(57)【要約】【課題】装置自体を大型化することなく、十分な燃焼時間を確保することができる燃焼器及び燃焼装置を提供する。【解決手段】燃焼器３は、供給された粒状燃焼物を内部で燃焼させる燃焼管１３と、少なくとも一部が燃焼管１３の管内に形成され燃焼管１３内部の空気が流入する流路管１５とを備え、燃焼管１３は、流路管１５の周囲を回転する様に形成されている。燃焼器３は、燃焼管１３と流路管１５とで二重構造を構成し、燃焼管１３を流路管１５の周囲を回転する様に形成することで、粒状燃焼物を、燃焼管１３内部で螺旋運動させながら燃焼させることができる。【選択図】  図２
2008145023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された粒状燃焼物を内部で燃焼させる燃焼管と、
少なくとも一部が前記燃焼管の管内に形成され前記燃焼管内部の空気が流入する流路管とを備え、
前記燃焼管は、前記流路管の周囲を回転する様に形成されたこと、
を特徴とする燃焼器。
【請求項２】
前記燃焼管内部に前記粒状燃焼物を供給する燃焼物供給管を備え、
前記流路管は、先端部に前記燃焼管内部の空気が流入する開口を備え、
前記燃焼物供給管から前記燃焼管内部に前記粒状燃焼物が供給される位置は前記燃焼管の一方の端部近傍に形成され、前記流路管の前記開口は前記燃焼管の他方の端部近傍に形成されていること、
を特徴とする請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
供給された粒状燃焼物を内部で燃焼させて空気を加熱する燃焼管と、
少なくとも一部が前記燃焼管の管内に形成され前記燃焼管内部の加熱された空気が流入する流路管と、
前記燃焼管に対して前記粒状燃焼物を供給する燃焼物供給管とを有する燃焼器と、
前記燃焼管内部の加熱された空気を前記流路管に流入させる気流を発生させる気流発生部と、
前記気流発生部において発生した気流によって前記流路管に流入した加熱された空気に基づいて熱交換を行う熱交換部とを備え、
前記燃焼管は、前記流路管の周囲を回転する様に形成されたこと、
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、燃焼器、及びこれを用いた燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉炭、又は粒状バイオマス等の粒状燃焼物を燃料とするボイラ、ヒータ等の燃焼装置としては、特許文献１に記載された燃焼装置がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７８０１６公報
【０００４】
具体的には、この特許文献１には、内管にヒータが巻装された粒状燃料／空気供給管と、外管に二次空気供給管からなる二重管との開口部を、回転燃焼器の底部中央に貫接し、ヒータ及び粒状燃料／空気供給管から供給される空気によって粒状燃料を着火点以上に加熱しながら二次空気供給管によって大量の空気を強制通風することで、粒状燃料が燃焼する為に十分な時間を確保して完全燃焼させる燃焼装置が記載されている。この様な燃焼装置では、内管及び外管は、同心円筒形または半球形のバッフルによって構成されていることとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この様なバッフルを用いた場合、粒状燃料の十分な燃焼時間を確保する為には、ある程度のバッフルの直径を確保する必要があった。
【０００６】
そこで本発明はこの様な実情に鑑みてなされたものであり、装置自体を大型化することなく、十分な燃焼時間を確保することができる燃焼器及び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】
【０００７】
上述の課題を解決する為に、本発明に係る燃焼器は、供給された粒状燃焼物を内部で燃焼させる燃焼管と、少なくとも一部が前記燃焼管の管内に形成され前記燃焼管内部の空気が流入する流路管とを備え、前記燃焼管は、前記流路管の周囲を回転する様に形成されたことを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、燃焼器は、燃焼管と流路管とを二重構造にすることができる。そして、燃焼器は、燃焼管と流路管とで二重構造を構成し、燃焼管を流路管の周囲を回転する様に形成することで、粒状燃焼物を、燃焼管内部で螺旋運動させながら燃焼させることができる。
【０００９】
また、上述の課題を解決する為に、本発明に係る燃焼装置は、供給された粒状燃焼物を内部で燃焼させて空気を加熱する燃焼管と、少なくとも一部が前記燃焼管の管内に形成され前記燃焼管内部の加熱された空気が流入する流路管と、前記燃焼管に対して前記粒状燃焼物を供給する燃焼物供給管とを有する燃焼器と、前記燃焼管内部の加熱された空気を前記流路管に流入させる気流を発生させる気流発生部と、前記気流発生部において発生した気流によって前記流路管に流入した加熱された空気に基づいて熱交換を行う熱交換部とを備え、前記燃焼管は、前記流路管の周囲を回転する様に形成されたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、燃焼器は、燃焼管と流路管とを二重構造にすることができる。そして燃焼管を流路管の周囲を回転する様に形成することで、粒状燃焼物を、燃焼管内部で螺旋運動させながら燃焼させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この様に、本発明にかかる燃焼器、及び燃焼装置によれば、粉状燃焼物を螺旋運動させることで燃焼管内部の空間を最大限に利用することができる為、装置自体を大型化することなく、十分な燃焼時間を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態にかかる燃焼装置は、例えば、ストーブやボイラ等に用いられる燃焼装置であり、燃焼装置は、微粉炭等の粒状燃料を回転させながら燃焼させる。
【００１４】
図１に示す様に、燃焼装置１は、二重構造を有する燃焼器３と、燃焼器３に供給する粒状燃焼物としての粉炭を収納する粉炭カートリッジ５と、燃焼器３において加熱された空気から不純物を取り除く除去装置７と、除去装置７において不純物が取り除かれた空気の熱交換を行う熱交換器９と、燃焼器３内部を減圧する減圧器１１とを備える。
【００１５】
燃焼器３は、図２に示す様に、粉炭を内部で燃焼させる燃焼管１３と、燃焼管１３内部の空気が流入する流路管１５とを備える。そして、流路管１５は、少なくともその一部が燃焼管１３内部に形成される。また、燃焼管１３は、流路管１５の周囲を回転する様に形成されている。このとき、燃焼管１３及び流路管１５は、略円筒状に形成され、燃焼管１３及び流路管１５は、略同一軸を有する様に形成される。そして、燃焼管１３は、該軸回りに、流路管１５の周りを回転する。尚、以下では説明の便宜上、同図に示した三次元直交座標を用いて詳細な説明を行う。この場合において、Ｘ軸方向は、燃焼装置１の上方を示し、Ｙ軸方向は、燃焼器３の燃焼管１３の回転軸方向を示し、Ｚ軸方向は、燃焼管１３の回転軸と垂直方向を示す。
【００１６】
この様な燃焼管１３は、粉炭カートリッジ５から供給された粉炭を内部で燃焼させ、燃焼管１３内部の空気を加熱する。具体的には、燃焼管１３は、図示せぬ着火手段を備え、粉炭カートリッジ５から供給され着火手段によって着火された粉炭を、回転しながらＹ軸方向に搬送する。
【００１７】
また、燃焼管１３は、粉炭が内部に溜まることを防止するフィン１７を備える。フィン１７は、燃焼管１３の内壁に沿ってＹ軸方向に進行する様に螺旋状に形成される。この様なフィン１７は、燃焼管１３内部で粉炭が溜まり、燃焼管１３内部の燃焼効率が低下することを防止する。特に、図３に示す様に、燃焼管１３のＹ軸方向の先端部におけるフィン１７は、粉炭を内壁から剥がし、燃焼管１３内部に、矢印Ａ方向に重力によって落下させることで、粉炭を流路管１５によって吸い込み易くする。
【００１８】
また、燃焼管１３は、粉炭を保持する粉炭保持部材１９を備える。粉炭保持部材１９は、燃焼管１３の内壁に沿って形成され、燃焼する粉炭を保持する。この様な粉炭保持部材１９によって粉炭を保持することで、粉炭が燃焼管１３内部に滞在する時間を長時間化させることができる。具体的には粉炭保持部材１９は、セラミックファイバー等の繊維質、及び断熱性を有する材料によって構成され、燃焼管１３内部に貼り付けられる。
【００１９】
この様な燃焼管１３は、例えば直径が約１６０ｃｍから２００ｃｍ、軸方向の長さが約２５０ｃｍの円筒状に形成される。そして燃焼管１３の円形状を有する底部には、流路管１５を挿通する開口部１３ａが形成される。
【００２０】
流路管１５は、燃焼管１３内部の空気が流入する。具体的には流路管１５は、減圧器１１による減圧作用によって、燃焼管１３内部において加熱された空気及び灰となった粉炭を吸い込む。この様な流路管１５は、先端部に開口部１５ａを備える管体によって形成される。そして流路管１５は、少なくとも開口部１５ａが燃焼管１３内部に位置する様に形成される。開口部１５ａは、燃焼管１３の開口部１３ａが形成された面とは異なる面が形成された、燃焼管１３の一方の端部近傍に位置する様に形成される。
【００２１】
ここで、流路管１５内部に加熱された空気及び灰を流入させる手段としては、加圧による方式、及び減圧による方式がある。本実施の形態では、減圧器１１により流路管１５内部を減圧することによって、流路管１５内部に加熱された空気及び灰を流入させる構成を例に挙げ、詳細な説明を行う。
【００２２】
また、流路管１５は、内部にセラミック触媒等、一酸化炭素を吸着する触媒２１を備える。そして、流路管１５における、触媒２１の下流は、例えば切頭円錐等の様に中心部に向けて収束するような形状を備える。この様に、流路管１５の下流側を収束した形状とすることにより、加熱された空気及び灰を流路管１５よりも下流に送り込む際に、流路管１５内部に灰が溜まりにくくなり、灰が詰まることによる燃焼効率の低下を防止することができる。この様な流路管１５は、内部に触媒を備える触媒管２３と接続される。
【００２３】
この様な燃焼管１３と流路管１５とは、略同一軸を有する様に形成されており、燃焼管１３は、流路管１５の周囲を、該軸を中心軸として回転する様に形成されている。そして、この様な二重構造を採用することにより、燃焼器３では、粉炭の流れを、燃焼管１３内部において螺旋状とすることができる。そして、粉炭の流れを螺旋状にすることにより、粉炭が燃焼管１３内部に滞在する時間を長くすることができる。そして、粉炭が燃焼管１３内部に滞在する時間を長くすることにより、燃焼器３では、燃焼管１３の軸方向の長さ、及びその燃焼管１３の内部空間の周長を最大限に利用して効率良く粉炭を使用することができる。
【００２４】
また、燃焼器３では、流路管１５が、燃焼管１３から突出している様な形状を備える。そして、燃焼器３は、流路管１５と燃焼管１３とが重複する部分に、図４に示す様に、燃焼用の空気を取り入れる吸入口２５を備える。吸入口２５の一方の開口は、外部に露出しており、他方の開口は、粉炭供給管２７の粉炭供給口２７ａが燃焼管１３に挿入された位置に近接する様に形成される。この様に吸入口２５の他方の開口を、粉炭供給口２７ａが燃焼管１３に挿入された位置に近接する様に形成することにより、燃焼管１３内部で粉炭を燃焼させる為に十分な量の空気を燃焼管１３内部に取り込むことができる。また、係る位置に吸入口２５の他方の開口を設けることにより、燃焼管１３内部で、Ｙ軸方向への気流を発生させることができる。そして、燃焼管１３内部でＹ軸方向への気流を発生させることにより、燃焼中の粉炭を開口部１５ａの方向に移動させることができる。尚、吸入口２５は、減圧作用を用いて流路管１５に加熱された空気及び灰を流入させる際に用いるものであり、加圧作用を用いて流路管１５に加熱された空気及び灰を流入させる際には設ける必要はない。
【００２５】
また、燃焼器３は、粉炭カートリッジ５から供給された粉炭を燃焼管１３内部に供給する燃焼物供給管としての粉炭供給管２７を備える。粉炭供給管２７は、粉炭カートリッジ５から自身に供給された粉炭を、燃焼管１３の方向に移動させると共に、粉炭を燃焼管１３内部に供給する。粉炭供給管２７は、流路管１５内部に形成され、その先端部近傍は、湾曲した形状を備える。そして、粉炭供給管２７の先端部に形成された粉炭供給口２７ａは、流路管１５に穿設された孔を通り抜け燃焼管１３内部に位置する。この様に粉炭供給管２７を、回転しない流路管１５を介して回転する燃焼管１３内部に誘導することで、燃焼管１３に粉炭を供給する構造を簡素化することができる。粉炭カートリッジ５から供給された粉炭は、粉炭供給管２７の先端部に形成された粉炭供給口２７ａを介して、燃焼管１３内部に供給される。粉炭供給管２７の粉炭供給口２７ａが形成された端部とは異なる端部は、エアポンプ２９と接続されている。
【００２６】
エアポンプ２９は、粉炭供給管２７の管内で粉炭を移動させる移動手段であり、燃焼装置１では、エアポンプ２９の出力によって粉炭の供給量を調節する。すなわち、エアポンプ２９は、間接的に燃焼装置１の熱量を制御する。具体的には、エアポンプ２９は、粉炭供給管２７の最上流に固定されており、下流側に形成された粉炭カートリッジ５からの供給管３１から粉炭供給管２７内部に落下した粉炭を、気流によって燃焼管１３の方向に搬送する。
【００２７】
また、本実施の形態では、粉炭供給管２７の管内で粉炭を移動させる移動手段として、エアポンプ２９を用いることとしたが、粉炭供給管２７内部に螺旋状のフィンを形成して粉炭を移動させることも可能である。この場合、粉炭供給管２７を回転させることにより粉炭を燃焼管１３方向に移動させ、燃焼管１３内部に供給する。この様に粉炭供給管２７内部に粉炭搬送用のフィンを形成し、スクリューコンベア方式で粉炭を搬送することにより、一定の量の粉炭を継続的に燃焼管１３に供給することが可能となる。そしてこの場合、燃焼管１３に供給される粉炭の量は、粉炭供給管２７の回転量によって調整することができる。
【００２８】
また、粉炭供給管２７における流路管１５内部に位置する一定の区間は、粉炭を加熱する加熱手段によって被覆されている。具体的には、粉炭供給管２７は、コイルヒータ３３によって被覆されている。コイルヒータ３３は、図示せぬ電源から供給された電力により、粉炭供給管２７内部の粉炭を、例えば約８００℃前後まで加熱する。この様にコイルヒータ３３によって加熱することにより、粉炭が燃焼管１３内部に到達したときには既に加熱されており、燃焼管１３内部の限られた空間を、空気の加熱の為に有効利用することができる。また、粉炭供給管２７における流路管１５内部に位置する一定の区間をコイルヒータ３３によって被覆することで、コイルヒータ３３を触媒管２３と近接させることができ、流路管１５と接続された触媒管２３内部の触媒に対してもコイルヒータ３３の輻射熱を伝えることができる。
【００２９】
粉炭カートリッジ５は、燃焼装置１に対して着脱自在に形成される。そして、粉炭カートリッジ５から排出された粉炭は、略垂直に形成された供給管３１を介して粉炭供給管２７に供給される。
【００３０】
触媒管２３は、内部に複数の触媒を備え、該触媒を用いて流路管１５から流れてきた加熱された空気から例えば一酸化炭素を吸着する。この様な触媒管２３は、流路管１５のうち、コイルヒータ３３が形成された位置と近接する位置に接続されることが好ましい。これにより、コイルヒータ３３からの輻射熱で、一酸化炭素の除去作用を向上させることができる。また、触媒管２３では、内部に形成された触媒の周囲にヒータ等の加熱手段を配置することも可能である。
【００３１】
また、燃焼装置１は、燃焼管１３を回転させる駆動モータ３５を備える。駆動モータ３５は、図示せぬ電源から供給された電力に基づいてギア３７を回転させる。そして、ギア３７が回転すると、ギア３７と係合し、且つ、燃焼管１３に固定されたギア３９が回転する。この様に、駆動モータ３５は、ギア３７及びギア３９を介して燃焼管１３を回転させる。このとき駆動モータ３５によって燃焼管１３が回転させられる速度としては、約１回転／分程度であることが好ましい。
【００３２】
除去装置７は、触媒管２３の下流側に形成されており、触媒管２３を介して流入した加熱された空気から灰等の不純物を取り除く。この様な除去装置７は、例えばサイクロン方式の集塵機によって構成される。そしてここで除去された灰は、灰受け４１に集められ、加熱された空気は、熱交換器９に供給される。
【００３３】
熱交換器９は、除去装置７の下流側に形成されており、除去装置７から流入した加熱された空気の熱交換を行う。この様な熱交換器９は、例えば排熱用エロフィン管によって構成され、得られた熱は、排熱口４３を介して、図示せぬ燃焼装置１の筐体外部に排出される。尚、本実施の形態では、除去装置７の下流側に熱交換器９を接続することとしたが、熱交換器９を除去装置７の上流側に設けることも可能である。
【００３４】
減圧器１１は、熱交換器９、除去装置７、及び触媒管２３を介して、流路管１５内部を減圧すると共に、一酸化炭素等の排気を行う。すなわち、減圧器１１は、燃焼装置１の各部の内部において、燃焼管１３が形成された上流側から下流側に向けての気流を発生させる。そして、加熱された空気、及び灰は、減圧器１１が発生させた気流によって、上流側から下流側へと搬送される。この様な減圧器１１は、排熱用のブロア等によって構成される。
【００３５】
以下、燃焼装置１の一連の動作について、図５を参照しながら詳細な説明をする。尚、同図では、粉炭の動作を実線矢印Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，・・・によって示し、空気の流れを破線矢印Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・によって示す。
【００３６】
一連の動作が開始すると、先ず、粉炭は、矢印Ｂ１方向に従って粉炭カートリッジ５から供給管３１を介して、粉炭供給管２７内部に落下する。そして、エアポンプ２９は、粉炭供給管２７内部に空気を流し込むことにより、粉炭を矢印Ｂ２方向に移動させる。このとき粉炭は、コイルヒータ３３によって約８００℃前後まで加熱される。またこのとき減圧器１１は、駆動を開始して燃焼装置１の各部では、上流側から下流側に向けて気流が発生しているものとする。
【００３７】
粉炭は、粉炭供給管２７内部を矢印Ｂ２方向に移動すると、粉炭供給口２７ａを介して、駆動モータ３５によって回転させられている燃焼管１３内部に移動する。そして粉炭が燃焼管１３内部に移動すると、粉炭は、図示せぬ着火手段によって着火される。このとき、燃焼管１３の気圧は、減圧器１１の作用によって外部よりも低い状態となっている為、吸入口２５からは、矢印Ｃ１方向の気流が発生する。
【００３８】
燃焼管１３内部では、粉炭は、周囲の空気を加熱しながら、燃焼管１３の内壁に沿って、徐々に矢印Ｂ３方向に移動する。燃焼管１３内部で粉炭による空気の加熱が進行すると、古い粉炭は徐々に開口部１５ａの方向に移動する。すなわち、燃焼管１３内部では、燃焼管１３の回転及び空気の流れによって古い粉炭、すなわち灰に近い状態の粉炭が開口部１５ａの近傍に分布し、新しい粉炭は粉炭供給口２７ａの近傍に分布することとなる。そして、粉炭及び加熱された空気は、矢印Ｂ４方向、及び矢印Ｃ２方向に流れ、流路管１５内部に流入する。そして、粉炭及び加熱された空気は、矢印Ｂ５及び矢印Ｃ３によって示す様に、触媒２１を介して触媒管２３の方向に移動する。
【００３９】
その後、粉炭及び加熱された空気は、触媒管２３を通過して、矢印Ｂ６及び矢印Ｃ４によって示す様に、除去装置７の方向へ移動する。除去装置７では、粉炭と加熱された空気は分離され、粉炭は矢印Ｂ７によって示す様に灰受け４１の方向に移動し、加熱された空気は矢印Ｃ５によって示す様に熱交換器９の方向に移動する。
【００４０】
そして、加熱された空気は、熱交換器９及び減圧器１１を介して、矢印Ｃ６によって示す様に、燃焼装置１外部に排出される。
【００４１】
この様に、燃焼装置１では、燃焼管１３の内部に流路管１５を配置する二重構造を備える為、燃焼管１３内部の空間を有効に活用することができ、燃焼効率を維持したまま燃焼装置１全体の大きさを小型化することができる。
【００４２】
尚、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、各構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態にかかる燃焼装置の斜視図である。
【図２】同燃焼装置が備える燃焼器の断面斜視図である。
【図３】同燃焼器の断面図である。
【図４】同燃焼器の要部断面図である。
【図５】同燃焼装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    燃焼装置
３    燃焼器
５    粉炭カートリッジ
７    除去装置
９    熱交換器
１１    減圧器
１３    燃焼管
１５    流路管
１７    フィン
１９    粉炭保持部材
２７    粉炭供給管
２９    エアポンプ
３３    コイルヒータ
３５    駆動モータ
【図１】
2008145023.tif 000003
【図２】
2008145023.tif 000004
【図３】
2008145023.tif 000005
【図４】
2008145023.tif 000006
【図５】
2008145023.tif 000007