特許 7344598 連続炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(54)【発明の名称】連続炉

(51)【国際特許分類】

   F27B 9/10 20060101AFI20230907BHJP

   F27D 15/00 20060101ALI20230907BHJP

   F27B 9/38 20060101ALI20230907BHJP

   F27B 9/39 20060101ALI20230907BHJP

   F27D 7/06 20060101ALI20230907BHJP

   B09B 3/40 20220101ALN20230907BHJP

   B09B 101/75 20220101ALN20230907BHJP

【ＦＩ】

F27B9/10

F27D15/00 Z

F27B9/38

F27B9/39

F27D7/06 B

B09B3/40

B09B101:75

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022081896

(22)【出願日】2022-05-18

【審査請求日】2022-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】522198760

【氏名又は名称】株式会社Ｆｅｅｌ

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100158964

【弁理士】

【氏名又は名称】岡村 和郎

(72)【発明者】

【氏名】赤田 衆

【審査官】國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】登録実用新案第３１７４１３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－１１５４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ ５／００－ ９／４０

Ｆ２７Ｄ ３／００－１５／０２

Ｂ０９Ｂ １／００－ ５／００

Ｂ０９Ｃ １／００－ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を加熱する連続炉であって、
前記対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、
前記対象物を前記加熱部に投入する投入部と、
前記加熱部によって加熱された前記対象物を排出する排出部と、を備え、
前記投入部は、水中の前記対象物を前記加熱部へ搬入する搬入装置を含み、
前記排出部は、前記加熱部によって加熱された前記対象物を水中へ投下させる投下部を含む、連続炉。

【請求項2】

前記排出部は、前記投下部によって水中へ投下された前記対象物を水中から搬出する搬出装置を含む、請求項１に記載の連続炉。

【請求項3】

前記加熱部の内部の空間と前記搬入装置の内部の空間とが繋がっている、請求項１に記載の連続炉。

【請求項4】

前記搬入装置の内部の空間と前記投下部の内部の空間とが繋がっている、請求項１に記載の連続炉。

【請求項5】

対象物を加熱する連続炉であって、
前記対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、
前記対象物を前記加熱部に投入する投入部と、
前記加熱部によって加熱された前記対象物を排出する排出部と、を備え、
前記投入部は、水中の前記対象物を前記加熱部へ搬入する搬入装置を含み、
前記加熱部に過熱水蒸気を導入する過熱器を備える、連続炉。

【請求項6】

対象物を加熱する連続炉であって、
前記対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、
前記対象物を前記加熱部に投入する投入部と、
前記加熱部によって加熱された前記対象物を排出する排出部と、を備え、
前記投入部は、水中の前記対象物を前記加熱部へ搬入する搬入装置を含み、
前記対象物から生じた溶融物を収容する第１タンクを備える、連続炉。

【請求項7】

対象物を加熱する連続炉であって、
前記対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、
前記対象物を前記加熱部に投入する投入部と、
前記加熱部によって加熱された前記対象物を排出する排出部と、を備え、
前記投入部は、水中の前記対象物を前記加熱部へ搬入する搬入装置を含み、
前記対象物から生じたガスを収容する第２タンクを備える、連続炉。

【請求項8】

対象物を加熱する連続炉であって、
前記対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、
前記対象物を前記加熱部に投入する投入部と、
前記加熱部によって加熱された前記対象物を排出する排出部と、を備え、
前記投入部は、水中の前記対象物を前記加熱部へ搬入する搬入装置を含み、
前記搬入装置の内部に位置する水面の位置が、前記搬入装置の周囲に位置する水面の位置よりも低い、連続炉。

【請求項9】

前記投下部の内部に位置する水面の位置が、前記投下部の周囲に位置する水面の位置よりも低い、請求項１に記載の連続炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃棄物などの対象物を加熱する連続炉に関する。本発明は特に、金属及び樹脂を含む廃棄物を加熱することにより、廃棄物に含まれる樹脂を溶融させて回収する連続炉に関する。

【背景技術】

【0002】

廃棄物に含まれる樹脂を溶融させて回収する装置は、油化装置とも呼ばれる。様々な方式の油化装置が提案されている。例えば、樹脂を溶融させて回収するだけでなく、残った有機物を炭化させる複合油化装置が提案されている。また、油化装置の大型化への要求に応えるため、連続炉を用いた油化装置も提案されている。連続炉は、廃棄物などの対象物を炉の内部で移動させながら連続的に対象物を加熱する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－３３３３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

油化装置の大型化や複合化が進むと、内部の雰囲気の制御の難易度が高くなる。この点を考慮し、可動のシャッターや蓋などを用いて内部を複数の空間に区画することが提案されている。しかしながら、機械的に可動する構成要素が増えるほど、熱変形に起因する故障、人為的ミスに起因する事故のリスクなどが高くなる。このようなリスクは、装置が大型になるほど、また装置の内部の温度が高くなるほど、高くなる。

【0005】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、高い安全性を実現できる連続炉を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、対象物を加熱する連続炉であって、
前記対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、
前記対象物を前記加熱部に投入する投入部と、
前記加熱部によって加熱された前記対象物を排出する排出部と、を備え、
前記投入部は、水中の前記対象物を前記加熱部へ搬入する搬入装置を含む、連続炉である。

【0007】

本発明による連続炉において、前記排出部は、前記加熱部によって加熱された前記対象物を水中へ投下させる投下部を含んでいてもよい。

【0008】

本発明による連続炉において、前記排出部は、前記投下部によって水中へ投下された前記対象物を水中から搬出する搬出装置を含んでいてもよい。

【0009】

本発明による連続炉において、前記加熱部の内部の空間と前記搬入装置の内部の空間とが繋がっていてもよい。

【0010】

本発明による連続炉において、前記搬入装置の内部の空間と前記投下部の内部の空間とが繋がっていてもよい。

【0011】

本発明による連続炉は、前記加熱部に過熱水蒸気を導入する過熱器を備えていてもよい。

【0012】

本発明による連続炉は、前記対象物から生じた溶融物を収容する第１タンクを備えていてもよい。

【0013】

本発明による連続炉は、前記対象物から生じたガスを収容する第２タンクを備えていてもよい。

【0014】

本発明による連続炉において、前記搬入装置の内部に位置する水面の位置が、前記搬入装置の周囲に位置する水面の位置よりも低くてもよい。

【0015】

本発明による連続炉において、前記投下部の内部に位置する水面の位置が、前記投下部の周囲に位置する水面の位置よりも低くてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、連続炉の安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】連続炉の一例を示す図である。

【図2】連続炉の加熱部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施形態に係る連続炉について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。図面の寸法比率は、説明の都合上、実際の比率とは異なる場合がある。また、構成の一部が図面から省略される場合がある。

【0019】

連続炉
図１は、連続炉１の一例を示す図である。連続炉１は、廃棄物などの対象物を加熱する。対象物は、樹脂などの有機物を含む。対象物は、有機物に加えて金属を含んでいてもよい。廃棄物などの対象物は、連続炉１によって加熱処理されることにより、有機物と金属とに分離されて回収され得る。有機物は、さらに、溶融樹脂と炭化物とに分離されて回収されてもよい。

【0020】

連続炉１は、加熱部１０、投入部２０及び排出部３０を少なくとも備える。連続炉１は、過熱器４０、第１タンク５０、第２タンク６０などを更に備えていてもよい。

【0021】

（加熱部）
加熱部１０は、対象物を搬送しながら加熱する。加熱部１０は、筒状の炉壁１１と、炉壁１１の内部に位置する搬送装置１２と、を含む。搬送装置１２は、対象物を加熱部１０の上流側（図１における右側）から下流側（図１における左側）へ搬送する。搬送装置１２は、例えば、軸１３と、軸１３に螺旋状に取り付けられた羽根１４と、を含む。軸１３が回転することにより、矢印Ａ３で示すように、対象物が下流側へ搬送される。

【0022】

炉壁１１の下面は、下流側から上流側に向かうにつれて下方へ変位するよう傾いていてもよい。これにより、対象物から生じた溶融樹脂が炉壁１１の下面に沿って下流側から上流側へ流れることができる。水平面に対する炉壁１１の下面の傾斜角度は、例えば５度以上１０度以下である。

【0023】

炉壁１１は、セラミックによって構成されていてもよい。これにより、炉壁１１の耐食性を高めることができる。また、後述するように電磁誘導を利用する場合に、炉壁１１を効率よく加熱できる。

【0024】

（投入部）
投入部２０は、対象物を加熱部１０に投入する。投入部２０は、水５の中を通った対象物を加熱部１０へ搬入するよう構成されている。例えば、矢印Ａ１で示すように、大気中にある対象物は、第１貯水槽３に貯えられた水５の中に第１水面Ｓ１から投入される。投入部２０は、水中の対象物を加熱部１０へ搬入する搬入装置２１を含む。搬入装置２１は、炉壁１１の上流部分に接続された導入パイプ２２と、導入パイプ２２の内部に位置する軸２３及び羽根２４と、を含む。導入パイプ２２は、炉壁１１から水５に向かって下方へ延びている。水５は導入パイプ２２の内部にも浸入しており、導入パイプ２２の内部に第２水面Ｈ２が位置している。

【0025】

軸２３が回転することにより、矢印Ａ２で示すように、水５の中の対象物が軸２３に沿って上方へ搬送されて第２水面Ｈ２から取り出され、炉壁１１の内部に搬入される。第２水面Ｈ２は、加熱部１０の内部の雰囲気に接している。

【0026】

複数の対象物の隙間に存在していた空気の大半は、水５の中で泡となって大気に戻る。このため、空気が加熱部１０の内部に入ることを抑制できる。

【0027】

水５を利用することにより、加熱部１０の内部の雰囲気を大気から遮断できる。このため、加熱部１０の内部の雰囲気における酸素の濃度を低減できる。これにより、対象物に含まれる有機物が分解して燃焼や爆発が生じることを抑制できる。

【0028】

加熱部１０の内部の雰囲気が水５によって大気から遮断されているので、搬入装置２１の内部の空間を、加熱部１０の内部の空間と繋げることができる。例えば、搬入装置２１と加熱部１０との間に、可動のシャッターや蓋などの、機械的に可動する構成要素を設置する必要がない。このため、機械的に可動する構成要素の固着、詰まり、変形などに起因する故障や事故が生じることを抑制できる。

【0029】

（排出部）
排出部３０は、加熱部１０によって加熱された対象物を連続炉１から排出する。例えば、排出部３０は、矢印Ａ４で示すように、加熱部１０によって加熱された対象物を、第２貯水槽４に貯えられた水５の中へ投下させる投下部３１を含む。投下部３１は、例えば、炉壁１１の下流部分に接続されたパイプを含む。パイプは、炉壁１１から水５に向かって下方へ延びている。第２貯水槽４と上述の第１貯水槽３とは、繋がっていてもよい。水５は投下部３１の内部に浸入していてもよい。この場合、投下部３１の内部に第３水面Ｈ３が位置している。

【0030】

また、排出部３０は、投下部３１によって水５の中へ投下された対象物を水５の中から搬出する搬出装置３２を含む。搬出装置３２は、水５の中から上方へ延びる排出パイプ３３と、排出パイプ３３の内部に位置する軸３４及び羽根３５と、を含む。排出パイプ３３の上端は、第４水面Ｈ４よりも上方に位置している。軸３４が回転することにより、矢印Ａ５で示すように、水５の中の対象物が軸３４に沿って上方へ搬送されて第４水面Ｈ４から取り出され、連続炉１の外部に排出される。第４水面Ｈ４は、大気に接している。

【0031】

投下部３１の内部の空間は、搬入装置２１の内部の空間と繋がっていてもよい。例えば、搬入装置２１と投下部３１との間に、可動のシャッターや蓋などの、機械的に可動する構成要素が存在していなくてもよい。これにより、機械的に可動する構成要素の固着、詰まり、変形などに起因する故障や事故が生じることを抑制できる。

【0032】

（過熱器）
過熱器４０は、加熱部１０に過熱水蒸気を導入する。過熱器４０によって生成された過熱水蒸気は、炉壁１１の下流部分に接続された吸気管４１を介して炉壁１１の内部に導入される。過熱水蒸気は、矢印Ｂで示すように、加熱部１０の内部で下流側から上流側へ流れる。過熱水蒸気が流れる向きは、対象物が搬送される向きの反対である。過熱水蒸気を用いることにより、対象物を迅速に加熱できる。

【0033】

（第１タンク）
第１タンク５０は、対象物から生じた溶融物を収容する。第１タンク５０は、第１接続管５１を介して加熱部１０に接続されている。第１接続管５１は、上流側に位置する炉壁１１の下面に接続されている。加熱部１０において対象物から生じた溶融樹脂が、第１接続管５１を介して第１タンク５０へ流れ込む。

【0034】

（第２タンク）
第２タンク６０は、対象物から生じたガスを収容する。第２タンク６０は、第１出口６２を介して加熱部１０に接続されている。第１出口６２は、上流側に位置する炉壁１１の上面に接続されている。加熱部１０において対象物から生じたガスが、第２接続管６１を介して第２タンク６０へ流れ込む。

【0035】

第２タンク６０は、ガス分解部を含んでいてもよい。ガス分解部は、熱として利用され得るガスの成分を抽出する。熱として利用され得るガスの成分は、第１出口６２から排出される。その他の成分は、第２出口６３から排出される。

【0036】

処理方法
連続炉１を用いて廃棄物などの対象物を加熱処理する方法を説明する。

【0037】

対象物は、矢印Ａ１で示すように、大気に接する第１水面Ｈ１から水５の中に投入される。水５の中の対象物は、矢印Ａ２で示すように、投入部２０によって水５の中から取り出され、第２水面Ｈ１を通って加熱部１０に投入される。

【0038】

図２は、加熱部１０を示す図である。加熱部１０に投入された対象物は、矢印Ａ３で示すように、搬送装置１２によって上流側から下流側へ搬送される。加熱部１０の内部には、矢印Ｂで示すように、過熱水蒸気が下流側から上流側へ流れている。対象物は、上流側から下流側へ搬送されている間に、過熱水蒸気によって加熱される。過熱器４０から加熱部１０に導入される過熱水蒸気の温度は、例えば５００℃以上８００℃以下である。

【0039】

炉壁１１から投下部３１へ落下する直前の対象物に向けて過熱水蒸気が噴射されるよう、連続炉１が構成されていてもよい。例えば、吸気管４１は、投下部３１よりも下流側の位置で炉壁１１に接続されていてもよい。

【0040】

上流側から下流側へ搬送されている対象物の温度が、対象物に含まれる樹脂の融点よりも高くなると、矢印Ｃ１で示すように、樹脂が溶融して対象物から分離される。加熱部１０のうち対象物中の樹脂の溶融が生じる区間のことを、溶融区間とも称し、符号Ｒ２で表す。溶融区間Ｒ２における加熱部１０の雰囲気の温度は、例えば２００℃以上３５０℃以下である。搬送装置１２の軸１３の端部は、溶融区間Ｒ２に位置していてもよい。

【0041】

溶融区間Ｒ２における加熱部１０の内部空間の高さＫ１は、可能な限り小さいことが好ましい。例えば、高さＫ１が、搬送装置１２の羽根１４の直径Ｋ２の２倍以下であることが好ましい。これにより、加熱部１０の内部において対象物の間の隙間を流れる過熱水蒸気の流速を高めることができる。流速が高いほど、炉壁１１の下面と上面との間の温度差が低減される。このため、加熱部１０の雰囲気温度を精度よく調整できる。また、調整に要する時間を低減できる。

【0042】

溶融区間Ｒ２の上流側に位置する加熱部１０の区間のことを、予熱区間とも称し、符号Ｒ１で表す。予熱区間Ｒ１における加熱部１０の雰囲気の温度は、例えば２００℃以下である。上述の第１接続管５１及び第２接続管６１は、予熱区間Ｒ１において炉壁１１に接続されている。

【0043】

溶融区間Ｒ２の下流側に位置する加熱部１０の区間のことを、ガス化区間とも称し、符号Ｒ３で表す。ガス化区間Ｒ３における加熱部１０の雰囲気の温度は、例えば３５０℃以上である。上述の吸気管４１は、ガス化区間Ｒ３において炉壁１１に接続されている。

【0044】

溶融した樹脂は、矢印Ｃ２で示すように、炉壁１１の下面に沿って上流側へ流れる。その後、溶融した樹脂は、第１接続管５１を介して第１タンク５０へ流れ込む。加熱部１０は、予熱区間Ｒ１に位置する炉壁１１の温度を制御する温度制御器１５を含んでいてもよい。温度制御器１５は、例えば、予熱区間Ｒ１において炉壁１１の外面又は内部に設けられた熱媒体を含む。熱媒体は、例えば電磁誘導によって炉壁１１を加熱する。これにより、溶融区間Ｒ２から予熱区間Ｒ１を通って第１接続管５１に至る間に、炉壁１１に沿って流れる樹脂が固化することを抑制できる。

【0045】

矢印Ｄ１で示すように、対象物に含まれる、低い沸点を有する材料が昇華してガスが生じることがある。ガスは、矢印Ｄ２で示すように、過熱水蒸気の流れに乗って上流側へ流されて、第２接続管６１へ流入する。

【0046】

ガス化区間Ｒ３においては、３５０℃以下の融点を有する樹脂が分離された後の対象物が、高温の過熱水蒸気によって加熱される。対象物は、金属、有機物などの固形物を含む。ガス化区間Ｒ３においては、有機物が炭化されてもよい。金属、炭化された有機物などの固形物は、矢印Ａ４で示すように、投下部３１から水５の中へ投下される。その後、搬出装置３２によって固形物が連続炉１の外部へ排出される。

【0047】

ガス化区間Ｒ３においては、高温の過熱水蒸気が固形物との間で熱交換を行うことにより、過熱水蒸気の温度が急激に低下する。好ましくは、過熱水蒸気の温度は、樹脂の溶融が完了する地点、例えば溶融区間Ｒ２とガス化区間Ｒ３の間の境界付近で、３５０℃以下まで低下する。溶融区間Ｒ２及びガス化区間Ｒ３における加熱部１０の雰囲気の温度は、過熱器４０において生成される過熱水蒸気の温度と、過熱器４０から加熱部１０へ導入される過熱水蒸気の流量とによって調整されてもよい。温度制御器１５によって調整される炉壁１１の温度は、一定に維持されてもよい。

【0048】

過熱水蒸気を用いて加熱部１０の雰囲気を制御することにより、雰囲気温度を精度よく調整できる。これにより、溶融区間Ｒ２において材料が昇華してガスが生じることを抑制できる。

【0049】

（本実施の形態の効果）
本実施の形態においては、連続炉１の上流側において、加熱部１０の内部の雰囲気が水５によって外気から遮断されている。これにより、酸素を除去するための処理室を加熱部１０の上流側に設けることなく、加熱部１０に酸素が流入することを抑制できる。このため、連続炉１の構成を簡略化できる。例えば、搬入装置２１と加熱部１０との間に、可動のシャッターや蓋などの、機械的に可動する構成要素を設置する必要がない。このため、機械的に可動する構成要素の固着、詰まり、変形などに起因する故障や事故が生じることを抑制できる。

【0050】

また、加熱部１０の内部の空間が、搬入装置２１の内部の第２水面Ｈ２まで連続的に続いているので、加熱部１０の内部の雰囲気の圧力の変化に応じて、第２水面Ｈ２が上下に変位できる。例えば、加熱部１０の内部の雰囲気の圧力が上昇すると、図１に示すように、第２水面Ｈ２の位置が、大気に接する第１水面Ｈ１の位置よりも低くなる。このように、連続炉１による加熱処理の間の、加熱部１０の内部の雰囲気の圧力の変化を、第２水面Ｈ２の位置の変化によって緩和できる。これにより、加熱部１０の上流側から排出される過熱水蒸気の圧力の安定性を高めることができる。従って、加熱部１０の内部の温度をより精度良く調整できる。

【0051】

また、本実施の形態においては、連続炉１の下流側においても、加熱部１０の内部の雰囲気が水５によって外気から遮断されている。これにより、下流側から加熱部１０に酸素が流入することを抑制できる。また、加熱部１０の内部の空間が、投下部３１の内部の第４水面Ｈ４まで連続的に続いているので、加熱部１０の内部の雰囲気の圧力の変化に応じて、第４水面Ｈ４が上下に変位できる。例えば、加熱部１０の内部の雰囲気の圧力が上昇すると、図１に示すように、第３水面Ｈ３の位置が、大気に接する第４水面Ｈ４の位置よりも低くなる。このため、連続炉１による加熱処理の間の、第３水面Ｈ３の位置の変化によっても、加熱部１０の内部の雰囲気の圧力の変化を緩和できる。

【0052】

（対象物）
連続炉１によって加熱処理される対象物の特徴の例を以下に列挙する。対象物は、下記の特徴（１）～（１０）のうちの１つを有していてもよく、複数を有していてもよい。
（１）対象物は、金属及び合成樹脂からなる。
（２）対象物は、炭化する有機物及び合成樹脂からなる。
（３）対象物は、搬送装置１２の羽根１４の直径Ｋ２の１／３以下の粒径を有する複数の粒を含む。
（４）対象物は、（３）の特徴を有するよう破砕された状態で連続炉１に投入される。
（５）対象物は、水５に溶けない性質を有する。
（６）対象物は、液状ではなく固形である。
（７）対象物は、水５に沈む性質を有する。
（８）対象物は、連続炉１の内部で搬送される間に破砕されて粉体にならない程度の凝集力を有する。
（９）対象物における水分の含有率が１０重量％以下。
（１０）対象物の間の隙間に過熱水蒸気が通りやすい。

【符号の説明】

【0053】

１ 連続炉
３ 第１貯水槽
４ 第２貯水槽
５ 水
１０ 加熱部
１１ 炉壁
１２ 搬送装置
１３ 軸
１４ 羽根
１５ 温度制御器
２０ 投入部
２１ 搬入装置
２２ 導入パイプ
２３ 軸
２４ 羽根
３０ 排出部
３１ 投下部
３２ 搬出装置
３３ 排出パイプ
３４ 軸
３５ 羽根
４０ 過熱器
４１ 吸気管
５０ 第１タンク
５１ 第１接続管
６０ 第２タンク
６１ 第２接続管
６２ 第１出口
６３ 第２出口

【要約】

【課題】連続炉の安全性を高める。
【解決手段】対象物を加熱する連続炉は、対象物を搬送しながら加熱する加熱部と、対象物を前記加熱部に投入する投入部と、加熱部によって加熱された対象物を排出する排出部と、を備える。投入部は、水中の対象物を加熱部へ搬入する搬入装置を含む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】