炎燃焼が進行する。

【0074】

例えば、有機性の処理物を過熱水蒸気の存在下で投入後乾燥してから無炎燃焼する場合、最初は低温で少量の過熱水蒸気を吹き込み、その後過熱水蒸気の温度および吹込み量を増加することができる。

【0075】

本発明の別の実施形態において、本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１で燻焼モードで有機性の処理物を燃焼する場合、すなわち燻焼装置として本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１００Ａとして適用する場合、図５に示す通り、気体導入管１０は、水平方向に処理物堆積空間中の炭化層の下部に下側から上側に酸素含有気体を噴霧する複数の垂直噴射孔２１ａ(図５（ｂ）および（ｃ）参照)を備えたアタッチメント２１を備え、処理物堆積空間中の炭化層で燻焼を行うことが好ましい。

【0076】

このように炭化層に相当する箇所に酸素含有気体、好ましくは磁気化した酸素含有気体を吹き込むので、効率的に燻焼を行うことができる。

【0077】

燻焼を行う本実施形態においては、処理物堆積空間Ｓ１で進行する炭化反応において燻焼ガス中の微粒子が不安定な正イオンとして激しく発生するため、外部から供給される負イオンとクーロン力で急速に結合して酸化反応し、炭化を促進し、燻焼を持続させる。また、被処理物の上方に浮上した乾留ガス中の微粒子も正に帯電していることから、これに負イオンが結合して中和すると、その浮遊性が衰えて凝集し易くなる。

【0078】

また、同様にして本発明の燃焼装置１００Ａにおいて、アタッチメント２１に替えて、あるいは好ましくはアタッチメント２１に加えて装置本体１の側面は、処理物堆積空間Ｓ１中の炭化層に相当する位置に所定間隔で気体導入口を備え、前記炭化層で燻焼を行うことが好ましい。

【0079】

このようにアタッチメント２１を備えることにより、あるいはアタッチメント２１を後付けすることにより、熱処理空間で効率よく有機性の処理物を乾燥させた後、無炎燃焼処理を堆積層中の炭化層で無炎燃焼を効率的に行うことが可能である。

【0080】

さらに、このアタッチメント２１は、着火手段を具備していてもよい。例えば、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示す通り、垂直噴射孔２１ａの近傍に圧電素子とこれに衝撃を加える手段からなる着火手段２１ｂを設けて垂直噴射孔２１ａに可燃ガスを流すことによって着火することができる。例えば、炭化初期に予め種火が存在しないとかなりの排煙を発生するが、このように種火をつくる目的で着火手段は有効である。

【0081】

このように本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１００は、装置本体１の特定箇所に酸素含有気体の旋回流（または旋回流が混じった乱流）状態で有機性処理物を燃焼処理するので（あるいは熱付与して乾燥処理するので）、効率的な燃焼を行うことが可能である。また、同一装置において、酸素含有気体の種類や導入量を変化させて（場合によっては供給を停止して）、火炎燃焼と無炎燃焼の両方の燃焼処理を同一装置で行うことができる。

【0082】

また、本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１００は、所望に応じて燃焼モードを変化させることが可能である。例えば、有機性処理物を燃焼する際に最初に着火して強制燃焼モードで燃焼を行い着火後に炎が安定した際に自燃モードに切り替えることができる。この場合、バーナーによる火炎を停止するだけでモードが強制燃焼モードから自燃モードへ変わる。

【0083】

また、例えば熱媒温度が異常に上昇した場合や熱媒温度の上昇を抑制したい場合など、本発明において強制燃焼・自燃モードから過熱水蒸気雰囲気の無炎燃焼に切り替えることがある。この場合、燃焼モードで使用する気体である酸素含有気体の供給を停止して、代わりに酸素の少ないあるいは無酸素雰囲気にするために過熱水蒸気を供給することにより火炎燃焼から無炎燃焼へモードが切り替わる。モードの切り替えの際に、不完全燃焼状態の有機性の処理物から発生する煙は後述する排ガス調整空間Ｓ３０での滞留と排ガス処理機構４０による処理により処理されるので系外へ有毒な排ガスや二酸化炭素が排出されることはない。

【0084】

また、例えば、有機性の処理物を過熱水蒸気雰囲気下で無炎燃焼して乾燥してから強制燃焼モードや自燃モードに切り替える場合がある。この場合は、導入する気体を加熱水蒸気から酸素含有気体へ切り替え、場合によってはバーナーにより火炎を付与することによってモード変更可能である。

【0085】

同様にして、過熱水蒸気の供給を停止して垂直噴射孔２１ａからの酸素含有気体の供給することによって（場合による着火）無炎燃焼から燻焼に切り替えることも可能である。このように、本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１００は、状況に応じて各種モードで運転を行うことができ、所望に応じてモードを変更することが可能である。

【0086】

また、本発明の燃焼システムにおける燃焼装置１００は、前述の図１から図４に示す所定の燃焼空間を有する燃焼装置の排ガス調整空間Ｓ３において、図６および図７に示すような特定の排ガス調整機能を有していることを特徴としている。

【0087】

排ガス調整空間Ｓ３は、上方に配置した熱媒流路Ｔにより燃焼空間Ｓ３と通気可能に区切られている。 排ガス調整空間Ｓ３は、熱処理空間Ｓ２からの排煙を含む排ガスを上方に導いた後下方に導き、最終的に排気口に導く排ガスの案内板から構成することができる。

【0088】

このように排煙を含む排ガスを上下方向に導く工程で排ガス中に含まれる不完全燃焼により発生する重い粒子は下方に落下して酸素含有気体の乱流が発生している燃焼空間Ｓ２における乱流に巻き込まれて燃焼空間Ｓ２に戻される。そして、これらの不完全燃焼粒子は、火炎燃焼処理においては燃焼空間Ｓ２で再び燃焼される(二次燃焼)。そのため、新たに二次燃焼室を設けなくとも有機性の処理物の燃焼における不完全燃焼により発生する煤等の不完全燃焼物の二次燃焼がこの燃焼空間Ｓ２内にと排ガス調整空間Ｓ３内に設けられた排ガス調整機構を有する本発明で初めて達成される。

【0089】

一方、燻焼モードにおいて、不完全燃焼粒子は最終的には燃焼空間Ｓ２からさらに下方の処理物堆積空間１０まで落下して燻焼（炭化）される。特に、従来技術においては、燻焼においては有機性処理物の投入初期段階に不完全燃焼により煤を伴う排煙が発生して排気されるので、本発明の排ガス調整空間Ｓ３内に設けられた排ガス調整機構を設けることにより、このような煤を伴う排煙の排気を本発明によってはじめて抑制することが可能となった。

【0090】

より具体的には、図６に示す通り排ガス案内板は、断面視上側が開く台形の第１の案内板３１と、装置本体１の頂部（蓋体４）に設けられた断面視上側が開く台形の第２の案内板３２とから構成されている。

【0091】

第１の案内板３１は、熱処理空間から上昇する排煙を含む排ガスの流れを規制するものであり、上端部で水平方向８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは８５％から９５％を徐々に塞いで排煙を含む排ガスを装置本体１の壁面側へと導いている。

【0092】

一方、第２の案内板３２は、第１の案内板３１で装置本体の上方向外側（装置本体１側）に導いた排煙を含む排ガスを下方装置本体中心側に導く案内板である。

【0093】

そのため第２の案内板３２は、上端部(すなわち頂部)で水平方向の８０％以上の断面を覆い、下端部(すなわち、第１の案内板の内側)で第１の案内板３１の水平方向の８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは８５％から９５％の断面を覆うように設けられている。このように構成することにより、第１の案内板３１で装置本体の上方向外側（装置本体１側）に導いた排煙を含む排ガスは、蓋体４側まで上昇した後、下方装置本体中心方丈へと落下した後上方の排気口４１へと導かれる。

【0094】

また、本発明の別の実施形態において、図７に示す通り、排ガス案内板は、所定間隔で開口する複数の断面視谷型の案内板を装置本体の水平方向に配置した下側案内板３１Ａ(第１の下側案内板)と前記下側案内板の開口部相当箇所を頂点とする複数の断面視山型案内板（第１の下側案内板３２Ａ）を１組またはそれ以上配置から構成することができる。

【0095】

図７に示す例では、下側案内板３１Ａ、下側案内板３２Ａ、下側案内板３１Ｂ、下側案内板３２Ｂ２組の案内板を設けている。

【0096】

このように構成することにより、図６に示す排ガス調整空機構と同様に排煙を含む排ガスを上昇と下降を繰り返して排気口４１に導いている。

【0097】

そのため、この上昇と下降の繰り返しの過程において、煤を含む重い排ガスは燃焼空間Ｓ２へと戻され、煤等の不完全燃焼物は再び燃焼処理される。

【0098】

より具体的には、図６に示す実施形態と同様にこのように排煙を含む排ガスを上下方向に導く工程で排ガス中に含まれる不完全燃焼により発生する重い粒子は下方に落下して気体の乱流が発生している燃焼空間Ｓ２における乱流に巻き込まれて燃焼空間Ｓ２に戻される。そして、これらの不完全燃焼粒子は、火炎燃焼処理においては燃焼空間Ｓ２で再び燃焼される(二次燃焼)。そのため、新たに二次燃焼室を設けなくとも有機性の処理物の燃焼における不完全燃焼により発生する煤等の不完全燃焼物の二次燃焼がこの熱処理空間と排ガス調整空間Ｓ３を有する本発明で初めて達成される。

【0099】

一方、無炎燃焼や燻焼において、不完全燃焼粒子は最終的には熱処理空間２０からさらに下方の処理物堆積空間Ｓ１まで落下して燻焼（炭化）される。特に、従来技術においては、無炎燃焼においては有機性処理物の投入初期段階に不完全燃焼により煤を伴う排煙が発生して排気されるので、本発明の排ガス滞留空間Ｓ３内の排ガス調整機構３０を設けることにより、このような煤を伴う排煙の排気を本発明によってはじめて抑制することが可能となった。

【0100】

すなわち、図６および図７に示す排ガス調整機構は、本発明の燃焼装置１００に加えて、既存の燃焼装置や燻焼装置（炭化装置）の排気口の下部へ適用可能である。したがって、このような機構も本発明の範囲内である。なお、本発明の好ましい実施形態において、蓋体４を開口して排ガス調整機構をメンテナンスできるように構成することが好ましい。

【0101】

また、図６に示す通り、本発明の燃焼装置１００は、排ガス調整空間Ｓ３の上には、排ガス処理機構４０を備えることにより燃焼により生じた排ガスを無害化する。

【0102】

図６に示す排ガス処理機構４０は、排気口４１を覆うように設けた外側気体案内板４２と外側気体案内板４２の上に設けたフード４３と、排ガスを吸引するためのファン４４と排ガスを排気側へ導く排ガス管４５から構成されている。

【0103】

このように構成することにより排ガス調整空間Ｓ３内に設けた排ガス調整機構で実質的に煤等の粒子を除去した排ガスを装置本体１外へと排気（またはリサイクル）することができる。

【0104】

なお、フード４３には、導入される排ガスの流量を調整する流量調整手段を備えていることが好ましい。このような流量調整手段として例えばダンパ４１ａ（流量調整ダンパ）やフードを上下へ移動する移動機構等（図示せず）が挙げられる。このように流量調整手段を設けることによって、排ガス調整空間での排ガスの流速を調整することが可能となる。

【0105】

また、本発明の燃焼装置１００外(系外)へ排気された排ガスは、所望に応じて従来周知の方法でさらに浄化することができる。例えば、触媒や活性炭による浄化や、水中への吹込みやスクラバによる処理や特許文献１に記載のような別途設けた燃焼設備、例えば８００℃以上の温度での燃焼すること等が挙げられる。

【0106】

この場合、特許文献１とは異なり、例えば、別途設けた燃焼装置により８００℃以上の高温で熱処理を行う場合でも、排ガス量はごくわずかであり、大掛かりな設備は不要である。本発明の特に好ましい実施形態においては、燃焼装置１００外(系外)へ排気された排ガスは、８００℃以上の温度を有する過熱水蒸気により処理を行う。このように構成すると、無炎燃焼で使用する過熱水蒸気発生装置の配管の取り回しだけで、特別装置をとりつけなくとも排ガス処理が可能となる。

【0107】

また、図７に示す通り、排ガス調整空間３０と同様な流量調整版を排気口４１に配置してさらにごく少量含む煤煙をその上部に備えた下方にミストやシャワーを噴霧する噴霧装置４６で水処理することにより煤煙等は水粒子と同伴した下方に落下する。

【0108】

この場合、第２の下側案内板４１Ｂの谷側頂部は開口せず、その上に配置される上側案内板４１ｃとともに所定の角度の傾斜を持ち水粒子とともに捕捉した煤煙等を下方に流す構成とすることができる。そして例えばこれを図示しない排水口より取り出す構成とすることができる。

【0109】

このように構成することにより、排気口から排出する排ガスを容易に浄化することが可能である。なお、ミスト噴霧またはシャワリングは連続でおこなってもよくあるいは間欠的に行ってもよい。

【0110】

このような構成の排ガス浄化機構５０は、排ガス調整空間機構３０と同様に、本発明の燃焼装置１００に加えて、既存の燃焼装置や燻焼装置（炭化装置）の排気口の下部へ適用可能である。したがって、このような機構も単独であるいは排ガス調整空間部と組み合わせて本発明の範囲内である。

【0111】

本発明の燃焼システムにおける燃焼装置は、図８および図９（ａ）、（ｂ）に示す通り、燃焼によって装置本体１に発生した熱を蓄熱すると同時に装置本体１を冷却するために熱媒が充填された熱媒流路Ｔが装置本体の側面、好ましくは内側面の少なくとも燃焼空間Ｓ２を覆うように配管されている。そして、燃焼空間Ｓ２と排ガス調整空間Ｓ３との境界部分の横断面には、図９（ａ）、（ｂ）に示す通りに排ガスが通気可能に熱媒流路が配管されている。

【0112】

そして装置本体１の上側には熱媒流路Ｔの出口Ｔｏｕｔを介して上り熱媒流路Ｔ１を通り、燃焼により発生した熱を蓄熱した熱い熱媒を蓄熱系２００へ移動させる。一方、熱消費系３００で消費され放熱された冷たい熱媒を下り熱媒流路Ｔ２を通り装置本体１の下側の熱媒流路Ｔの入口Ｔｉｎから装置本体１内の熱媒流路Ｔに流入させる。このようにして、熱媒流路Ｔを通る熱媒が燃焼空間Ｓ２で燃焼により発生した熱を蓄熱して加熱され、蓄熱系２００を経て熱消費系３００へ移動しここで熱を消費して放熱して冷却され、蓄熱系２００を経て再び装置本体１に流入して装置本体１を冷却する熱媒の循環流路としての熱媒流路Ｔが形成される。

【0113】

なお、本発明の特定の実施形態では、図１０に示す通り、気体導入管１０の周囲に熱媒流路Ｔ’を設けることもできる。このように燃焼空間Ｓ２にある気体導入管１０と装置本体１の両方に熱媒流路を設けることにより、装置本体１および気体導入管１０の過熱を防止できるとともに、取り込んだ熱を有効活用することができる。例えば、この循環流路Ｔ’で取り込んだ熱は、水と熱交換して過熱水蒸気製造用の温水として使用することができる。

【0114】

なお、本発明で使用できる熱媒は本発明の目的効果を発揮できるものであれば特に限定されず、熱消費系３００で使用される消費系の消費条件に合わせて適宜決定されるが、本発明で使用する燃焼装置１００が高効率で熱を発生できる装置である点から比較的高い温度で使用可能な熱媒が好ましい。例えば、溶融塩系の高温で使用可能な熱媒やＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＤＯＷＴＨＥＲＭの登録商標で販売されている０℃から４００℃の範囲で使用可能な熱媒油等が本発明で使用可能である。

【0115】

本発明の燃焼装置１で蓄熱された熱媒の熱は、蓄熱系２００を経て熱消費系３００で消費される。消費系３００で熱が消費された熱媒（受熱した熱媒）は、冷却され、熱媒系２００を経て燃焼装置１へと戻される。この際に、蓄熱系２００は、熱時熱媒の入りと冷時熱媒の出を安定化させる機能を有している。すなわち、燃焼装置１で蓄熱される熱媒の量は、一定ではなく絶えず変化している。また、本発明の燃焼システムにおいて、所定温度に冷却された熱を有する（すなわち、蓄熱能力を有する）熱媒を燃焼装置１へ導入するが、熱消費系３００で熱を消費して冷却される量は、熱消費系３００での熱の消費状況により変化する。

【0116】

そのため、図１１に示す通り本発明の燃焼システムにおける蓄熱系２００は、装置本体１からの熱媒を熱消費系３００へ移送するための上り熱媒流路Ｔ１と、上り熱媒流路Ｔ１上に設けられ一定量の熱媒を蓄え所定温度を保持するための蓄熱タンク２０１、熱消費系３００で消費され冷却された熱を装置本体１へ戻すための下り熱媒流路Ｔ２と下り熱媒流路Ｔ２と上に設けられ一定量の熱媒を蓄え所定温度を保持するための蓄熱タンク２０２とから主として構成している。このように安定した熱を有する熱媒を熱消費系３００および燃焼装置１００の装置本体１に供給する。

【0117】

そして、熱媒の熱膨張を防ぐ安全弁の役割を果たす膨張タンク２０３が熱媒タンク２０１の上流に設けられている。また、多量の熱を取り扱う際に蓄熱容量を増加させるための蓄熱タンク２０１’、２０２’を各々バルブＶ１，Ｖ２を介して蓄熱タンク２０１，２０２と各々接続することもできる。このように構成することにより、一時的に多量に付与された熱を蓄えることもできる。

【0118】

図１２～図１４には、熱消費系３００の一例を示した。図１２に示す熱消費系３００は、スチームタービンによる発電システムである。蓄熱タンク２０１を介して上り熱媒流路Ｔ１からの高熱の熱媒は、熱交換器３０１（高温高圧水蒸気発生装置）により加圧された水蒸気としてスチームタービン３０２Ａに作用し、スチームタービン３０２Ａで消費された水蒸気は、コンデンサー３０３Ａにより冷却されて熱交換器３０１へ戻され、再び上り熱媒流路Ｔ１側からの高熱の熱媒により加熱されて加圧された水蒸気としてスチームタービン３０２Ａに作用する。一方、熱交換器３０１により熱を奪われ冷却された熱媒は、下り熱媒流路Ｔ２を通って蓄熱タンク２０２を介して燃焼装置１００へと戻される。

【0119】

本発明においては、簡単な構成で燃焼効率が高く（すなわち、多量の熱を付与できる）燃焼装置により発生した熱を有効利用して発電システムを構築することが可能である。しかも、蒸気ボイラーによる発電とは異なりＣＯ２を排出することなく、一般廃棄物のような廃棄物や木材チップのようなバイオマス原料を燃料とし効率よく発電を行うことができる。特に自燃モードにより有機性の処理物を燃焼させることにより、実質的にエネルギを使用しないで発電を行うことが可能となる。

【0120】

図１３に示す実施形態は、図１２に示す実施形態において発電システムをオーガニックランキンサイクル（ＯＲＣ）方式としたものである。スチームタービンにおいて水蒸気を循環させたのに対してＯＲＣにおいてはシリコンオイル等の有機オイルを媒体として使用した点が以外は同様であるので説明は省略する。本発明においては、簡単な構成で燃焼効率が高く（すなわち、多量の熱を付与できる）燃焼装置により発生した熱を有効利用して発電システムを構築することが可能である。また、バイオマスボイラー等により燃焼する場合と比較してＣＯ２の発生もなく効率的に熱付与できる点や自燃式で実質的に燃料を使用しない点や廃棄物やプラスチック等の幅広い有機性の処理物に対応している点で本実施形態の発電システムは、優れている。

【0121】

その他、本発明の燃焼システムにおける熱消費系としては図１４に示す通り、過熱水蒸気発生システムを構築することができ、実質的に消費エネルギ無しで操作するこれに基づいた別の無炎式燃焼装置を構築することができる。

【0122】

さらに、本発明の燃焼システムにおいて蓄熱系２００に蓄熱された熱は、発電システム以外、熱水や冷水として給水/給湯システムとして、温風や冷風として温調システムとして、殺菌システムとして適用できる他、過熱水蒸気や窒素等の雰囲気ガスの加熱やスターリングクーラーを介した冷凍・冷蔵システムとして、実質的に外部エネルギが不要な（必要としてもごく少量なエネルギで動作する）燃焼システムに基づいて構築することが可能となる。

【符号の説明】

【0123】

Ｓ１ 処理物堆積空間
Ｓ２ 燃焼空間
Ｓ３ 排ガス調整空間
Ｔ 熱媒流路
Ｔｏｕｔ 熱媒出口
Ｔｉｎ 熱媒入口
Ｔ１ 上り熱媒流路
Ｔ２ 下り熱媒流路
１ 装置本体
２ 投入口
３ 排出口
４ 蓋体
５ａ 第１の気体導入口
５ｂ 第２の気体導入口
１０ 気体導入管
１１ 気体導入口
１２ 磁石
１３ａ，１３ａ 第１の噴射孔
２１ａ 垂直噴射孔
２１ｂ 着火手段
３０ 排ガス調整機構
３１ 第１の案内板
３２ 第２の案内板
４１ 排気口
４１ａ 流量調整手段（ダンパ）
４２ 外側気体案内板
４３ フード
４４ ファン
４５ 排ガス管
４６ 噴霧装置
１００ 燃焼装置
２００ 蓄熱系
３００ 熱消費系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】