(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を図ることを可能にする。【解決手段】燃料ガスα１を前段燃焼室Ａに導入して燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスβ１〜β３を同燃焼室内に流通及び循環させるとともにこの過程で同ガス中に乱流を積極的に発生させる。前段燃焼室Ａから排出された燃焼ガスβ４を加熱空気α４の一部とともに後段燃焼室Ｂに導入して更に燃焼させ、燃焼ガスβ８が生成される。燃焼ガスβ８については、ガス混合部５０により加熱空気生成部４０から排出された加熱空気α４の主要部と混合される。【選択図】図１
2019158188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最少単位が粒子状又は小片状をなしたバイオマス燃料を第１の燃焼用空気とともに前段燃焼室に導入して燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを同燃焼室内に流通及び／又は循環させるとともにこの過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させ、当該燃焼ガスを第２の燃焼用空気とともに後段燃焼室に導入して更に燃焼させたことを特徴とするバイオマス燃料の燃焼方法。
【請求項２】
請求項１記載のバイオマス燃料の燃焼方法において、前記後段燃焼室にて上記燃焼により発生した燃焼ガスを同燃焼室内に流通及び／又は循環させるとともにこの過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させたことを特徴とするバイオマス燃料の燃焼方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のバイオマス燃料の燃焼方法において、第２の燃焼用空気の一部を前記後段燃焼室に導入して上記燃焼に用いる一方、前記後段燃焼室から排出された燃焼ガスに第２の燃焼用空気の主要部を混合させ、当該ガスを排出したことを特徴とするバイオマス燃料の燃焼方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のバイオマス燃料の燃焼方法において、第２の燃焼用空気を上記導入及び／又は混合前に予熱したことを特徴とするバイオマス燃料の燃焼方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のバイオマス燃料の燃焼方法が用いられる燃焼装置において、
前記前段燃焼室は、前記バイオマス燃料及び第１の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、前記ガス入力部の出力側に設けられており且つ当該バイオマス燃料が燃焼して発生した燃焼ガスの流れを上昇螺旋状にして当該燃焼ガス中に乱流を発生させる燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっており、
前記後段燃焼室は、前記前段燃焼室から排出された燃焼ガスに加えて前記第２の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、当該燃焼ガスが更に燃焼して発生した燃焼ガスを循環させるとともにその過程で当該ガス中に乱流を更に発生させるために複数のガス反射部材が側面視多角形状に配設された燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項６】
請求項５記載の燃焼装置において、前記前段燃焼室及び後段燃焼室の外側に配設された第２の燃焼用空気の流通路であって、当該第２の燃焼用空気を前記前段燃焼室及び後段燃焼室からの熱により加熱させる加熱空気生成部と、前記加熱空気生成部及び後段燃焼室の出力側に設けられており且つ前記後段燃焼室から排出された燃焼ガスに当該第２の燃焼用空気を混合させるガス混合部とを更に備えたことを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマス発電等を行うのに必要な燃焼ガスを高効率で生成することが可能なバイオマス燃焼の燃焼方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を増加させずにエネルギーを作り出すことが可能なクリーンな発電方法としてバイオマス発電がある。特に、間伐材等を燃料にすることが可能な木質バイオマス発電が脚光を浴びている。バイオマス発電における最大の課題は燃料調達である。本件発明者は、かかる観点から従来とは全く異なる独創的な燃焼方式を創作するとともに、同方式に基づいて炉内温度の高温化による燃焼効率を高めることが可能な高温炉について提案を行った（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５９４５０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例による場合、高温炉により1000℃以上の高温を生成することが可能であるものの、高温炉から出力される燃焼ガスの風量(流量)が非常に小さいという問題が指摘されている。もっとも、高温炉に供給するバイオマス燃料及び燃焼用空気を多くすると、燃焼ガスの流量を増大させることは可能である。ところが、乱流が安定して生成され難くなり、これに伴って炉内温度とともに燃焼ガスの温度が低下する。要するに、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を図ることが非常に困難であり、その結果、高温炉により得られる最大電力は数十ＫＷ程度に過ぎず、高温炉をバイオマス発電等に利用するとしても家庭用のものに止まるというのが現状である。
【０００５】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、バイオマス発電等を行うのに必要な燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を図ることが可能なバイオマス燃料の燃焼方法及びこれを用いた燃焼装置を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るバイオマス燃料の燃焼方法は、最少単位が粒子状又は小片状をなしたバイオマス燃料を第１の燃焼用空気とともに前段燃焼室に導入して燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを同燃焼室内に流通及び／又は循環させるとともにこの過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させ、当該燃焼ガスを第２の燃焼用空気とともに後段燃焼室に導入して更に燃焼させる。  
【０００７】
上記内容のバイオマス燃料の燃焼方法による場合、燃焼ガスが前段燃焼室内を流通及び／又は循環する過程で、バイオマス燃料同士の接触等により乱流エネルギーが発生することから、前段燃焼室の炉内温度がその分が高くなる。しかも前段燃焼室から出力された燃焼ガスと第２の燃焼用空気とが後段燃焼室に導入され、当該燃焼ガスが更に燃焼される。後段燃焼室にて酸素不足なく燃焼されることから、後段燃焼室の炉内温度がその分高くなる。これに伴って、バイオマス燃料や燃焼用空気に含有される水蒸気が空気とともに膨張することから、燃焼ガスの流量が増大する。よって、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を図ることが可能になる。  
【０００８】
好ましくは、前記後段燃焼室にて上記燃焼により発生した燃焼ガスを同燃焼室内に流通及び／又は循環させるとともにこの過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させると良い。  
【０００９】
上記内容のバイオマス燃料の燃焼方法による場合、燃焼ガスが後段同燃焼室内を流通及び／又は循環する過程で、バイオマス燃料同士の接触等により乱流エネルギーが発生し、前段燃焼室の炉内温度がその分が高くなる。よって、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を一層図ることが可能になる。  
【００１０】
好ましくは、第２の燃焼用空気の一部を前記後段燃焼室に導入して上記燃焼に用いる一方、前記後段燃焼室から排出された燃焼ガスに第２の燃焼用空気の主要部を混合させ、当該ガスを排出すると良い。  
【００１１】
上記内容のバイオマス燃料の燃焼方法による場合、後段燃焼室から排出された燃焼ガスに第２の燃焼用空気が混合されることから、最終的に排出される燃焼ガスの流量がその分増大する。よって、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を一層図ることが可能になる。  
【００１２】
好ましくは、第２の燃焼用空気を上記導入及び／又は混合前に予熱するようにすると良い。  
【００１３】
上記内容のバイオマス燃料の燃焼方法による場合、上記導入及び／又は混合前に第２の燃焼用空気が予熱されていることから、第２の燃焼用空気の導入等を原因とした熱的な影響が少なく、この点で燃焼ガスの高温化及び大流量化との双方を一層図ることが可能になる。  
【００１４】
本発明に係る燃焼装置は、上記燃焼方法が用いられる装置であって、前記前段燃焼室は、前記バイオマス燃料及び第１の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、前記ガス入力部の出力側に設けられており且つ当該バイオマス燃料が燃焼して発生した燃焼ガスの流れを上昇螺旋状にして当該燃焼ガス中に乱流を発生させる燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっており、前記後段燃焼室は、前記前段燃焼室から排出された燃焼ガスに加えて前記第２の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、当該燃焼ガスが更に燃焼して発生した燃焼ガスを循環させるとともにその過程で当該ガス中に乱流を更に発生させるために複数のガス反射部材が側面視多角形状に配設された燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっている。  
【００１５】
上記構成の燃焼装置による場合、前段燃焼室から排出される燃焼ガスについては酸素含有濃度が低いものの、後段燃焼室に導入されるに当たり第２の燃焼用空気が供給されることから、酸素含有濃度が高い状態で更に燃焼される。しかも燃焼ガスの循環に伴って同燃焼室の中心部分にガス同士の衝突が集中して生じてガス中の乱流がクラスター化される等して大きな乱流エネルギーが発生し、炉内温度が一層高くなる。これに伴って、バイオマス燃料や燃焼用空気に含有される水蒸気が一層膨張し、後段燃焼室から排出される燃焼ガスの流量が増大する。よって、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を一層図ることが可能になる。  
【００１６】
好ましくは、前記前段燃焼室及び後段燃焼室に加えて、前記前段燃焼室及び後段燃焼室の外側に配設された第２の燃焼用空気の流通路であって、当該第２の燃焼用空気を前記前段燃焼室及び後段燃焼室からの熱により加熱させる加熱空気生成部と、前記加熱空気生成部及び後段燃焼室の出力側に設けられており且つ前記後段燃焼室から排出された燃焼ガスに当該第２の燃焼用空気を混合させるガス混合部とを更に備えた構成にすると良い。  
【００１７】
上記構成の燃焼装置による場合、第２の燃焼用空気が加熱されているだけでなく、後段燃焼室から出力される燃焼ガスに混合される構成になっていることから、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を一層図ることが可能になる。  
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図であって、燃焼装置の縦断面を示した概略構成図である。
【図２】同燃焼装置の上方視横断面を示した概略構成図である。
【図３】同燃焼装置の一次燃焼室の燃焼部を示した概略図である。
【図４】同燃焼装置の使用例を示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るバイオマス燃料の燃焼方法及び同方法が用いられる燃焼装置の実施形態を図面を参照して説明する。  
【００２０】
ここに例を挙げて説明する燃焼装置１は、最少単位が粒子状又は小片状をなしたバイオマス燃料（ここでは長さが数ｍｍ程度の竹チップ又は木材チップ等を使用）を燃焼させ、バイオマス発電等に必要な高温及び大流量の燃焼ガスβ９を生成する装置である。具体的には、図１及び図２に示されているように、燃料ガス供給機６０、予熱空気供給機７０、前段燃焼室Α、後段燃焼室Ｂ、加熱空気生成部８０及びガス混合部５０を有した基本構成になっている。  
【００２１】
前段燃焼室Α、後段燃焼室Ｂ及び加熱空気生成部６０は、外部枠体１００内に設けられている。外部枠体１００は前面パネル１０１、後面パネル１０２及び天面パネル１０７等を有し、各燃焼室等を区画するための仕切り板１０３、１０４、１０５及び１０６等が設けられている。前面パネル１０１等の内側には段熱材が入れられている。  
【００２２】
加熱空気生成部８０は、外部枠体１００の平面上中央に配置され、その両側に前段燃焼室Ａ及び後段燃焼室Ｂが各々配置されている（これらを左列燃焼室I、右列燃焼室IIとする）。左列燃焼室I及び右列燃焼室IIについては同一構造になっている。前段燃焼室Αの前段には燃料ガス供給機６０が各々接続され、加熱空気生成部８０の前段には予熱空気供給機７０が接続されている。  
【００２３】
燃料ガス供給機６０については、外気を吸引して所定圧力の空気α０（第１の燃焼用空気に相当）を生成して排出管６１１を通じて排出するブロワー６１と、上記バイオマス燃料を貯蔵するとともに所定量連続的に吐出して燃料ガス供給管６２１に出力するホッパー６２とを備える。燃料ガス供給管６２１の端部が排出官６１１の途中部位に接続されており、バイオマス燃料と空気α０とを混合させた燃料ガスα１を生成して排出管６１１を通じて前段燃焼室Αに排出する構成になっている。このような燃料ガス供給機６０が、共用されているホッパー６２を除いて、左列燃焼室I及び右列燃焼室IIに対応して２台備えられている。なお、ホッパー６２の開閉度及びブロワー６１の回転速度を調節することにより燃料ガスα１の混合比及び流量が制御可能になっている。  
【００２４】
予熱空気供給機７０については、外気を吸引して所定圧力の空気α２(第２の燃焼用空気に相当）を生成して空気排出管７１１を通じて排出するブロワー７１と、空気排出管７１１の端部に接続され、空気α２が内部循環する過程でヒーター等により加熱され、これにより生成された予熱空気α３を空気排出管７２１を通じて加熱空気生成部８０に出力する加熱機７２とを備える構成になっている。なお、ブロワー７１の回転速度等を調節することにより予熱空気α３の温度及び流量が制御可能になっている。  
【００２５】
前段燃焼室Αは、一次燃焼室１０と二次燃焼室２０とを有し、燃料ガスα１を燃焼させて発生した燃焼ガスβ１〜β３を生成するとともに各燃焼室内に流通及び循環させる過程で同ガス中に乱流を積極的に発生させる構成になっている。このように乱流を積極的に発生させるのは、燃焼ガスβ１〜β３の燃焼による燃焼エネルギーとは別に、燃焼ガスβ１〜β３に含まれる燃料等同士の接触等により発生する乱流エネルギーを得るためである。即ち、一次燃焼室１０及び二次燃焼室２０内に後記する乱流発生手段を配設し、これにより持続時間が長い乱流を発生させるようにしている。乱流発生方法自体については周知技術であるが、一次燃焼室１０、二次燃焼室２０内の燃焼ガスβ１〜β３の正確な流れ等を数値計算によるシミュレーションにより求め、この結果を参照しつつ乱流発生手段の種類、サイズ及び配置位置等を実験を通じて最適なものを選定すれば良い（これは後段燃焼室Ｂについても同様である。）。本案例では下記の通りとした。
【００２６】
一次燃焼室１０は、前面パネル１０１と仕切り板１０３との間に上下方向に設けられた直方体の枠体部１１を有し、枠体部１１内にガス入力部１２、燃焼部１４及びガス出力部１５等が設けられている。  
【００２７】
ガス入力部１２については、枠体部１１の下方位置に設けられ且つ排出管６１１を通じて燃料ガスα１が導入される空間になっている  。
【００２８】
燃焼部１４については、ガス入力部１２の上方位置に設けられた燃焼室であって、燃料ガスα１が枠体部１１の内壁面に沿って上昇する過程で燃焼して燃焼ガスβ１を生成するとともに、燃焼ガスβ１の流通過程で同ガス内に乱流を発生させる構成になっている。  
【００２９】
燃焼部１４については、具体的には、図３に示された通りの四半回転階段に類似の形状を有したガス案内部材(乱流発生手段)であって、枠体部１１内に上下方向に位置調整可能に取り付けられている。ここでは、枠体部１１が角型になっていることに加えて、燃焼ガスβ１を上昇螺旋状にしてガス同士を衝突させることにより乱流を発生させている。  
【００３０】
燃焼部１４の形状を螺旋階段状にしたのは、燃焼ガスβ１が上昇螺旋状の流れになり易いからであり、燃焼部１４を高さ調整可能にしたのは、燃焼ガスβ１，β２が枠体部１１内を繰り返し反射してガス同士が接触し易くなるからである。これらの結果、燃焼部１４に関する乱流発生のための微調整を容易に行うことが可能になる。  
【００３１】
なお、燃焼部１４を上下方向の直線移動用のモータ等に連結する一方、一次燃焼室１０等の温度を図外の熱電対温度計等により測定し、この測定結果が一層高温になるように上記モータ等をフィードバック制御しても良い。この場合、枠体部１１内の燃焼部１４の位置に関し、乱流が安定して発生する最適な位置に自動的に調整され得る。  
【００３２】
ガス出力部１５については、枠体部１１の上方位置に設けられ且つ燃焼部１４にて生成された燃焼ガスβ２を枠体部１１に形成された穴１１３を通じて排出するための空間になっている。  
【００３３】
二次燃焼室２０は、外部枠体１００中の仕切り板１０３と仕切り板１０４との間に位置する燃焼室であって、一次燃焼室１０から排出された燃焼ガスβ２が導入されるガス入力部２１と、燃焼ガスβ２を更に燃焼させて発生した燃焼ガスβ３を図１中に示されている通りに流通及び循環させるとともに、その過程で当該ガス中に乱流を発生させるために、合計４つのガス反射板２２１(乱流発生手段)が側面視正八角形状に傾斜させて設けられた燃焼部２２と、燃焼部２２の出力段に設けられており且つ燃焼ガスβ３の一部である燃焼ガスβ４を排出するガス出力部２３とを有した構成になっている。  
【００３４】
燃焼部２２がガス反射板２２１により側面視正八角形状にされているのは、燃焼ガスβ３を循環させるとともにガス同士を燃焼部２２の中心付近にて集中的に衝突させて乱流の発生及び増大を図るためである。  
【００３５】
ガス入力部２１については、仕切り板１０３、天面パネル１０７、ガス案内板２１１の間に位置する空間であって、上記の通りに導入された燃焼ガスβ２を下向きに案内して燃焼部２２内に導入するようになっている。  
【００３６】
ガス出力部２３については、仕切り板１０４、天面パネル１０７、ガス反射２２１ａの間に位置する空間であって、ガス反射板２１１ａが台形状になっていることから、燃焼ガスβ３がガス案内板２１１ａの短辺側の隙間を通じて導入され、仕切り板１０４に形成された穴１０４１を通じて排出されるようになっている。  
【００３７】
後段燃焼室Ｂは、三次燃焼室３０と四次燃焼室４０とを有し、これらの燃焼室において、前段燃焼室Ａから排出された燃焼ガスβ４を後記する加熱空気α４とともに導入して更に燃焼させて燃焼ガスβ５〜β８を順次的に生成すると同時に、燃焼ガスβ５,β７を同燃焼室内に流通及び循環させ、この過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させる構成になっている。  
【００３８】
なお、前段燃焼室Ａに供給される燃料ガスα１の混合比及び流量等を設定することにより、前段燃焼室Ａから排出される燃焼ガスβ３については上記バイオマス燃料が完全燃焼されず、後段燃焼室Ｂにて完全燃焼するようになっている。また、加熱空気α４が上記の通り後段燃焼室Ｂに導入可能なようにブロワー７１の回転速度が設定されている。  
【００３９】
三次燃焼室３０及び四次燃焼室４０については、三次燃焼室３０に形成された加熱空気α４を導入するための穴１０６１を除いて、二次燃焼室２０と同様の構成になっていることから、その説明を省略することする。  
【００４０】
このような左列燃焼室I及び右列燃焼室IIにより燃焼ガスβ８が別々に生成され、後面パネル１０２に形成された穴１０２１から各々排出され、ガス混合部５０に各々導かれる。  
【００４１】
加熱空気生成部８０については、左列燃焼室Iと右列燃焼室IIとの間に配置された予熱空気α３の流通路であって、前段燃焼室Ａ及び後段燃焼室Ｂの外側に配設されており、空気排出管７２１を通じて導入された予熱空気α３を前段燃焼室Ａ及び後段燃焼室Ｂからの熱により加熱させて加熱空気α４を生成し、後面パネル１０２に形成された穴１０２２から排出する構成になっている。  
【００４２】
加熱空気生成部８０は、具体的には、一次燃焼室１０、二次燃焼室２０、三次燃焼室３０、四次燃焼室４０に隣接して各々配置された枠体部８１、第１加熱室８２、第２加熱室８３、第３加熱室８４を有する。枠体部８１の下には空気排出管７２１が接続される。予熱空気α３は枠体部８１を通って第１加熱室８２に導入される。仕切り板１０４、１０５には加熱空気α４を流通させるための隙間１０４２、１０５２が各々形成されている。また、仕切り板１０６には、加熱空気α４の一部を三次燃焼室３０のガス入力部３１に導入するための穴１０６１が各々形成されている。仕切り板１０６は熱交換効率を高めるために高熱伝導性を有したセラミックス板又は金属板等が使用されている。即ち、予熱空気α３は第１加熱室８２により加熱され加熱空気α４が生成され、第２加熱室８３に導入される。このような加熱空気α４の一部は穴１０６１を通じて三次燃焼室３０に各々導入される一方、加熱空気α４の主要部は第２加熱室８３、第３加熱室８４を順次的に流通する過程で加熱され、穴１０２２を通じてガス混合部５０に排出される。  
【００４３】
ガス混合部５０については、左列燃焼室I及び右列燃焼室IIの後段燃焼室Ｂ及び加熱空気生成部８０の出力側に設けられた筒状体であって、各後段燃焼室Ｂから排出された燃焼ガスβ８に加熱空気生成部８０から排出された加熱空気α４を混合させ、これを燃焼ガスβ９として排出する構成になっている。  
【００４４】
ガス混合部５０は、具体的には、後面パネル１０２に形成された穴１０２１、１０２１及び１０２２を覆うように設けられた三角錐状のガス混合部５１と、ガス混合部５１の出力側に設けられた管状のガス排出部５２とを有し、内側には断熱材が入れられている。ガス排出部５２には、燃焼ガスβ９を図外の燃焼ガス供給管等が接続される。  
【００４５】
燃焼装置１により生成される燃焼ガスβ９の供給先については、例えば、図４に示されているように、バイオマス発電等を行うための発電ユニット３(ボイラ、タービン及び発電機等)、ゴミ焼却等を行うためのロータリーキルン炉４、空調等を行うための熱交換機５等がある。図中２は燃焼ガスβ９に含まれる不純物を機械的又は化学的に除去するためのフィルターである。  
【００４６】
上記のように構成された燃焼装置１を用いたバイオマス燃焼方法については次の通りである。  
【００４７】
まず、燃料ガスα１を一次燃焼室１０に導入して燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスβ１を同燃焼室内に流通及び循環させるとともにこの過程で同ガス中に乱流を積極的に発生させる。一次燃焼室１０から排出された燃焼ガスβ２を二次燃焼室２０に導入して更に燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスβ３を同燃焼室内に流通及び循環させるとともにこの過程で同ガス中に乱流を積極的に発生させる。  
【００４８】
二次燃焼室２０から排出された燃焼ガスβ４を加熱空気α４ととともに三次燃焼室３０に導入して更に燃焼させて完全燃焼させ、燃焼ガスβ５を発生させる。燃焼ガスβ５は三次燃焼室３０内で流通及び循環され、この過程で同ガス中に乱流を積極的に発生させる。  
【００４９】
加熱空気生成部８０により生成された加熱空気α４の一部については、穴１０６１を通じて後段燃焼室Ｂに導入され、上記の通り燃焼ガスβ４の燃焼に用いられる。一方、加熱空気α４の残りの主要部については、ガス混合部５０により、後段燃焼室Ｂから排出された燃焼ガスβ８に混合され、これが燃焼ガスβ９として排出される。加熱空気α４については、加熱空気生成部８０への導入前に加熱機７２により予熱されている他、ガス混合部５０での上記混合前に加熱空気生成部８０により予熱されている。  
【００５０】
上記した実施形態に係るバイオマス燃焼方法及び燃焼装置１による場合、前段燃焼室Ａ、後段燃焼室Ｂにおいて、バイオマス燃料の燃焼により発生した燃焼エネルギーに加えて上記乱流エネルギー（摩擦熱等）が発生することから、各燃焼室の炉内温度が高くなる。しかも後段燃焼室Ｂに加熱空気α４が補充され、後段燃焼室Ｂ内の酸素不足が解消されることから、バイオマス燃料が完全燃焼し、炉内温度が高温化される。  
【００５１】
このように後段燃焼室Ｂの炉内温度が上記した通り高温であることから、バイオマス燃料や燃焼用空気に含有される水蒸気が空気とともに膨張し、左列燃焼室I及び右列燃焼室IIから排出される燃焼ガスβ８の流量がその分増加する。しかも燃焼ガスβ８と加熱空気生成部８０から排出された加熱空気α４とはガス混合部５０により混合されることから、燃焼ガスβ９の流量が大幅に増加する。それ故、燃焼ガスβ９の流量増大化（最大流量：３２００m３／ｈ）と高温化（最大温度１０００℃以上）との双方を図ることが可能になる。このような燃焼ガスβ９により得られる最大電力は２０００ＫＷ程度になると予測される。この点、前段燃焼室Α及び後段燃焼室Ｂの炉内温度が高いことから高効率であり、これに伴ってバイオマス燃料の消費量を低く抑えられる。要するに、バイオマス発電における最大の課題である燃料調達の問題を改善することもが可能になる。  
【００５２】
なお、本発明に係るバイオマス燃料の燃焼方法は、上記実施形態に限定されず、次のように設計変更しても良い。バイオマス燃料については、最少単位が粒子状又は小片状をなしている限り、素材等が問われることがなく、第１の燃焼用空気とは別に前段燃焼室に直接導入しても良い。本案例とは異なり着火剤を使用してもかまわない。使用する燃焼装置の構造についても特に限定されず、燃焼室の列／数、燃焼ガスの流通・循環のルート、乱流発生手段の構成、第２の燃焼用空気の予熱方法、後段燃焼室に導入する位置・方法についても適宜設計変更すれば良い。第１の燃焼用空気と第２の燃焼用空気とを同じとし、第１の燃焼用空気を与熱する形態でもかまわない。  
【００５３】
本発明に係る燃焼装置についても上記と同様であるが、次のように設計変更しても良い。例えば、加熱空気生成部については、燃焼用空気が通る金属管を前段燃焼室又は後段燃焼室に通す形態であってもかまわない。ガス混合部については、後段燃焼室とは別体とし、燃焼ガス配管の途中に設ける形態でもかまわない。  
【符号の説明】
【００５４】
１  燃焼装置
Ａ  前段燃焼室
１０  一次燃焼室
２０  二次燃焼室
Ｂ  後段燃焼室
３０  三次燃焼室
４０  四次燃焼室
５０  ガス混合部
６０  燃料ガス供給機
７０  予熱空気供給機
８０  加熱空気生成部
α１  燃料ガス
α３  予熱空気  
α４  加熱空気
β１〜β９  燃焼ガス
【図１】
2019158188.tif 000003
【図２】
2019158188.tif 000004
【図３】
2019158188.tif 000005
【図４】
2019158188.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月17日(2018.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最少単位が粒子状又は小片状をなしたバイオマス燃料を第１の燃焼用空気とともに前段燃焼室に導入して燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを同燃焼燃室内に流通及び／又は流通させるとともにこの過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させ、当該燃焼ガスを第２の燃焼用空気とともに後段燃焼室に導入して更に燃焼させる装置であって、
前記前段燃焼室及び後段燃焼室の外側に配設された第２の燃焼用空気の流通路であって、当該第２の燃焼用空気を前記前段燃焼室及び後段燃焼室からの熱により加熱させる加熱空気生成部と、前記加熱空気生成部及び後段燃焼室の出力側に設けられており且つ前記後段燃焼室から排出された燃焼ガスに当該第２の燃焼用空気を混合させるガス混合部とを備え、
前記前段燃焼室は、前記バイオマス燃料及び第１の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、前記ガス入力部の出力側に設けられており且つ当該バイオマス燃料が燃焼して発生した燃焼ガスの流れを上昇螺旋状にして当該燃焼ガス中に乱流を発生させる燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっており、
前記後段燃焼室は、前記前段燃焼室から排出された燃焼ガスに加えて前記第２の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、当該燃焼ガスが更に燃焼して発生した燃焼ガスを循環させるとともにその過程で当該ガス中に乱流を更に発生させるために複数のガス反射部材が側面視多角形状に配設された燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっていることを特徴とする燃焼装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明はバイオマス発電等を行うのに必要な燃焼ガスを高効率で生成することが可能な燃焼装置に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであって、その目的とするところは、バイオマス発電等を行うのに必要な燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を図ることが可能な燃焼装置を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明に係る燃焼装置は、最少単位が粒子状又は小片状をなしたバイオマス燃料を第１の燃焼用空気とともに前段燃焼室に導入して燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを同燃焼燃室内に流通及び／又は流通させるとともにこの過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させ、当該燃焼ガスを第２の燃焼用空気とともに後段燃焼室に導入して更に燃焼させる装置であって、
前記前段燃焼室及び後段燃焼室の外側に配設された第２の燃焼用空気の流通路であって、当該第２の燃焼用空気を前記前段燃焼室及び後段燃焼室からの熱により加熱させる加熱空気生成部と、前記加熱空気生成部及び後段燃焼室の出力側に設けられており且つ前記後段燃焼室から排出された燃焼ガスに当該第２の燃焼用空気を混合させるガス混合部とを備え、
前記前段燃焼室は、前記バイオマス燃料及び第１の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、前記ガス入力部の出力側に設けられており且つ当該バイオマス燃料が燃焼して発生した燃焼ガスの流れを上昇螺旋状にして当該燃焼ガス中に乱流を発生させる燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっており、前記後段燃焼室は、前記前段燃焼室から排出された燃焼ガスに加えて前記第２の燃焼用空気が導入されるガス入力部と、当該燃焼ガスが更に燃焼して発生した燃焼ガスを循環させるとともにその過程で当該ガス中に乱流を更に発生させるために複数のガス反射部材が側面視多角形状に配設された燃焼部と、前記燃焼部の出力側に設けられており且つ当該燃焼ガスを排出するガス出力部とを有した構成になっている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記構成の燃焼装置による場合、バイオマス燃料が第１の燃焼用空気とともに前段燃焼室に導入されて燃焼され、その燃焼ガスが同燃焼室内を流通及び／又は循環する過程で同ガス中に乱流が発生する。これに伴ってバイオマス燃料同士の接触等により乱流エネルギーが生成され、前段燃焼室の炉内温度が高くなる。前段燃焼室から排出された燃焼ガスは第２の燃焼用空気とともに後段燃焼室に導入されて酸素不足なく更に燃焼され、その燃料ガスが同燃焼室内を流通及び／又は循環する過程で同ガス中に乱流が発生する。これに伴ってバイオマス燃料同士の接触等により乱流エネルギーが生成され、後段燃焼室の炉内温度が高くなる。また、上記燃焼室においてバイオマス燃料や燃焼用空気に含有される水蒸気が膨張する結果、燃焼ガスの流量が増大する。しかも後段燃焼室から排出される燃焼ガスに、加熱空気生成部を流通する過程で加熱された第２の燃焼用空気がガス混合部により混合されることから、燃焼ガスの流量が一層増大する。これらの結果、燃焼ガスの高温化と大流量化との双方を一層図ることが可能になる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
以下、本発明に係る燃焼装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
後段燃焼室Ｂは、三次燃焼室３０（ガス入力部３１、燃焼部３２及びガス出力部３３等から構成される）と四次燃焼室４０（ガス入力部４１、燃焼部４２及びガス出力部４３等から構成される）とを有し、これらの燃焼室において、前段燃焼室Ａから排出された燃焼ガスβ４を後記する加熱空気α４とともにガス入力部３１を通じて導入して更に燃焼させて燃焼ガスβ５〜β８を順次的に生成すると同時に、燃焼ガスβ５,β７を同燃焼室内に流通及び循環させ、この過程で当該燃焼ガス中に乱流を積極的に発生させる構成になっている。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
上記した実施形態に係る燃焼装置１による場合、前段燃焼室Ａ、後段燃焼室Ｂにおいて、バイオマス燃料の燃焼により発生した燃焼エネルギーに加えて上記乱流エネルギー（摩擦熱等）が発生することから、各燃焼室の炉内温度が高くなる。しかも後段燃焼室Ｂに加熱空気α４が補充され、後段燃焼室Ｂ内の酸素不足が解消されることから、バイオマス燃料が完全燃焼し、炉内温度が高温化される。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
なお、本発明に係る燃焼装置は、上記実施形態に限定されず、次のように設計変更しても良い。バイオマス燃料については、最少単位が粒子状又は小片状をなしている限り、素材等が問われることがなく、第１の燃焼用空気とは別に前段燃焼室に直接導入しても良い。本案例とは異なり着火剤を使用してもかまわない。使用する燃焼装置の構造についても特に限定されず、燃焼室の列／数、燃焼ガスの流通・循環のルート、乱流発生手段の構成、第２の燃焼用空気の予熱方法、後段燃焼室に導入する位置・方法についても適宜設計変更すれば良い。第１の燃焼用空気と第２の燃焼用空気とを同じとし、第１の燃焼用空気を与熱する形態でもかまわない。  
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
また、例えば、加熱空気生成部については、燃焼用空気が通る金属管を前段燃焼室又は後段燃焼室に通す形態であってもかまわない。ガス混合部については、後段燃焼室とは別体とし、燃焼ガス配管の途中に設ける形態でもかまわない。