(57)【要約】    【課題】  燃料の燃焼効率、燃焼速度を高め、濡れている燃料や乾燥処理されていない燃料であっても効率よく、速く燃焼することのできる燃焼装置を提供すること。    【解決手段】  燃焼装置１０は、燃料を燃焼する燃焼室１と、燃焼室１に備えられた再燃焼部２と、再燃焼部２に連設された煙道３を備えてなる装置であって、煙道３にはその過熱防止のための冷却手段４が設けられ、冷却手段４中で熱を得た空気の少なくとも一部を燃焼室１または再燃焼部２の少なくともいずれかに送り込む送気管５ａ等が一本または複数本設けられている構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼する燃焼室と、
該燃焼室に備えられた再燃焼部と、
該再燃焼部に連設された煙道を備えてなる燃焼装置であって、
該煙道にはその過熱防止のための冷却手段が設けられ、
該冷却手段中で熱を得た空気の少なくとも一部を該燃焼室または該再燃焼部の少なくともいずれかに送り込む送気管が一本または複数本設けられていることを特徴とする、燃焼装置。
【請求項２】
前記送気管の少なくとも一本は前記再燃焼部との間に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記再燃焼部は前記燃焼室外に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記送気管は、本燃焼装置の排気方向に逆行しないように向けられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記送気管は、本燃焼装置の排気方向に向けられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記送気管は複数設けられ、送気先または送気量の少なくともいずれかを調節する送気調節手段が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項７】
前記送気調節手段における送気調節は弁の開閉によることを特徴とする、請求項６に記載の燃焼装置。
【請求項８】
前記燃焼室または再燃焼部の少なくともいずれかの外側にはこれを冷却する熱交換手段が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項９】
前記熱交換手段は冷却水路であることを特徴とする、請求項８に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
濡れている燃料、または乾燥処理されていない燃料をも燃焼対象とすることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の燃焼装置。
【請求項１１】
前記燃焼室または再燃焼部の少なくともいずれかの外側にこれを冷却する熱交換手段が設けられているところの請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃焼装置と、および前記熱交換手段により熱を得た熱媒体を処理する熱媒体処理装置とからなることを特徴とする、燃焼システム。
【請求項１２】
前記熱媒体処理装置は、前記熱媒体を相分離する相分離装置であることを特徴とする、請求項１１に記載の燃焼システム。
【請求項１３】
前記熱媒体は複数成分系であることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の燃焼システム。
【請求項１４】
前記熱媒体は下記＜Ｈ＞いずれかに記載の液体またはその水蒸気であることを特徴とする、請求項１３に記載の燃焼システム。
＜Ｈ＞  温泉水、海水、水溶液（温泉水および海水を除く）
【請求項１５】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃焼装置を用いて、燃料を燃焼が促進される状態で処理することを特徴とする、燃焼方法。
【請求項１６】
送気調節手段および複数の送気管が設けられている請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃焼装置を用いて、送気先または送気量の少なくともいずれかを調節しながら燃料を燃焼することを特徴とする、燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼装置、燃焼方法、および燃焼システムに係り、特に、燃料の燃焼効率、燃焼速度を高め、濡れている燃料や乾燥処理されていない燃料であっても効率よく、速く燃焼することのできる、燃焼装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置については従来多数の技術的提案がなされている。そのうち、濡れている燃料や乾燥処理されていない燃料を効率よく燃焼するための装置としては、たとえば後掲特許文献１には、剪定枝等を生木のまま燃料として使用でき、かつ煙を発生させない装置として、燃焼室を構成する上部側の壁の一端部付近に燃焼物・空気取入口を設け、そこに開閉自在な取入蓋を設置し、また燃焼室構成上部側壁の他端部付近に排気口を設け、燃焼室を排気口付近の天井側の壁から突出し垂下する燃焼促進板で仕切って一次燃焼室と二次燃焼室に区画し、燃焼促進板の下端縁と床側の壁との間に各燃焼室を連通する下部空隙を設け、燃焼促進板のほぼ全体に各燃焼室を連通する多数の貫通孔を分散配設し、加えて、排気口より下方側の壁に乾燥木投入口を設け、そこに乾燥木投入用のガイド筒を設置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５０５７９号公報「無煙燃焼装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、木材等の燃料は、その燃焼効率を低下させないために、通常は乾燥処理してから燃焼装置に投入される。しかし、生木のように乾燥処理されていないままで投入しても高い燃焼効率、燃焼速度で燃やすことができれば便利である。また、建築廃材等の廃棄物を燃料とする場合、これらには粉塵発生を防止するために撒水がなされるが、このような濡れている燃料（湿性燃料）であっても、そのまま燃やすことのできる装置があれば便利である。かかる装置には、もちろん通常の乾燥処理済み燃料も用いることができ、その場合、通常よりも燃焼効率、燃焼速度を高められるであろうことが期待できる。だが、前出文献開示技術では、それは実現できない。
【０００５】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の状況を踏まえ、燃料の燃焼効率、燃焼速度を高め、濡れている燃料や乾燥処理されていない燃料であっても効率よく、速く燃焼することのできる、燃焼装置、燃焼方法、および燃焼システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者は上記課題について検討した結果、燃焼装置の煙道を通る熱の一部を燃焼室等の前流側にフィードバックする構造を用いることによって解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
〔１〕  燃料を燃焼する燃焼室と、該燃焼室に備えられた再燃焼部と、該再燃焼部に連設された煙道を備えてなる燃焼装置であって、該煙道にはその過熱防止のための冷却手段が設けられ、該冷却手段中で熱を得た空気の少なくとも一部を該燃焼室または該再燃焼部の少なくともいずれかに送り込む送気管が一本または複数本設けられていることを特徴とする、燃焼装置。
〔２〕  前記送気管の少なくとも一本は前記再燃焼部との間に設けられることを特徴とする、〔１〕に記載の燃焼装置。
〔３〕  前記再燃焼部は前記燃焼室外に設けられていることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載の燃焼装置。
〔４〕  前記送気管は、本燃焼装置の排気方向に逆行しないように向けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の燃焼装置。
【０００７】
〔５〕  前記送気管は、本燃焼装置の排気方向に向けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の燃焼装置。
〔６〕  前記送気管は複数設けられ、送気先または送気量の少なくともいずれかを調節する送気調節手段が設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載の燃焼装置。
〔７〕  前記送気調節手段における送気調節は弁の開閉によることを特徴とする、〔６〕に記載の燃焼装置。
〔８〕  前記燃焼室または再燃焼部の少なくともいずれかの外側にはこれを冷却する熱交換手段が設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔７〕のいずれかに記載の燃焼装置。
【０００８】
〔９〕  前記熱交換手段は冷却水路であることを特徴とする、〔８〕に記載の燃焼装置。
〔１０〕  濡れている燃料、または乾燥処理されていない燃料をも燃焼対象とすることを特徴とする、〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載の燃焼装置。
〔１１〕  前記燃焼室または再燃焼部の少なくともいずれかの外側にこれを冷却する熱交換手段が設けられているところの〔１〕ないし〔１０〕のいずれかに記載の燃焼装置と、および前記熱交換手段により熱を得た熱媒体を処理する熱媒体処理装置とからなることを特徴とする、燃焼システム。
〔１２〕  前記熱媒体処理装置は、前記熱媒体を相分離する相分離装置であることを特徴とする、〔１１〕に記載の燃焼システム。
【０００９】
〔１３〕  前記熱媒体は複数成分系であることを特徴とする、〔１１〕または〔１２〕に記載の燃焼システム。
〔１４〕  前記熱媒体は下記＜Ｈ＞いずれかに記載の液体またはその水蒸気であることを特徴とする、〔１３〕に記載の燃焼システム。
＜Ｈ＞  温泉水、海水、水溶液（温泉水および海水を除く）
〔１５〕  〔１〕ないし〔１０〕のいずれかに記載の燃焼装置を用いて、燃料を燃焼が促進される状態で処理することを特徴とする、燃焼方法。
〔１６〕  送気調節手段および複数の送気管が設けられている〔１〕ないし〔１０〕のいずれかに記載の燃焼装置を用いて、送気先または送気量の少なくともいずれかを調節しながら燃料を燃焼することを特徴とする、燃焼方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃焼装置、燃焼方法、および燃焼システムは上述のように構成されるため、これらによれば、燃料の燃焼効率、燃焼速度を高め、濡れている燃料や乾燥処理されていない燃料であっても効率よく、速く燃焼することができる。なお、本発明装置等によると火力が相当高くなるが、それによる煙道（煙突）の過熱防止手段として空冷式の冷却手段が用いられ、十分な冷却がなされる。したがって、従来のような耐熱煉瓦による煙道構造の構築は不要である。
【００１１】
しかも、かかる冷却手段によって熱交換された熱気は、燃焼室や再燃焼部へとフィードバックされて、本発明所期の目的であるところの燃焼効率・速度速度向上作用効果が得られる。このように本発明では、廃熱による装置の過熱防止策がそのまま、廃熱の再利用、火力増大効果へと繋がる。
【００１２】
なお、本発明燃焼装置の燃焼室等の過熱防止手段として、冷却水路等の熱交換手段を用いることができるが、かかる構成の燃焼装置と熱媒体処理装置とを組み合わせてなる燃焼システムでは、熱媒体を相分離して再利用に供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明燃焼装置の基本構成を示す概念図である。
【図１−２】本発明燃焼装置の別の基本構成を示す概念図である。
【図２】図２は、本発明燃焼装置における送気管配設例を示す側面方向断面視の説明図である。
【図２−２】図２の配設例の平面方向断面視の説明図である。
【図３】送気管配設例を示す斜視の説明図である。
【図４】送気調節手段を備えた本発明燃焼装置の構成を示す概念図である。
【図５】燃焼室等洋の熱交換手段を備えた本発明燃焼装置の構成を示す概念図である。
【図６】熱交換手段例の断面構造を示す説明図である。
【図７】本発明燃焼システムの基本構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明燃焼装置の基本構成を示す概念図である。図示するように本燃焼装置１０は、燃料を燃焼する燃焼室１と、燃焼室１に備えられた再燃焼部２と、再燃焼部２に連設された煙道３を備えてなる装置であって、煙道３にはその過熱防止のための冷却手段４が設けられ、冷却手段４中で熱を得た空気の少なくとも一部を燃焼室１または再燃焼部２の少なくともいずれかに送り込む送気管５ａ等が一本または複数本設けられていることを、基本的構成とする。
【００１５】
冷却手段４としては、送風による冷却、すなわち空冷式のものが用いられる。図示しないが、適所に空冷用のファン、あるいはブロアーを設ける構成とすればよい。また、冷却用空気を循環して用いる方式も、従来公知のものを適宜採用することができる。なお、かかる冷却手段４を備える構成により、煙道３の赤熱防止のために耐熱煉瓦を用いた煙道構造を構築することは不要である。なお、煙道３にはサイクロンを設けるものとすることができる。
【００１６】
なお、送気管のうち少なくとも一本は再燃焼部２との間に設けられる（図では、送気管５ｂ）構成とすることができるが、それに限定されず、燃焼室１のみに対して設けられる構成、再燃焼部２のみに対して設けられる構成、あるいは燃焼室１および再燃焼部２の双方に対して設けられる構成、のいずれであってもよい。また、図において送気管は、燃焼室１に対して一本の送気管５ａ、再燃焼部２に対して一本の送気管５ｂ、計２本が配設されていることを示すものではなく、あくまでも概念図である。燃焼室１または再燃焼部２の少なくともいずれかに対して、一本以上の送気管が設けられる構成が、本発明装置の基本構成である。
【００１７】
かかる構成により本燃焼装置１０においては、燃料が燃焼室１に投入されて燃焼が開始されると、燃焼による排煙は燃焼室１から再燃焼部２を経て煙道３へと流通する。煙道３は、かかる排煙の熱を受けて熱せられるが、空冷式の冷却手段４によって過熱は防止される。そして、冷却手段４中で熱を得た空気（加熱空気、熱気）の少なくとも一部は、送気管５ａ等によって、燃焼室１または再燃焼部２の少なくともいずれかに送り込まれる。これにより、燃焼室１における燃焼の促進、または再燃焼部２における再燃焼の促進の少なくともいずれかがなされ、燃焼効率・燃焼速度が高まる。
【００１８】
なお、送気管５ａ等は最低一本設けられるが、好ましくは適宜の多数本設けられている構成がよい。多数本設けられることによって、燃焼室１における燃焼、再燃焼部２における再燃焼は一層促進され、燃焼効率・燃焼速度が一層高まるからである。また、送気管５ａ等は、燃焼室１、再燃焼部２の双方に対して設けることがより望ましい。それにより、それぞれにおける燃焼の促進と再燃焼の促進が同時に起こって、燃焼効率・燃焼速度が一層高まるからである。
【００１９】
本発明燃焼装置１０の燃料は特に限定されず、木材、ウッドチップその他の木質系を含むバイオマス燃料、廃タイヤ、その他を広く対象とすることができ、燃焼効率・燃焼速度を高めることができる。また、撒水された建築廃材等の濡れている燃料、または生木等の乾燥処理されていない燃料をも燃焼対象として、処理することができ、これらの燃料の燃焼効率・燃焼速度を高めることができる。
【００２０】
図１−２は、本発明燃焼装置の別の基本構成を示す概念図である。図示するように本燃焼装置１１０の再燃焼部１２は、燃焼室１１外に設けられた構成とすることができる。前出図１の燃焼装置１０では、再燃焼部２はあくまでも燃焼室１に備えられていることを要件とし、その位置関係・付属関係の有無を限定しないものである。つまり、再燃焼部２の少なくとも一部が燃焼室１内に含まれるような構成も排除されない。一方、図１−２に示す構成は、再燃焼部１２と燃焼室１１を明確に分けて設け、かつ連設されているものである。
【００２１】
図２は、本発明燃焼装置における送気管配設例を示す側面方向断面視の説明図である。また、
図２−２は、図２の配設例の平面方向断面視の説明図、
図３は、送気管配設例を示す斜視の説明図である。なお、これらの図においては再燃焼部２２等に対する送気管２５ａ等配設例を示すが、燃焼室への配設ももちろん除外されない。
【００２２】
図２、２−２に例示されるように、本燃焼装置に係る送気管２５ａ等は、少なくとも、本燃焼装置の排気方向に逆行しないように向けられた構成とすることができる。特に、本燃焼装置の排気方向に向けられた構成とすることができる。また、図３では、送気管を配設する位置を符号３５’で示している。このように、再燃焼部３２あるいは燃焼室の内壁から送気管を複数配設し、しかも排気方向断面を囲むように配設する構成とすることができる。なお、各図の送気管配設位置、配設数等は例示であり、これらに限定されない。
【００２３】
かかる構成により送気管２５ａ等から送り込まれる加熱空気は、少なくとも排煙の排気と相互に阻害せずに円滑に送気され、特に排気方向に向けられた構成とすることで、排煙の排気方向への流れを加速させ、いわば吸い込みがよくなる。つまり、燃焼室、再燃焼部内における空気の流通がより加速されるため、燃焼・再燃焼がより促進され、燃焼効率・燃焼速度がより高まる。特に、図３に示すような、排気方向断面を囲んで送気管を配設する構成とすることにより、煙道方向に向けた排気の流通は一層強まり、燃焼効率・燃焼速度をさらに高めることができる。
【００２４】
図４は、送気調節手段を備えた本発明燃焼装置の構成を示す概念図である。図示するように本燃焼装置４１０は、送気管４５ａ等が複数設けられるとともに、送気先または送気量の少なくともいずれかを調節する送気調節手段４６が設けられていることを、特徴的な構成とする。送気調節手段４６における具体的な送気調節は、弁の開閉による方式を用いることができる。なお、弁の開閉は、手動方式、コンピュータ等による制御方式のいずれでもよい。
【００２５】
かかる構成により本燃焼装置４１０では、送気調節手段４６によって各送気管４５ａ等における送気の有無や送気量が調節された状態で、燃焼室４１等への加熱空気の送気がなされる。したがって、燃焼室４１や再燃焼部４２における燃焼状態に合わせて送気を強めたり、制限したりすることで、適切な火力調節を行うことができる。
【００２６】
送気調節手段およびその周辺の具体的な構成例を示す。
煙道の冷却手段としてはファンあるいはブロアーを用い、その排気部から排気される熱交換された空気（熱風）を、送気調節手段（エアーコントロールボックス）に送り込む。エアーコントロールボックスには開閉弁のついた送気口が複数設けられており、送気口から送気管が燃焼室や再燃焼部へと配管される。エアーコントロールボックスに送り込まれた熱風は、弁による開閉調節にしたがって送気管から燃焼室等へと送気される。
【００２７】
図５は、燃焼室等洋の熱交換手段を備えた本発明燃焼装置の構成を示す概念図である。また、
図６は、熱交換手段例の断面構造を示す説明図である。図５に示すように本燃焼装置５１０は、燃焼室５１または再燃焼部５２の少なくともいずれかの外側に、これを冷却するための熱交換手段５７が設けられた構成である。この熱交換手段５７としては空冷、水冷いずれの方式でもよいが、特に水冷方式を好適に用いることができる。水冷方式としては冷却水路を好適に用いることができる。また、図６に示すように熱交換手段６７は、いわばウォータージャケット的な構造をとることができる。
【００２８】
かかる構成により、燃焼室５１、６１や再燃焼部５２、６２は熱交換手段５７、６７によって冷却されて、その過熱が防止される。水冷方式の場合、熱交換手段５７等に用いる熱媒体は水であるが、これは温水でも、あるいは複数成分系の水すなわち溶液や分散液の状態でもよい。たとえば、温泉水や海水でもよい。また、冷却水路方式の場合、循環させて再利用する方式でもよいが、冷却能力のある熱媒体を給水し、熱交換された熱媒体は排出する方式でもよい。
【００２９】
給水された熱媒体が燃焼室５１等を冷却し、その後排出される方式とする場合、これは蒸気または熱水となっている。すなわちこの場合、本燃焼装置５１０等においては、燃料（湿性燃料を含む）が燃焼促進される状態で燃焼されると同時に、熱媒体たる水等が過熱防止冷却作用を行って蒸気または熱水が産出される。なお、燃焼装置５１０等において製造された熱自体がさまざまに利用可能であることは言うまでもない。
【００３０】
図７は、本発明燃焼システムの基本構成を示す概念図である。図示するように本燃焼システム７３０は、以上説明した燃焼装置７１０と、熱交換手段７７により熱を得た熱媒体を処理する熱媒体処理装置７２０とからなることを、主たる構成とする。ここで熱媒体処理装置７２０は、熱媒体を相分離する相分離装置とすることができる。これは、熱交換手段７７に用いる熱媒体が溶液等の複数成分系である場合に、相分離して再利用するために有用である。
【００３１】
熱媒体としては、たとえば温泉水、海水、水溶液（温泉水および海水を除く）、またはそれらが熱せられ相変化してなる水蒸気を用いることができるが、これらに限定されない。たとえば温泉水やその蒸気の場合であれば、濃縮された温泉水となり、たとえば石鹸製造の原料とすることができる。また海水の場合であれば、濃縮された海水となり、海塩製造の原料とすることができる。このように相分離装置によって、熱媒体を再利用できる。
【００３２】
なお、以上説明した燃焼装置を用いて、燃料を燃焼が促進される状態で処理する燃焼方法自体も、本発明の範囲内である。また、送気調節手段および複数の送気管が設けられている燃焼装置を用いて、送気先または送気量の少なくともいずれかを調節しながら燃料を燃焼する燃焼方法も、本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の燃焼装置、燃焼方法、および燃焼システムによれば、燃料の燃焼効率、燃焼速度を高めることができ、濡れている燃料や乾燥処理されていない燃料であっても効率よく、速く燃焼することができる。したがって、関連する全産業分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１１、４１、５１、６１、７１…燃焼室
２、１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２…再燃焼部
３、１３、４３、５３、７３…煙道
４、１４、４４、５４、７４…冷却手段
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ、７５ａ、７５ｂ…送気管
１０、１１０、４１０、５１０、６１０、７１０…燃焼装置
３５’…送気管配設位置
４６…送気調節手段
５７、６７、７７…熱交換手段
７２０…熱媒体処理装置
７３０…燃焼システム
【図１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図２−２】
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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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