(57)【要約】【課題】            一部の燃焼風を循環して吸気風と混合し、吸気風の温度を上昇させると共に、機外に排出される燃焼風の酸素濃度を低くすることで、バイオマス燃料の燃焼効率を上げて熱交換率を向上させ、資源をより有効に活用できるバイオマス燃料燃焼装置を提供することを目的とする。【解決手段】        排風部６内には燃焼によって発生し、燃焼風と共に排風部６に導かれる灰を収集する収集部３１を備えると共に燃焼風振り分け構成３２によって機外に排出する排出経路３３と、燃焼室２に再度燃焼風を循環させる循環経路３４を備えた構成となっており、燃焼風振り分け構成３２は排出経路３３に備えられる濃度センサ３５によって酸素若しくは二酸化炭素の濃度を検出し、その設定値に応じて燃焼風振り分け構成３２を稼動させて排出経路３３と循環経路３４に燃焼風の量を調節している。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と燃料タンクと、燃料タンクからバイオマス燃料を燃焼室に搬送する燃料供給手段を設け、燃焼室の上方に熱交換部と燃焼風排気口を備え、前記燃焼風排気口には燃焼室で発生する燃焼風が流入する排風部を接続したバイオマス燃料燃焼装置において、
排風部から排出される燃焼風は、機外に排出する経路と、燃焼室に再度通風され、燃焼室と排風部を循環する経路を備えたことを特徴とするバイオマス燃料燃焼装置。
【請求項２】
排風部には灰を収集する収集部を備え、燃焼室に再度通風して燃焼室と排風部を循環する経路には、収集部を通過した燃焼風が流入することを特徴とする請求項１記載のバイオマス燃料燃焼装置。
【請求項３】
排風部から排出される燃焼風は、機外に排出する経路と、燃焼室に再度通風して燃焼室と排風部を循環する経路の二方向に、その燃焼風量を振り分ける燃焼風振り分け構成を備えたことを特徴とする、請求項１または請求項２記載のバイオマス燃料燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流木又は間伐材を粉砕圧縮加工して成形した木質ペレット、籾殻、籾殻ペレット、藁、乾燥雑草等のバイオマスを燃料としてもちいる燃焼装置において、燃焼の効率を向上させるためのバイオマス燃料燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から燃焼の燃料として使用されている化石燃料の石炭や石油は、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化の問題で、温室効果ガスの発生をより少なくする資源への転換が急務となっている。
【０００３】
特に近年、環境問題に有効であるとされているバイオマスの燃料として、籾殻又そのペレット、藁等の燃料化が注目され、特に間伐材・大鋸屑・流木等の今まで焼却廃棄されていた木質材を木質ペレットとして粒状化し、燃焼装置・暖房機に利用され始め、実開昭５８−１９０３０１号（特許文献１）に記する固形燃料ストーブのように実用化が期待されている。
【０００４】
また、籾殻を燃料としたストーブも特開２０００−１８６８１７号公報（特許文献２）のように、筒状の籾殻を積載収納した炉体の底面の籾殻に着火し炉体内を通風する外気によって籾殻の燃焼が良好に維持し、燃え尽きた籾殻が炉体の下方の空間に落下堆積して燃料となる籾殻へ次々と燃焼する籾殻燃焼ストーブも公知であり、今まで焼却処分されていたバイオマス資材の有効利用が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】実開昭５８−１９０３０１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６８１７号公報
【特許文献３】特開昭５６−８５６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前掲の特許文献１、特許文献２におけるバイオマスを燃料として使用した燃焼装置であっては、従来の廃棄物を資源として有効できるようにはなっているが、燃焼効率を上げる構成までには至っていないのが現状であって、実際にペレットストーブの燃焼排気風の酸素濃度は約２０〜１８％と高く、燃焼装置としての燃焼効率を上げ資源の更なる有効利用が待たれるところである。
【０００７】
従来より使用されている石油、ガスを燃料とする強制給排気式温風暖房機では、特開昭５６−８５６３１号公報（特許文献３）のように、壁を貫通して室内から室外に導出した二重管構成の給排気筒を備えて、室内側においてはこの貫通部の内管を排気路、外管を吸気路とし、室外においては内管を吸気路、外管を排気路として、排気される排気風の熱を利用して吸気路の吸気温度を上昇させて高い熱交換率を得ようとする提案もなされている。
【０００８】
燃焼部の吸気温度が高くなり、燃焼風に含まれる二酸化炭素の濃度が高くなれば、熱効率が向上することは周知の通りであり、二酸化炭素濃度が高くなることは燃焼風に含まれる酸素濃度が低くなることである。通常、石油（灯油）を燃料とするバーナを燃焼させた場合の燃焼風の酸素濃度は８〜１０％である。しかしながら木質ペレットを燃焼させた場合の燃焼風に含まれている酸素の濃度は２０％から１８％と燃焼風内にまだ多くの酸素を含んでいるものであり、機外に排出される燃焼風の酸素濃度を出来るだけ減少させて、熱効率を向上させることが可能であると思量するところである。
【０００９】
そこで本発明においては、石油、ガスを燃料とする強制給排気式熱風暖房機と同様に、燃焼風の排気熱を利用して吸気風の温度を上昇させるため、一部の燃焼風を循環して吸気風と混合し、吸気風の温度を上昇させると共に、機外に排出される燃焼風の酸素濃度を低くすることで、バイオマス燃料の燃焼効率を上げて熱交換率を向上させて、資源をより有効に活用できるバイオマス燃料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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は請求項１ないし請求項３に係るバイオマス燃料燃焼装置を提案する。
【００１１】
即ち、請求項１記載のバイオマス燃料燃焼装置は、燃焼室と燃料タンクと、燃料タンクからバイオマス燃料を燃焼室に搬送する燃料供給手段を設け、燃焼室の上方に熱交換部と燃焼風排気口を備え、前記燃焼風排気口には燃焼室で発生する燃焼風が流入する排風部を接続したバイオマス燃料燃焼装置において、排風部から排出される燃焼風は、機外に排出する経路と、燃焼室に再度通風され、燃焼室と排風部を循環する経路を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２記載のバイオマス燃料燃焼装置は、請求項１記載のバイオマス燃料燃焼装置において、排風部には灰を収集する収集部を備え、燃焼室に再度通風して燃焼室と排風部を循環する経路には、収集部を通過した燃焼風が流入することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３記載のバイオマス燃料燃焼装置は、請求項１または請求項２記載のバイオマス燃料燃焼装置において、排風部から排出される燃焼風は、機外に排出する経路と、燃焼室に再度通風して燃焼室と排風部を循環する経路の二方向に、その燃焼風量を振り分ける燃焼風振り分け構成を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
図１に示すように装置内には、燃焼室２と燃料タンク３と燃料タンク３から燃焼室２までバイオマス燃料を供給する燃料供給手段４が備えられているものであって、また燃焼室２には熱交換部５とその上方に燃焼風排気口７を備えている。燃焼風排気口７は排風部６とつながれていて、排風部６内には燃焼によって発生し、燃焼風と共に排風部６に導かれる灰を収集する収集部３１を備えると共に燃焼風振り分け構成３２によって機外に排出する排出経路３３と、燃焼室２に再度燃焼風を循環させる循環経路３４を備えた構成となっている。
【００１５】
なお、燃焼風振り分け構成３２は排出経路３３に備えられる濃度センサ３５によって酸素若しくは二酸化炭素の濃度を検出し、その設定値に応じて燃焼風振り分け構成３２を稼動させて排出経路３３と循環経路３４に燃焼風の量を調節しているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るバイオマス燃料燃焼装置は、石油、ガスを燃料として、燃焼時に空気と強制的に混合し、高い燃焼効率を実現する強制給排気式熱風暖房機と同様に、燃焼に使用する吸気風の温度を上昇させることが可能となると同時に、燃焼の排気に含まれる酸素濃度を減少させ、排風に含まれる二酸化炭素量を排出量の割合を上昇させることが可能であるので、バイオマス燃料の燃焼効率を上げ、より少ないバイオマス燃料であっても多くのエネルギーに変換することが可能となり、バイオマス資源をより有効に活用できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明において、バイオマス燃料とは、動植物に由来する有機物のエネルギー源として利用できるものであって、例えば建築廃材、木材、間伐材、流木等の木質有機物や、稲藁、籾殻を固形化燃料又はそれぞれを乾燥した状態で燃焼燃料にしたもの。食品廃棄物、食品副産物、家畜糞尿を乾燥させて燃焼燃料にしたもの。菜種、とうもろこし等の農産物及びその副産物を乾燥させ燃焼燃料にしたものをいう。
【００１８】
本発明のバイオマス燃料燃焼装置の例として、木質ペレットを使用するペレットストーブについて以下に説明を行なう。
【００１９】
図２は、木質ペレット燃料を使用するペレットストーブの概要を説明する断面図であって、１はペレットストーブである。ａは木質ペレットであって、ペレットストーブ１内には木質ペレットａが燃焼する燃焼室２とその上方には熱交換部５が設けられている。燃焼室２の上方には燃焼風排気口７が設けられ燃焼風を排風部６へ流通させている。燃焼室２には隣接して燃料タンク３を備え、燃料タンク３から燃焼室２へ木質ペレットａを供給する燃料供給手段４が燃料タンク３に密接して備えられている。図２に示す燃料タンク３はペレットストーブ１の上方までその空間を有していて、ペレットストーブ１の上面が扉となって燃料タンク３内に木質ペレットａが投入できる構成であると良い（図示せず）。
【００２０】
燃料タンク３の下端を構成する底面板１０が投入口９に向かって傾斜し、燃料供給手段４のスクリューコンベア８の投入口９に木質ペレットａが漏れなく投入できるようになっている。スクリューコンベア８の上端には燃焼室２内へ木質ペレットａを投入する投入シュート１１と投入シュート１１内に外気を通風させるための通気口１２が設けてあり、この通気口１２は投入シュート１１の途中に設けられていてもよい。なお、スクリューコンベア８の動力はモータ２４の回転によって得られる。
【００２１】
燃焼室２の下方には、投入シュート１１より落下した木質ペレットａが燃焼する燃焼皿１３が設けられ、そしてこの燃焼皿１３には燃焼皿通気孔１４を有しているものである。この燃焼皿通気孔１４は木質ペレットａが落下しない間隙を保って燃焼皿１３の略全面に前後左右どちらかの方向に長方形の形状で開口しているものである。また燃焼皿１３の側面には点火装置１５があり、この点火装置１５は長細の筒内にヒータ１６が備えられ、長細筒内を通過する空気をヒータ１６によって高温（約２５０℃以上）にしてその高温の空気を木質ペレットａに当てることによって着火する構造になっている。
【００２２】
燃焼室２の壁面と燃料タンク３及び燃料供給手段４とは冷却空間１７を隔てて構成されていて、その冷却空間は外気が流通するようになっていると良い。
【００２３】
燃焼室２の底部には燃焼皿１３で燃焼後に発生した比較的比重の重い灰が、燃焼皿通気孔１４から落下し灰回収箱３８に溜まるようになっている。
【００２４】
燃焼室２の中間から上部にかけて燃焼室２を前後に縦断する熱交換部５が設けられている。この熱交換部５は複数の放熱管１８からなり、外気を圧送ファン１９で放熱管１８内に供給し、熱交換をして温風吹き出し口２０から温風を機外に供給する。
【００２５】
燃焼室２の上方の熱風排気口７に接続されている排風部６には吸引ファン２１が備えられ、燃焼風を吸引し、排気ダクト２２から機外に燃焼風を排気している。なお、排気ダクト２２又は吸引ファン２１の出入り口のどちらかに温度センサ２３を備えている。
【００２６】
吸引ファン２１の動作によって外気が直接又は冷却空間１７を経由して燃焼室２の燃焼皿通気孔１４及び、点火装置１５内を、そして外気の一部が投入シュート１１を経由して燃焼室２内に達する。燃料タンク３からスクリューコンベア８を経由して燃焼室２内に木質ペレットａが投入され点火装置１５によって着火し、燃焼皿通気孔１４からの送風で木質ペレットａが安定し燃焼を続ける。その後この燃焼風は熱交換部５で熱交換され燃焼風排気口７から吸引ファン２１を通過し、排気ダクト２２から機外に排気される。
【００２７】
上記のモータ２４、ヒータ１６、圧送ファン１９、吸引ファン２１及び温度センサ２３は制御部３７によって制御されている。
【００２８】
運転ＯＮと共にヒータ１６に通電を行ない、通電が規定の時間経過したら予熱完了と判断し、モータ２４を稼動して燃焼皿１３上に燃料供給を行なう。その後、設定時間経過後に吸引ファン２１を起動させ、燃焼皿１３上に木質ペレットａを設定時間供給後、燃料の供給を停止しする。温度センサ２３で排気される温度が設定温度（４０℃）到達時に燃焼を検出したものとみなし、圧送ファン１９を稼動すると共に、設定の間隔で、設定時間の範囲でモータ２４に通電し、燃焼燃料の供給を定期的におこない、その後温度センサ２３の温度が設定温度より下降しなければ安定燃焼と判断してヒータ１６への通電を停止する。
【００２９】
安定燃焼中の暖房の温度調節として、燃料供給を３段階の調節ができるようになっており、その供給量の調節に伴って吸引ファンの風量も３段階に制御される。燃料供給「大」では燃焼皿通気孔１４を上昇する風速は約２〜３ｍ/ｓ、「中」での風速は「大」の風速の約８０％、「小」での風速は「大」の風速の約７０％となっている。
【００３０】
以上のように構成されたペレットストーブにおいて本発明の実施の形態を以下に説明を行なう。
【実施例】
【００３１】
図３には、図２における木質ペレットを燃料としたペレットストーブでの本発明の実施の形態を示している。図３には、本発明の実施の形態の他例を示している。
【００３２】
図３のペレットストーブ１は図２に示すペレットストーブの構成において排風部６に収集部３１と燃焼風振り分け構成３２、排出経路３３、循環経路３４を設けた構成を示している。
【００３３】
燃焼室２の上方の燃焼風排気口７に接続されている排風部６には、燃焼風Ｃの流入順に、収集部３１次いで吸引ファン２１、その後工程に燃焼風振り分け構成３２備え、燃焼風振り分け構成３２で燃焼風Ｃを排出経路３３と循環経路３４にその割合を振り分けているものである。燃焼風振り分け構成３２は手動でそれぞれに風量を調節できるものであっても良いが、排出経路３３及び排気ダクト２２に酸素又は二酸化炭素の濃度の検出を行なう濃度センサ３５を設けることで、その濃度に応じてそれぞれの流量を調節することが可能となる。
【００３４】
図３で示す収集部３１では、遠心力を利用して燃焼風Ｃ中の灰ｂを取除こうとする遠心分離装置２５の構成を示している。燃焼風Ｃの流入方向を１８０度旋回させるダクト内面に、円弧になった円弧面２６を備え、円弧面２６で反転したダクトは円弧面２６に沿って設けられた灰ダクト２７と、円弧面２６から離れた排風ダクト２８の２層に分離され、灰ダクト２７の先端には外部との通気性がない灰回収容器２９が設けられ灰ｂが堆積するようになっている。
【００３５】
排風ダクト２８は、吸引ファン２１に繋がれ、吸引ファン２１の排風口が燃焼風振り分け構成３２に接続されている。燃焼風振り分け構成３２は内部に排出経路３３と循環経路３４に燃焼風Ｃを振り分けるシャッタ３６を有していて、このシャッタ３６は手動による調節でも良いが、排出経路３３又は排気ダクト２２に備えられた濃度センサ３５によって検出されて酸素又は、二酸化炭素の濃度データを制御部３７に通信し、濃度センサ３５で検出される酸素又は二酸化炭素の濃度が設定範囲内になるようにシャッタ３６を制御して、排出経路３３と循環経路３４に振り分ける燃焼風Ｃの量を調節するものであってもよい。
【００３６】
燃焼風振り分け構成３２で排出経路３３に振り分けられた燃焼風Ｃは排気ダクト２２から機外に排出され、循環経路３４に振り分けられた燃焼風Ｃは、燃焼室２の下方の燃焼皿１３の燃焼皿通気孔１４又は、点火装置１５のヒータ１６の側面を通過して木質ペレットａの燃焼に利用される。
【００３７】
吸引ファン２１の作用によって、燃焼室２の燃焼風排気口７から排風部６に導かれた灰ｂを含んだ燃焼風Ｃは、収集部３１の遠心分離装置２５のダクト内を流入し、円弧面２６を通過する際、灰ｂは円弧面２６に沿って旋回し、灰ダクト２７に導かれ灰回収容器２９内に堆積するものである。そして灰ｂが取除かれた燃焼風Ｃは排風ダクト２８を通過して吸引ファン２１を通過し、燃焼風振り分け構成３２のシャッタ３６の開度調整によって、排出経路３３と循環経路３４に振り分ける流量を調節するものである。シャッタ３６のそれぞれの流量の調節は、手動によるものでも良いが、排出経路３３又は排気ダクト２２にもうけられた濃度センサ３５の酸素又は二酸化炭素の排出濃度を検出し、制御部３７に通信し濃度センサ３５で検出される濃度が設定範囲になるようにシャッタ３６で排出経路３３に振り分けられる流量をシャッタ３６の開度によって調節を行なっている。
【００３８】
木質ペレットを燃料として使用した燃焼機から排出される燃焼風に含まれる酸素濃度は２０〜１８％と、外気と同等の酸素濃度を示し、燃焼ではほとんど酸素が使用されていないことが伺える。そこで濃度センサ３５で燃焼風Ｃに含まれる酸素濃度を検出し、酸素濃度が設定範囲まで低くなるようにシャッタ３６を制御して循環経路３４に燃焼風Ｃを流入させて、燃焼室２の下方の燃焼皿１３の燃焼皿通気孔１４又は点火装置１５のヒータ１６の側面を通風させ、燃焼皿１３上で燃焼させる吸気の温度を上昇させると共に、燃焼風Ｃに含まれる酸素を有効利用して再度燃焼に使用するものである。燃焼皿通気孔１４から再度流入する燃焼風Ｃにおいては若干の灰ｂが混在しても燃焼を妨げることが無いので木質ペレットの安定した燃焼を得ることが可能となる。
【００３９】
濃度センサ３５では定期的に酸素（二酸化炭素）の濃度を検出して、その数値を制御部に通信し、制御部からシャッタ３６を稼動させて、排出経路３３と循環経路３４に振り分けられるそれぞれの流量を調節し、濃度センサ３５で検出される酸素（二酸化炭素）の濃度が設定範囲内になるように制御されているものである。
【００４０】
図４には、図３の木質ペレットを燃料としたペレットストーブでの本発明の実施の形態の他例を示している。
【００４１】
図４では排風部６の収集部３１をサイクロン３０にした構成を示している。燃焼室２上部の燃焼風排気口７にはサイクロン３０が繋がれていて、サイクロン３０の下端に灰回収容器２９を、上端にはサイクロンの内筒に吸引ファン２１が設けられている。吸引ファン２１には燃焼風振り分け構成３２のシャッタ３６が繋がれていて、シャッタ３６から排出経路３３と循環経路３４の二方向に燃焼風を振り分ける構造になっている。また、排出経路３３には排気ダクト２２が繋がれ、そのどちらかに濃度センサ３５を設置されていてもよく、排気ダクト２２は機外に燃焼風を排出するようになっている。循環経路３４は燃焼室２の入口まで導かれていて、吸引ファン２１の稼動で燃焼室２に吸引される外気と混合するようになっている。シャッタ３６の調節は手動であっても良いが、濃度センサ３５で測定される酸素（二酸化炭素）の濃度を制御部に伝達し、濃度センサ３５で計測される濃度が設定範囲になるように制御部からシャッタ３６を調節し、排出経路３３と循環経路３４に流入する燃焼風の流量の比率を調節する構成であると良い。
【００４２】
吸引ファン２１の作用によって、燃焼風排気口７からサイクロン３０内に燃焼風Ｃが流入し、旋回しながら灰ｂがサイクロン３０内を落下し灰回収容器２９内に堆積する。サイクロン内で灰ｂを除去した燃焼風は吸引ファン２１から燃焼風振り分け構成３２へ移行し、シャッタ３６によって、排出経路３３と循環経路３４にその流量を振り分け、排出経路３３は排気ダクト２２から燃焼風を機外に排出し、循環経路３４は燃焼風を燃焼室の燃焼空気として外気と混合し、燃焼皿通気孔１４を通過する燃焼空気として再利用される。なお、外気は燃焼風と混合されるので温度が上がり木質ペレットの燃焼効率を上げるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るバイオマス燃料燃焼装置は主としてペレットストーブに有効な手段であるが、木質以外のペレットを燃料として燃焼可能なペレットボイラーにおいても有効な燃焼風の再利用方法であって、ペレットを使用する全ての燃焼装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るバイオマス燃料燃焼装置の実施の形態を示す略図である。
【図２】木質ペレットを燃料とするペレットストーブの概要を示す断面略図である。
【図３】木質ペレットを燃料としたペレットストーブでの本発明の実施の形態を示す断面略図である。
【図４】木質ペレットを燃料としたペレットストーブでの本発明の実施の形態の他例を示す断面略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ペレットストーブ
２  燃焼室
３  燃料タンク
４  燃料供給手段
５  熱交換部
６  排風部
７  燃焼風排気口
８  スクリューコンベア
９  投入口
１０  底面板
１１  投入シュート
１２  通気口
１３  燃焼皿
１４  燃焼皿通気孔
１５  点火装置
１６  ヒータ
１７  冷却空間
１８  放熱管
１９  圧送ファン
２０  温風吹き出し口
２１  吸引ファン
２２  排気ダクト
２３  温度センサ
２４  制御部
２５  遠心分離装置
２６  円弧面
２７  灰ダクト
２８  排風ダクト
２９  灰回収容器
３０  サイクロン
３１  収集部
３２  燃焼風振り分け構成
３３  排出経路
３４  循環経路
３５  濃度センサ
３６  シャッタ
３７  制御部
３８  灰回収箱
ａ  木質ペレット
ｂ  灰
Ｃ  燃焼風
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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