(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状燃料を燃焼する粉粒状燃料燃焼装置において、燃焼炉は、前面が開口するとともに軸心を中心として回転し、前記粉粒状燃料を燃焼する内筒と、前記内筒と同軸上に設けられて、該内筒と一定空間を隔てて外周を覆うとともに前面が開口する外筒と、前記内筒と外筒とのそれぞれの前面開口を覆い、中央域に前記粉粒状燃料の燃焼熱を外部に輻射するための耐熱性の透明ガラスを有して成り、前記内筒の側壁に複数の空気流通孔を設け、
前記燃焼炉の前記内筒の内面に、前記粉粒状燃料が燃焼時に該粉粒状燃料の灰分が溶融しない所定温度で該粉粒状燃料が燃焼することが可能な厚さに積層した粉粒状燃料薄層を形成し、前記粉粒状燃料を前記灰分の非溶融状態で燃焼させることを特徴とする粉粒状燃料燃焼装置。
【請求項２】
前記粉粒状燃料が炭素を主成分とする粉粒炭である、ことを特徴とする請求項１に記載の粉粒状燃料燃焼装置。
【請求項３】
前記粉粒炭が、バイオマスから形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の粉粒状燃料燃焼装置。  
【請求項４】
前記所定温度が９００℃以下であって、前記粉粒状燃料薄層の厚さと前記燃焼炉から外部に放射される輻射熱とにより調節される、ことを特徴とする請求項１〜３に記載の粉粒状燃料燃焼装置。
【請求項５】
前記粉粒状燃料薄層は、前記燃焼炉内外の空気圧力差により前記側壁の内面に保持され、その厚みが前記粉粒状燃料の供給量と、燃焼に伴う消失速度により調整される、ことを特徴とする請求項１〜４に記載の粉粒状燃料燃焼装置。
【請求項６】
前記燃焼炉は、前記透明ガラスと、該透明ガラスの外周部に一体的に形成され、空気を取り入れるとともにその空気を前記内筒に供給するエアダクトとを設けた前面部材を有し、前記エアダクトが、中空リング状をなして、前記透明ガラスに沿って空気を送風することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の粉粒状燃料燃焼装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉粒状燃料燃焼装置において、さらに、粉粒状燃料供給手段と、燃焼を自動制御することが可能な制御機構とを備え、粉粒状燃料供給手段は、粉粒状燃料を供給するための着脱自在なコンテナと、コンテナから粉粒状燃料を切り出す供給機構と、供給機構から切り出された粉粒状燃料が供給される受給部と、供給機構から受給部に粉粒状燃料を移送するメスオス一対の燃料供給用カプラと、受給部から粉粒状燃料を空気搬送する搬送機構とを含むものであり、メスオス一対の燃料供給用カプラのうち、メスカプラは供給機構に結合され、オスカプラは受給部に結合されるものであり、コンテナからの粉粒状燃料の供給時には、供給機構に空気を供給し、コンテナ底部の粉粒状燃料を部分流動化するとともに、コンテナの交換時にも、供給機構に空気を供給し、コンテナ底部に残留した粉粒状燃料を排出することが可能な構成を備えることを特徴とする粉粒状燃料燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉粒状燃料を燃焼させる粉粒状燃料燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料の燃焼において、燃焼効率を向上させるために燃料を粒状にしたり、粉体にしたりして燃焼することは従来から行なわれてきた。
しかしながら、このような燃焼方法においても、点火・消火に要する時間や、燃焼に伴い発生する灰分の処理についてはあまり注意が払われてはいなかった。このため、燃焼が極めて高温で行なわれた場合は、発生する灰分が溶融して、炉内および煙道に付着して正常な燃焼の維持に支障をきたしたり、頻繁な除去作業を要することがあった。しかし、これらのことは、専門の作業要員を置く大規模なボイラーなどでは、とりわけ問題にはならなかった。
ところで、現在、化石燃料の大量消費に伴い、温室効果ガスである炭酸ガスの急激な増加による地球温暖化と、石油資源の枯渇との問題が深刻化している。この結果、現在の石油資源依存型社会を脱却するために、原子力の利用はもとより、太陽光ないしは風力などによる発電、バイオマスその他の資源の利用などの新エネルギーの開発が急務の課題となっている。新エネルギーの中でもバイオマスは賦存量が多く、排出される二酸化炭素と吸収される二酸化炭素が同じ量である、いわゆるカーボンニュートラルという特性を持っている。従って、このバイオマスを化石燃料に代替させることによって、炭酸ガスの発生量を抑制できることから、地球温暖化防止対策の有効な手段の一つとされているが、バイオマスの市民生活レベルへの普及のためには、点火・消火の容易さや灰分溶融に伴うトラブルは克服すべき重要な課題となっている。
【０００３】
古くは、バイオマスの利用として木炭が用いられていた。木炭は、木材の熱分解残渣であり、ほとんどの部分が炭素からなり、他のバイオマス資源よりも熱量が高く(30 MJ/kg：木材チップ17．5MJ/kg)、組織構造が多孔性であって空気を通しやすいので燃焼反応性が大きい。また、木炭には硫黄分は含有されず、窒素分、塩素分、灰分の量も少なく、灰分中の有害重金属も少ないばかりでなく、灰分はカリなどの土壌必要成分を含有し肥料としても有用である。これにより、燃焼させた際にも、亜硫酸ガスや窒素酸化物(燃焼由来のNOx)あるいはダイオキシンのような大気汚染物質の排出や灰分中の重金属によるトラブルは石炭等の固体燃料に比べて圧倒的に少なく、木炭はクリーンな燃料として有望である。
【０００４】
木炭にはこのような特徴があるのにもかかわらず、現在ではバイオマス資源としてあまり利用されていない。その理由としては、生産、収集、運搬にコストがかかること、短時間で点火・消火が可能な気体燃料や液体燃料に比べるとき、社会生活において安価で利便性のある使いやすい木炭利用システムが提供されていないことが挙げられる。この状況を打破するためには、資源として利用側の技術革新を行い、それを牽引車として、木炭の生産から利用にいたるまでの各段階を有機的に結ぶネットワークを形成することが必要であると考えられる。
すなわち、高エネルギー変換率で製炭した木炭を塊状で燃焼するのではなく、自動供給や自動点火が容易な粉粒状にし、粉体技術により自動供給・自動点火装置を装備した燃焼器を開発するとともに、粉炭にした木炭をパッケージ化して流通させ、簡便に家庭やハウス栽培の熱源として活用する現代的な技術体系を構築するということが、木炭のバイオマス資源としての利用において求められている。
そして、家庭やハウス栽培等に用いられる小規模な燃焼装置において固体燃焼を行う場合、塊状の燃料が用いられてきたが、この場合には、短時間での点火と消火が困難であり、燃焼効率が悪く、かつ燃焼装置の利便性が確立していないという問題があった。
【０００５】
従来の、バイオマス資源の燃焼器としては、固体燃料燃焼装置においては、以下に記載のものが挙げられる
（１）ペレットストーブ：木くずや廃材を原料とする木質系ペレットを燃料とした暖房機器（特許文献1）。
（２）ロータリーキルン：主として廃棄物燃焼炉として利用されているもので、中心軸が若干傾斜した横型の円筒炉で、炉の回転により焼却物が転動しながら燃焼する。
（３）微粉炭燃焼装置：微粉炭をバーナーから炉内に吹き込むことによって燃焼させる燃焼炉。
（４）流動層燃焼装置：砂などの粒子媒体を層内で熱風により流動化させ、その中で粒状燃料を燃焼させる燃焼炉。
これらはいずれも、クリーンなバイオマス粉炭燃料を対象し、粉体技術により燃料の自動供給・自動点火等を可能として燃焼させる燃焼装置ではない。
【０００６】
これに対して本発明者等は、粉体技術により燃料の自動供給・自動点火等を可能とした粉炭ストーブを先に開発し特許出願した。しかしながら、このストーブでは、粉炭の燃焼器内滞留量が多く、消火性、温度制御性が好ましくなく、また粉炭層が厚くなり、その層の下部の気固接触の効率が悪く、均一な燃焼が困難であるという問題があった。さらに、前面ガラスに燃焼後の灰分の付着および燃焼中の炭の衝突により前面ガラスが曇り、燃焼状態が見えにくいという問題があるとともに、燃焼器内の粉炭滞留量が多く点火・消火に時間がかかるなどの問題があった（特許文献２）。
そのため、この粉炭ストーブは、更なる改良が必要であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１０１１２４号公報
【特許文献２】特開２００６−０７８０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した問題を解決することを課題とし、本発明者等は、粉粒状燃料の燃焼機構を鋭意研究したところ、燃焼時の粉粒状燃料の燃焼器内滞留量をごくわずかにし、点火・消火を迅速なものとし、また燃焼に伴い排出される灰分の溶融を抑える燃焼機構を見出し、本発明に至った。
本発明は、燃焼器内が高温でありながら酸素の供給が行われていないために燃焼状態となっていない燃料が存在しないように、燃焼器内の燃料層を極小にし、点火・消火を短時間で行えるようにし、さらに、燃焼に伴い排出される灰分の溶融を抑える燃焼機構を提供することを第1の目的とする。また、この燃焼機構を踏まえて、粉粒状燃料を燃焼させる粉粒状燃料燃焼装置を提供することを第２の目的とする。
本発明の粉粒状燃料燃焼機構およびその機構により燃焼する粉粒状燃料燃焼装置は、とりわけバイオマス粉炭燃料の燃焼において有効に用いることができので、気固接触効率がよく、粉炭の燃焼器内滞留量を少なくすることにより制御応答性がよく、かつ、粉炭のような揮発分の少ない燃料を短時間で着火でき、その上自動制御できる粉粒炭燃料燃焼装置を提供し、ひいては、木炭の製造から利用にいたるまでの粉炭ネットワークを実現し、石油燃料代替燃料としてバイオマスの利用を促し、地球温暖化問題の解決に貢献することを目指している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための本発明の粉粒状燃料燃焼装置は、粉粒状燃料を燃焼する粉粒状燃料燃焼機構装置において、炉体を形成する側壁に複数の空気流通孔を設けた燃焼炉を有し、前記燃焼炉は、前面が開口するとともに軸心を中心として回転し、前記粉粒状燃料を燃焼する内筒と、前記内筒と同軸上に設けられて、該内筒と一定空間を隔てて外周を覆うとともに前面が開口する外筒と、前記内筒と外筒とのそれぞれの前面開口を覆い、中央域に前記粉粒状燃料の燃焼熱を外部に輻射するための耐熱性の透明ガラスを有して成り、前記燃焼炉の内面に、前記粉粒状燃料が燃焼時に該粉粒状燃料の灰分が溶融しない所定温度で該粉粒状燃料が燃焼することが可能な厚さに積層した粉粒状燃料履薄膜層を設け、前記粉粒状燃料を前記灰分の非溶融状態で燃焼させることを特徴とする。
この粉粒状燃料燃焼装置では、燃焼炉内の全ての該粉粒状燃料が空気との良好な接触状態に置かれ均一燃焼するように、あくまでも薄い層に積層した粉粒状燃料薄層を形成し、前記非溶融状態でこの薄層状の粉粒状燃料薄層を流通する空気にて、該灰分溶融温度以下の温度で均一燃焼させることができる。そして、これに伴い、燃焼炉内に滞留する燃料の量を少なくするとともに、短時間での点火・消火が可能となり、燃焼制御性に優れている。また、これにより燃焼炉は、透明ガラスから効率良く燃焼熱を外部に輻射し、暖房効果が高いとともに、炉内温度を９００℃以下に保つことができる。
【００１０】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置の好ましい実施態様は、前記粉粒状燃料が、炭素を主成分とする粉粒炭であることである。これにより、粉粒石炭、粉粒コークス、粉粒木炭などを広く用いることができる。
【００１１】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置の他の好ましい実施態様は、前記粉粒炭が、バイオマスから形成されていることである。
【００１３】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置の他の好ましい実施態様は、前記所定温度が、９００℃以下であって、前記粉粒状燃料薄層の厚さと前記燃焼炉から外部に放射される輻射熱とによって調節されることである。これにより、燃焼に伴い発生する灰分が溶融して炉内に付着することがない。
【００１４】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置の他の好ましい実施態様は、前記粉粒状燃料薄層は、前記燃焼炉内外の空気圧力差により前記側壁の内面に保持され、その厚みが前記粉粒状燃料の供給量と、燃焼に伴う消失速度により調整されることである。粉粒状燃料薄層には、この薄層の厚み方向のすべての位置において燃料への十分な酸素の供給が行われる。
【００１６】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置の他の好ましい実施態様は、前記燃焼炉は、前記透明ガラスと、該透明ガラスの外周部に一体的に形成され、空気を前記内筒に供給するエアダクトとを設けた前面部材を有し、前記エアダクトが、中空リング状をなして、前記透明ガラスに沿って空気を送風することである。これにより燃焼炉は、透明ガラスから効率良く燃焼率を外部に輻射し、かつ送風空気により透明ガラス面への灰分の付着を防止することができる。
【００１７】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置の他の好ましい実施態様は、粉粒状燃料供給手段を備えて粉粒状燃料を燃焼する粉粒状燃料燃焼装置において、前記粉粒状燃料供給手段は、粉粒状燃料を供給し、かつ着脱自在なコンテナと、前記コンテナから前記粉粒状燃料を切り出す供給機構と、前記供給機構から切り出された前記粉粒状燃料を空気搬送する搬送機と、前記コンテナに結合されたメスカプラおよび前記供給機構に設けられ、粉粒状燃料を受給する受給部に結合されたオスカプラを有して、これらコンテナと受給部とを連結するメスオス一対の燃料供給用カプラとを備え、前記供給機構に空気を供給し、コンテナ底部の粉粒状燃料を部分流動化するとともに、前記コンテナの交換時にコンテナ底部に残留した粉粒状燃料を排出することが可能に構成され、さらに、前記粉粒状燃料燃焼装置の燃焼を、自動制御することが可能な制御機構を備えることである。これにより、本粉粒状燃料燃焼装置は、装置の点火・消火の指示に応じた燃料の供給・停止、および設定温度に応じた温度調整を行なうことができる。
【００１８】
なお、バイオマスとは、「再生可能な、生物由来の有機性資源で化石資源を除いたもの」を表わす。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の粉粒状燃料燃焼装置は、燃焼に伴い排出される灰分の溶融を抑えることができる。また、粉粒状燃料を、気固接触効率がよく、粉粒状燃料の燃焼器内滞留量を少なくするので点火・消火が短時間に行えることはもとより、温度制御指示への応答性がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る粉粒状燃料燃焼機構、および粉粒状燃料燃焼装置を、以下、図面に示す実施例を含む実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明は、この実施例を含む実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で変形可能である。
本実施例を含む実施の形態としては、本発明に係る粉粒状燃料燃焼機構、および粉粒状燃料燃焼装置を、粉粒炭ストーブに適用したものである。
なお、以下の説明に当たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明する。
また、図面に示す実施例の位置関係は、特に断らない限り図面の位置に準ずる。
【００２１】
図１は本実施例の粉粒炭ストーブＣＳの主要部を示す模式図であり、図２は粉粒炭ストーブＣＳの全体構造の概略および制御機構を模式的に示した図であり、図３は粉粒炭燃焼機構を模式的に示した図であり、図４は粉粒炭ストーブＣＳの粉粒炭燃料の供給構造を模式的に示した図であり、図５は粉粒炭ストーブＣＳの外観形状を示す図である。
【００２２】
図５に示す本実施例の粉粒炭ストーブＣＳは、粉粒状燃料としてバイオマスから形成された粉粒炭を燃焼するストーブである。このストーブＣＳは、全体形状が直方体をなし、前面に燃焼状態が視認できる燃焼窓Wが設けられ、耐熱性の透明ガラス100（図１参照）がはめられている。透明ガラス100は、図１に示す後述する燃焼炉1の前面開口14を覆って封止する前面部材10の一部を形成している。
粉粒炭ストーブＣＳの外面は外装ケース20で囲まれており、その上面には、正面に向かって左側に外装ケース20内に内包された燃料ボトル50の上端が突出しており、この燃料ボトル50と遮熱板52を挟んだ反対側はお湯などを沸かすホットプレート22が形成されている。また、その裏面には、ストーブＣＳの給排気管40（図9参照）が突出しており、家屋の壁面を貫通して外方に延伸されている。
なお、燃料ボトル50は、所定量の粉粒炭を充填した単位コンテナとなっており、後述するカプラによりストーブＣＳに着脱自在に取り付けられる。そして、燃料の粉粒炭は、この単位コンテナで流通させることが、燃料の生産、流通、販売、使用の全ての面で好ましい。
【００２３】
このストーブＣＳの主要構造を説明する。
ストーブＣＳ構造の特徴は、図１および図3に示すように、粉粒炭を燃焼する燃焼炉1の壁としての側壁12に複数の空気流通孔である貫通孔120を設け、側壁12の内面に、粉粒炭が積層された粉粒炭薄層3を、粉粒炭の燃焼時にその灰分が溶融しない所定温度、すなわち９００℃以下で燃焼する厚さに形成したことである。
具体的には、燃焼炉1は、図１に示すように、前面が開口し、軸心を中心として回転しながら、粉粒炭燃料を燃焼する内筒16と、内筒16と同軸上に設けられて、内筒16と一定空間を隔てて外周を覆うとともに前面が開口する外筒18と、前記内筒16と外筒18とのそれぞれの前面開口14a,14bを覆う前面部材10とを備えている。
【００２４】
内筒16は、図１および図3に示すように、後面は閉止板160により閉じられ、側壁12の全面には貫通孔120が一様に設けられている。閉止板160の中心部には燃料を供給するための供給孔162が設けられ、図4に示すように、後述する燃料管部500と、着火管502とが挿通する共同管164が、供給孔162の後方に伸長するように、閉止板160の供給孔162周縁に固定されている。また、共同管164には、内筒16（図1参照）を回転させるための回転モータＭが連設されており、共同管164を回転させることにより内筒16が回転するようになっている。  
内筒16の側壁12内面には、図3に示すように、全周に亘って耐熱布122が貼り付けられている。そして、この耐熱布122の表面に粉粒炭が張り付いて粉粒炭薄層3が形成されている。この粉粒炭薄層3の形成メカニズムについては後述する。
耐熱布122としては、セラミック布（商品名シルテッククロス、ニチアス社）を用いている。
【００２５】
外筒18は、図１および図4に示すように、後面は閉止されており、側壁の上方中央には燃焼空気（以降排気と称する）を排出する煙道24が設けられており、この煙道24の下流には排気を吸引する吸引送風機としてのシロッコファン26（図9参照）が設けられている。
外筒18後面には、内筒16の回転を妨げないように隙間を介して共同管164を覆う被覆管170が後方に向かって突出している外筒閉止板180が設けられている。外筒閉止板180は、図8に示すように、その後方に設置されている取付け板56に固定されている。また、外筒18の側壁の下方中央には、灰分を排出するために、漏斗状のテーパを有するとともにその終端に灰分排出管166を連結した灰受け部材28が設けられている。
【００２６】
図10および図11は、前面部材10の構造と、機能を示す模式図であり、図12は前面部材10の内筒16側から見た平面図であり、図13は前面部材10の下方部の斜視図であり、図14は燃料供給手段5の構造と、機能を示す模式図である。
前面部材10は、図１および図10に示すように、リング状の取付枠104を介して前面開口14の中央域を覆って設けられて燃焼熱を輻射する透明ガラス100と、取付枠104外周部の裏面に固着され、燃焼用の空気を取り入れるとともにその空気を内筒16に供給するエアダクト102とから構成されている。この透明ガラス100には、耐熱温度740℃程度の特殊ガラス（ネオセラム（商品名。日本電気硝子社製。）など）を用いている。
【００２７】
図10〜図13に示すように、エアダクト102は略矩形断面の中空リング形状をなし、エアダクト102の内周面の透明ガラス隣接部には、透明ガラス面に沿って、空気を送風する第1送風孔106を全周に亘って有し、一方燃焼炉の前面開口に対向するエアダクト102の裏面には（図12に示すリング状の平面）、内筒16と外筒18とを隔てた空間に向かって空気を送風する第２送風孔108を全周に亘って有している。
透明ガラス面に沿って送風された空気は、ガラス表面をクリーニングするとともにガラスを冷却して内筒16内に流入し、粉粒炭の燃焼に供される。これによって、透明ガラスは、その透明性を常に保つことができるとともに必要以上に高温になることがない。
なお、内筒16の前面開口には、開口から放射方向外方に広がる環状フランジ112が設けられ、内筒16と外筒18との空間を狭めるようにエアダクト102の裏面と隙間を介して対向している。従って、第２送風孔108から送風された空気は、このフランジにあたって内筒16内に向かう空気と、外筒18方向に流れ内筒16と外筒18との空間に向かう空気とに分割される。そしてこれらの空気の流れは、この部分のエアシールを形成している。このエアシールは、燃焼により発生した灰分が透明ガラス100方向に向かわないようにしている。    
【００２８】
また、エアダクト102の第1送風孔106を有する内周面下部の一部には、ガラス面側から内筒16内壁面に向かって下り傾斜するテーパ面を有するとともに、そのテーパ面に第３送風孔110を有する傾斜部114が形成されている。この傾斜部114は、この部分のガラス面に集まる粉粒炭および灰分を内筒16内壁面に移動するように誘導している。  
さらにまた、エアダクト102の下部には、煙道24を流下する排気と熱交換されて加温された空気がエアダクト102に供給される加温空気供給部90が設けられている。
【００２９】
このストーブＣＳにおける粉粒炭の燃焼機構を説明する。
ストーブＣＳの燃焼機構の概要は、貫通孔120を設けた燃焼炉壁の内面に、粉粒炭の灰分の溶融温度以下の温度で該粉粒炭が燃焼することが可能な厚さに積層した粉粒炭薄層3を形成し、この薄層状の粉粒炭を前記灰分の非溶融状態で燃焼させることである。
【００３０】
具体的には、ストーブＣＳに供給された粉粒炭は、図1および図3に示すように、内筒16の耐熱布122が張られた側壁内面に全面に亘って張り付いて粉粒炭薄層3を形成する。この粉粒炭薄層3は、燃焼炉1内外の空気圧力差により側壁12内面に保持され、その燃焼時における厚みは、粉粒炭の供給量と燃焼による消失速度とのつりあいにより決定される。
詳述すると、燃焼炉1は、煙道24に設けられたシロッコファン26によって排気が常に吸引されているので、外筒18内は内筒16内より負圧になっている。前面部材10から内筒16内に供給された空気は負圧に引かれて内筒16の側壁内面から耐熱布122および貫通孔120を介して外筒18に流入する。一方粉粒炭は、燃料管部500から内筒16内に供給される。燃料管部500の先端は供給口に向かってテーパ状に広がるテーパノズル508（図４参照）となっているとともに先端近傍の内部に多孔プレート(図示省略)が設けられており、供給された粉粒炭は、多孔プレートで篩いにかけられるとともに、テーパ状に広がって供給口から内筒16の前後方向に均一に供給される。また、内筒16は、ゆっくりとした速さで回転（0.75回転／分）しているので、内筒16の前後方向に均一に供給された粉粒炭は、負圧に伴う空気の流れと、内筒16の回転とによって、内筒16内面の耐熱布122上に全面に亘って張り付いて粉粒炭薄層3を形成する。
なお、粉粒炭薄層3を形成するにあたって、耐熱布122は必ずしも必須ではなく、貫通孔120の径、負圧度等を調整することによって、内筒側壁12に直に設けることもできる。
また、外筒18内を負圧にするのではなく、内筒16内を加圧することのより、外筒18内と内筒16内とに空気圧力差を設けて、内筒16の側壁内面に粉粒炭薄層3を設けても良い。
【００３１】
この粉粒炭薄層3の燃焼行程を説明すると、まず、内筒16内面に全面に亘って張り付いた粉粒炭薄層3に、着火装置により着火する。着火は、図4に示すように、エアヒ−タ504で高温に加熱した着火用空気を着火管502で内筒16内に送って行われる。
着火による炎は、内筒16内面に全面に亘って張り付いた粉粒炭薄層3にひろがり、効率よく燃焼する。しかしながら、薄層という限られた厚さの粉粒炭の燃焼であるとともに、前面開口14からは、燃焼に伴う輻射熱が盛んに室内に放射されるので、炉内は燃焼に伴い発生する灰分が溶融する温度である900℃を超えて上昇することはない。
固体状態の灰分は燃焼炉1内に付着することなく、耐熱布122の網目および貫通孔120を通過して、大半は外筒18と内筒16との隙間で外筒18下部に落下し灰受け部材28に溜まる。一部微粒子の灰分は、排気とともに煙道24を流下し、外部に放出される。
必要に応じて、図2に示すように、煙道24の途中にサイクロンを設けて灰分を回収するようにしても良い。
【００３２】
粉粒炭は、粒子径が100〜1000μmであり、好ましくは150〜300μmである。そして、粉粒炭薄層3の厚さは、粒子径の10〜20倍であり、概ね３〜５mmが好ましいが、燃焼に際して粉粒炭薄層3が維持されるとともに900℃以下で効率よく燃焼するための好ましい条件は、粉粒炭薄層3が粒子径の4倍以下であり、最良の条件は粉粒炭一層である。
炭は、植物をほぼ完全に炭化したものであり、燃焼に伴い有機ガスを排出せず、灰分を残すだけである。炭の灰分は、3％以下であり燃焼残渣が極めて少ないが、燃焼に伴う酸化物として、炭酸ガス以外に有害な一酸化炭素および窒素酸化物を排出することがあるので、この対策として、排気を浄化触媒32に通すことは好ましい。
【００３３】
なお、燃焼炉1内には、図2に示すように、炉内温度を測定する第１温度センサ1Sが設けられており、後述する制御機構ＣＲにより炉内温度が900℃以下になるように供給する粉粒炭の量を制御し、粉粒炭薄層3を所定厚さ範囲に維持するようになっている。
【００３４】
浄化触媒32は、後述する第1触媒36と、第2触媒38とからなり、これら第1、第2触媒36，38のそれぞれには、図示しない電気ヒータと、それぞれの温度を測定する第２温度センサ2S、2Sが設けられている。そして、ストーブＣＳの運転開始から排気温度が触媒活性化温度に達するまでのしばらくの間は、電気ヒータで触媒を加熱するようになっており、排気温度が触媒活性化温度に達したことを温度センサ2S、2Sが感知した時点で、電気ヒータを切るようになっている。
【００３５】
図6〜図9は、ストーブＣＳの具体的構造を示す図であり、図6は上面のホットプレート22をはずした状態の平面図、図7は後述する放熱体34を一部破断した正面図、図8は左側面図、図9は右側面図である。
このストーブＣＳの全体構造を説明する。
ストーブＣＳの全体構造は、図2に示すように、燃焼炉1と、粉粒状燃料供給手段としての粉粒炭供給手段5と、着火手段7と、空気供給手段9と、排気手段30と、供給空気と排気との温度を熱交換する熱交換器60とからなっている。
【００３６】
粉粒炭供給手段5は、図4および図7に示すように、燃焼炉1とは遮熱板52(図5参照)で隔離されてストーブ正面に向かって左側の後方に設けられた燃料ボトル50と、燃料ボトル50の下部に設けられた供給口から供給された粉粒炭を燃焼炉1に移送する燃料管部500とからなる。そして、粉粒炭の供給を円滑にするために燃料ボトル50には、第1送風ポンプ507(図2参照)から送風管506を介して供給用空気ＦＡが送られる。燃料管部500は、燃焼炉1内のテーパノズル508と、移送部510と、燃料ボトル50からの粉粒炭を受けて移送部510に移動する受給部512と、移送部510から後方に伸びて、粉粒炭を移送するための移送空気SAを供給するための空気供給管514とからなり、燃料管部500に供給された粉粒炭を系外に設けた第2送風ポンプ511(図2参照)からの移送用空気ＳＡにより燃焼炉1に移送している。
【００３７】
粉粒炭供給手段5をさらに詳述する。  
図14は、粉粒炭供給手段5の構造と機能を説明するために、その断面構造を拡大して模式的に描いた模式図である。  
粉粒炭供給手段5は、図14に示すように、燃料ボトル50と、燃料ボトル50から粉粒炭を切り出す供給機構19と、切り出された粉粒炭を空気搬送する搬送機構としての燃料管部500と、燃料ボトル50に結合されたメスカプラ201および受給部512に結合されたオスカプラ203からなるメスオス一対の粉粒炭供給用カプラ70とを備えて構成されている。受給部512は、燃料管部500の一部であって移送部510から分岐していて、その頭部は供給機構19の一部をなす後述する突出筒27に挿通しており、突出筒27に進入した粉粒炭を受給するようになっている。また、供給機構19は、突出筒27とともに粉粒炭を切り出すための一機能を果たすキャップ部材25を有している。
そして、燃料ボトル50と受給部512とは、粉粒炭供給用カプラ70を嵌合することにより連結されており、燃料ボトル50を交換する場合は、この嵌合を外して行う。
【００３８】
粉粒炭の供給に関する作用を説明する。
燃料ボトル50から燃料管部500への粉粒炭の供給は、供給機構19に空気を供給し、燃料ボトル50の底部の粉粒炭を部分流動化して、メスカプラ201に設けられた突設筒27の進入口205から粉粒炭を突設筒27内に進入させ、受給部512の頭部に設けた通孔から受給部512内に進入させることによって行なわれる。
そして、燃料ボトル50の交換時に燃料ボトル底部に残留した粉粒炭は、この供給機構19が有する特殊機能を働かせて排出する（以降パージと称する）ようになっている。
この特殊機能については、本発明の本質ではなく、また、本発明者等の先の発明として特願2008-052306で出願しているので、その詳しい説明は省略する。
【００３９】
着火手段7は、図2に示すように、粉粒炭着火用の加熱空気が流下する着火管502と、着火管502の後方部に設けられ空気を加熱するエアヒータ504と、加熱空気を送風する第3送風ポンプ509からなり、加熱空気を燃焼炉1に送って粉粒炭を着火する。
【００４０】
空気供給手段9は、図7に示すように、前述した前面部材10と、前面部材10の加温空気供給部90に連設する空気供給管92とからなり、空気供給管92の上流端は熱交換器60に連設している。
【００４１】
熱交換器60は、図6および図7に示すように、ストーブＣＳの上部の裏面側に設置されており、図示は省略するが、平面形状が矩形の7ヶの偏平ケースを積層して形成されている。そのうち4ヶが供給空気用で、３ヶが排気用となっている。両端が供給空気用でそれら間に排気用・供給空気用が交互に積層され、供給空気用ケースのそれぞれ、および排気用ケースのそれぞれは導通している。そして、供給空気用ケースに、外気に開放している空気取入れ管が接続され、排気用ケースに後述する第2触媒38が接続されており、排気と供給空気とが熱交換されて加温された供給空気が空気供給管92に流下するようになっている。
【００４２】
排気手段30は、図7に示すように、外筒18の上部に設けられた煙道24(図1参照)と、ストーブ上面に設けられた中空ケースからなるホットプレート22と、ホットプレート22の下部に連設し、排気を浄化する第1触媒36と、ストーブ前面に設けられた中空ケースからなる放熱体34と、放熱体34に連設し、排気を浄化する第2触媒38(図8参照)と、前述の熱交換器60と、熱交換器60に連設し排気を吸引するシロッコファン26(図9参照)と、シロッコファン26に連設し、シロッコファン26で吸引された排気を大気に開放する排気管(図示省略)とからなっている。
【００４３】
ストーブＣＳは強制通気するＦＦ方式（Ｆorced Ｆluo）であり、図9に示すように、排気が排出される内管と、隙間を介して内管を囲んだ外管からなる二重構造の給排気管40を有し、この内管が前記排気管になっている。給排気管40の終端は屋外に位置しており、内管から排気を外気に開放し、外管からは外気を吸入するようになっている。外管は屋内で分岐した吸入管を流下して外気を熱交換器60に流入している。
【００４４】
排気が流下する煙道24(図1参照)の下流端は、ホットプレート22の下面に排気が導通可能に接続され、排気をホットプレート22の中空内に流下させる。ホットプレート22と、第1触媒36とは、排気が直接導通するように連接されており、排気を第1触媒36に流下させる。第1触媒36と、放熱体34とは、導通管300で排気が導通可能に接続されており、第1触媒36を流下した排気を放熱体34の中空内に流下させる。放熱体34と、第2触媒38とは、直接排気が導通するように連接されており、放熱体34中を流下した排気を第2触媒38内に流下させる。第2触媒38と熱交換器60とは、排気が導通可能に接続されており、第2触媒38を流下した排気を熱交換器60内に流下させる。熱交換器60と、シロッコファン26とは、排気導管310(図2参照)で排気が導通可能に接続されており、熱交換器60で熱交換された排気をシロッコファン26に流下させ、シロッコファン26に接続された給排気管40から大気に開放する。
このストーブＣＳにおいては、上述のような種々の部材により給排気回路が形成され、空気の供給と排気とは、シロッコファン26の作用により行われている。
【００４５】
さらに、本実施の形態の粉粒状燃料燃焼装置は、図2に示すように、燃焼を自動制御することができる制御機構CRを備えている。
制御機構CRは、前述したストーブＣＳの全体構造の一部が制御装置であるマイクロコンピュータMCに電気的に接続されて構成されている。
詳述すると、制御機構CRは、室温を測定する室温センサＲＳ、炉内温度を測定する第１温度センサ1S、粉粒炭を部分流動化させる供給用空気ＦＡを送風する第1送風ポンプ507、粉粒炭を炉内に移送させる移送空気SAを送風する第2送風ポンプ511、着火用空気を内筒16内に送風する第3送風ポンプ509、着火用空気を加熱するエアヒ−タ504、排気を吸引するシロッコファン26、浄化触媒32を加熱する電気ヒータ、触媒温度を検出する第２温度センサ2S、内筒16を回転させる回転モータＭ、およびストーブＣＳの前面に設けられた図示しない制御パネルとがマイクロコンピュータMCに電気的に接続されて構成されており、マイクロコンピュータMCに設定されたプログラムに応じて、点火、燃焼、消火作用を制御するようになっている。
なお、制御パネルには、ストーブＣＳをＯＮ−ＯＦＦするスイッチおよび室温を設定する室温コントローラが設けられており、ストーブＣＳの着火・消火、および所望の室温を設定できるようになっている。
この制御機構CRは、公知の技術を用いているので詳細説明は省略する。  
この制御機構CRにより、この粉粒炭ストーブＣＳは、市販の石油・ガス・電気ストーブと同様に自動制御することができる。
【００４６】
次に、このストーブＣＳの燃焼作用を、図1および図2を参照しながら説明する。
シロッコファン26、第1送風ポンプ507、第2送風ポンプ508、および回転モータＭを稼動して給排気回路に空気を流通させながら、粉流炭燃料を燃焼炉1に供給するとともに内筒16を回転させる。
【００４７】
シロッコファン26の回転に伴い屋外に延伸している給排気管40の外管に流入した空気は、熱交換器60に流入し、熱交換器60内を流下して空気供給管92に流入し、加温空気供給部90を経て、エアダクト102流入する。そして、この空気は、エアダクト102に設けられている第1送風孔106、第2送風孔108、および第3送風孔110から内筒16内に送風される。
【００４８】
燃焼炉1に供給された粉流炭は、テーパノズル508から内筒16内の側壁12の前後方向に均一に散布され、外筒18内の負圧により吸引されて側壁12の内面に設けられた耐熱布122表面に貼り付けられる。内筒16はゆっくり回転しているので、内筒16が一周すると側壁12の内面全域に粉流炭が張り付いてほぼ一様な厚さの粉流炭薄層3が形成される。
ついで、この状態で、エアヒータ504に通電するとともに第3送風ポンプ509を稼動して着火用の熱風を粉流炭薄層3に吹き付けて粉流炭を燃焼させる。
【００４９】
燃焼により生じた輻射熱は、燃焼窓Ｗに嵌められた透明ガラス100を透過して室内に放射される。一方排気は、耐熱布122の網目および側壁12の貫通孔120を通過して外筒18に流入し、外筒18内で大半の灰分を落として、煙道24に流入する。
煙道24に流入した排気は、ホットプレート22→第1触媒36→導通管300→放熱体34→第2触媒38→熱交換器60→排気導管310→シロッコファン26→給排気管40と流下して屋外の大気に開放される。
【００５０】
粉粒炭を燃焼させるストーブにおいては、粉粒炭の燃焼熱が燃焼窓Ｗの透明ガラス100から放射され室内を暖める。そして、燃焼窓Ｗを通して粉粒炭が炎をあげて燃焼する状況が視認できるので、視覚によっても暖さを感じることができ、癒し感を味わえるインテリア性も備えている。
また、ストーブの煙道24、ホットプレート22、放熱体34を主要放熱体とする給排気回路からも盛んに輻射熱が放射されて室内を暖房する。
【００５１】
燃料ボトル50の粉粒炭を使い切って交換するときは、燃料ボトル50の底部に残留した粉粒炭をパージした後、粉粒炭供給用カプラ70の嵌合を外して空の燃料ボトル50を新しい燃料ボトル50と交換する。
【００５２】
粉粒炭は木材に限らず、食品廃棄物に由来する炭等、その他広く植物に由来するバイオマス等の炭化物を利用できる。
その他の粉流炭暖房器としては、野菜栽培のハウスの暖房器、給湯器、小型ボイラー等があげられる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
粉粒炭ストーブの利用により、バイオマス粉炭ネットワークを構築し、地産地消のビジネスに貢献できる。
石化燃料の利用を削減し、地球温暖化を防止するバイオマス燃料の利用産業を構築することができる。
本実施例は、粉粒炭を燃焼させるストーブに本発明を適用したものであるが、本発明は燃料としては炭に限らず、粉流状燃料であればあらゆる燃料に適用できる。
石炭を粉粒化した燃料のボイラーなどの利用も可能である。  
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例の粉粒炭ストーブの主要部を示す模式図。
【図２】同粉粒炭ストーブの全体構造の概略、および制御機構を示す模式図。
【図３】同粉粒炭ストーブの粉粒炭燃焼機構を示す模式図。
【図４】同粉粒炭ストーブの燃料供給構造を示す模式図。
【図５】同粉粒炭ストーブの外観を示す図。
【図６】同粉粒炭ストーブの一部部材を外して示す平面図。
【図７】同粉粒炭ストーブの一部部材を破断して示す正面図。
【図８】同粉粒炭ストーブの左側面図。
【図９】同粉粒炭ストーブの右側面図。
【図１０】同粉粒炭ストーブの前面部材を示す模式図。
【図１１】図１０のＡ部の拡大模式図。
【図１２】同粉粒炭ストーブの前面部材のエアダクトの正面図。
【図１３】図１２の部分拡大斜視図。
【図１４】粉粒炭の供給機構を模式的に示す模式図。
【符号の説明】
【００５５】
１      燃焼炉
３      粉粒炭薄層（粉粒状燃料薄層）
５      粉粒炭供給手段
７      着火手段
９      空気供給手段
１０    前面部材
１２    側壁（壁）
１４    前面開口
１４a   内筒前面開口
１４ｂ  外筒前面開口
１６    内筒
１８    外筒
１９    供給機構
３０    排気手段
５０    燃料ボトル（コンテナ）
７０    粉粒炭供給用カプラ（燃料供給用カプラ）
１００  透明ガラス
１０２  エアダクト
１２０  空気流通孔
２０１  メスカプラ
２０３  オスカプラ
５００  燃料管部（搬送機構）
５１２  受給部
ＣＳ    粉粒炭ストーブ（粉粒状燃料燃焼装置）
Ｗ      燃焼窓
ＣＲ    制御機構
【図１】
0005458244.tif 000002
【図２】
0005458244.tif 000003
【図３】
0005458244.tif 000004
【図４】
0005458244.tif 000005
【図５】
0005458244.tif 000006
【図６】
0005458244.tif 000007
【図７】
0005458244.tif 000008
【図８】
0005458244.tif 000009
【図９】
0005458244.tif 000010
【図１０】
0005458244.tif 000011
【図１１】
0005458244.tif 000012
【図１２】
0005458244.tif 000013
【図１３】
0005458244.tif 000014
【図１４】
0005458244.tif 000015