小型离子分解型熔融炉 【技术领域】
本发明涉及以日常生活垃圾、塑料、废液、废油等垃圾为主，还可焚烧、熔融金属等废弃物的小型离子分解型熔融炉。
背景技术
对于在1000℃以上的高温下熔融并处理垃圾、焚烧灰等焚烧对象物的焚烧炉，有表面方式、旋回流方式、底焦方式、电弧方式、等离子体方式、电阻方式、诱导加热方式等各种方式。这些方式的熔融温度均是在1000℃～1500℃程度。
作为可产生更高温度的焚烧炉，有本发明者先前开发并申请专利的专利第3,034,461号的焚烧炉。在这种焚烧炉中，从设置在焚烧炉本体中的离子火焰发生装置(离子炉)起动直到在1800℃以下灯油燃烧并产生阳离子火焰、之后当超过1800℃时起金属粉末混合油燃烧并产生阳离子，其后当超过2500℃时起水也燃烧，超过4000℃就产生强有力的阳离子火焰。该阳离子火焰喷射至焚烧炉内并封闭成环状，焚烧炉的内部温度保持在4000～4500℃程度。在这状态下，当将焚烧对象物投入至垃圾投料料斗中时，该焚烧对象物在焚烧炉本体内下落的期间，暴露于焚烧炉本体内的阳离子火焰和微波以及它们产生的热下以至于在短时间内分解、熔融、变成高温的熔融物，使得积集成熔融体。
前述焚烧炉具有能够快速地处理焚烧对象物、处理能力高的有利点，虽然没有特别的缺点，但是具有由于大型引起的移动困难，处理费事的困难点。
除了前述的之外，还有使用磁控管的焚烧炉，但是其是在例如投入20千克垃圾之后，施加从磁控管产生的微波2450MHz(功率2.5千瓦)地场合，在40～60分钟内上升至温度800～1100℃的界限，因此熔融金属(铁)的情况是不可能的。
本发明的目的是提供一种小型、但分解熔融能力高，不但可熔融、焚烧日常生活垃圾、还可熔融、焚烧金属，并可移动、操作处理容易的小型离子分解型熔融炉。
【发明内容】
本发明的小型离子分解型熔融炉设置了在焚烧垃圾等焚烧对象物的焚烧炉本体1中产生微波的磁控管2，在焚烧炉本体1内部喷射火焰的离子火焰发生装置，使来自磁控管2的微波和来自离子火焰发生装置3的离子气体(离子火焰)共鸣(共振)从而使焚烧炉本体1内高温化，通过活性化的离子(+)(-)分解、熔融焚烧炉本体1内的废弃物。而且，在焚烧炉本体1的外侧还设置tokamak(使用环状磁场而封闭入高温等离子体的装置)4，通过该tokamak 4反射焚烧炉本体1内的带电粒子(反射线)、电磁波并汇集在焚烧炉本体1内的中心，从而离子浓度提高、由此等离子体浓度提高，使得分解效率上升。另外，焚烧炉1的上部的投入口5由盖6自由地开闭，可通过电动式开闭机7开闭盖6。在任何情况下，均可使得焚烧炉1内的温度保持在1800℃～2000℃。
本发明的小型离子分解型熔融炉是使前述小型离子分解型熔融炉8同冷却槽9和排气处理槽10组合，依次连接小型离子分解型熔融炉8的焚烧炉本体1—冷却槽9—排气处理槽10，来自焚烧炉本体1的炉渣由冷却槽9冷却，此时产生的排气流入至排气处理槽10中，使得该排气中的有害物质吸着在排气处理槽10内的排气吸着体11上从而将其除去。而且，将焚烧炉1和排气处理槽10收纳在一个罩壳14内，在排气处理槽10中设置外气导入鼓风机12和排气扇13。而且，在前述焚烧炉本体1的炉壁20中混入水晶和受体级添加物两者。
【附图说明】
图1是本发明的小型离子分解型熔融炉的一例子的斜视图。
图2是图1的小型离子分解型熔融炉的纵断面图。
图3是图1的小型离子分解型熔融炉的横断面图。
图4是图1的小型离子分解型熔融炉中的焚烧炉本体的横断面图。
图5是图1的小型离子分解型熔融炉中的tokamak的说明图。
图6A是图1的小型离子分解型熔融炉中的焚烧炉本体的喇曼效应的说明图，图6B是焚烧炉本体的压电效应说明图。
图7A是本发明的小型离子分解型熔融炉中的离子炉的纵断面图，图7B是正面图。
图8是本发明的小型离子分解型熔融炉的说明图。
图9是本发明的小型离子分解型熔融炉的另一例子的平面说明图。
图10是是本发明的小型离子分解型熔融炉的另一例子的横面说明图。
【具体实施方式】
(实施形态1)
基于图1～图8对本发明的小型离子分解型熔融炉的第一实施形态进行说明。这些图的小型离子分解型熔融炉8是在焚烧炉本体1的四周壁上设置四个磁控管2，在覆盖在焚烧炉本体1的上部的投入口5上的盖6上朝下地安装离子火焰发生装置(离子炉)3，在相同的焚烧炉本体1上设置6台tokamak 4。前述四个磁控管2是如图3所示安装焚烧炉本体1的四周壁的不相向的位置，前述六台的tokamak 4是如图3所示在焚烧炉本体1的外周上设置四个，如图5所示在焚烧炉本体的上部和下部各设置一个。
焚烧炉本体1的炉壁20是通过在能耐受4500℃程度的高温的耐火物例如耐火性粒料中混合矾土水泥或磷酸等水硬剂、水晶、受体级添加物而成的可铸耐火材料，形成为图2、图4所示的圆筒状。其外侧按照图4、图6A所示用铝或不锈钢等反射材21被覆，其外侧由绝缘材料22被覆，其外侧再由铁板或其它金属材料的罩壳23被覆。前述受体级(acceptor rank)是指作为氧化物半导体的电子高速转移，该物质全体保持负的电荷。当在焚烧炉本体1的炉壁20中混合水晶或受体级添加物时，可得到水晶的压电效应(对水晶的结晶体施加电冲击而产生振动：图6B)和由于受体级添加物放出二次电子引起的喇曼效应(当遇到入射波时，反射与入射波的频率不同的频率的波的效应：图6A)。
焚烧炉本体1可以氧化铝和水晶为主要成分，按受体级混合其它添加物而制成。焚烧炉本体1的尺寸可以任意地选择，但如果是例如直径为1.2米、高度为1.5米程度的圆筒状，移动容易、操作处理容易。如图2所示，在焚烧炉本体1的底部有炉渣排出口24，上方有投入口5，在该投入口5上被覆有盖6，盖6是按照图8所示的样子通过卷上机例如绞车等电动式开闭机7的操作自动地开闭。在该盖6上朝下地安装(火焰喷出口向着焚烧炉本体1)离子炉3。
前述离子炉是以丙烷气作为燃料，例如使用30千卡左右。离子炉3是如图7A和图7B所示在圆筒状的脉冲磁场发生部30的前部，突出设置直径更小的细长筒状罩壳31，在罩壳31的内侧中心部配置燃料烟雾化器32。罩壳31是由强磁性金属(铁、镍、钴等)制作成，在其内周面上配置火焰接触电离材33。
前述火焰接触电离材33是通过在氧化氛围气中使在光活性物质中配合磁性体而成的组合物结晶而制造。所示光活性物质是硒、镉、钛、锂、钡、铊等单体、和它们的氧化物、硫化物、卤化物等化合物，磁性体是强磁性体(铁、镍、钴及其化合物)、或常磁性体(锰、铝、锡和它们的化合物)、反磁性体(铋、磷、铜、钙、及其化合物)。
在罩壳31的外周安装插入了铁芯的电磁线圈34。电磁线圈34是在铁芯上卷绕铜线线圈，将电源装置连接至该铜线线圈上，当从电源装置施加脉冲电流，则在该线圈内侧产生强有力的高频率磁场，从而强有力地磁化该强磁性金属制的罩壳31。高频磁场例如是磁通密度为10000以上、频率为20～50MHz程度。由电磁线圈34磁化的罩壳31是在其内侧发生高频磁场，使火焰接触电离材活性化。使与火焰接触电离材33接触的碳氢火焰变成大部分为阳离子(碳离子、氢离子、铁离子等)和阴离子(氧离子)的离子火焰。
前述燃料烟雾化器32(图7A和图7B)在用非磁性金属(黄铜、不锈钢等)制成的喷嘴35的中心部形成喷出燃料(液化石油气)的燃料喷出孔(内径3米)36，在其外周形成8个喷射高压空气的空气喷射孔37(内径1～2米)。用这个燃料烟雾化器32从燃料喷出孔36喷射的燃料是由其后方的涡轮机输送并通过从空气喷射孔37喷出的高压空气有效地烟雾化。从涡轮机输送的空气量、压力速度等可以通过图中未示出的控制装置进行任意的调整。喷嘴35是通过图中未示出的支持工具固定在罩壳31上。
前述磁控管2发生微波，产生的频率和功率可以被任意地选择，但是优选例如频率2450MHz，功率2.5千瓦。
前述的tokamak4就是所谓的电磁镜，其具有反射带电粒子的负离子、正离子，和改变电磁波的方向的性质，如图2、图5所示，在环状的磁心38上卷绕了线圈(tokamak线圈)39而成的电磁铁线圈39上通以脉冲电流从而得以使用。tokamak 4保护焚烧炉本体1的周围、反射焚烧炉本体1内的带电粒子(放射线)，改变电磁波的方向。在图5中，因为tokamak 4在焚烧炉本体1的周围安装四个、底部安装一个、顶(盖)上安装一个，所以使得焚烧炉本体1内的带电粒子(放射线)、电磁波汇集在高温的焚烧炉本体1内的中心，提高了粒子浓度、等离子体浓度上升、焚烧炉本体1内的焚烧对象物的分解效率提高，同时因为不但小型化，热保持效率还是高的，所以小型并能有效地分解熔融垃圾。tokamak 4的线圈39中流动的脉冲电流成为引起焚烧炉本体1的炉壁的水晶的压电效应的能量。
如图1、图2所示焚烧炉本体1、磁控管2、tokamak 4是由设置在圆盘状的基盘40之上的圆筒状防磁封皮41被覆。基盘40上设置了开闭焚烧炉本体1的炉渣排出口24的开闭盖42，基盘40的底面上安装移动用滚动轮43，在防磁封皮41的外侧安装把手44。从防磁封皮41内向上面引出细长管状的排气筒45，使得防磁封皮41和焚烧炉本体1之间的空间部46内的空气、即由来自焚烧炉本体1的辐射热加热的高温的空气通过排气筒45排出。
(实施形态2)
基于图9、图10说明本发明的小型粒子分解型熔融炉的第二实施形态。其是将实施形态1的小型分解型熔融炉8和冷却槽9和排气处理槽10组合并收纳在一个罩壳14内。在图9、图10中，罩壳14内不但收纳了空气压缩机(compressor)50、磁控管的电源部51、还收纳了冷却槽9。小型离子分解型熔融炉8、冷却槽9和排气处理槽10是通过内侧用耐火材料涂布的连通路(管)连通，使得来自小型离子分解型熔融炉8的焚烧炉本体1的排气通过冷却槽9并导入至排气处理槽10中。在排气处理槽10的下部安装外气导入鼓风机12，在排气处理槽10的顶上安装了排气扇13。外气导入鼓风机12将从焚烧炉本体1送入至排气处理槽10的排气冷却，同时用于将排气处理槽10内的排气送出(加压排送)到外部。通过该压力排送至排气处理槽10内的空气易于流通、来自焚烧炉本体1的排气易于经过冷却槽9—排气处理槽10内而排放至外部。这时，排气处理槽10的底部设置的多孔质材性的托盘53上配置木炭、沸石成形体等排气吸着材11、使得在该排气吸着材11上吸着排气中的氯、碳、微粒子等有害物质而使得它们不排出至外部。
罩壳14内的空气压缩机50是用于将压缩空气送入至图7A和7B的空气喷出孔37中。空气压缩机可以使用任意的功率，例如可以使用功率1.5千瓦的空气压缩机。空气压缩机也可设置在罩壳14的外部。
(使用例)
下面，对由本发明的小型离子分解型熔融炉焚烧20千克废弃物时的使用例进行说明。
(1)由电动式开闭机7打开焚烧炉本体1的盖以打开投入口5，从投入口5投入20千克废弃物至焚烧炉本体1内，其后关闭盖6并密闭投入口5。
(2)接着，起动磁控管2，将从此产生的微波照射至废弃物上。这时，使用丙烷气作为燃料，将离子炉点燃从而产生离子火焰。从磁控管2输出的微波例如达到功率2.5千瓦、频率2450MHz。
(3)从磁控管2产生的前述微波和从离子炉产生的离子气体产生共振，同时攻击(冲突：电离)废弃物并从物质的内部加热、夺取电子并进行分解，同时使焚烧炉本体1内高温化，通过活性化的离子(+)(一)分解焚烧炉1内的废弃物、熔融、成为灰状，将成为灰状的炉渣熔融。这时，通过设置在焚烧炉本体1中的tokamak 4反射焚烧炉本体1内的带电粒子(放射线)、电磁波并聚集在焚烧炉本体1内的中心，使得离子浓度提高，等离子体浓度升高，分解效率提高。对于一般废弃物的场合是在1500℃下熔融成液体状。将该液体通过内侧用耐火材料涂布的连结通路(管)导出至焚烧炉本体1的外部的冷却槽9(图9)。用水冷却该冷却槽9从而将液体化的废弃物变成炉渣。在该操作过程中产生排气。
(4)将前述排气导入至排气处理槽10，在其内部的排气吸着材11上吸着氯(有害物质)、碳等的有害物质，通过图10的排气扇13排放至大气中。排放出的排气中已经除去了大部分有害物质，即使仍然含有的有害物质也已经变成元素状，变成无害的了。
在前述的使用例中，废弃物在用微波照射之后，在几秒钟内不发烟地变成红白色、在15～20分钟以内分解、熔融。无机物液体化、排出至焚烧炉本体1的外部(炉外)。这样照射的微波对耐火材料制的焚烧炉本体1产生冲击，通过该本体1的炉壁的压电效应和喇曼效应使得产生频率比入射的频率更高的反射波的效应，即，使得增大到入射波的输出功率的2倍以上，所以由此可以证明熔融时间被缩短。又，通过离子炉3使得温度升高至1600℃～2000℃，所以金属类也变成熔融的金属溶液，当它们冷却就变成炉渣。
本发明的离子分解型熔融炉具有如下的效果。
(1)因为由微波产生介电加热分解(例如分解)，所以分解速度快，且不会浪费燃料，所以是经济的。
(2)因为活性离子是以从焚烧物夺取电子的过程分解、熔融，所以不发烟。
(3)因为在焚烧炉本体中水晶和受体级添加物的两者或之一被混合，所以在混合水晶的场合，在焚烧炉本体内照射微波并通过水晶的压电效应引出喇曼效应，从而熔融、分解效率提高，不但可熔融日常生活垃圾等废弃物，也可熔融金属等废弃物。在混合受体级添加物的场合，由于通过放出的二次电子得到喇曼效应，所以熔融、分解效率提高。
(4)因为在焚烧炉本体内设置tokamak，通过tokamak反射焚烧炉本体内的带电粒子(放射线)、电磁波并聚集在焚烧炉本体1内的中心，使得离子浓度提高，等离子体浓度升高，分解效率提高。
(5)因为用盖自由地开闭焚烧炉本体的上部的投入口，可以用电动式开闭机开闭盖，开闭操作是容易的。
(6)因为使得焚烧炉本体内的温度保持在1800℃～2000℃内，所以总是可以熔融分解大部分的废弃物。
(7)因为是小型的，所以移动是可能的。
(8)因为小型、且构造简洁，所以处理操作是容易的，谁都可以操作。
(9)虽然当排气以高温状态排出至大气中会成为公害，但是由于在用冷却槽冷却了排气之后再排出至大气中，所以不再成为公害。