(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状または円錐形状の燃焼室と、この燃焼室の上部に取り付けられ、燃料と加圧された燃焼用空気とを混合して前記燃焼室内に導入可能な燃料混入器と、前記燃焼室の上部中央に取り付けられた排気筒と、を備え、
前記燃料混入器は、燃焼用空気と燃料とが前記燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら下降するように、前記燃焼室に対して斜めに接続され、
前記排気筒の中央部に複数の空気吹出口を有する二次燃焼空気送風管を設置し、この二次燃焼空気送風管を燃料混入器の空気導入部に接続し、前記空気導入部から前記二次燃焼空気送風管の空気吹出口を通して前記排気筒内に排出された空気により、前記排気筒内で二次燃焼可能に構成した加圧式燃焼装置。
【請求項２】
円筒形状または円錐形状の燃焼室と、この燃焼室の上部に取り付けられ、燃料と加圧された燃焼用空気とを混合して前記燃焼室内に導入可能な燃料混入器と、前記燃焼室の上部中央に取り付けられた排気筒と、を備え、
前記燃料混入器は、燃焼用空気と燃料とが前記燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら下降するように、前記燃焼室に対して斜めに接続され、
円筒形又は多角筒形で複数個の空気流入口を設けた燃焼筒を燃焼室の中央部に設け、この燃焼筒の中央部分に前記燃料混入器に接続された空気供給管を燃焼室底部近傍に燃焼室の底面から離間させた位置まで延ばして配置し、前記空気供給管の先端部を開口させて燃焼用空気を燃焼室底部近傍箇所に流入させることができるよう構成した加圧式燃焼装置。
【請求項３】
燃焼室の周囲に、燃焼室の壁面に伝達される熱を吸収する貯水タンク部が設けられているとともに、前記貯水タンク部に、排気筒からの排気が通される熱交換配管を有する熱交換器が繋げられている請求項１または２に記載の加圧式燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス燃料などの各種の燃料を燃焼させてボイラーや燃焼炉などとして使用することができる燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
木質チップなどのバイオマス燃料やペレットまたはプラスチックと紙とを混ぜた廃材をリサイクルして作られたＲＰＦなどの燃料を使用した燃焼装置が実用化されつつある。この種の燃焼装置においては、空気を押し込む送風機を使用して多くの空気を燃焼室内に供給して燃焼火力を高め、燃焼により発生した排気を排出するために高い煙突や送風機を使った強制排気装置を使用して、燃料投入口などに排気が逆流することを防止した構造とされている。例えば、特許文献１等には、固体燃料や液体燃料を燃焼可能な燃焼装置が開示されている。
【０００３】
また、燃焼装置の燃焼室内に燃料を投入して燃焼させる方法としては、燃焼室の内部壁面に複数個の空気供給口を設けて燃焼空気を送り燃焼させる方法や、ロストルを設けてロストル下部より燃焼空気を送り込んで燃焼させる構造が一般的である（特許文献１、２等）。
【０００４】
燃焼装置が、コンベアなどを用いて燃料を自動投入させて連続的に燃焼させる構造である場合には、燃焼室の底部に灰が蓄積して燃焼条件が悪化し燃え難くなる。このような不具合を解消するものとして、特許文献２等に摺動式のロストルや自動灰出し装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４８１４号公報
【特許文献２】特開平８−１２８６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の燃焼装置においては、燃焼火力を高めるための燃焼用送風機と、排気排出用の送風機やドラフト（通風力）効果を得るための高い煙突が必要であり、製造コストが増加してしまう課題がある。また、燃焼室内で発生した粉塵などが排気口から排出されるので、燃焼室の排気出口から煙突までの間にサイクロン集塵機などを備えて粉塵を除去しており、これによっても、製造コストの増加を招いていた。またその他の課題として、燃料の自動投入装置を用いて長時間燃焼をすると、燃焼室内に灰が蓄積して燃焼条件が悪化するので灰の除去装置が必要であった。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決しようとするものであり、排気排出用の送風機や高い煙突などを必要とせず、かつ、燃焼室内で集塵機能を持たせることができて、長時間にわたって安定に燃焼させることができる加圧式燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の加圧式燃焼装置の共通な構成は、円筒形状または円錐形状の燃焼室と、この燃焼室の上部に取り付けられ、燃料と加圧された燃焼用空気とを混合して前記燃焼室内に導入可能な燃料混入器と、前記燃焼室の上部中央に取り付けられた排気筒と、を備え、前記燃料混入器は、燃焼用空気と燃料とが前記燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら下降するように、前記燃焼室に対して斜めに接続されていることを特徴とする。なお、燃料混入器には送風機を繋いで送風し、燃料をコンベアなどで自動投入すると好適である。
【０００９】
この構成によれば、加圧された空気と燃料とが、同時に燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら燃焼し、燃焼灰は燃焼室の底部に落下し、燃焼により発生した排気は燃焼室中央部の排気筒より排出される。
【００１０】
また、燃料の種類によっては燃焼条件が異なるために必ずしも一定条件では燃焼しない場合がある。したがって、このような場合に対応してより良い燃焼を行うために、前記排気筒の中央部に複数の空気吹出口を有する二次燃焼空気送風管を設置し、この二次燃焼空気送風管を燃料混入器の空気導入部に接続し、前記空気導入部から前記二次燃焼空気送風管の空気吹出口を通して前記排気筒内に排出された空気により、前記排気筒内で二次燃焼可能に構成してもよい。
【００１１】
この構成によれば、燃焼室内部で発生した未燃ガスを燃焼させることができるため、燃焼効率を向上させるとともに、排気筒から排出される未燃ガス成分を無くしたり、最小限に抑えたりすることができ、排気筒から煙が出ることも防止できる。
【００１２】
また、バイオマス燃料の中でも特にプラスチックの廃材と紙の廃材を原料として生産されたＲＰＦ燃料などのような燃料は、燃料表面は良く燃えるが中心部まで空気が入り難く燃料の投入量が多くなると未燃物が残ってしまう傾向がある。したがって、燃料がＲＰＦ燃料などの場合には、円筒形又は多角筒形で複数個の空気流入口を設けた燃焼筒を燃焼室の中央部に設け、この燃焼筒の中央部分に前記燃料混入器に接続された空気供給管を燃焼室底部近傍に燃焼室底面から離間させた位置まで延ばして配置し、前記空気供給管の先端部を開口させて燃焼用空気を燃焼室底部近傍箇所に流入させることができるよう構成すると好適である。この構成によれば、ＲＰＦ燃料などを完全に灰化することができて、未燃物を無くすことができる。
【００１３】
また、燃焼室の周囲に、燃焼室の壁面に伝達される熱を吸収する貯水タンク部を設けるとともに、前記貯水タンク部に、排気筒からの排気が通される熱交換配管を有する熱交換器を繋げるよう構成してもよい。この構成によれば、燃焼室の熱が貯水タンク部内の水に吸収されるとともに、熱交換器によっても熱が吸収され、良好に温水を得ることができる。また、熱交換器を通った排気を例えば野菜栽培用の温室ハウスなどに導入して温室ハウス内を暖房するなど加圧式燃焼装置の熱をさらに有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の加圧式燃焼装置では、円筒形状または円錐形状の燃焼室と、この燃焼室の上部に取り付けられ、燃料と加圧された燃焼用空気とを混合して前記燃焼室内に導入可能な燃料混入器と、前記燃焼室の上部中央に取り付けられた排気筒と、を備え、前記燃料混入器は、燃焼用空気と燃料とが前記燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら下降するように、前記燃焼室に対して斜めに接続されている。この構成によれば、燃焼室には加圧された空気と燃料とが燃焼室の内周壁面に沿って旋回するように導入されるため、排気筒に高い煙突を接続したり、排気排出用の送風機を接続したりしなくても済み、製造コストを低減できる。また、燃料は燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら燃焼するため、単に底部に燃料を導入する場合よりも、良好に燃焼し易くなり、燃焼室内で発生した粉塵などが排気筒から排出され難くなる。また、燃焼灰は燃焼室の底部に集まりやすく、燃焼室の下部の一部などを開閉自在にすることで、集塵作業も容易に行える。また、燃料は燃焼室の内周壁面に沿って旋回しながら燃焼するため、単に底部に燃料を導入する場合よりも、熱が燃焼室の周囲から発散し易く、熱効率も良好となる。このように本発明の加圧式燃焼装置は例えば、送風機を一台接続するのみで良好な燃焼と集塵と排気とを可能にできるとともに、小型化でき、高性能で安価な燃焼装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る加圧式燃焼装置の正面断面図である。
【図２】同加圧式燃焼装置の平面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る加圧式燃焼装置の正面断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る加圧式燃焼装置の正面断面図である。
【図５】同加圧式燃焼装置の燃焼筒の斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施に係る加圧式燃焼装置の正面断面図である。
【図７】本発明の第５の実施に係る加圧式燃焼装置の正面断面図である。
【図８】同加圧式燃焼装置の平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る加圧式燃焼装置を図面に基づき説明する。ここで、図１および図２は、本発明の実施の形態に係る加圧式燃焼装置の正面断面図および平面断面図である。
【００１７】
図１、図２に示すように、加圧式燃焼装置は、円筒形状の燃焼室１と、この燃焼室１の上部に取り付けられ、燃料と加圧された燃焼用空気とを混合して燃焼室１内に導入可能な燃料混入器２と、燃焼室１の上部中央に取り付けられた排気筒３と、を備えている。
【００１８】
燃料混入器２は、木質チップなどの各種の燃料が投入される筒形状の燃料投入パイプ４と、燃料投入パイプ４の外周を覆う太径部５ａおよびこの太径部から円錐形状に縮径されたベンチュリ部５ｂを有するとともに送風口５ｃに送風機６が接続された空気導入部５とを有する。燃料投入パイプ４および空気導入部５からなる燃料混入器２は斜めに配設されて、燃料投入パイプ４の上端部に燃料が投入される投入口４ａが開口されている。燃料投入パイプ４の投入口４ａには、燃料がコンベアなどで自動投入されるよう構成してもよいがこれに限るものではない。図１、図２に示すように、空気導入部５における燃料投入パイプ４の出口部分とは、ベンチュリ部５ｂにより円錐形状に空気流路が絞られた状態で燃料と混合されるよう構成され、ベンチュリ効果により、燃料と空気とが混合されるとともに流速が高められた状態で燃焼室１に送られる。
【００１９】
また、燃料混入器２の下端部（出口部）は、この実施の形態では、燃焼室１の上端部（天面１ｂ）における内周壁面１ａの近傍箇所の一部に、斜めに下方に向いた姿勢で接続され、これにより、図１に示すように、燃焼用空気と燃料とが燃焼室１の内周壁面１ａに沿って旋回しながら下降するように構成されている。なお、燃料混入器２の燃焼室１に対する接続部の傾斜角度は、燃焼室１の天面１ｂに対して例えば４０度〜５０度が好適であるが、これに限るものではなく、燃焼材料や燃料混合空気の噴射速度などに応じて、適宜適当な傾斜角度とすればよい。
【００２０】
この実施の形態では、燃焼室１の底部１ｃに臨む箇所に、開閉自在の灰取出口７が形成されている。また、排気筒３は、その下端部が燃焼室１の上部中央から下方に少し突入された状態で接続され、上部より横方向に延びる屈曲箇所の端部に排気出口３ａが形成されている。
【００２１】
上記構成において、燃料混入器２の送風口５ｃに送風機６からの送風を開始すると、Ｂ矢印方向に加圧された空気が供給され、燃料投入パイプ４の中の空気が燃焼室１に向けて引き込まれる。これにより、燃料投入パイプ４の空気がＣ方向に流れて燃料の投入を容易にすると同時に、燃焼室１から燃焼済みガスが逆流することが防止される。
【００２２】
燃焼中の燃焼室１内に、燃料混入器２により空気とともに斜め下方に導入された燃料は、燃焼室１の内周壁面１ａに沿って旋回しながら下降する状態で燃焼する。燃焼残澄の灰は、遠心力でＤ方向に燃焼室１の内周壁面１ａを旋回下降しながら燃焼室１内の底部１ｃに落下する。燃焼により発生した排気ガスは、燃焼室１の中央上部に突入された排気筒３を通して排気出口３ａからＥ方向に排出される。なお、点火動作は、最初に材料が投入された状態で、点火された材料を燃料混入器２の燃料投入パイプ４から投入するなどしてもよいが、燃焼室１内に点火部を有する点火手段を設けてもよい。
【００２３】
この構成によれば、燃焼室１には加圧された空気と燃料とが燃焼室１の内周壁面１ａに沿って旋回するように導入されるため、排気筒３に高い煙突を接続したり、排気排出用の送風機を接続したりしなくても済み、製造コストを低減できる。また、燃料は燃焼室１の内周壁面に沿って旋回しながら燃焼するため、単に燃焼室の底部に燃料を導入する場合よりも、良好に燃焼し易くなり、燃焼室１内で発生した粉塵などが排気筒３から排出され難くなる。また、燃焼残澄の灰は燃焼室１の底部１ｃに集まりやすく、火が消えた状態で燃焼室１の下部の灰取出口７を開けることで、集塵作業も容易に行える。また、燃料は燃焼室１の内周壁面に沿って旋回しながら燃焼するため、単に燃焼室の底部に燃料を導入する場合よりも、熱が燃焼室１の周囲から発散し易く、熱効率も良好となる。なお、排気筒３から排気された高温の燃焼済み排気ガスを例えば、温室などに送るようにしてもよい。このように本発明の加圧式燃焼装置は例えば、送風機６を一台接続するのみで良好な燃焼と集塵と排気とを可能にできるとともに、小型化でき、高性能で安価な燃焼装置を提供できる。
【００２４】
ここで、燃料の種類によっては燃焼条件が異なり、燃焼空気の流入量や流入方法の調整が必要な場合がある。例えば、燃焼ガスを多く発生する燃料に対しては、図３に示すように、その基部が接続部１５を介して燃料混入器２に接続されているとともに先端部は閉じられて複数の空気吹出口９ａを周囲に有する二次燃焼空気送風管９を、排気筒３における燃焼室１に接続されている箇所の中央部に突入させて設置する（本発明の第２の実施の形態）。また、二次燃焼空気送風管９を燃料混入器２の空気導入部５に接続する。この場合に、二次燃焼空気送風管９を燃料混入器２の空気導入部５との間に空気量調整用バルブ８を取り付けると好適である。
【００２５】
この構成によれば、燃料混入器２からの空気が排気筒３内にも送り込まれ、燃焼室１の内部で未燃ガスが発生した場合でも、前記未燃ガスが排気筒３内で二次燃焼して、燃焼効率を向上させるとともに、排気筒３から排出される未燃ガス成分を無くしたり、最小限に抑えたりすることができ、排気筒３から煙が出ることも防止できる。
【００２６】
燃料の種類の中でもプラスチックの廃材と紙の廃材とを原料にしたＲＰＦ燃料は、木質燃料と比較すると非常に灰分が多いため、燃料の表面は良く燃えるが燃料の中心部まで空気が入り難く未燃部分が多く残ってしまうという不具合を発生する傾向がある。このような燃料の場合には、前記不具合の発生を防止するために、図４に示すように、円筒形又は多角筒形で複数個の空気流入口１０ａを設けた燃焼筒１０を燃焼室１の中心部に配置し、この燃焼筒１０の中央部分に燃料混入器２に接続部１５を介して接続された空気供給管１１を燃焼室１の底部近傍に燃焼室１の底部１ｃ（底面１ｄから離間させた箇所）まで延ばして配置し、前記空気供給管の先端部を開口させて燃焼用空気を燃焼室底部近傍箇所に流入させることができるよう構成するとよい（本発明の第３の実施の形態）。すなわち、この実施の形態では、空気量調整用バルブ８を介して、空気供給管１１が接続されており、この空気供給管１１は、燃焼室１および燃焼筒１０の中央部に突入するように下方まで延ばされているが、この実施の形態では、燃焼筒１０の下部に燃料混入器２から排出された燃料混合空気を供給するために、この空気供給管１１には、前記実施の形態の二次燃焼空気送風管９のような空気吹出口９ａは設けずに、燃焼室１の底部１ｃ（底面１ｄより少し上）まで下方に延ばして、先端部を開口（解放）させ、燃料混入器２とは別に、空気供給管１１から空気を送り込むように構成している。
【００２７】
この構成によれば、空気供給管１１から燃焼室１や燃焼筒１０の底部箇所に空気が送り込まれるので、ＲＰＦなどの燃料の中心部まで空気を良好に送ることができる。この結果、ＲＰＦ燃料などの燃料を完全に灰化することができて、未燃物を無くすことができる。
【００２８】
また、上記のように、燃焼筒１０と燃焼室１の底部１ｃ（底面１ｄ近傍箇所）まで延ばした空気供給管１１を使用することで含水率の高い木質チップなどを容易かつ良好に燃焼させることが可能となる。
【００２９】
なお、本発明の加圧式燃焼装置で薪などの燃料を随時投入して燃焼する場合は、図６に示すように、燃焼室１の上部付近に、蓋１２で開閉できる開口部１３を設けるとともに、燃料混入器２と燃焼室１とが接続される箇所に仕切弁１４を設けて、燃料混入器２からの燃料混合空気を遮断または流量調整できるようにしてもよい（本発明の第４の実施の形態）。この構成によれば、薪投入時には燃焼室１に入る燃料混合空気を仕切弁１４により遮断して投入することにより、燃焼室１からの炎の吹き出しが無い状態で、安全に薪などの投入作業を行うことができる。
【００３０】
図７、図８は、本発明の第５の実施の形態に係る加圧式燃焼装置の正面断面図および平面断面図であり、この加圧式燃焼装置は温水ボイラーとして使用される場合を示している。この加圧式燃焼装置では、これは燃焼室１の外部を水で覆うように貯水タンク部２０が設けられ、貯水タンク部２０が横方向に延長され、貯水タンク部２０の延長箇所を上下に貫通するように多数の熱交換配管１６が配設された熱交換器１７が設けられている。そして、燃焼筒３が、熱交換器１７の上部に形成された熱交換用導入部１７ａに接続され、燃焼筒３から排出された排気が、多数の熱交換配管１６が配設された熱交換器１７を通るよう構成されている。また、さらに、この実施の形態では、熱交換器１７を通った空気が熱交換器１７の下方の熱交換用排出部１８および排気出口１９を通して、排出されるよう構成されている。なお、図７、図８においては、燃焼室１内の構造は図４に示す加圧式燃焼装置と同様な構成の場合を示しているが、これに代えて、図１、図２に示す加圧式燃焼装置や、図３、図６に示す加圧式燃焼装置と同様な構成要素を採用してもよい。
【００３１】
この構成によれば、燃焼室１の熱が貯水タンク部２０内の水に吸収されるとともに、熱交換器１７によっても熱が吸収され、良好に温水を得ることができる。なお、貯水タンク部２０やこの貯水タンク部２０に続く熱交換器１７の温水貯留部内に、上水道管などが接続された熱交換用給水管を導入してこの熱交換用給水管で熱交換された温水を使用できるよう構成したり、さらに冷水と混ぜて所定温度の温水を供給できるよう構成したりしてもよい。
【００３２】
また、上記構成によれば、熱交換器１７を通ったこのボイラーの排気が熱交換器１７下方の熱交換用排出部１８からも排出できるため、たとえば野菜栽培用の温室ハウスで使用する場合などにおいて、この排気熱を地面に配置したダクトに繋ぎ込んで温室ハウスを暖房するなど加圧式燃焼装置の熱をさらに有効に利用することができる。
【００３３】
なお、貯水タンク部２０や熱交換器１７の側方などに、貯水タンク部２０や熱交換器１７の内部の水位を調整する水位調整部や、外部に出す温水の温度を測定する温度計などを設けるとより好適である。また、この実施の形態では、貯水タンク部２０に加えて熱交換器１７が設けられているので、燃焼による熱を極めて熱効率が高い状態で水に吸収させることができる利点を有する。しかし、これに限るものではなく、上記のような熱交換器１７を設けることなく、貯水タンク部２０だけを設けてもよいことはもちろんである。
【００３４】
また、上記実施の形態では、燃料混入器２が、燃焼室１の上端部（天面１ｂ）に接続されている場合を述べた。しかし、この構成に限るものではなく、燃焼室１を少し上方に延ばすなどして、燃焼室１の内周壁面の上部に、燃料混入器２を接続するよう構成してもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態では、燃焼室１が円筒形状である場合を述べたが、これに限るものではなく、燃焼室１の一部（上部や下部など）あるいは全体が円錐形状であってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    燃焼室
２    燃料混入器
３    排気筒
４    燃料投入パイプ
５    空気導入部
６    送風機
７    灰取出口
８    空気量調整用バルブ
９    二次燃焼空気送風管
１０  燃焼筒
１１  空気供給管
１２  蓋
１３  開口部
１４  仕切弁
１５  接続部
１６  熱交換配管
１７  熱交換器
１８  熱交換用排出部
１９  排気出口
２０  貯水タンク部
【要約】
【課題】排気排出用の送風機や高い煙突などを必要とせず、かつ、燃焼室内で集塵機能を持たせることができて、長時間にわたって安定に燃焼させることができる加圧式燃焼装置を提供する。
【解決手段】円筒形状または円錐形状の燃焼室１と、この燃焼室１の上部に取り付けられ、燃料と加圧された燃焼用空気とを混合して燃焼室１内に導入可能な燃料混入器２と、燃焼室１の上部中央に取り付けられた排気筒３と、を備えた。そして、燃料混入器２は、燃焼用空気と燃料とが燃焼室１の内周壁面１ａに沿って旋回しながら下降するように、前記燃焼室に対して斜めに接続されている。
【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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【図７】
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【図８】
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