(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形の炉壁の内部に固形燃料の燃焼領域が設けられ燃焼用の圧縮空気が供給される燃焼炉と、
両端開口した筒形を有して前記燃焼炉の内部に同心状に配置され、前記燃焼炉の上端開口を施蓋する蓋板台に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体と、
固形燃料に前記燃焼用の圧縮空気よりも高圧の空気（以下、シール用空気という。）を混合した混合物を前記燃焼筒体の前記蓋板台の貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管とを備え、
前記燃焼用の圧縮空気およびシール用空気が前記燃焼炉の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定されるともに、
さらに、中央にガス放出口が形成され前記燃焼筒体の上端開口を施蓋する蓋体と、前記ガス放出口を上方から覆う上覆室と、前記上覆室に連通する排ガス導入管、前記蓋体の上部に連通する円錐型の排塵部および清浄ガスを外部に放出する排出ダクトを有する少なくとも１つのサイクロンを備えたことを特徴とする固形燃料の燃焼装置。
【請求項２】
筒形の炉壁の内部に固形燃料の燃焼領域が設けられ燃焼用の圧縮空気が供給される燃焼炉と、
両端開口した筒形を有して前記燃焼炉の内部に同心状に配置され、前記燃焼炉の上端開口を施蓋する蓋板台に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体と、
固形燃料に前記シール用空気を混合した混合物を前記燃焼筒体の前記蓋板台の貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管とを備え、
前記燃焼用の圧縮空気およびシール用空気が前記燃焼炉の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定されるともに、
前記燃焼炉の炉壁が、何れも円錐台の外形を有する外側筒体、中側筒体および内側筒体が互いに同心状に配置して構成され、
前記外側筒体と前記中側筒体との間に形成された平面視で環状空間の外側空気循環路と、前記中側筒体と前記内側筒体との間に形成された平面視で環状空間の内側空気循環路とが、各々の下端部の連通孔を介して互いに連通されて前記内側空気循環路の上端が前記燃料混合送風管に連通していることを特徴とする固形燃料の燃焼装置。
【請求項３】
筒形の炉壁の内部に固形燃料の燃焼領域が設けられ燃焼用の圧縮空気が供給される燃焼炉と、
両端開口した筒形を有して前記燃焼炉の内部に同心状に配置され、前記燃焼炉の上端開口を施蓋する蓋板台に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体と、
固形燃料に前記シール用空気を混合した混合物を前記燃焼筒体の前記蓋板台の貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管とを備え、
前記燃焼用の圧縮空気およびシール用空気が前記燃焼炉の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定され、
さらに、中央にガス放出口が形成され前記燃焼筒体の上端開口を施蓋する蓋体と、前記ガス放出口を上方から覆う上覆室と、前記上覆室に連通する排ガス導入管、前記蓋体の上部に連通する円錐型の排塵部および清浄ガスを外部に放出する排出ダクトを有する少なくとも１つのサイクロンを備えるとともに、
前記燃焼炉の炉壁が、何れも円錐台の外形を有する外側筒体、中側筒体および内側筒体が互いに同心状に配置して構成され、
前記外側筒体と前記中側筒体との間に形成された平面視で環状空間の外側空気循環路と、前記中側筒体と前記内側筒体との間に形成された平面視で環状空間の内側空気循環路とが、各々の下端部の連通孔を介して互いに連通されて前記内側空気循環路の上端が前記燃料混合送風管に連通していることを特徴とする固形燃料の燃焼装置。
【請求項４】
互いに径の異なる筒状を有する外筒および内筒が同心状に配置されて、前記外筒および前記内筒の間に平面視で環状空間の第２の外側空気循環路が形成された外装筒体を備え、
前記外装筒体が前記燃焼筒体の周囲に同心状に配置され、前記外装筒体と前記燃焼筒体との間に、下端で前記第２の外側空気循環路に連通する第２の内側空気循環路が形成され、
前記第２の内側空気循環路の上端部から前記燃焼筒体の内接方向に向けて燃焼用の空気が噴出されるように設定されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の固形燃料の燃焼装置。
【請求項５】
多数の灰排出孔が全面にわたり形成され回転駆動源により回転される回転盤が前記燃焼炉の底部を構成する配置で設けられ、
前記灰排出孔を通って落下した灰を収集して灰回収箱に搬送する搬送機構が設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の固形燃料の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば木製チップ、木屑、小枝またはＲＰＦなどのような固形燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料や気体燃料に代えて上述のような安価な固形燃料を燃焼させる燃焼装置としては、燃焼炉内で燃焼用の空気を旋回させて、その旋回空気流による遠心力により燃焼炉内の空間を複数の燃焼領域に分割することで、燃焼炉内の可燃性物質を効率良く燃焼させるように図った遠心燃焼方法を採用した構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃焼装置では、外部から流入した空気を燃焼室の外周面の接線方向に向け供給することにより旋回空気流に変換して、この旋回空気流を燃焼室に対し同燃焼室の上端開口から流入させたのちに燃焼室の内周面に沿って流動しながら下降させ、燃焼室内の燃焼領域に燃焼用空気として供給するようになっている。これにより、燃焼室内で不完全燃焼した可燃性物質に、その重量と空気の旋回気流による遠心力により燃焼室の内壁に沿って流動する旋回空気流が混合されるので、燃焼効率の向上を図ることができる。
【０００３】
また、他の固形燃料の燃焼装置としては、外装筒体の内部に、この外装筒体に対し径および高さが共に小さい有底円筒状の燃焼筒体が外装筒体に対し同心状に配置され、外装筒体の下部と燃焼筒体との間に環状空間の灰排出路が形成され、燃焼筒体の下端側部に、上述のような固形燃料を搬送するスクリューが内装された燃料供給管が外装筒体を貫通した配置でその先端部が臨入され、スクリューの回転により燃焼筒体に固形燃料を連続的または断続的に供給する構成を備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８１３９２７号公報
【特許文献２】特許第４７９４０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の燃焼装置は、燃焼ガスに含まれる灰を燃焼室で処分することについて何ら考慮されていないため、排出されるのが主に煤煙のみであり、固形燃料を燃焼する場合に比較的多く発生する、特に重量の大きい物質や無機質の物質が不完全燃焼することによって生じる灰が、燃焼室の下方の燃料タンクの内部の未燃焼の固形燃料の表面に堆積していく。この堆積した灰は、燃焼室内の燃焼効率を著しく低下させるので、高い燃焼効率を維持しながら長期間にわたり連続的に燃焼を維持するのが困難である。
【０００６】
また、特許文献２の燃焼装置は、固形燃料が燃焼筒体の下部に直接的に供給される一方、燃焼用空気が送風機から外装筒体の上端付近に供給されて旋回空気流となったのちに外装筒体の内周面に沿って流動しながら下方に向け流動していく構成となっているので、固形燃料が燃焼用空気の供給を受けて燃焼可能状態になるまでに時間がかかり、しかも、燃焼用空気を、固形燃料の燃焼により生成されて立ち昇る燃焼ガスの吸引力の影響を排除して、燃焼筒体内の燃焼領域にその殆ど全てを確実に供給できる構成とすることが要求される。
【０００７】
そこで、固形燃料を燃焼用空気に合流して混合することにより即座に燃焼可能な状態で
燃焼炉の燃焼ガス出口の近傍箇所に投入することが考えられるが、そのようにすると、固形燃料の一部が未燃状態のまま燃焼ガスの噴き上がる炎と共に燃焼ガス出口から噴き出す不具合が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、固形燃料を燃焼用空気の混合により燃焼可能な状態として燃焼炉の上部箇所から投入する供給形態を採用しながらも、この供給した燃料の殆ど全てを燃焼領域に確実に供給することで高い燃焼効率を維持しながら長時間または長期間にわたり連続的に燃焼させて、高温の燃焼ガスを安定に生成させることができる固形燃料の燃焼装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の固形燃料の燃焼装置は、筒形の炉壁の内部に固形燃料の燃焼領域が設けられ燃焼用の圧縮空気が供給される燃焼炉と、両端開口した筒形を有して前記燃焼炉の内部に同心状に配置され、前記燃焼炉の上端開口を施蓋する蓋板台に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体と、固形燃料に前記燃焼用の圧縮空気よりも高圧の空気（以下、シール用空気という。）を混合した混合物を前記燃焼筒体の前記蓋板台の貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管とを備え、前記燃焼用の圧縮空気およびシール用空気が前記燃焼炉の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定されるともに、さらに、中央にガス放出口が形成され前記燃焼筒体の上端開口を施蓋する蓋体と、前記ガス放出口を上方から覆う上覆室と、前記上覆室に連通する排ガス導入管、前記蓋体の上部に連通する円錐型の排塵部および清浄ガスを外部に放出する排出ダクトを有する少なくとも１つのサイクロンを備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る発明の固形燃料の燃焼装置は、筒形の炉壁の内部に固形燃料の燃焼領域が設けられ燃焼用の圧縮空気が供給される燃焼炉と、両端開口した筒形を有して前記燃焼炉の内部に同心状に配置され、前記燃焼炉の上端開口を施蓋する蓋板台に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体と、固形燃料に前記シール用空気を混合した混合物を前記燃焼筒体の前記蓋板台の貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管とを備え、前記燃焼用の圧縮空気およびシール用空気が前記燃焼炉の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定されるともに、前記燃焼炉の炉壁が、何れも円錐台の外形を有する外側筒体、中側筒体および内側筒体が互いに同心状に配置して構成され、前記外側筒体と前記中側筒体との間に形成された平面視で環状空間の外側空気循環路と、前記中側筒体と前記内側筒体との間に形成された平面視で環状空間の内側空気循環路とが、各々の下端部の連通孔を介して互いに連通されて前記内側空気循環路の上端が前記燃料混合送風管に連通していることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明の固形燃料の燃焼装置は、筒形の炉壁の内部に固形燃料の燃焼領域が設けられ燃焼用の圧縮空気が供給される燃焼炉と、両端開口した筒形を有して前記燃焼炉の内部に同心状に配置され、前記燃焼炉の上端開口を施蓋する蓋板台に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体と、固形燃料に前記シール用空気を混合した混合物を前記燃焼筒体の前記蓋板台の貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管とを備え、前記燃焼用の圧縮空気およびシール用空気が前記燃焼炉の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定され、さらに、中央にガス放出口が形成され前記燃焼筒体の上端開口を施蓋する蓋体と、前記ガス放出口を上方から覆う上覆室と、前記上覆室に連通する排ガス導入管、前記蓋体の上部に連通する円錐型の排塵部および清浄ガスを外部に放出する排出ダクトを有する少なくとも１つのサイクロンを備えるとともに、前記燃焼炉の炉壁が、何れも円錐台の外形を有する外側筒体、中側筒体および内側筒体が互いに同心状に配置して構成され、前記外側筒体と前記中側筒体との間に形成された平面視で環状空間の外側空気循環路と、前記中側筒体と前記内側筒体との間に形成された平面視で環状空間の内側空気循環路とが、各々の下端部の連通孔を介して互いに連通されて前記内側空気循環路の上端が前記燃料混合送風管に連通していることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に係る発明の固形燃料の燃焼装置は、請求項１から３の何れかに記載の固形燃料の燃焼装置において、互いに径の異なる筒状を有する外筒および内筒が同心状に配置されて、前記外筒および前記内筒の間に平面視で環状空間の第２の外側空気循環路が形成された外装筒体を備え、前記外装筒体が前記燃焼筒体の周囲に同心状に配置され前記外装筒体と前記燃焼筒体との間に、下端で前記第２の外側空気循環路に連通する第２の内側空気循環路が形成され、前記第２の内側空気循環路の上端部から前記燃焼筒体の内接方向に向けて燃焼用の空気が噴出されるように設定されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に係る発明の固形燃料の燃焼装置は、請求項１から４の何れかに記載の固形燃料の燃焼装置において、多数の灰排出孔が全面にわたり形成され回転駆動源により回転される回転盤が前記燃焼炉の底部を構成する配置で設けられ、前記灰排出孔を通って落下した灰を収集して灰回収箱に搬送する搬送機構が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る固形燃料の燃焼装置によれば、固形燃料は燃焼反応用の空気と混合されて即座に燃焼可能な状態で燃焼炉内の燃焼領域に向け投入されるが、このとき、固形燃料
は、燃焼筒体における蓋板台を貫通直後の箇所、つまり燃焼筒体と燃焼炉の内側筒体との間における燃焼筒体の下端開口に対し上方に離間した箇所に向け投入される。この固形燃料の投入箇所は、燃焼炉の燃焼領域において固形燃料の燃焼により生成された燃焼ガス流が立ち昇る炎のような状態で流入する燃焼筒体のガス流入口に対して上方に離間した高さ位置に設けられているので、投入直後の固形燃料が燃焼ガス流の吸引力を受けようとするのが燃焼筒体における蓋板台を貫通した下部箇所により阻止されるから、固形燃料が未燃状態のまま燃焼ガス流と共に燃焼筒体の外部に放出されるのを有効に防止することができる。
【００１５】
さらに、本燃焼装置によれば、燃焼筒体の上端開口を施蓋する蓋体のガス放出口から排出される排ガスが、ガス放出口を上から覆う上覆室内に集まる。この集まった排ガスは排ガス導入管を介してサイクロン内に導入され、清浄ガスと飛灰とに分離される。このうち、清浄ガスは排出ダクトから放出され、飛灰は排塵部を介して燃焼筒体内に戻るなどにより、外部へは飛灰成分の大半が除去された清浄ガスが排出されるので、この清浄ガスが通る配管内に飛灰が固着するのを防止できる。
【００１６】
請求項２、３に係る固形燃料の燃焼装置によれば、外側筒体、中側筒体および内側筒体の三重筒からなる燃焼炉は円錐台の外形を有する炉壁に形成されているから、燃焼炉の内周面に沿って旋回しながら下降する燃焼用空気は、燃焼炉の上端部分において内径が比較的小さいのに伴って空気圧が高くなって速い速度で旋回するとともに、燃焼炉の下端部分において内径が比較的大きいのに伴って空気圧が低くなって遅い速度で旋回する。このように燃焼炉の内部は、上方箇所が下方箇所よりも空気圧が高い、つまり下方に向け正圧の空気圧配置となっている結果、燃焼炉の上端箇所から投入された固形燃料が燃料投入口に向け吹き上げられて逆流する不具合の発生や逆煙および逆火の発生などが確実に防止される。
【００１７】
また、この燃焼装置では、空気が外側空気循環路および内側空気循環路を順次循環されるときに燃焼領域の高温の燃焼ガスの輻射熱を受けて十分に予熱されることにより高温の燃焼用空気となったのちに固形燃料に混合され、燃焼炉の内周面に沿って旋回しながら下降して燃焼領域に供給される。これにより、固形燃料は、遠心燃焼方式により高効率に燃焼されて、高温の燃焼ガスを効率的に生成する。
【００１８】
請求項４に係る固形燃料の燃焼装置によれば、外装筒体では、空気が第２の外側空気循環路および第２の内側空気循環路を順次循環するときに外装筒体の外筒および内筒を空冷等の方式で効果的に冷却して冷却ジャケットとして機能するので、外装筒体の所期の寿命を確保できる。さらに、第２の外側空気循環路および第２の内側空気循環路を循環し終えて予熱された圧縮空気は、燃焼筒体の内接方向に向け噴出されて、燃焼筒体の内周面に沿って旋回しながら下降する空気流となり、この空気流は、燃焼筒体の下端開口から燃焼用空気として燃焼炉の燃焼領域に供給されるので、固形燃料を遠心燃焼方式によりさらに高効率に燃焼させることができる。
【００１９】
請求項５に係る固形燃料の燃焼装置によれば、燃焼炉の上端部から投入される固形燃料は、自重により回転盤のほぼ同じ箇所に落下するが、その箇所に山積み状態にならないように、回転盤の回転によって回転盤の全面にほぼ均等に分散されるので、燃焼炉の燃焼領域の全体にわたりほぼ均等な燃焼状態とすることができる。また、固形燃料の燃焼により発生する細かい灰は、回転盤の回転による振動で灰排出孔を通り落下して集められたのちに、搬送機構により搬送されて灰回収箱に回収される。これにより、細かい灰が燃焼炉の底部となる回転盤上に投下されたままで未燃焼の固形燃料の上に堆積されていくのが防止され、安定した燃焼状態を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固形燃料の燃焼装置を示す縦断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る固形燃料の燃焼装置を示す縦断面図である。
【図５】図４のＺ−Ｚ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る固形燃料の燃焼装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る固形燃料の燃焼装置を示す縦断面図であり、この実施形態では、工業用プラント装置などに有効に利用できる構造を備えたものを例示してある。この燃焼装置は、複数の支持柱１２の各上端面に燃料攪拌兼灰収集機構部１３が載置して固定され、この燃料撹拌兼灰収集機構部１３の上端開口の縁部から外方に突出したフランジ部１４上に、燃焼炉底板部１７が載置された状態でボルト１８により固定されており、通過孔１７ａが形成されている。燃焼炉底板部１７の通過孔１７ａの周囲に環状に残存する台板部１７ｂ上に、この燃焼装置の本体部分である燃焼炉１が載置固定されている。
【００２３】
上記燃焼炉1は、何れも円錐台の外形を有する外側筒体２、中側筒体３および内側筒体４が互いに同心状に配置されて炉壁が構成され、この炉壁が燃焼炉底板部１７の台板部１７ｂ上に固定されており、外側筒体２と中側筒体３との間には、平面視で環状空間の外側空気循環路７が形成されているとともに、中側筒体３と内側筒体４との間には、内側空気循環路８が形成されており、外側空気循環路７と内側空気循環路８の各々の下端部が連通孔９を介して互いに連通されている。この外側空気循環路７および内側空気循環路８への燃焼用空気の供給については後述する。
【００２４】
燃焼炉１の上端面には蓋板台１０が載置固定されており、この蓋板台１０の上面には、外装筒体底板部１１が載置されボルト１９により固定されている。外装筒体底板部１１の上面には外装筒体２０が載置固定されている。外装筒体２０は、互いに径の異なる円筒状を有する外筒２１および内筒２２が同心状の配置で外装筒体底板部１１の上面に固定されており、外筒２１および内筒２２の間には平面視で環状空間の第２の外側空気循環路２３が形成されている。
【００２５】
さらに、内筒２２に対し内方箇所には、外装筒体２０よりも高さの高い燃焼筒体２４が、これの上端を外装筒体２０の上端と面一とした位置決め配置で、蓋板台１０および外装筒体底板部１１に対し貫通した状態で固定されており、燃焼筒体２４と内筒２２との間には平面視で環状空間の第２の内側空気循環路２７が形成されている。第２の外側空気循環路２３および第２の内側空気循環路２７の間は、各々の下端部が連通孔３９を介して互いに連通されている。この第２の外側空気循環路２３および第２の内側空気循環路２７への空気の流れについては後述する。また、外装筒体２０の上端開口部には、中央部にガス放出口２９ａが開口された板状の蓋体２９が施蓋状態に固定されており、この蓋体２９の上面には、ガス放出口２９ａからの燃焼ガスを吸引ファン（図示せず）から熱交換器（図示せず）に導く連結ダクト３０が取り付けられている。
【００２６】
図１に明示するように、第１の送風機３１から送出される燃焼用の圧縮空気Ａは、直線送風管３２を通じて外装筒体２０の第２の外側空気循環路２３に供給されるとともに、湾曲送風管３３を通じて燃焼筒体２４の内部にも供給される。詳述すると、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である図２に示すように、直線送風管３２は、外装筒体２０の外筒２１の
上端部を貫通して、第２の外側空気循環路２３の上端における内接方向に向け圧縮空気Ａを噴き出す配置で固定されている。したがって、第２の外側空気循環路２３に噴出された圧縮空気Ａは、図１の蓋体２９により上動を阻止されて第２の外側空気循環路２３に沿って流動することにより、高速で旋回する旋回空気流Ａ１となり、この旋回空気流Ａ１が、第２の外側空気循環路２３に沿って下降したのちに連通孔３９を通って第２の内側空気循環路２７に流入し、この第２の内側空気循環路２７に沿ってこれの上端まで流動するように循環する。
【００２７】
一方、湾曲送風管３３は、外装筒体２０の外筒２１、内筒２２および燃焼筒体２４の各々の上端部をそれぞれ貫通しており、前述の第２の内側空気循環路２７の上端まで流動した空気流Ａ１を燃焼筒体２４の内接方向に向け噴き出す配置で固定されている。
【００２８】
したがって、燃焼筒体２４に噴出された圧縮空気Ａ１は、図１の蓋体２９により上動を阻止されて燃焼筒体２４の内周面に沿って流動することにより、高速で旋回する空気流Ａ２として燃焼筒体２４の内周面に沿って旋回しながら下降していき、燃焼筒体２４の下端開口付近まで下降したときに、下方の高温の燃焼ガスＧに吸引されて、旋回を維持しながら燃焼領域に燃焼用空気流Ａ３として取り込まれる。
【００２９】
また、図１に明示するように、第２の送風機４１から燃料混合送風管４２に送出されるシール用空気と燃料供給用ホッパー４０から燃料混合送風管４２に供給される固形燃料Ｆとは、燃料混合送風管４２の内部で混合されたのちに、燃焼炉１の内側筒体４と燃焼筒体２４との間から燃焼炉１の下部の燃焼領域に投入されるとともに、第１の送風機３１から送出される圧縮空気Ａの一部は、直線送風管３２から分岐送風管３４を通じて燃焼炉１の外側空気循環路７に供給される。詳述すると、図１のＹ−Ｙ線に沿った断面図である図３に示すように、分岐送風管３４は、燃焼炉１の外側筒体２の上端部を貫通して、外側空気循環路７の上端における内接方向に向け圧縮空気Ａを噴き出す配置で固定されている。したがって、外側空気循環路７に噴き出された圧縮空気Ａは、図１の蓋板台１０により上動を阻止されて外側空気循環路７に沿って流動することにより、高速で旋回する旋回空気流Ａ１となり、この旋回空気流Ａ１が、外側空気循環路７に沿って下降したのちに連通孔９を通って内側空気循環路８に流入し、この内側空気循環路８に沿ってこれの上端まで流動するように循環する。
【００３０】
一方、第２の送風機４１に直結する燃料混合送風管４２は、燃焼炉１の外側筒体２、中側筒体３および内側筒体４の各々の上端部をそれぞれ貫通して、燃焼筒体２４における蓋板台１０に対する貫通根元箇所に対向する高さ位置で、燃焼炉１の内側筒体４の内接方向に向けシール用空気と固形燃料Ｆとの混合物を噴き出す配置で固定されている。また、内側空気循環路８の上端付近まで上動した旋回空気流Ａ１は燃料混合送風管４２内の固形燃料Ｆとシール用空気との混合物に合流されたのち、燃焼炉１の内側筒体４と燃焼筒体２４との間に噴出される。
【００３１】
つぎに、前記燃焼装置の作用について説明する。固形燃料Ｆは、燃料供給用ホッパー４０から第２の送風機４１の燃料混合送風管４２内に供給されて、この燃料混合送風管４２の内部でシール用空気と混合されて即座に燃焼可能な状態で燃焼炉１内の下部の燃焼領域に向け投入される。このとき、固形燃料Ｆは、燃焼筒体２４と燃焼炉１の内側筒体４との間における燃焼筒体２４の下端開口に対し上方に離間した箇所に向け投入されるので、この固形燃料Ｆの投入箇所は、燃焼炉１の燃焼領域において固形燃料Ｆの燃焼により生成された燃焼ガス流が立ち昇る炎のような状態で流入する燃焼筒体２４のガス流入口に対して上方に離間した高さ位置に設けられているので、投入直後の固形燃料Ｆが燃焼ガス流の吸引力を受けるのが燃焼筒体２４における蓋板台１０を貫通した下部箇所により阻止されるから、固形燃料Ｆが未燃状態のまま燃焼ガス流と共に燃焼筒体２４の外部に放出されるの
を確実に防止することができる。
【００３２】
また、外側筒体２、中側筒体３および内側筒体４の三重筒により炉壁が構成された燃焼炉１は円錐台の外形に形成されているから、燃焼炉１の内周面に沿って旋回しながら下降する空気Ａ３は、燃焼炉１の上端部分において内径が比較的小さいのに伴って空気圧が高くなって速い速度で旋回するとともに、燃焼炉１の下端部分において内径が比較的大きいのに伴って空気圧が低くなって遅い速度で旋回する。このように燃焼炉１の内部は、上方箇所が下方箇所よりも空気圧が高い、つまり下方に向け正圧の空気圧配置となっている。その結果、燃焼炉１の上端箇所から投入された固形燃料Ｆがこれの投入口に向け吹き上げられて逆流する不具合の発生や逆煙および逆火の発生などが確実に防止される。
【００３３】
さらに、前記燃焼装置では、第２の送風機４１から送出されるシール用空気が固形燃料Ｆに予め混合された状態で燃焼炉１内に投入されるのに加えて、固形燃料Ｆを高効率に燃焼させるための十分な燃焼用空気Ａ３を、燃焼炉１の内周面に沿って旋回しながら下降させて燃焼領域に供給するようになっている。この燃焼用空気Ａ３は、第１の送風機３１から分岐送風管３４を通った圧縮空気Ａが、燃焼炉１の外側空気循環路７および内側空気循環路８を順次循環されるときに燃焼領域の高温の燃焼ガスＧの輻射熱を受けて十分に予熱されることにより高温の燃焼用空気Ａ３となったのちに、燃焼炉１の内側筒体４の内周面に沿って旋回しながら下降して燃焼領域に供給される。これにより、固形燃料Ｆは、遠心燃焼方式により高効率に燃焼されて、高温の燃焼ガスＧを効率的に生成する。
【００３４】
また、上述の第１の送風機３１から分岐送風管３４を通った圧縮空気Ａは、燃焼炉１の外側空気循環路７および内側空気循環路８を順次循環するときに燃焼ガスＧの輻射熱を受けて徐々に予熱されていき、内側空気循環路８を循環し終えた時点で高温の燃焼用空気Ａ３となる。したがって、各空気循環路７、８を循環中の圧縮空気は、燃焼炉１の外側筒体２、中側筒体３および内側筒体４を空冷方式で効果的に冷却して空冷ジャケットとしても機能するので、燃焼炉１の所期の寿命を確保できる。
【００３５】
一方、外装筒体２０では、第１の送風機３１から直線送風管３２を通った圧縮空気Ａが、第２の外側空気循環路２３および第２の内側空気循環路２７を順次循環するときに外装筒体２０の外筒２１および内筒２２を空冷方式で効果的に冷却して空冷ジャケットとして機能するので、外装筒体２０の所期の寿命を確保できる。
【００３６】
つぎに、固形燃料Ｆの燃焼により生成される燃焼ガスＧに含まれる灰を処理するための燃料攪拌兼灰処理機構１３について説明する。図１に示すように、燃焼炉の燃焼炉底板部１７の通過孔１７ａの下方位置には、円盤の全面にわたり小径の灰排出孔４３ａが多数個形成された回転盤４３が軸受４４により回転自在に設けられており、この回転盤４３は、上方から投入された固形燃料Ｆを上面に堆積して燃焼させるための燃焼炉１の底板部分を構成するものである。上記回転盤４３の中心部には回転軸４７の上端部が連結され、回転盤４３の下端部に固着された受動側プーリ４８と駆動用モータ４９に設けられた伝動側プーリ５０との間にベルト５１が架け渡されて、駆動用モータ４９の駆動により上記回転盤４３が回転されるようになっている。
【００３７】
燃焼炉１の上端部においてシール用空気が混合された状態で投入される固形燃料Ｆは、自重により回転盤４３のほぼ同じ箇所に落下するが、その箇所に山積み状態にならないように、回転盤４３の回転によって回転盤４３の全面にほぼ均等に分散されるので、燃焼炉１の燃焼領域の全体にわたりほぼ均等な燃焼状態とすることができる。従来では、燃焼炉の平坦面となった炉床面に山積み状となった固形燃料を炉床面の中心部に設けた回転棒により掻き回す構成としたものが存在するが、回転棒が燃焼ガスの高温に耐えられずに劣化するのが早く、回転棒を短期間で頻繁に交換する必要があった。
【００３８】
固形燃料Ｆの燃焼により発生する細かい灰は、回転４３の回転による振動で灰排出孔４３ａを通り灰収集機構５２上に落下して集められたのちに、モータ５３の駆動により回送移動される搬送コンベア５４により搬送されて灰回収箱５７に回収される。これにより、細かい灰が燃焼炉１の底部となる回転盤４３上に投下されたままで未燃焼の固形燃料Ｆの上に堆積されていくのが防止され、安定した燃焼状態を継続することができる。一方、固形燃料Ｆを燃焼する場合に発生する重量の大きい物質や無機質の物質が不完全燃焼することによって生じて回転盤４３上に堆積する比較的大形の灰は、燃焼装置の運転を定期的に停止したときに、燃焼炉１に設けられた灰取出口５２を開いて取り出すようになっている。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る固形燃料の燃焼装置を示す縦断面図である。この実施の形態では、熱交換装置等を利用することにより、排出されるガスから熱エネルギーを取り出すのに有利な構造を備えたものを例示している。なお、第１の実施の形態に示した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を行うこととする。ここでは、図１における燃料撹拌兼灰収集機構部１３よりも下方の構成については第１の実施の形態と同様であるため、図示を省略している。
【００４０】
図４に示すように、本実施の形態に係る燃焼装置は、燃焼筒体２４の上方に６つのサイクロン７０が設けられている構成において、第１の実施の形態と異なっている。このような燃焼装置の利用形態の一つに、熱交換装置との組み合わせが考えられる。上記６つのサイクロン７０の上方で矩形に囲んだ点線は、廃熱を利用するために付設される熱交換装置８０の設置領域を便宜的に図示したものである。この熱交換装置８０の具体例としては、温風機やボイラーなどが挙げられる。
【００４１】
ところで、第１の実施の形態に示した燃焼装置によれば、燃焼炉１及び燃焼筒体２４において固形燃料Ｆが効率良く燃焼されるので、固形燃料Ｆの一部が未燃状態のまま燃焼ガス流と共に燃焼筒体２４の外部に放出されるのを良好に防止できることは前述の通りである。しかし、燃焼ガス流の中には、僅かではあるが、微量な飛灰が含まれることがある。そして、長期に渡って連続運転を行う場合、排ガス中に含まれる飛灰が環境汚染の虞のないような、極めて微量なものであっても、配管内に付着して層状に蓄積され、排気に支承を来す虞がある。
【００４２】
特に、前述のボイラー等において熱交換のために引き廻される配管には、熱交換効率の向上を図るために小径の配管が用いられるので、比較的短期間に配管内が閉塞する可能性がある。
【００４３】
このため、メンテナンスの頻度を低減し、長時間の安定した連続運転を可能にするためには、熱交換装置８０に至るまでに、燃料に含まれる石、砂等の無機質の物質や煤塵をできる限り取り除く必要がある。
【００４４】
これらの事情に鑑みて、本実施の形態に係る燃焼装置においては、図４に示すように、燃焼筒体２４の上端側の開口は、蓋体２９で施蓋されている。この蓋体２９の中央には、燃焼筒体２４から立ち昇る排ガスを放出するガス放出口２９ａが形成されている。そして、このガス放出口２９ａは、上覆室７２により上方から覆われている。
【００４５】
前述の６つのサイクロン７０は、この上覆室７２を囲うように円環状に配列されている。また、上覆室７２は、６つのサイクロン７０の排ガス導入管７０ａのそれぞれと連通している。各々のサイクロン７０の下方側には円錐型の排塵部７０ｂが形成されている。こ
れら排塵部７０ｂは蓋体２９の上面に接続されており、燃焼筒体２４で囲われる空間と連通している。さらに、各々のサイクロン７０の上方からは、清浄ガスを排出するための排出ダクト７０ｃが延びている。本実施の形態に係る燃焼装置では、これら６本の排出ダクト７０ｃを集める集合管７４が上覆室７２の直上に配置されている。この集合管７４を介して清浄ガスが外部へ排出される。なお、ここでは説明の便宜のため、集合管７４を介して熱交換装置８０内に引き廻される細管などの詳細な構成については、図示を省略している。
【００４６】
このように構成されているので、燃焼筒体２４から放出される燃焼ガス流の中に飛灰が混入していたとしても、６つのサイクロン７０に取り込まれて清浄ガスと飛灰とに遠心分離され、飛灰成分は外部に放出されることなく燃焼筒体２４内に戻される。サイクロン７０の排塵部７０ｂは、燃焼筒体２４の径よりもひと回り小さい円環状に配列されているので、分離された排塵（飛灰）は、燃焼筒体２４の内壁に沿って落下する。すなわち、第１の実施の形態において、図１を用いて示したように、分離された排塵は、空気流Ａ２の旋回流に乗って遠心運動をしながら燃焼炉１に戻される。このように、固形燃料Ｆは完全に燃焼されるまで環流が繰り返される。また、ごく微細なものを除き、ほとんどの灰は外部に放出されることなく図１に示した燃料撹拌兼灰収集機構部１３に収集される。
【００４７】
また、前述のように、本実施の形態に係る燃焼装置では、燃焼筒体２４の上方に配置された上覆室７２の直上に、清浄ガスの集合管７４が設けられている。このため、上覆室７２から発せられる輻射熱が集合管７４に伝導し、清浄ガスの温度の低下を防ぐことができるので、熱交換に利用される熱エネルギーのロスが低減される。加えて、燃焼装置と熱交換装置８０とを一体的にコンパクトに設計することが可能である。
【００４８】
さらに、飛灰を含まない清浄ガスが外部へ送られるので、熱交換装置８０の内部の細管における配管詰まりを防止することが可能となる。
【００４９】
次に、図４のＺ−Ｚ線で切断した断面図を図５に示す。図４のＺ−Ｚ線は、上覆室７２とサイクロン７０とを繋ぐ排ガス導入管７０ａ（サイクロン７０の構成の一部）の中央を切断している。なお、ここでは説明の便宜のため、切断位置の端面のみを図示し、他の構成を省略している。
【００５０】
図５に示すように、６つのサイクロン７０は、上覆室７２を囲むように円環状且つ均等に配置されている。そして、排ガス導入管７０ａは、それぞれ、平面視において、上覆室７２の内壁のほぼ接線方向に沿って延びると共に、サイクロン７０の内壁に対しても接線方向に配向するように接続されている。
【００５１】
第１の実施の形態において、図２、３を用いて示したように、前述の燃焼装置は、平面視において反時計回りの方向に旋回流が生じる。このため、同様の構成を有する第２の実施の形態の燃焼装置においても、燃焼炉１から立ち昇り、上覆室７２に送られる燃焼ガスの旋回流は、平面視で反時計回りの方向に流れる。これに対して、排ガス導入管７０ａも、拡径側が反時計回りの方向へ傾くように配置されている。このように構成されているので、第１の送風機３１、第２の送風機４１により送られ燃焼に寄与した空気は、スムーズに排ガス導入管７０ａからサイクロン７０内へ導かれる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る固形燃料の燃焼装置を示す断面図である。この実施の形態では、燃焼筒体における遠心分離機能をさらに向上させた構成を示す。なお、第１、２の実施の形態に示した構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を行うこととする。また、第２の実施の形態に示した図４と同様に、燃料撹拌兼灰収集機
構部１３よりも下方の構成については、説明の便宜のために図示を省略している。
【００５３】
前記第１および２の実施の形態では、高さ方向に一定の径を有する円筒状の燃焼筒体２４を備えた構成を例として示した。これに対し、本実施の形態では、図６に示すように、下方側において径が小さくなるような逆円錐台形状の部分を有する燃焼筒体２４ａが採用されている。これに伴い、燃焼筒体２４ａの外側に備えられる、外筒２１ａ、内筒２２ａからなる外装筒体２０ａも、同様に、逆円錐台形状の部分を有している。
【００５４】
また、この燃焼筒体２４ａを施蓋するように設けられている蓋体２９に形成されたガス放出口２９ａには、燃焼筒体２４ａの内側に向かって垂下するように垂下壁２９ｂが形成されている。
【００５５】
このように構成されているので、本実施の形態に係る燃焼装置では、サイクロン７０の排塵部７０ｂから落下する排塵は、第１の送風機３１から直線送風管３２および湾曲送風管３３を介して導入される空気流Ａ１と共に旋回する空気流Ａ２となり、遠心力を増大させながら下降して、燃焼炉１へ送られる。
【００５６】
しかし、図６に示すように、燃焼筒体２４ａは、外装筒体底板部１１よりも下方側の領域では、径が一定の円筒状に形成されている。これにより、空気流Ａ２は、外装筒体底板部１１よりも下方域では、燃焼炉１の中央側の上昇旋回流を乱さないように、増大した一定の遠心力を保持したまま流れ、燃焼炉１の遠心方向へ導かれる。このように、燃焼筒体２４ａの逆円錐台形状の部分において遠心力が増大するので、燃焼筒体２４ａにおける遠心分離機能が向上し、延いては、上覆室７２や集合管７４における飛灰の濃度をさらに低く抑えることが可能となる。
【００５７】
これに加えて、前述のように、ガス放出口２９ａには垂下壁２９ｂが設けられているので、サイクロン７０の排塵部７０ｂから落下した排塵が巻き上げられて直接上覆室７２へ戻されるのを防止することができる。これにより、飛灰が無駄に循環することなく高効率の燃焼が可能となる。
【００５８】
なお、本発明は、以上の実施形態で示した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。例えば、図１における中間筒体３および内側筒体４を省略してもよく、また、内筒２２を省略してもよい。さらに、内側筒体４のみを省略することも可能で、この場合は、第１の送風機３１からの圧縮空気Ａは図１における燃焼炉１の外側筒体２の下部より導入される。
【００５９】
また、前記の第２、３の実施の形態では、複数のサイクロン７０を備えた燃焼装置の燃焼筒体２４、２４ａの外方に、外装筒体２０、２０ａを備えた構成を例として示したが、この外装筒体２０、２０ａ及びこれに伴う直線送風管３２からなる構成は必須のものではない。
【００６０】
また、前記の第２、３の実施の形態では、燃焼筒体２４、２４ａの上方に６つのサイクロン７０を備えた構成を例として示したが、このサイクロン７０は少なくとも１つ備えていれば、同様の効果を奏する。
【００６１】
また、前記の第１、２の実施の形態では、高さ方向に径が一定の円筒状の燃焼筒体２４を備えた構成を例として示した。そして、第３の実施の形態では、高さ方向における中間領域に逆円錐台状の部分を有する燃焼筒体２４ａを備えた構成を例として示した。しかし、これらの例に限らず、滑らかな旋回流を生じさせるためには、横断面がほぼ円形に形成
されていれば良い。例えば、下方に行くにしたがって直線的に径が小さくなるような筒体や、内側に凹または凸となるような湾曲面を形成しながら径が小さくなるような筒体や、さらには、これらの組合せにより形成される筒体であっても構わない。
【００６２】
また、前記の第２、３の実施の形態では、上覆室７２に対してサイクロン７０の排ガス導入管７０ａがほぼ接線方向に延びるように配置された構成を例として示した。しかし、排ガス導入管７０ａは、少なくともサイクロン７０側に対して接線方向に接続されていれば良く、上覆室７２に対しては何れの方向に接続されていても構わない。このような場合であっても、燃焼筒体２４、２４ａから立ち昇る上昇気流による圧力により、上覆室７２内のガスはサイクロン７０側に押し出されるので、同様の効果を得ることは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の固形燃料の燃焼装置は、安価な木製チップや木屑或いはＲＰＦのような固形燃料を用いながらも、この固形燃料を長期間にわたり高効率で燃焼させて高温の燃焼ガスを安定に生成することができるので、石油や重油などの液体燃料または天然ガスなどの気体燃料を用いることなく、空気調和などの種々の工業用として必要とされる高温の燃焼ガスを供給することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  燃焼炉
２  外側筒体
３  中側筒体
４  内側筒体
７  外側空気循環路
８  内側空気循環路
９  連通孔
１０  蓋板台
１７  燃焼炉底板部
２０、２０ａ  外装筒体
２１、２１ａ  外筒
２２、２２ａ  内筒
２３  第２の外側空気循環路
２４、２４ａ  燃焼筒体
２７  第２の内側空気循環路
２９  蓋体
２９ａ  ガス放出口
２９ｂ  垂下壁
４２  燃料混合送風管
４３  回転盤
４３ａ  灰排出孔
５４  搬送コンベア
５７  灰回収箱
７０  サイクロン
７０ａ  排ガス導入管
７０ｂ  排塵部
７０ｃ  排出ダクト
７２  上覆室
７４  集合管
８０  熱交換装置
【要約】
【課題】固形燃料を燃焼用空気の混合により燃焼可能な状態として燃焼炉に投入する供給形態を採用しながらも、固形燃料を高い燃焼効率を維持しながら長時間または長期間にわたり連続的に燃焼させることができる固形燃料の燃焼装置を提供する。
【解決手段】筒形の炉壁の内部に固形燃料Ｆの燃焼領域が設けられた燃焼炉１と、両端開口した筒形を有して燃焼炉1の内部に同心状に配置され、燃焼炉１の上端開口を施蓋する蓋板台１０に対し下方の一部分を貫通した状態で固定された燃焼筒体２４と、固形燃料Ｆにシール用空気を混合した混合物を燃焼筒体２４における蓋板台１０を貫通直後の箇所に向けて供給する燃料混合送風管４２とを備え、空気が燃焼炉１の炉壁の内接方向に向けて噴出するように設定されている。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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