(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の燃焼室と、
上記燃焼室の周りを取り囲むと共に、上記燃焼室に供給すべき燃焼空気が上部に接線方向に供給される円筒環状の空気室と、
上記燃焼室と空気室を隔てる壁の下部に周方向に複数個配置され、上記空気室内の燃焼空気を燃焼室に供給する空気供給部とを有する燃焼部を上下方向に複数段備え、
上下方向に隣り合う燃焼室が互いに連通されていると共に、最下段の燃焼室の下部に固形の被燃焼物を連続供給する連続供給器が接続されている一方、最上段の燃焼室の上部に燃焼ガスを排出する排気部が接続されており、
上記空気室の上部に燃焼空気が接線方向に供給され、かつ、上記燃焼室と空気室を隔てる壁の下部に空気供給部が配置されていることにより、この空気室内に燃焼空気の下降旋回流が形成されることを特徴とする燃焼炉。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼炉において、
上記空気供給部は、上記燃焼室と空気室を隔てる壁に形成された貫通穴であることを特徴とする燃焼炉。
【請求項３】
請求項２に記載の燃焼炉において、
上記貫通穴の形状が、円形状、スリット形状又は楕円形状であることを特徴とする燃焼炉。
【請求項４】
請求項２に記載の燃焼炉において、
上記貫通穴は、上記燃焼室の径方向に対して傾斜した方向に貫通していることを特徴とする燃焼炉。
【請求項５】
請求項４に記載の燃焼炉において、
上記貫通穴の貫通方向は、上記燃焼室と空気室を隔てる壁の接線に対して３０〜４５°の角度で傾斜していることを特徴とする燃焼炉。
【請求項６】
請求項４に記載の燃焼炉において、
上記貫通穴の貫通方向は、上記燃焼室の中心軸と直角をなす平面に対して上方に１〜５°の角度で傾斜していることを特徴とする燃焼炉。
【請求項７】
請求項１に記載の燃焼炉において、
上記各段の燃焼部の空気室に燃焼空気を供給する送風機を備えることを特徴とする燃焼炉。
【請求項８】
請求項１に記載の燃焼炉において、
上記排気部から、燃焼ガスを利用する熱機器に向けて燃焼ガスを誘引する誘引送風機を備えることを特徴とする燃焼炉。
【請求項９】
請求項１に記載の燃焼炉において、
上記連続供給器は、スクリューコンベヤを含んで形成されていることを特徴とする燃焼炉。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃焼炉において、
上記各段の空気室へ供給する燃焼空気の供給量と上記連続供給器による被燃焼物の供給量とを所定の空燃比になるように制御する空燃比制御部を備えることを特徴とする燃焼炉。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃焼炉において、
上記被燃焼物は、木質ペレット、ＲＰＦその他の有機性可燃物の固化成形物、又は、木屑、プラスチック屑、ゴム屑その他の有機性可燃物の破砕片であることを特徴とする燃焼炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば木質チップ及び木質ペレットのような有機性可燃物の破砕片及び固化成形物の燃焼に好適な燃焼炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃プラスチック等の固形物を燃焼する燃焼炉として、外筒の内側に内筒を配置して形成した燃焼部を上下方向に２段備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この燃焼炉は、下段の内筒の内側に１次燃焼室を形成すると共に、上段の内筒の内側に２次燃焼室を形成している。上下両段の外筒と内筒の間には空気通路を形成しており、上段の空気通路と下段の空気通路を互いに連通させている。また、下段の内筒と上段の内筒との間に離隔を設け、上下段の空気通路と、１次燃焼室の上部と、２次燃焼室の上部とを全周にわたって連通させている。更に、２次燃焼室の上部を、上段の空気通路と全周にわたって連通させている。上段の外筒には燃焼空気の流入口が設けられており、送風機からの燃焼空気を、流入口を通して空気通路に供給するようになっている。
【０００３】
この燃焼炉を運転する際、下段の外筒と内筒に夫々対向して設けられた投入口を開き、１次燃焼室内に被燃焼物を投入し、１次燃焼室の底に設けられた受け網の上に被燃焼物を配置する。続いて、下段の外筒及び内筒を貫通して設置された着火装置で被燃焼物に着火すると共に、送風機を起動して、上段の空気通路に燃焼空気を供給する。上段の空気通路に供給された燃焼空気の一部で下向きの旋回流を形成して下段の空気通路に流入させ、下段の空気通路の底面に達して上向きの旋回流を形成し、下段の内筒の上端から１次燃焼室内に燃焼空気を流入させるようにしている。１次燃焼室内では、外周側に下向きの旋回流を形成し、底面上に配置された被燃焼物と混合して被燃焼物の燃焼を促進する。被燃焼物が燃焼するに伴い、１次燃焼室内の内周部側を上向きの燃焼ガスの旋回流を形成し、下段の内筒の上端から上段の内筒の下端に流して２次燃焼室内に流入させる。２次燃焼室内では、上段及び下段の空気通路から内筒の下端に流入する燃焼空気と、上段の空気通路から内筒の上端に流入する燃焼空気により、燃焼ガスに含まれる未燃焼成分の燃焼を促進させる。燃焼が進んだ燃焼ガスは、２次燃焼室の上方の排気塔から燃焼炉の外部に排出するようにしている。
【０００４】
このように、１次燃焼室内に、外周側の下降旋回流と内周側の上昇旋回流を生成すると共に、２次燃焼室内に、上部外周側の下降旋回流と下部内外周側及び内周側の上昇旋回流を形成することにより、大量の燃焼空気を供給し、約１８００℃の燃焼温度を生成して、固形物である被燃焼物を完全燃焼させるようにしている。
【特許文献１】特許第３０８１６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の燃焼炉は、外筒及び内筒を貫通して着火装置や温度計測装置等の部品が配置されているので、空気通路の空気流に乱れが生じ、安定した旋回流を形成し難い。したがって、下段の空気通路に形成すべき外周側の下降旋回流及び外周側の上昇旋回流や、下段の空気通路に形成すべき上昇旋回流を適切に形成し難い。その結果、１次燃焼室及び２次燃焼室に適切な旋回流を形成できず、燃焼空気の供給量が不十分となり、不完全燃焼が生じる不都合がある。そのため、現実には、１８００℃の高温の燃焼温度を得るのは不可能である。
【０００６】
また、空気通路や燃焼室に適切な旋回流を形成し難いので燃焼空気の滞留部分が生じ、滞留部分に燃焼室からの熱が蓄積し、外筒や内筒の一部が異常過熱して損傷に至る恐れがある。
【０００７】
更に、下部の空気通路に下降旋回流と上昇旋回流を形成し、１次燃焼室内に下降旋回流と上昇旋回流とを形成するので、燃焼空気や燃焼ガスの圧力損失が大きく、送風機の負荷が大きいという問題がある。また、適切な流量の燃焼空気を供給しようとすると、空気通路及び燃焼室内の圧力の大幅な増大を招き、構造の耐圧化が必要となり、製造コストが嵩むという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、燃焼空気や燃焼ガスの流れを適切に形成できて圧力損失が小さく、大幅な耐圧化をすることなく、固形の被燃焼物を完全燃焼させて高い燃焼温度が得られる燃焼炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の燃焼炉は、
円筒状の燃焼室と、
上記燃焼室の周りを取り囲むと共に、上記燃焼室に供給すべき燃焼空気が上部に接線方向に供給される円筒環状の空気室と、
上記燃焼室と空気室を隔てる壁の下部に周方向に複数個配置され、上記空気室内の燃焼空気を燃焼室に供給する空気供給部とを有する燃焼部を上下方向に複数段備え、
上下方向に隣り合う燃焼室が互いに連通されていると共に、最下段の燃焼室の下部に固形の被燃焼物を連続供給する連続供給器が接続されている一方、最上段の燃焼室の上部に燃焼ガスを排出する排気部が接続されおり、
上記空気室の上部に燃焼空気が接線方向に供給され、かつ、上記燃焼室と空気室を隔てる壁の下部に空気供給部が配置されていることにより、この空気室内に燃焼空気の下降旋回流が形成されることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の他の側面による燃焼炉は、
円筒状の燃焼室と、
上記燃焼室の周りを取り囲むと共に、上記燃焼室に供給すべき燃焼空気が上部に接線方向に供給される円筒環状の空気室と、
上記燃焼室と空気室を隔てる壁の下部に周方向に複数個配置され、上記空気室内の燃焼空気を燃焼室に供給する空気供給部とを有する燃焼部を上下方向に複数段備え、
上下方向に隣り合う燃焼室が互いに連通されていると共に、最下段の燃焼室の下部に固形の被燃焼物を連続供給する連続供給器が接続されている一方、最上段の燃焼室の上部に燃焼ガスを排出する排気部が接続されており、
上記空気供給部は、上記燃焼室と空気室を隔てる壁に形成された貫通穴であり、
上記貫通穴は、上記燃焼室の径方向に対して傾斜した方向に貫通しており、
上記貫通穴の貫通方向は、上記燃焼室の中心軸と直角をなす平面に対して上方に１〜５°の角度で傾斜していることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、各段の燃焼部において、空気室の上部に接線方向に供給された燃焼空気が、旋回流となって空気室内を下方に流れ、空気供給部によって空気室の下部から燃焼室に供給される。空気室の燃焼空気の旋回流が燃焼室に供給されることにより、燃焼室内に旋回流が形成される。最下段の燃焼室では、連続供給器によって下部に供給された固形の被燃焼物が、旋回流によって十分な流量の燃焼空気が供給され、燃焼が促進される。被燃焼物の未燃焼成分を含む燃焼ガスは、旋回流によって最下段の燃焼室から上段の燃焼室に流入する。上段の燃焼室では、下部に空気供給部によって供給される燃焼空気により、旋回流が形成され、燃焼ガスの未燃焼成分の燃焼が促進される。こうして被燃焼物の燃焼成分が複数段の燃焼室により完全燃焼した後、燃焼ガスが最上段の排気部から排出される。
【００１２】
所定段の燃焼部に、例えば着火装置や温度計測装置等の部品を設置する場合、これらの部品が空気室を横切るように配置されることにより、空気室に形成する旋回流に乱れが生じる。ここで、上記空気供給部は、空気室と燃焼室を隔てる壁の下部に周方向に複数個配置されているので、空気室内の旋回流に乱れが生じても、空気供給部によって周方向において均一に燃焼空気を燃焼室内に供給して、燃焼室内に安定して旋回流を形成することができる。このように、空気供給部による整流作用により、着火装置等の部品の影響を受けることなく、燃焼室内に旋回流を適切に安定して形成することができる。これにより、燃焼室内に燃焼に必要な量の燃焼空気を安定して効率よく送ることができる。このような燃焼空気の効率的な供給を複数段の燃焼室で行うことにより、固形の被燃焼物を完全燃焼させて、燃焼温度を十分に上昇させることができる。また、空気供給部による整流作用により、空気室や燃焼室内に燃焼空気や燃焼ガスの滞留部分が生じる不都合を防止して、燃焼炉の損傷を防止することができる。
【００１３】
また、各段の燃焼部において、空気室には下降旋回流のみが形成され、燃焼室には上昇旋回流のみが形成されるので、燃焼空気や燃焼ガスの流れの経路が従来よりも短く、圧力損失が小さい。したがって、空気室に供給する送風機の負荷を小さくすることができる。また、空気室及び燃焼室内の圧力を大幅に上昇することなく適切な流量の燃焼空気を供給できるので、従来のような構造の耐圧化が不要となり、製造コストの増大を防止することができる。
【００１４】
また、燃焼室の外周側に空気室を配置しているので、空気室を流れる燃焼空気によって燃焼室の断熱を行うことができる。
【００１５】
また、最下段の燃焼室に、連続供給器によって被燃焼物を連続的に供給するので、固形の被燃焼物を安定して燃焼させて燃焼ガスを安定して生成することができる。特に、被燃焼物が、着火が比較的困難な植物性のものである場合、従来のようにバッチ式の供給を行うよりも、燃焼効率を大幅に向上することができる。
【００１６】
本発明において、上下方向とは、円筒状の燃焼室の中心軸が延在する方向をいい、便宜上、連続供給器が設けられた側を下側と定義し、排気部が設けられた側を上側と定義している。したがって、上下方向は、重力が作用する方向とは関連性が無く、燃焼室及び空気室は、中心軸を鉛直方向に向けて配置されてもよく、中心軸を鉛直方向に対して傾斜して配置されてもよく、或いは、中心軸を水平方向に向けて配置されてもよい。
【００１７】
一実施形態の燃焼炉は、上記空気供給部は、上記燃焼室と空気室を隔てる壁に形成された貫通穴である。
【００１８】
上記実施形態によれば、簡易な構成により、空気室から燃焼室に燃焼空気を整流して供給し、燃焼室内に旋回流を形成することができる。なお、上記空気供給部は、周方向に並ぶ複数の貫通穴の列を、上下方向に複数列配置して形成してもよい。特に、最下段の燃焼部の空気供給部を、複数の貫通穴の列を上下方向に複数列配置して形成することにより、被燃焼物や灰による貫通穴の閉塞の影響を低減できる。
【００１９】
一実施形態の燃焼炉は、上記貫通穴の形状が、円形状、スリット形状又は楕円形状である。
【００２０】
上記実施形態によれば、燃焼室に供給すべき燃焼空気の流量に応じて貫通穴を適切な形状に設定することにより、燃焼室内に旋回流を効果的に形成できる。また、最下段に蓄積すべき被燃焼物の量や燃焼に伴って生じる灰の量に応じて貫通穴を適切な形状に設定することにより、被燃焼物又は灰による閉塞の影響を低減できる。特に、最下段の燃焼部の貫通穴の形状をスリット形状にすることにより、被燃焼物や灰により貫通穴が完全に塞がれる不都合を効果的に防止できる。
【００２１】
一実施形態の燃焼炉は、上記貫通穴は、上記燃焼室の径方向に対して傾斜した方向に貫通している。
【００２２】
上記実施形態によれば、空気室から燃焼室に、傾斜室の径方向に対して傾斜した方向に燃焼空気を供給することができるので、燃焼室内に旋回流を効果的に形成することができる。なお、上記貫通穴は、燃焼室と空気室を隔てる壁の接線に対して傾斜して形成されてもよく、或いは、燃焼室の中心軸と直角をなす平面に対して傾斜して形成されてもよく、また、燃焼室と空気室を隔てる壁の接線と、燃焼室の中心軸と直角をなす平面との両方に対して傾斜して形成されていてもよい。
【００２３】
一実施形態の燃焼炉は、上記貫通穴の貫通方向は、上記燃焼室と空気室を隔てる壁の接線に対して３０〜４５°の角度で傾斜している。
【００２４】
上記実施形態によれば、空気室から燃焼室に燃焼空気を効果的に整流して供給し、燃焼室内に旋回流を効果的に形成することができる。
【００２５】
一実施形態の燃焼炉は、上記貫通穴の貫通方向は、上記燃焼室の中心軸と直角をなす平面に対して上方に１〜５°の角度で傾斜している。
【００２６】
上記実施形態によれば、空気室から燃焼室に燃焼空気を効果的に整流して供給し、燃焼室内に上向きの旋回流を効果的に形成することができる。
【００２７】
一実施形態の燃焼炉は、上記各段の燃焼部の空気室に燃焼空気を供給する送風機を備える。
【００２８】
上記実施形態によれば、各段の燃焼部の空気室を通して燃焼室に十分な量の新鮮な燃焼空気を供給でき、燃焼効率を向上できる。なお、各段の空気室に１つの送風機で燃焼空気を供給してもよく、或いは、各段の空気室に複数の送風機で燃焼空気を夫々供給してもよい。この場合、複数の送風機の吹き出し量を夫々制御することにより、各段の燃焼部における燃焼状態をきめ細かく制御することができ、被燃焼物の燃焼効率の向上と完全燃焼を行うことができる。
【００２９】
一実施形態の燃焼炉は、上記排気部から、燃焼ガスを利用する熱機器に向けて燃焼ガスを誘引する誘引送風機を備える。
【００３０】
上記実施形態によれば、誘引送風機によって排気部から熱機器に向けて燃焼ガスを誘引することにより、空気室及び燃焼室への燃焼空気の供給負荷を削減できる。また、燃焼炉内の圧力損失が比較的大きくても、燃焼ガスを排気部から誘引することにより、燃焼炉内の平均圧力を低減して耐圧対策を軽減し、製造コストの増大を防止することができる。更に、燃焼炉内の平均圧力を低減することにより、燃焼室から連続供給器内に熱が逆流して連続供給器内の被燃焼物が燃焼する不都合を防止できる。なお、誘引機は、燃焼炉の排気部に直接接続してもよく、或いは、排気部に接続された熱機器や防塵装置を介して接続してもよい。ここで、熱機器とは、燃焼炉の燃焼ガスの熱エネルギーを利用して動作するものであり、例えば温水器、温風器及び蒸気ボイラ等の熱交換器やタービン等が含まれる。
【００３１】
一実施形態の燃焼炉は、上記連続供給器は、スクリューコンベヤを含んで形成されている。
【００３２】
上記実施形態によれば、連続供給器にスクリューコンベヤを用いることにより、固形の被燃焼物の連続的な供給が可能となる。また、スクリューコンベヤの逆流防止作用により、被燃焼物の供給先である燃焼室内の圧力が上昇しても、被燃焼物の逆流を防止できる。
【００３３】
一実施形態の燃焼炉は、上記各段の空気室へ供給する燃焼空気の供給量と上記連続供給器による被燃焼物の供給量とを所定の空燃比になるように制御する空燃比制御部を備える。
【００３４】
上記実施形態によれば、空燃比制御部により、上記各段の空気室へ供給する燃焼空気の供給量と、上記連続供給器による被燃焼物の供給量とが適切に制御されて、被燃焼物を効率的に燃焼させることができる。例えば、上記空燃比制御部は、被燃焼物の種類及び温度に基づいて、上記空気室に燃焼空気を供給する例えば送風機の回転数と、上記連続供給器に含まれる例えばスクリューコンベヤのスクリュー回転数とを制御するように構成することができる。ここで、空燃比とは、燃焼炉に供給される被燃焼物の質量に対する燃焼空気の質量の比をいう。
【００３５】
一実施形態の燃焼炉は、上記被燃焼物は、木質ペレット、ＲＰＦその他の有機性可燃物の固化成形物、又は、木屑、プラスチック屑、ゴム屑その他の有機性可燃物の破砕片である。
【００３６】
上記実施形態によれば、従来よりも高い燃焼効率を有する燃焼炉により、被燃焼物としての木質ペレット、ＲＰＦその他の有機性可燃物の固化成形物、又は、木屑、プラスチック屑、ゴム屑その他の有機性可燃物の破砕片を高い効率で燃焼させることができる。また、被燃焼物として有機性可燃物を用いることができるので、化石燃料を用いる燃焼炉と比較して二酸化炭素排出量を削減でき、しかも、燃料費を削減できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の燃焼炉によれば、各段の燃焼部において、空気室内を旋回して下方に流れる燃焼空気を、周方向に配置された複数の空気供給部により燃焼室へ供給することにより、着火装置等の部品による空気流の乱れの影響を受けることなく、燃焼室内に適切な上昇旋回流を形成でき、十分な量の燃焼空気を供給して固形の被燃焼物を完全燃焼させることができる。したがって、化石燃料を用いた燃焼炉と比較して遜色の無い性能を有し、しかも、二酸化炭素の排出による環境への影響が少なく、ランニングコストの安価な燃焼炉が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態としての燃焼炉を示す断面図である。この燃焼炉１は、固形の被燃焼物であって有機性可燃物の破砕片である木屑チップを燃焼し、ボイラ等の熱機器の熱源として使用されるものである。この燃焼炉１は、被燃焼物を連続的に供給する連続供給器２と、補助燃焼空気の旋回流を形成する下部予熱部３と、被燃焼物の１次燃焼を行う１次燃焼部４と、被燃焼物の２次燃焼を行う２次燃焼部５と、燃焼ガスを排気する排気部としての排気筒６とで大略構成されている。
【００４０】
上記連続供給器２は、図示しないホッパから木屑チップ８を概ね水平方向に搬送する第１スクリューコンベヤ２１と、この第１スクリューコンベヤ２１の終端に連なり、１次燃焼部４の燃焼室内に木屑チップ８を概ね鉛直方向に供給する第２スクリューコンベヤ２２とを有する。
【００４１】
第１スクリューコンベヤ２１及び第２スクリューコンベヤ２２は、筒状のケーシング２１ａ，２２ａ内に、ケーシング２１ａ，２２ａと同軸に配置されて回転駆動される回転軸２１ｂ，２２ｂと、この回転軸２１ｂ，２２ｂの周りに固定されたスクリュー羽根２１ｃ，２２ｃとが収容されて形成されている。第１スクリューコンベヤ２１の途中には、図示しない給気管によって燃焼空気が供給されるようになっている。
【００４２】
下部予熱部３は、内部に下部予熱室を形成する概ね円筒形状のケーシング３１と、ケーシング３１の外周面に設けられて接線方向に補助燃焼空気を導入する補助空気導入口３１ａを有する。ケーシング３１の中央に、第２スクリューコンベヤ２２が同軸に貫通して配置されている。ケーシング３１の上端面には円形の開口が設けられており、この開口を覆うように、中央部が開口した円錐台形状の保持部３３が設置されている。保持部の開口３３ａから第２スクリューコンベヤ２２の上端部が突出しており、第２スクリューコンベヤ２２によって導かれた被燃焼物８が上端の被燃焼物供給口２３から排出されるようになっている。第２スクリューコンベヤ２２の先端には、回転軸２２ｂの先端部が被燃焼物供給口２３から突出し、この回転軸２２ｂの先端に攪拌棒２４が直角に固定されている。第２スクリューコンベヤ２２の動作に伴い、攪拌棒２４が旋回駆動されて、被燃焼物供給口２３から排出される被燃焼物を１次燃焼室４７内に拡散させるようにしている。保持部の開口３３ａには、第２スクリューコンベヤ２２の外周面を取り囲んで下方に延びる筒部３３ｂが連なっている。第２スクリューコンベヤ２２の外周面と、筒部３３ｂの内周面との間に、補助燃焼空気の吹出し通路３４が形成されている。吹出し通路３４の上端は、保持部の開口３３ａに沿って形成される環状の吹出口３４ａになっている。
【００４３】
下部予熱部３は、補助燃焼空気が空気導入口３１ａからケーシング３１の円筒面の接線方向に導入されることにより、ケーシング３１内に補助燃焼空気の旋回流を形成するように形成されている。このケーシング３１内の燃焼空気を、吹出し通路３４を通して１次燃焼室４７内に旋回状に吹き出すようになっている。
【００４４】
１次燃焼部４は、下部予熱部３のケーシング３１と略同一の径を有する第１外筒４１と、この第１外筒４１の内側に配置された第１内筒４２を有する。第１外筒４１の上部には、接線方向に１次燃焼空気を導入する１次空気導入口４１ａが設けられている。第１外筒４１の下端に形成されたフランジ４３が、下部予熱部３の上端部に固定されている。一方、第１外筒４１の上端には、環状の第１仕切板４４が固定されている。第１内筒４２の下端は、下部予熱部３のケーシング３１の上端面に固定されている。一方、第１内筒４２の上端は、第１仕切板４４の下側面に固定されている。第１内筒４２の下部には、後に詳述する空気供給部としての複数の傾斜貫通穴４２ａ，４２ａ，・・・が、周方向に等間隔をおいて形成されている。
【００４５】
第１内筒４２の外周面と、第１外筒４１の内周面との間に、円筒環状の１次空気室４６が形成されている。この１次空気室４６に、１次空気導入口４１ａから接線方向に１次燃焼空気が導入されることにより、上部から下部に向かう１次燃焼空気の旋回流が形成されるようになっている。なお、第１内筒４２の外周面に、板材を螺旋状に巻き回して形成された螺旋突起を固定して、１次燃焼空気の旋回流の形成を促進するようにしてもよい。
【００４６】
第１内筒４２の内側には、円筒状の１次燃焼室４７が形成されている。１次燃焼室４７の底に、上記保持部３３が臨んでいると共に、被燃焼物を供給する被燃焼物供給口２３と、補助燃焼空気を吹き出す吹出口３４ａとが開口している。
【００４７】
図２Ａは、１次燃焼部４の下部を、第１外筒４１及び第１内筒４２の中心軸の直角方向に切断した様子を示す断面図である。図２Ａに示すように、１次燃焼室４７と１次空気室４６とを隔てる第１内筒４２に、空気供給部としての円形の傾斜貫通穴４２ａが、周方向に等間隔をおいて複数個形成されている。図２Ｂは、図２Ａ中の円Ａで囲まれた部分を取り出して示した部分拡大図である。図２Ｂに示すように、傾斜貫通穴４２ａは、第１内筒４２の接線に対して所定の傾斜角度θ１をなして形成されている。この傾斜角度θ１は、好ましくは、３０〜４５°に設定されている。この傾斜貫通穴４２ａは、更に、水平方向に対して傾斜している。図２Ｃは、図１中の円Ｂで囲まれた部分を取り出して示した部分拡大図である。図２Ｃに示すように、傾斜貫通穴４２ａは、水平面（すなわち、第１内筒４２の中心軸と直角をなす平面）に対して上向きに所定の傾斜角度θ２をなして形成されている。この傾斜角度θ２は、好ましくは、１〜５°に設定されている。これらの複数の傾斜貫通穴４２ａにより、１次空気室４６内を矢印Ｆ１１で示すように旋回して流れる１次燃焼空気を、矢印Ｆ１，Ｆ１，・・・で示すように、１次燃焼室４７の径方向に対して傾斜した方向に吹き出して、１次燃焼室４７内に供給するようにしている。傾斜貫通穴４２ａの個数は、被燃焼物の種類や燃焼温度に応じて適宜設定される。
【００４８】
本実施形態では、空気供給部としての傾斜貫通穴４２ａを、第１内筒４２の接線方向に対して傾斜させると共に、水平方向に対して傾斜させたが、第１内筒４２の接線方向に対してのみ傾斜させてもよく、或いは、水平方向に対してのみ傾斜させてもよい。また、傾斜貫通穴４２ａによって空気供給部を構成したが、１次空気室４６の空気を１次燃焼室４７の径方向に対して傾斜する方向に１次燃焼室４７内に供給するのであれば、ノズル等の部品で空気供給部を構成してもよい。
【００４９】
１次燃焼部４には、燃焼炉の起動時に燃料に着火する着火部７が設けられている。着火部７は、第１外筒４１及び第１内筒４２を貫通して固定された角筒状のケーシング７１と、ケーシング７１内に配置された燃料噴射ノズル７２と、ケーシング７１内に配置されたスパークプラグ７３とを有する。燃料噴射ノズル７２は、着火燃料としての灯油が２〜３ｋｇ／ｃｍ２の圧力で供給され、先端に設けられた噴口から噴射するようになっている。スパークプラグ７３は、数千〜１万ボルトの電圧が印加され、先端の電極とケーシング７１との間に電気放電によって火花を生成して、噴霧状の灯油に着火するようになっている。なお、スパークプラグ７３は、ケーシング７１を接地電極としないで、中心電極と接地電極との２つの電極を有するものを用いてもよい。ケーシング７１の第１外筒４１よりも外側の部分には、着火時の燃焼空気を供給する給気管７４が接続されている。着火部７は、第１内筒４２の中心に向かうにつれて下方に傾斜して固定されており、燃料噴射ノズル７２の噴口とスパークプラグ７３の電極とが、保持部３３上の燃料に向かうように配置されている。
【００５０】
また、１次燃焼部４の下部には、図示しないメンテナンス開口が設けられている。このメンテナンス開口は、第１外筒４１と第１内筒４２とに径方向の同一位置に対向して設けられた矩形の貫通穴で形成されている。このメンテナンス開口は、第１外筒４１の貫通穴に嵌る外蓋と、第１内筒４２の貫通穴に嵌る内蓋とを有する２重構造の閉鎖蓋で閉じるようになっており、閉塞蓋の外蓋と内蓋との間には、１次燃焼空気の旋回流が流通可能な空気通路が設けられている。燃焼炉１の運転後にメンテナンス開口を開いて、燃料に含まれていた金属屑や燃焼後に残留した灰を除去するようになっている。
【００５１】
２次燃焼部５は、第２外筒５１と、この第２外筒５１の内側に配置された第２内筒５２を有する。第２外筒５１の上部には、接線方向に２次燃焼空気を導入する２次空気導入口５１ａが設けられている。第２外筒５１の下端には鍔状のフランジ５１ｂが設けられており、フランジ５１ｂが第１仕切板４４に固定されている。第２外筒５１の上端には、環状の第２仕切板５４が固定されている。第２内筒５２の下端は、上記第１仕切板４４の中央に形成された円形の開口の縁部に固定されている。一方、第２内筒５２の上端は、第２仕切板５４の下側面に固定されている。
【００５２】
第２内筒５２の外周面と、第２外筒５１の内周面との間に、円筒環状の２次空気室５６が形成されている。この２次空気室５６に、２次空気導入口５１ａから接線方向に２次燃焼空気が導入されることにより、上部から下部に向かう２次燃焼空気の旋回流が形成されるようになっている。なお、第２内筒５２の外周面に、板材を螺旋状に巻き回して形成された螺旋突起を固定して、２次燃焼空気の旋回流の形成を促進するようにしてもよい。
【００５３】
第２内筒５２の内側には、円筒状の２次燃焼室５７が形成されている。２次燃焼室５７の下端は、１次燃焼室４７の上端に連なっている。２次燃焼室５７の上端は、第２内筒５２の径よりも小さい径の排気筒６の内部に連なっている。
【００５４】
第２内筒５２の下部には、第１内筒４２と同様に、空気供給部としての円形の傾斜貫通穴５２ａが複数個形成されている。第２内筒５２の傾斜貫通穴５２ａは、第１内筒４２の傾斜貫通穴４２ａと同様に、周方向に等間隔をおいて形成されており、第２内筒５２の接線方向に対して所定の傾斜角度θ１をなして形成されていると共に、水平方向に対して上向きに所定の傾斜角度θ２をなして形成されている。上記傾斜角度θ１及びθ２は、第１内筒４２の傾斜貫通穴４２ａと同様の角度に設定されている。これらの複数の傾斜貫通穴５２ａ，５２ａ，・・・により、２次空気室５６内を旋回して流れる２次燃焼空気を、２次燃焼室５７の径方向に対して傾斜した方向に吹き出して、２次燃焼室５７内に供給するようにしている。なお、空気供給部としての第２内筒５２の傾斜貫通穴５２ａは、第２内筒５２の接線方向に対してのみ傾斜させてもよく、また、空気供給部をノズル等の部品で構成してもよい。
【００５５】
２次燃焼部５の第２外筒５１は、１次燃焼部４の第１外筒４１よりも軸線方向寸法及び直径のいずれも小さく形成されている。また、２次燃焼部５の第２内筒５２は、１次燃焼部４の第１内筒４２よりも軸線方向寸法及び直径のいずれも小さく形成されている。
【００５６】
排気筒６は、２次燃焼部５の第２内筒５２よりも小径の筒状であり、下端が第２仕切板５４の中央に形成された開口の縁に固定されている。
【００５７】
本実施形態の燃焼炉１は、以下のように動作する。まず、連続供給器２を起動して、図示しないホッパから所定量の木屑チップ８を排出し、この木屑チップ８を第１スクリューコンベヤ２１と第２スクリューコンベヤ２２を通して１次燃焼室４７内に搬送する。１次燃焼室４７内に搬送された木屑チップ８は、被燃焼物供給口２３から排出され、第２スクリューコンベヤ２２の回転軸２２ｂを駆動するモータＭで旋回駆動される攪拌棒２４により、１次燃焼室４７内に拡散される。これにより、木屑チップ８が保持部３３上に均一に堆積される。１次燃焼室４７内に所定量の木屑チップ８を供給すると、着火部７を動作させ、燃料噴射ノズル７２から木屑チップ８に向けて灯油を噴射すると共にスパークプラグ７３に電圧を印加し、灯油に点火して木屑チップ８に着火させる。また、図示しない送風機を起動して、下部予熱部３の補助空気導入口３１ａと、１次燃焼部４の１次空気導入口４１ａと、２次燃焼部５の２次空気導入口５１ａに燃焼空気を供給する。また、上記送風機から第１スクリューコンベヤ２１の給気管に燃焼空気を供給する。
【００５８】
下部予熱部３では、補助空気導入口３１ａからケーシング３１の外周面の接線方向に補助燃焼空気を導入し（矢印Ｆ０）、ケーシング３１内に補助燃焼空気の旋回流を生成する。この補助燃焼空気の旋回流を、第２スクリューコンベヤ２２の先端部の外周面と保持部３３の筒部３３ｂの内周面との間の吹出し通路３４に導く（矢印Ｆ０１）。吹出し通路３４を通った補助燃焼空気の旋回流は、吹出口３４ａから１次燃焼室４７内に吹き出される。
【００５９】
図３Ａは、１次燃焼部４の１次空気室４６における１次燃焼空気の流れを示した模式図である。図３Ａに示すように、１次空気導入口４１ａから第１外筒４１の接線方向に１次燃焼空気を導入することにより（矢印Ｆ１０）、１次空気室４６内に、上部から下部に向かう１次燃焼空気の旋回流（矢印Ｆ１１）が生成される。１次空気室４６内を通る１次燃焼空気は、第１内筒４２を介して１次燃焼室４７の熱を受けて予熱される。１次燃焼空気を１次空気室４６内に旋回状に流すことにより、１次空気室４６内の滞在時間を確保して十分に予熱することができる。
【００６０】
図３Ｂは、１次燃焼室４７における燃焼ガスの流れを示した模式図である。図３Ｂに示すように、予熱されて１次空気室４６の下部に達した１次燃焼空気は、複数の傾斜貫通穴４２ａを通して、矢印Ｆ１，Ｆ１，・・・で示すように、１次燃焼室４７の径方向に対して傾斜した方向に吹き出されて、１次燃焼室４７内に供給される。１次燃焼室４７内に１次燃焼室４７の径方向と傾斜する方向に吹き出された第１燃焼空気により、木屑チップ８が燃焼すると共に、１次燃焼室４７内に燃焼ガスの上昇旋回流（矢印Ｆ１２）が形成される。また、１次燃焼室４７内に、複数の傾斜貫通穴４２ａによる整流作用により、均一に第１燃焼空気が供給される。これらにより、１次燃焼室４７内に十分な流量の燃焼空気が供給され、その結果、１次燃焼室４７の下部で木屑チップ８の熱分解反応が均一に進み、燃焼が安定かつ効率的に促進される。
【００６１】
更に、１次燃焼室４７には、複数の傾斜貫通穴４２ａからの第１燃焼空気に加えて、底部の吹出口３４ａから補助燃焼空気が旋回状に供給されるので、木屑チップ８の燃焼が更に促進され、１次燃焼室４７内の燃焼ガスの上昇旋回流が更に促進される。更に、１次燃焼室４７には、第１及び第２スクリューコンベヤ２１，２２を介して底部の供給口２３から燃焼空気が供給されるので、１次燃焼室４７の燃焼空気量を更に増大することができる。また、給気管に補助燃焼空気を導入することにより、燃焼に伴って１次燃焼室４７内の圧力が上昇しても、スクリューコンベヤ２１，２２への燃焼ガスの流入や、木屑チップ８の逆流等の不都合を防止できる。
【００６２】
このように、１次燃焼室４７において、下部の傾斜貫通穴４２ａから傾斜方向に供給される１次燃焼空気と、底部の吹出口３４ａから旋回状に供給される補助燃焼空気と、底部の被燃焼物供給口２３から供給される燃焼空気により、１次燃焼室４７内に安定した上昇旋回流を形成し、燃焼空気の十分な流量が確保され、木屑チップ８を高度に燃焼することができる。たとえば、木屑チップ８を燃焼する場合、６００〜８００℃の燃焼温度を安定して保持することができる。１次燃焼室４７内に形成される上昇旋回流には、木屑チップ８の燃焼成分に限られず、木屑チップ８の未燃焼成分や、木屑チップ８の微粒子も含まれる。
【００６３】
１次燃焼室５６内で形成された燃焼ガスの上昇旋回流は、２次燃焼部５の２次燃焼室５７に流入する。
【００６４】
２次燃焼部５では、２次空気導入口５１ａから第２外筒５１の接線方向に２次燃焼空気を導入することにより（図１の矢印Ｆ２０）、１次空気室４６と同様に、２次空気室５６内に、上部から下部に向かう２次燃焼空気の旋回流を生成する。２次空気室５６内を通る２次燃焼空気は、第２内筒５２を介して２次燃焼室５７の熱を受けて予熱される。１次燃焼部４と同様に、２次燃焼空気を２次空気室５６内に旋回状に流すことにより、２次空気室５６内の滞在時間を確保して十分に予熱することができる。
【００６５】
予熱されて２次空気室５６の下部に達した２次燃焼空気は、複数の傾斜貫通穴５２ａを通して、矢印Ｆ１，Ｆ１，・・・で示すように、２次燃焼室５７の径方向に対して傾斜した方向に吹き出されて、２次燃焼室５７内に供給される。２次燃焼室５７内に２次燃焼室５７の径方向と傾斜する方向に吹き出された第２燃焼空気により、１次燃焼室５６からの燃焼ガスに含まれる未燃焼成分が燃焼すると共に、２次燃焼室５７内に燃焼ガスの上昇旋回流が形成される。また、２次燃焼室５７内に、複数の傾斜貫通穴５２ａによる整流作用により、均一に第２燃焼空気が供給される。これらにより、２次燃焼室５７内に十分な流量の燃焼空気が供給され、その結果、高温の燃焼温度が保持されて、燃焼ガスの未燃焼成分が効果的に燃焼する。このようにして、１次及び２次燃焼部４，５での燃焼を経ることにより、木屑チップ８を完全燃焼させることができる。
【００６６】
２次燃焼室５７で可燃成分の殆どが燃焼した燃焼ガスは、排気筒６を通って外部に排出される。
【００６７】
本実施形態の燃焼炉によれば、１次燃焼部４において、１次空気室４６に第１燃焼空気の下降旋回流を形成し、１次空気室４６の下部から１次燃焼室４７に、空気供給部としての傾斜貫通穴４２ａによって径と傾斜する方向に第１燃焼空気を送るので、１次空気室４６を横切る着火部７のケーシング７１やメンテナンス開口の閉鎖蓋により第１燃焼空気の流れが乱れても、１次燃焼室４７に、安定して均一に傾斜方向に第１燃焼空気を送ることができる。したがって、１次燃焼室４７に、安定して上昇旋回流を形成して、十分な流量の第１燃焼空気を供給することができ、木屑チップ８の燃焼を促進することができる。更に、２次燃焼部において、２次空気室５６に第２燃焼空気の下降旋回流を形成し、２次空気室５６の下部から２次燃焼室５７に、空気供給部としての傾斜貫通穴５２ａによって径と傾斜する方向に第２燃焼空気を送るので、２次空気室５６を横切る部品により第２燃焼空気の流れが乱れても、２次燃焼室５７に、安定して均一に傾斜方向に第２燃焼空気を送ることができる。したがって、２次燃焼室５７に、安定して上昇旋回流を形成して、十分な流量の第２燃焼空気を供給することができ、木屑チップ８の完全燃焼を行うことができる。
【００６８】
また、空気供給部としての傾斜貫通穴４２ａ，５２ａにより、空気室４６，５６から燃焼室４７，５７に周方向に均一に燃焼空気を送ることができるので、空気室４６，５６及び燃焼室４７，５７内に燃焼空気や燃焼ガスの滞留部分が生じる不都合を防止できる。したがって、燃焼空気や燃焼ガスの滞留に起因して熱が蓄積され、燃焼炉が損傷する不都合を防止できる。
【００６９】
また、各段の燃焼部４，５において、空気室４６，５６には下降旋回流のみが形成され、燃焼室４７，５７には上昇旋回流のみが形成されるので、流れの経路が従来よりも短く、圧力損失が小さい。したがって、空気室４６，５６に供給する送風機の負荷を小さくすることができる。また、空気室４６，５６及び燃焼室４７，５７内の圧力を大幅に上昇することなく適切な流量の燃焼空気を供給することができるので、従来のような構造の耐圧化が不要となり、製造コストの増大を防止することができる。
【００７０】
また、各段の燃焼部４，５において、空気室４６，５６に下降旋回流を生成して十分な流量の燃焼空気の予熱を行い、空気供給部としての傾斜貫通穴４２ａ，５２ａにより、燃焼室４７，５７に周方向に均一に燃焼空気を送って上昇旋回流を生成し、燃焼に必要な燃焼空気を安定して供給することにより、比較的燃焼し難い固形燃料を完全燃焼させることができる。特に、木屑チップ８のような植物性の固形燃料に含まれるリグニン等の高分子成分についても、効果的に熱分解及び酸化することができる。その結果、灰や煤煙の発生量を大幅に削減することができる。
【００７１】
また、各燃焼部４，５において、燃焼空気や燃焼ガスを旋回状に流すことにより、寸法を増大することなく燃焼空気や燃焼ガスの滞留時間を延長できるので、燃焼炉の大型化をすることなく、燃焼空気の予熱効率や燃料の燃焼効率を向上することができる。すなわち、小型でありながら、固形燃料を完全燃焼させることができ、しかも、煤煙排出量の少ない燃焼炉を実現することができる。
【００７２】
本実施形態において、被燃焼物として木質チップ８を用いたが、木質チップ８以外に、木屑、プラスチック屑、ゴム屑又はＲＰＦ等の固形物を燃料として用いることができる。このように、化石燃料に代えて、従来は廃棄物として扱われていた種々の固形物を被燃焼物として用いて、資源の有効利用と燃料コストの削減を図ることができる。特に、有機物を主体とするバイオマス燃料を用いることにより、二酸化炭素の排出による環境への影響を抑制することができる。
【００７３】
本実施形態の空気供給部は、第１及び第２内筒４２，５２の接線方向及び水平方向に対して傾斜させた円形の傾斜貫通穴であったが、貫通方向を接線方向及び水平方向のいずれにも傾斜させずに、径方向を向いた円形の貫通穴で空気供給部を形成してもよい。第１及び第２内筒４２，５２の周方向に複数個の空気供給部を形成すれば、第１及び第２空気室４６，４７の燃焼空気を均一に第１及び第２燃焼室４７，５７に供給し、第１及び第２燃焼室４７，５７に旋回流を形成することができる。また、空気供給部をノズル等の部品で構成した場合、燃焼空気を第１及び第２燃焼室４７，５７の径方向に供給してもよい。
【００７４】
また、空気供給部としての貫通穴は、円形以外の他の形状であってもよい。例えば、図４Ａの斜視図に示すように、第１内筒４２の下部に、空気供給部として、中心軸と平行に上下に延びるスリット形状の貫通穴１４２ａを形成してもよい。この空気供給部によれば、スリット形状の貫通穴１４２ａを互いに平行に周方向に複数個配列することにより、被燃焼物としての木屑チップ８の供給量が比較的多い場合においても、貫通穴１４２ａが完全に閉塞する不都合を防止できる。また、灰による貫通穴１４２ａの閉塞を防止できる。また、貫通穴１４２ａに閉塞部が生じても、燃焼空気の流量の大幅な減少を防止できる。
【００７５】
更に、空気供給部は、図４Ｂの部分展開図に示すように、第１内筒４２の中心軸に対して傾斜したスリット形状の貫通穴１４２ｂでもよい。更に、図４Ｃの部分展開図に示すように、第１内筒４２の周方向に並ぶ複数の空気供給部としての円形の貫通穴１４２ｃ，１４２ｃ，・・・の列を、上下方向に複数列配置してもよい。更に、図４Ｄの部分展開図に示すように、第１内筒４２の周方向に並ぶ複数の空気供給部としての横スリット形状の貫通穴１４２ｄ，１４２ｄ，・・・の列を、上下方向に複数列配置してもよい。或いは、図４Ｅの部分展開図に示すように、空気供給部は、楕円の長径方向の両端を尖らせたようなアーモンド形状の貫通穴１４２ｅでもよい。このアーモンド形状の貫通穴１４２ｅは、図４Ｅのように長径を上下方向に向けて形成する以外に、長径を上下方向に対して傾斜させてもよく、或いは、長径を水平方向に向けて形成してもよい。更に、複数のアーモンド形状の貫通穴１４２ｅの周方向列を、上下に複数列形成してもよい。
【００７６】
また、上記貫通穴１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅは、貫通方向を、第１内筒４２の接線に対して傾斜させてもよく、或いは、第１内筒４２の中心軸と直角をなす平面に対して傾斜させてもよく、また、第１内筒４２の接線と、第１内筒４２の中心軸と直角をなす平面との両方に対して傾斜させてもよい。
【００７７】
また、第２内筒５２に、空気供給部として、上記貫通穴１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅと同様の貫通穴を形成してもよい。
【００７８】
また、空気供給部の形状及び個数を、１次及び２次燃焼部４，５の間で異ならせてもよい。
【００７９】
また、本実施形態の燃焼炉１は１次燃焼部４と２次燃焼部５の２段の燃焼部を設けたが、被燃焼物の種類に応じて、燃焼炉の燃焼部は３段以上であってもよい。
【００８０】
図５は、本発明の第２実施形態の温水ボイラ１００を示す図である。本実施形態の温水ボイラ１００は、上記実施形態の燃焼炉１を熱源に用いて構成している。本実施形態において、既に述べた実施形態と同一の部分には同一の参照番号を引用して詳細な説明を省略する。この温水ボイラ１００は、ホッパ１０２と、燃焼炉１と、ボイラ本体１０３と、サイクロン集塵装置１０４と、誘引送風機Ｆ２と、バグフィルタ集塵装置１０５を順次接続して構成している。
【００８１】
ホッパ１０２は被燃焼物を貯蔵するものであり、下端に、ホッパ１０２内の被燃焼物を第１スクリューコンベヤ２１に供給する供給バルブＶが設けられている。ホッパ１０２内に投入する被燃焼物としては、木屑チップのほか、プラスチック屑及びゴム屑等の有機性可燃物の破砕片や、或いは、木質ペレット及びＲＰＦ等の有機性可燃物の固化成形物を選択することができる。供給バルブＶはロータリーバルブで形成されており、インバータ回路を有するバルブ制御部１２１によって、内部に収容された回転羽根の回転数を制御するように構成されている。供給バルブＶの下流側に、第１スクリューコンベヤ２１と第２スクリューコンベヤ２２が順次接続されている。第１スクリューコンベヤ２１は、回転軸２１ｂを駆動するモータＭ１を有し、インバータ回路を有する第１コンベヤ制御部１２２により、モータＭ１の回転数を制御して被燃焼物の搬送速度を制御するように構成されている。第２スクリューコンベヤ２２は、回転軸２２ｂを駆動するモータＭ２を有し、インバータ回路を有する第２コンベヤ制御部１２３により、モータＭ２の回転数を制御して被燃焼物の搬送速度を制御するように構成されている。
【００８２】
燃焼炉１には、補助空気導入口３１ａと、１次空気導入口４１ａと、２次空気導入口５１ａとに接続された送風管を介して、燃焼空気を供給するシロッコ型送風機Ｆ１が接続されている。送風機Ｆ１は、インバータ回路を有するファン制御部１２４により、羽根を回転駆動するモータの回転数を制御して風量を制御するように構成されている。燃焼炉１の排気筒６には、燃焼ガスをボイラ本体１０３に導くガス導管１６１が接続されている。排気筒６とガス導管１６１の外周面には、断熱と放射熱の有効利用を図るためのジャケット１６２が設けられている。
【００８３】
ボイラ本体１０３は、円筒状のケーシング１３０と、ケーシング１３０の上部に鉛直方向に延在して燃焼ガス及び水の経路を一方の側と他方の側とに区画する上部隔壁１３１と、ケーシング１３０内の上部と下部に設けられて互いの間に水缶部を形成する管板１３２，１３２と、上下の管板１３２，１３２の間に掛け渡された複数の煙管１３３，１３３，・・・と、水缶部内に設けられた複数のバッフルプレート１３４，１３４，・・・を備える。ケーシング１３０の上部には、上部隔壁１３１の一方の側、かつ、上部管板１３２の上側に、ガス導管１６１が連通されて燃焼ガスが供給されるようになっている。一方、ケーシング１３０の上部の上部隔壁１３１の他方の側、かつ、上部管板１３２の上側に、排気管１３８が連通されて、上記排気管１３８を通して、被加熱媒体としての水と熱交換を行った後の燃焼ガスを排気するようになっている。水缶部の上部隔壁１３１で区画された他方の側の上部には、燃焼ガスと熱交換を行う被加熱媒体としての水を水缶部内に供給する給水口１３５が設けられている。水缶部の上部隔壁１３１で区画された一方の側の上部には、ボイラ本体１０３で熱交換された温水を排気筒ジャケット１６２の一端に導く導管１３６が接続されている。ジャケット１６２の他端には、ボイラ本体１０３及びジャケット１６２で燃焼ガスと熱交換した後の温水を排出する排水口１６３が設けられている。排水口１６３には、温水の温度を検出する温度センサ１６４が設けられている。
【００８４】
ボイラ本体１０３において、給水口１３５から供給された被加熱媒体としての水は、水缶部内の複数のバッフルプレート１３４，１３４，・・・で形成された蛇行水路を流れる際、複数の煙管１３３，１３３，・・・内を通る燃焼ガスと熱交換を行って温度が上昇する。詳しくは、給水口１３５から矢印Ｗ１で示すようにケーシング１３０内に流入した水は、上部隔壁１３１の他方の側を下方に蛇行しながら流れ、下部管板１３２に達して流れが上方に転じ、上部隔壁１３１の一方の側を上方に蛇行しながら流れてケーシング１３０から導管１３６に流出する。ガス導管１６１からケーシング１３０内に流入した燃焼ガスは、上部隔壁１３１の一方の側の煙管１３３，１３３を下方に流れ、下部管板１３２の下方に形成された連絡路を通り、上部隔壁１３１の他方の側の煙管１３３，１３３を上方に流れてケーシング１３０から排気管１３８に流出する。ケーシング１３０から流出した水は、導管１３６を通ってジャケット１６２に導かれ、排気筒６とガス導管１６１を流れる燃焼ガスと熱交換し、更に温度が上昇して温水となり、矢印Ｗ２で示すように排水口１６３から排出されるようになっている。
【００８５】
サイクロン集塵装置１０４は、上部の円筒部の側面にボイラ本体１０３の排気管１３８が接続されており、熱交換後の燃焼ガスが導かれる。小径側を下方に向けて配置された円錐形状のサイクロン本体１０４ａ内に、燃焼ガスの旋回流を形成することにより、燃焼ガスに含まれる塵を遠心分離し、サイクロン本体１０４ａの下端から矢印Ｄ１で示すように排出するようになっている。塵が分離された燃焼ガスは、下端がサイクロン本体１０４ａの内側に位置すると共に上端が外部に突出した排気筒１０４ｂから排出されるようになっている。排気筒１０４ｂから排出された燃焼ガスは、接続管１４２を介してバグフィルタ集塵装置１０５に導かれ、バグフィルタ集塵装置１０５内の濾過部材で微粒子を捕獲し、清浄化した燃焼ガスを矢印Ｄ２で示すように大気に放出するようになっている。サイクロン集塵装置１０４とバグフィルタ集塵装置１０５の間の接続管１４２に、誘引送風機Ｆ２が介設されている。
【００８６】
誘引送風機Ｆ２は遠心型送風機で形成されており、インバータ回路を有する誘引制御部１５１により、羽根を回転駆動するモータの回転数を制御して送風量を制御して、排気筒１０４ｂから燃焼ガスを誘引する量を制御するように構成されている。
【００８７】
この温水ボイラ１００は、バルブ制御部１２１と、第１コンベヤ制御部１２２と、第２コンベヤ制御部１２３と、ファン制御部１２４と、誘引制御部１５１とに接続された空燃比制御部としての制御盤１１０を備える。この制御盤１１０は、温水の温度を検出する温度センサ１６４に接続されていると共に、被燃焼物の種類と温水の目標温度が入力される操作盤１１１に接続されている。操作盤１１１には、温水ボイラ１００の起動スイッチ及び停止スイッチが設けられている。
【００８８】
上記構成の温水ボイラ１００は、以下のように動作する。まず、ホッパに、燃料として使用する被燃焼物として、木屑チップ、プラスチック屑及びゴム屑等の有機性可燃物の破砕片か、或いは、木質ペレット及びＲＰＦ等の有機性可燃物の固化成形物を投入し、投入した被燃焼物の種類を操作盤１１１に入力する。また、生成すべき温水の目標温度を操作盤１１１に入力する。この後、操作盤１１１の起動スイッチを押下する。起動スイッチの押下により、制御盤１１０が起動プログラムを実行し、起動運転を行う。すなわち、起動時から所定期間において、バルブ制御部１２１、第１コンベヤ制御部１２２及び第２コンベヤ制御部１２３に低回転数を指令する信号Ｃｖ，Ｃｍ１，Ｃｍ２を出力し、供給バルブＶの供給速度と、第１スクリューコンベヤ２１及び第２スクリューコンベヤ２２の搬送速度を低速度に制御する。また、ファン制御部１２４及び誘引制御部１５１に低回転数を指令する信号Ｃｆ１，Ｃｆ２を出力し、送風機Ｆ１の送風量を低流量に制御すると共に、誘引送風機Ｆ２の送風量を低流量に制御する。また、燃焼炉１の着火部７を動作させ、１次燃焼室４７内の被燃焼物を着火する。このように、起動時に、予め定められた比較的少ない燃料と燃焼空気量を供給することにより、着火が比較的困難な被燃焼物を用いた場合でも、確実に燃焼物を着火させて燃焼炉１を起動することができる。所定期間の起動運転を行い、被燃焼物の燃焼が安定して燃焼温度が上昇すると、制御盤１１０が通常プログラムを実行して通常運転を行う。
【００８９】
通常運転では、温度センサ１６４の検出値に基づいたフィードバック制御が行われる。すなわち、制御盤１１０は、温度センサ１６４からの信号Ｓ１を受け、温水の温度が目標温度よりも低いことを検知すると、バルブ制御部１２１、第１コンベヤ制御部１２２及び第２コンベヤ制御部１２３に、温水温度と目標温度との差分に対応する信号Ｃｖ，Ｃｍ１，Ｃｍ２を出力する。これにより、供給バルブＶの供給速度と、第１スクリューコンベヤ２１及び第２スクリューコンベヤ２２の搬送速度を増大させて、１次燃焼室４７への被燃焼物の供給量を増大させる。これと共に、制御盤１１０が、ファン制御部１２４及び誘引制御部１５１に、温水温度と目標温度との差分に対応する信号Ｃｆ１，Ｃｆ２を出力する。これにより、送風機Ｆ１の送風量と誘引送風機Ｆ２の送風量とを増大させて、下部予熱部３と、１次燃焼部４と、２次燃焼部５に供給する燃焼空気の流量を増大させる。こうして被燃焼物の燃焼量を増大して燃焼ガス温度を上昇させて、この燃焼ガス温度により加熱される温水の温度を目標温度に近づける。
【００９０】
一方、制御盤１１０が、温度センサ１６４からの信号Ｓ１を受け、温水の温度が目標温度よりも低いことを検知すると、バルブ制御部１２１、第１コンベヤ制御部１２２及び第２コンベヤ制御部１２３に、温水温度と目標温度との差分に対応する信号Ｃｖ，Ｃｍ１，Ｃｍ２を出力する。これにより、供給バルブＶの供給速度と、第１スクリューコンベヤ２１及び第２スクリューコンベヤ２２の搬送速度を減少させて、１次燃焼室４７への被燃焼物の供給量を減少させる。これと共に、制御盤１１０は、ファン制御部１２４及び誘引制御部１５１に、温水温度と目標温度との差分に対応する信号Ｃｆ１，Ｃｆ２を出力する。これにより、送風機Ｆ１の送風量と誘引送風機Ｆ２の送風量とを減少させて、下部予熱部３と、１次燃焼部４と、２次燃焼部５に供給する燃焼空気の流量を減少させる。こうして被燃焼物の燃焼量を減少して燃焼ガス温度を下降させて、この燃焼ガス温度により加熱される温水の温度を目標温度に近づける。
【００９１】
操作盤１１１の停止スイッチが押下されると、制御盤１１０は、停止プログラムを実行して停止前運転を行う。すなわち、フィードバック制御を停止して、バルブ制御部１２１、第１コンベヤ制御部１２２及び第２コンベヤ制御部１２３に低回転数を指令する信号Ｃｖ，Ｃｍ１，Ｃｍ２を出力し、供給バルブＶの供給速度と、第１スクリューコンベヤ２１及び第２スクリューコンベヤ２２の搬送速度を低速度に制御する。また、ファン制御部１２４及び誘引制御部１５１に低回転数を指令する信号Ｃｆ１，Ｃｆ２を出力し、送風機Ｆ１の送風量を低流量に制御すると共に、誘引送風機Ｆ２の送風量を低流量に制御する。停止前運転を所定期間行った後、被燃焼物と燃焼空気の供給を停止する。これにより、被燃焼物の燃焼を確実に停止させることができる。
【００９２】
上記制御盤１１０は、通常運転時に、操作盤１１１に入力された被燃焼物の種類と温水の温度に対応して、燃焼炉１への燃焼空気の供給量と被燃焼物の供給量とを所定の空燃比になるように制御する。例えば、操作盤１１１に入力された被燃焼物の種類が木屑チップ又は木質ペレットであり、温水の温度が１００〜２００℃である場合（燃焼ガスの温度は８００〜９００℃）、バルブ制御部１２１、第１コンベヤ制御部１２２及び第２コンベヤ制御部１２３に出力する信号Ｃｖ，Ｃｍ１，Ｃｍ２と、ファン制御部１２４及び誘引制御部１５１に出力する信号Ｃｆ１，Ｃｆ２を制御して、１次燃焼室４７への被燃焼物の供給量と、下部予熱部３、１次燃焼部４及び２次燃焼部５に供給する燃焼空気の流量とが１．８から２．２の空燃比となるように制御する。ここで、空燃比とは、燃焼炉に供給される被燃焼物の質量に対する燃焼空気の質量の比である。このような空燃比に制御することにより、木屑チップ又は木質ペレットの被燃焼物を効率的に燃焼させて、目標温度の温水を効率的に得ることができる。
【００９３】
一方、被燃焼物の種類がプラスチック屑、ゴム屑及びＲＰＦのいずれかであり、温水の温度が１００〜２００℃（燃焼ガスの温度は８００〜９００℃）である場合、制御盤１１０は、１次燃焼室４７への被燃焼物の供給量と、下部予熱部３、１次燃焼部４及び２次燃焼部５に供給する燃焼空気の流量とが１．５から２．２の空燃比となるように制御する。これにより、プラスチック屑、ゴム屑及びＲＰＦの被燃焼物を効率的に燃焼させて、目標温度の温水を効率的に得ることができる。
【００９４】
なお、制御盤１１０により空燃比制御を行う場合、温水の温度に代えて、燃焼炉１の燃焼温度に対応して空燃比を設定してもよい。
【００９５】
本実施形態の温水ボイラ１００は、第１実施形態の燃焼炉１を用いることにより、固形の被燃焼物を高い効率で安定して燃焼し、所定温度の温水を効率良く安定して生成することができる。また、上記温水ボイラ１００は、木屑チップ等の固形の被燃焼物を燃焼炉１によって高い効率で燃焼することができるので、化石燃料による燃焼炉を用いたボイラと比較して、ランニングコストを大幅に削減でき、しかも、二酸化炭素の排出による環境への影響を抑えることができる。
【００９６】
また、本実施形態の温水ボイラ１００の燃焼炉１は、固形の被燃焼物を完全燃焼させることができるので、燃焼ガスに含まれる煤の量が従来よりも少ない。したがって、ボイラ本体１０３の煙管１３３等に残留する煤の量を少なくできるので、煤の除去を行うためのメンテナンス頻度を従来よりも削減でき、ランニングコストの削減を図ることができる。また、煤の残留によるボイラ本体１０３の劣化を防止することができる。また、燃焼炉１の燃焼ガスに含まれる煤の量が少ないので、使用するサイクロン集塵装置１０４やバグフィルタ集塵装置１０５は小容量のものでよく、温水ボイラ１００のコスト削減と小型化を図ることができる。
【００９７】
また、本実施形態の温水ボイラ１００の燃焼炉１は、誘引送風機Ｆ２によって排気筒６から燃焼ガスを誘引することにより、１次及び２次燃焼室４７，５７内の圧力上昇を防止して、１次及び２次空気室４６，５６及び１次及び２次燃焼室４７，５７への燃焼空気の供給負荷を削減できる。また、１次及び２次空気室４６，５６及び１次及び２次燃焼室４７，５７における燃焼空気及び燃焼ガスの圧力損失が比較的大きくても、誘引送風機Ｆ２で燃焼ガスを誘引することにより、１次及び２次空気室４６，５６及び１次及び２次燃焼室４７，５７内の平均圧力を低減することができる。したがって、燃焼炉１に施すべき耐圧対策を軽減し、製造コストの増大を防止することができる。更に、１次及び２次空気室４６，５６及び１次及び２次燃焼室４７，５７内の平均圧力を低減することにより、１次燃焼室４７から第２スクリューコンベヤ２２内に熱が逆流して第２スクリューコンベヤ２２内の被燃焼物が燃焼する不都合を防止できる。なお、誘引送風機Ｆ２は、燃焼炉１の排気部に直接接続してもよい。
【００９８】
表１は、本実施形態の温水ボイラ１００を、固形の被燃焼物として木屑とＲＰＦとを用いて夫々運転を行い、各被燃焼物を用いた場合の燃焼ガスに含まれる成分を計量した結果をまとめたものである。成分の計量は、サイクロン集塵装置１０４の排出部における燃焼ガスを対象として行った。計量対象は、ダスト濃度、全硫黄酸化物の量及び全窒素酸化物濃度である。
【表１】
0004789916.tif 000002
【００９９】
表１から明らかなように、木屑及びＲＰＦのいずれの被燃焼物を用いた場合においても、ダスト濃度、全硫黄酸化物の量及び全窒素酸化物濃度のいずれも、大気汚染防止法施行規則(昭和４６年厚生省通商産業省令第１号)に定める排出基準値を下回っている。したがって、固形の被燃焼物を燃料とする燃焼炉１を用いた温水ボイラ１００は、公害物質の排出が抑制されており、排気は十分に清浄であるといえる。
【０１００】
第２実施形態の温水ボイラ１００において、下部予熱部３のケーシング３１内と、１次燃焼部４の１次空気室４６と、２次燃焼部５の２次空気室５６に１つの送風機Ｆ１で燃焼空気を供給したが、送風管の各導入口３１ａ，４１ａ，５１ａの近傍に流量制御バルブを夫々設け、各バルブの開度を、制御盤１１０によって夫々制御するように構成してもよい。これにより、ケーシング３１内、１次空気室４６及び２次空気室５６への燃焼空気の供給量を、被燃焼物の種類や温度に基づいて適切な配分比率に制御することができ、１次及び２次燃焼室４７，５７の燃焼過程をきめ細かく調整し、燃焼効率の向上と完全燃焼を行うことができる。また、ケーシング３１内、１次空気室４６及び２次空気室５６に複数の送風機で燃焼空気を夫々供給し、各送風機の吹き出し量を、被燃焼物の種類や温度に基づいて制御盤１１０によって夫々調整してもよい。
【０１０１】
また、温度センサ１６４は、温水の排水口１６３以外に、各燃焼部４，５の外筒４１，５１や内筒４２，５２に配置してもよい。各燃焼部４，５の外筒４１，５１や内筒４２，５２に配置した温度センサにより、燃焼温度を検出し、この検出温度に基づいて、制御盤１１０によって被燃焼物の供給量と燃焼空気の供給量を制御してもよい。
【０１０２】
第２実施形態のボイラは、燃焼ガスの流れの方向が１箇所で反転される２パス型のボイラ本体を用いたが、燃焼ガスが単一方向に流れる１パス型のボイラ本体や、燃焼ガスの流れの方向が複数個所で反転される多パス型のボイラ本体を用いてもよい。また、煙管ボイラ以外に、水管ボイラを用いてもよい。
【０１０３】
また、第２実施形態では、第１実施形態の燃焼炉１をボイラに適用した例を示したが、本発明の燃焼炉は、ボイラ以外に、温風装置や冷凍機等の熱源として広く用いることができる。いずれの用途においても、小型かつ高性能で、環境への影響が少なく、しかも、ランニングコストの安価な熱機器を実現することができる。
【０１０４】
上記各実施形態において、上下方向は重力が作用する方向と一致しており、燃焼炉１の内筒４２，５２及び外筒４１，５１の中心軸は鉛直方向を向いているが、燃焼炉１は、内筒４２，５２及び外筒４１，５１の中心軸を鉛直方向に対して傾斜して使用することも可能であり、また、内筒４２，５２及び外筒４１，５１の中心軸を略水平に向けて使用することも可能である。
【０１０５】
また、上記各実施形態において、燃焼炉１の１次燃焼室４７には、補助燃焼空気を供給しなくてもよい。また、燃焼炉１の１次燃焼室４７には、第１スクリューコンベヤ２１を介して燃焼空気を供給しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】第１実施形態の燃焼炉を示す断面図である。
【図２Ａ】１次燃焼部の下部を中心軸の直角方向に切断した様子を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａ中の円Ａで囲まれた部分を取り出して示した部分拡大図である。
【図２Ｃ】図１中の円Ｂで囲まれた部分を取り出して示した部分拡大図である。
【図３Ａ】１次燃焼部の１次空気室における１次燃焼空気の流れを示した模式図である。
【図３Ｂ】１次燃焼部の１次燃焼室における燃焼ガスの流れを示した模式図である。
【図４Ａ】スリット形状の貫通穴を形成した第１内筒を示す斜視図である。
【図４Ｂ】第１内筒の傾斜したスリット形状の貫通穴を示す部分展開図である。
【図４Ｃ】円形の貫通穴の周方向列を上下に複数列形成した様子を示す部分展開図である。
【図４Ｄ】横スリット形状の貫通穴の周方向列を上下に複数列形成した様子を示す部分展開図である。
【図４Ｅ】アーモンド形状の貫通穴を示す部分展開図である。
【図５】第２実施形態の温水ボイラを示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  燃焼炉
２  連続供給器
３  下部予熱部
４  １次燃焼部
５  ２次燃焼部
６  排気筒
７  着火部
８  木屑チップ
２１  第１スクリューコンベヤ
２２  第２スクリューコンベヤ
４１  第１外筒
４１ａ  １次空気導入口
４２  第１内筒
４２ａ  傾斜貫通穴
４６  １次空気室
４７  １次燃焼室
５１  第２外筒
５１ａ  ２次空気導入口
５２  第２内筒
５２ａ  傾斜貫通穴
５６  ２次空気室
５７  ２次燃焼室
【図１】
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【図２Ａ】
0004789916.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
0004789916.tif 000006
【図３Ａ】
0004789916.tif 000007
【図３Ｂ】
0004789916.tif 000008
【図４Ａ】
0004789916.tif 000009
【図４Ｂ】
0004789916.tif 000010
【図４Ｃ】
0004789916.tif 000011
【図４Ｄ】
0004789916.tif 000012
【図４Ｅ】
0004789916.tif 000013
【図５】
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