(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の燃焼室と、この燃焼室の周りを取り囲むように形成されて燃焼空気の予熱を行う円筒環状の予熱室と、上記燃焼室の上部と予熱室の上部とを連ねる連通部とを有する燃焼部を複数段備え、
上記燃焼部の予熱室は、下部から供給された燃焼空気が上部に向かって旋回状に流れるように形成され、
上記燃焼部の連通部は、上記予熱室で予熱された燃焼空気の旋回流を、上記燃焼室の下部に向かう下降旋回流と、上記燃焼室の上方に向かう上昇旋回流とに分ける分流部を有し、
２段目以降の燃焼部の燃焼室は、前段の燃焼部の分流部によって分流された燃焼空気の上昇旋回流と、同一段の燃焼部の分流部によって分流された燃焼空気の下降旋回流とが供給されて、燃料を燃焼するように形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のバーナにおいて、
各段の燃焼部の燃焼室は、前段の燃焼部の燃焼室よりも小径に形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項３】
請求項１に記載のバーナにおいて、
最下段の燃焼部の燃焼室に燃料を連続的に供給する燃料供給器を備えることを特徴とするバーナ。
【請求項４】
請求項１に記載のバーナにおいて、
上記各段の燃焼部の予熱室に燃焼空気を供給するブロワを備えることを特徴とするバーナ。
【請求項５】
請求項１に記載のバーナにおいて、
上記分流部は、上記連通部を区画する上側壁面から下方に突出した筒状突部を含むことを特徴とするバーナ。
【請求項６】
請求項５に記載のバーナにおいて、
上記筒状突部は、複数の貫通孔を有することを特徴とするバーナ。
【請求項７】
請求項５に記載のバーナにおいて、
上記筒状突部は、後段の燃焼室と予熱室とを区画する筒状部材の下端側に連なって一体に形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項８】
請求項１に記載のバーナにおいて、
上記予熱室と燃焼室とを区画する筒状部材の外周面に、放熱部材が設けられていることを特徴とするバーナ。
【請求項９】
請求項１に記載のバーナにおいて、
最下段の燃焼部の燃焼室に霧状の水を供給する水供給器を備えることを特徴とするバーナ。
【請求項１０】
請求項３に記載のバーナにおいて、
上記燃料供給器はスクリューコンベヤを含み、
上記スクリューコンベヤは、搬送する燃料の逆流を防止する逆流防止部が設けられていることを特徴とするバーナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバーナにおいて、
上記逆流防止部は、スクリュー羽根の欠損部を含んで形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項１２】
請求項３に記載のバーナにおいて、
上記燃料供給器は、補助燃焼空気を供給するように形成されていることを特徴とするバーナ。
【請求項１３】
請求項３に記載のバーナにおいて、
上記燃料供給器は、燃焼温度の異常上昇に伴って燃料に水を供給する給水部を有することを特徴とするバーナ。
【請求項１４】
請求項１に記載のバーナにおいて、
上記燃料は、木質ペレット、木屑、プラスチック屑、ゴム屑、ＲＰＦ及びＰＣＢ廃液のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とするバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボイラ等の熱源に用いられるバーナに関し、特に、木質ペレット等の植物性再生燃料を完全燃焼させることが可能なバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃木材や間伐材等を再生してなる木質ペレットを燃料とするバーナとしては、矩形状の燃焼室内に、燃焼空気を供給する送気管が接続されたバーナケースと、このバーナケース内に配置されて点火ヒータが装着されたバーナ本体と、このバーナ本体に設けられて壁面に炎孔が多数形成されたホッパとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。バーナケース内には、送気管から供給された燃焼空気をバーナ本体内に導く空気通路が形成されている。バーナ本体の底部には、灰を排出するための複数の灰処理用歯車が回転可能に設置されている。バーナ本体の上方には、木質ペレットを排出してバーナ本体に供給するための排出筒が配置されている。このバーナは、燃焼室の上方に高温の燃焼ガスと外部空気との熱交換を行う空気熱交換器を配置しており、熱交換により得た温風を外部に供給する温風装置を構成している。
【０００３】
上記従来のバーナは、点火ヒータでバーナケース内を予熱した後、排出筒から木質ペレットを排出してバーナ本体のホッパ内に投入し、送気管からバーナケースに燃焼空気を供給し、この燃焼空気を空気通路と炎孔とを通してホッパ内に導く。こうして、ホッパ内の木質ペレットを燃焼して燃焼ガスを生成し、燃焼ガスを燃焼室上方の空気熱交換器に送って外部空気と熱交換を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００４−１９１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のバーナでは、燃焼空気を、送気管を介してバーナケースに供給するのみであり、燃焼室内の他の部分には燃焼空気を供給していない。したがって、木質ペレットはバーナケースに供給される燃焼空気のみで燃焼することとなり、燃焼空気が不足し易く、不完全燃焼が生じる問題や、燃料の炭素成分が残留して多量の灰が生じる問題がある。また、不完全燃焼により、燃焼室内や熱交換器内に付着する煤の量が増大し、バーナや空気熱交換器のメンテナンスに手間がかかる問題がある。また、燃焼ガスに含まれる煤煙の量が多いので、大型の集塵装置が必要となり、バーナを用いた熱機器の大型化とコストアップを招く問題がある。さらに、植物性の再生燃料にはリグニン等の高分子成分が含まれており、煤煙や燃焼ガスが生じやすいが、これらの対策について何ら考慮されていない。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、植物性再生燃料のような完全燃焼が比較的困難な燃料を、効果的に完全燃焼させることができるバーナを提供することにある。また、煤煙の発生を効果的に防止でき、したがって、メンテナンスの容易化と、熱源として利用される熱機器の小型化が可能なバーナを提供することにある。また、植物再生燃料を用いても、煤煙や燃焼ガスの発生を抑制できるバーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のバーナは、
円筒状の燃焼室と、この燃焼室の周りを取り囲むように形成されて燃焼空気の予熱を行う円筒環状の予熱室と、上記燃焼室の上部と予熱室の上部とを連ねる連通部とを有する燃焼部を複数段備え、
上記燃焼部の予熱室は、下部から供給された燃焼空気が上部に向かって旋回状に流れるように形成され、
上記燃焼部の連通部は、上記予熱室で予熱された燃焼空気の旋回流を、上記燃焼室の下部に向かう下降旋回流と、上記燃焼室の上方に向かう上昇旋回流とに分ける分流部を有し、
２段目以降の燃焼部の燃焼室は、前段の燃焼部の分流部によって分流された燃焼空気の上昇旋回流と、同一段の燃焼部の分流部によって分流された燃焼空気の下降旋回流とが供給されて、燃料を燃焼するように形成されていることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、燃焼室を有する燃焼部を複数段備え、２段目以降の燃焼室に、前段からの燃焼空気の上昇旋回流と同一段からの燃焼空気の下降旋回流とを供給するので、各段に十分な燃焼空気を供給して燃料を高度に燃焼させることができる。しかも、各段の予熱室では、燃焼室の周りに旋回流を流して燃焼空気を余熱するので、予熱室における燃焼空気の滞在時間を十分に確保して十分に予熱を行うことができる。また、予熱室及び燃焼室に旋回流を流すことにより、燃焼空気や燃焼ガスの滞留部分を削減して効率的に予熱空気及び燃焼ガスを流すことができる。したがって、バーナの燃焼効率を効果的に向上でき、燃焼室の温度を効果的に上昇させて、燃料を完全燃焼させることができる。その結果、例えば植物性再生燃料を用いた場合においても、リグニン等の高分子成分を高度に酸化させて完全燃焼させることができる。また、燃焼室及び燃焼部の設置段数を適宜設定することにより、固体及び液体のいずれの燃料にも適用可能である。
【０００８】
また、予熱室と燃焼室に旋回流を形成することにより、予熱室に流れる燃焼空気と燃焼室に流れる燃焼ガスを高密度化できるので、バーナの小型化を図ることができる。また、燃料を完全燃焼させることにより、灰や煤煙の発生を効果的に低減できるので、バーナのメンテナンスの手間を削減でき、また、集塵に必要な装置構成を縮小できる。その結果、このバーナを用いることにより、コンパクトかつメンテナンスの容易な熱機器を構成することができる。
【０００９】
また、燃焼室の外周側に予熱室を配置しているので、予熱室を通る燃焼空気によって燃焼室の断熱を行うことができる。
【００１０】
本発明において、上下方向とは、円筒状の燃焼室及び円筒環状の予熱室の軸線が延在する方向を言い、軸線方向の一方を上側としたとき、軸線方向の他方が下側となる。すなわち、上下方向は、重力が作用する方向とは関連性が無く、円筒状の燃焼室及び円筒環状の予熱室は、軸線を鉛直方向に対して傾斜させて配置してもよく、或いは、軸線を略水平方向に向けて配置してもよい。
【００１１】
一実施形態のバーナは、各段の燃焼部の燃焼室は、前段の燃焼部の燃焼室よりも小径に形成されている。
【００１２】
上記実施形態によれば、後段の燃焼部ほど燃焼室の径を小さくすることにより、燃料ガスが後段の燃焼部に流れて燃焼過程が進むに伴い、燃焼ガスの流速及び圧力が増大する。これにより、後段ほど燃焼温度を上昇させて、燃焼効率の増大と完全燃焼の促進を行うことができる。ここで、燃料ガスには、燃料の微粒子や、燃料が熱分解してなるガス化燃料が含まれる。
【００１３】
一実施形態のバーナは、最下段の燃焼部の燃焼室に燃料を連続的に供給する燃料供給器を備える。
【００１４】
上記実施形態によれば、燃料を連続的に供給することにより、安定して燃料を燃焼して燃焼ガスを生成することができる。特に、着火が比較的困難な植物性再生燃料を用いた場合、バッチ式の燃料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。
【００１５】
なお、他の実施形態のバーナとして、上記最下段の燃焼部の燃焼室の下側に、燃焼空気の予熱を行う円筒状の下部予熱室を配置すると共に、上記燃料供給器の燃料供給口の周りに、上記下部予熱室で予熱された燃焼空気を旋回状に吹き出す空気吹出口を配置するのが好ましい。この実施形態によれば、最下段の燃焼室の下側に配置された円筒状の下部予熱室により、燃焼空気を効果的に予熱して旋回流を生成することができる。また、予熱された燃焼空気を燃料供給口の周りの空気吹出口から旋回状に吹き出すことにより、燃料供給口から排出される燃料に、効率的に燃焼空気を供給することができる。また、最下段の燃焼室に、効率的に燃焼ガスの旋回流を生成することができる。
【００１６】
一実施形態のバーナは、上記各段の燃焼部の予熱室に燃焼空気を供給するブロワを備える。
【００１７】
上記実施形態によれば、各段の燃焼部の予熱室に燃焼空気を供給することにより、各段の燃焼室に、十分な量の新鮮な燃焼空気を予熱して供給でき、燃焼効率を向上できる。なお、各段の予熱室に対応してブロワを複数個備えてもよい。この場合、各段の燃焼室の温度や圧力に基づいて複数のブロワの吹き出し量を夫々制御することにより、燃焼過程をきめ細かく制御することができ、燃焼効率の向上と完全燃焼を行うことができる。
【００１８】
一実施形態のバーナは、上記分流部は、上記連通部を区画する上側壁面から下方に突出した筒状突部を含む。
【００１９】
上記実施形態によれば、連通部を区画する上側壁面から下方に突出した筒状突部により、各予熱室からの燃焼空気の旋回流を、各燃焼室の下部に向かって流れる下降旋回流と、各燃焼室の上方に向かって流れる上昇旋回流とに効果的に分流することができる。
【００２０】
一実施形態のバーナは、上記筒状突部は、複数の貫通孔を有する。
【００２１】
上記実施形態によれば、複数の貫通穴を筒状突部に形成することにより、予熱室からの燃焼空気の旋回流を、下降旋回流と上昇旋回流とに適切な割合で分流することができる。ここで、貫通孔は、筒状突部の軸線方向に対して平行の縦スリットでもよく、また、筒状突部の軸線方向に対して傾斜した傾斜スリットでもよく、筒状突部の軸線方向に対して直交する横スリットでもよく、或いは、筒状突部に分散して形成された丸孔や楕円穴でもよい。
【００２２】
一実施形態のバーナは、上記筒状突部は、後段の燃焼室と予熱室とを区画する筒状部材の下端側に連なって一体に形成されている。
【００２３】
上記実施形態によれば、筒状突部と筒状部材を一体に形成し、連通部を区画する上側壁面に筒状突部を嵌合させることにより、燃焼室が内部に形成されて高温により劣化が進み易い筒状部材を着脱可能にできる。その結果、劣化した筒状部材を容易に交換可能にして、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００２４】
一実施形態のバーナは、上記予熱室と燃焼室とを区画する筒状部材の外周面に、放熱部材が設けられている。
【００２５】
上記実施形態によれば、燃焼室の熱が、筒状部材の外周面に設けられた放熱部材を介して、外周側の予熱室を流れる燃焼空気に効率的に放熱される。したがって、燃焼空気を効果的に予熱して、燃焼室の燃焼効率を効果的に向上できる。ここで、放熱部材は、筒状部材の外周面に巻き回された螺旋状の板材や線材であるのが好ましい。放熱部材として螺旋状の板材を設置することにより、放熱効率の向上と燃焼空気の整流とを行うことができる。
【００２６】
一実施形態のバーナは、最下段の燃焼部の燃焼室に霧状の水を供給する水供給器を備える。
【００２７】
上記実施形態によれば、最下段の燃焼部の燃焼室に霧状の水を供給することにより、燃焼室内に酸素及び水素の少なくとも一方を生成して、燃焼室内の燃焼温度を上昇させることができる。上記水供給器は、例えばプランジャポンプを含んで形成することができる。
【００２８】
一実施形態のバーナは、上記燃料供給器はスクリューコンベヤを含み、
上記スクリューコンベヤは、搬送する燃料の逆流を防止する逆流防止部が設けられている。
【００２９】
上記実施形態によれば、燃料供給器にスクリューコンベヤを用いることにより、燃料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部により、燃料の供給先である燃焼室内の圧力が上昇しても、燃料の逆流が効果的に防止される。
【００３０】
一実施形態のバーナは、上記逆流防止部は、スクリュー羽根の欠損部を含んで形成されている。
【００３１】
上記実施形態によれば、スクリューコンベヤのスクリュー羽根の欠損部に燃料が滞留することにより、燃料の密度が増大してプラグが形成される。この燃料のプラグにより、燃焼室内の圧力が上昇しても、燃料の逆流が防止される。このように、スクリュー羽根の欠損部を設けるという簡単な構成により、燃料の逆流防止を行うことができる。なお、スクリュー羽根の欠損部には、滞留する燃料の攪拌を行う攪拌部材を配置するのが好ましい。
【００３２】
一実施形態のバーナは、上記燃料供給器は、補助燃焼空気を供給するように形成されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、燃料供給器によって燃料と共に補助燃焼空気を供給することにより、燃料の燃焼効率を高めることができる。
【００３４】
一実施形態のバーナは、上記燃料供給器は、燃焼温度の異常上昇に伴って燃料に水を供給する給水部を有する。
【００３５】
上記実施形態によれば、燃焼室内の燃焼温度が異常上昇するに伴い、給水部により燃料に水が供給されて燃焼室内の温度が効果的に低減する。これにより、燃焼温度の異常上昇によるバーナの故障を防止できる。ここで、燃焼温度の異常上昇は、例えば燃料供給器の温度を計測することによって検知することができる。或いは、予熱室の外周側を区画する円筒部材の温度や、燃焼室の外周側を区画する円筒部材の温度や、燃焼室内の温度や、排出する燃焼ガスの温度を計測して燃焼温度の異常上昇を検知してもよい。
【００３６】
一実施形態のバーナは、上記燃料は、木質ペレット、木屑、プラスチック屑、ゴム屑、ＲＰＦ及びＰＣＢ廃液のうちの少なくとも１つを含む。
【００３７】
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バーナにより、燃料としての木質ペレット、木屑、プラスチック屑、ゴム屑、ＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel：廃紙・廃プラスチック固形化燃料）及びＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）廃液を高度に燃焼させることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、燃焼室を有する燃焼部を複数段備え、燃焼室の周りに配置した予熱室に旋回流を流して燃焼空気を余熱し、２段目以降の燃焼室に、前段からの燃焼空気の上昇旋回流と同一段からの燃焼空気の下降旋回流とを供給するので、燃焼室に十分に予熱した十分な量の燃焼空気を供給して燃料を高度に燃焼させることができて、バーナの燃焼効率を効果的に向上して燃料を完全燃焼させることができる。その結果、例えば木質ペレット、木屑、プラスチック屑、ゴム屑、ＲＰＦ及びＰＣＢ廃液等のように、固体及び液体のいずれの燃料も高度に燃焼でき、また、灰や煤煙の排出量を少なくでき、また、高効率かつ小型の熱機器を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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。
【００４０】
図１は、本発明の実施形態としてのバーナを示す断面図である。このバーナ１は、燃料としての木質ペレットを燃焼して、ボイラ等の熱機器の熱源として用いられるものである。このバーナ１は、燃料を連続的に供給する燃料供給器２と、１次燃焼空気の旋回流を形成する下部予熱部３と、燃料の１次燃焼を行う１次燃焼部４と、燃料の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筒６とで大略構成されている。
【００４１】
上記燃料供給器２は、図示しないホッパから木質ペレット８を供給する供給バルブ２１と、この供給バルブ２１から供給された木質ペレット８を搬送する第１スクリューコンベヤ２２と、この第１スクリューコンベヤ２２の終端に連なり、１次燃焼部４の燃焼室内に燃焼を供給する第２スクリューコンベヤ２３とを有する。
【００４２】
供給バルブ２１はロータリーバルブで形成されており、ケーシング内で回転駆動される回転羽根の回転数を制御して木質ペレット８の供給量を制御する。第１スクリューコンベヤ２２及び第２スクリューコンベヤ２３は、筒状のケーシング２２ａ，２３ａ内に、ケーシング２２ａ，２３ａと同軸配置されて回転駆動される回転軸２２ｂ，２３ｂと、この回転軸２２ｂ，２３ｂの周りに固定されたスクリュー羽根２２ｃ，２３ｃとを収容して形成されている。第１スクリューコンベヤ２２の途中には、スクリュー羽根の欠損部が設けられており、この欠損部に対応する区間には、径方向に延びる複数の攪拌棒２２ｄが回転軸２２ｂの周りに螺旋状に固定されている。このスクリュー羽根の欠損部に木質ペレット８が滞留することにより木質ペレット８のプラグを形成し、供給先の１次燃焼部４内の燃焼室内の圧力が上昇しても、上昇した圧力の影響をプラグで止めて木質ペレット８の逆流を防止するようになっている。
【００４３】
第１スクリューコンベヤ２２のスクリュー羽根の欠損部よりも下流側には、補助燃焼空気を供給する給気管２５が設けられている。また、第１スクリューコンベヤ２２のスクリュー羽根の欠損部よりも上流側には、異常高温時に燃料に水を供給する給水管２６が設けられている。すなわち、給水管２６の上流側に介設した電磁式の流量制御弁２９と、第１スクリューコンベヤ２２のケーシング２２ａに設置した温度センサ２７と、温度センサ２７からの出力信号Ｓ１を受けて流量制御弁２９を制御する制御部２８とを備える。温度センサ２７の出力信号Ｓ１が示す温度が所定の基準値を超えると、１次燃焼部４の燃焼室温度が異常上昇したとして、制御部２８が出力信号Ｓ１の値に応じた弁開度を示す信号を流量制御弁２９に出力する。流量制御弁２９は、弁体を開き駆動して、給水管２６の上流側から上記弁開度に対応した流量の水を第１スクリューコンベヤ２２に供給するようになっている。
【００４４】
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１次燃焼空気を導入する１次空気導入口３２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２３が同軸に貫通して配置されている。ケーシング３１の上端部には、燃料を保持する燃料保持部３３が形成されている。燃料保持部３３は、中心に向かうにつれて下方に傾斜すると共に平面視において環状の擂鉢部３３ａと、擂鉢部３３ａの内側に連なって上方に突出すると共にケーシング３１の外周面と同軸の袖状部３３ｂとを有する。燃料保持部３３の袖状部３３ｂの内側に第２スクリューコンベヤ２３の先端部が配置され、この第２スクリューコンベヤ２３の先端部に燃料供給口２４が形成されている。第２スクリューコンベヤ２３の先端部の外周面と、燃料保持部３３の袖状部３３ｂの内周面との間が所定の離隔距離で隔てられて、円筒環状の連通路が形成されている。この連通路の上端に、ケーシング３１内の１次燃焼空気を吹き出す空気吹出口３４が構成されている。この下部予熱部３は、空気を空気導入口３２から円筒面の接線方向に導入することにより、ケーシング３１内で１次燃焼空気の旋回流を形成して、空気吹出口３４から旋回状の１次燃焼空気を吹き出すようになっている。
【００４５】
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筒状の第１外筒４１と、この第１外筒４１の内側に配置された筒状の第１内筒４２を有する。第１外筒４１の下部には、接線方向に２次燃焼空気を導入する２次空気導入口４１ａが設けられている。第１外筒４１と第１内筒４２の下端は環状のフランジ４３に連結されており、このフランジ４３は下部予熱部３の上端部に固定されている。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。
【００４６】
第１内筒４２の外周面には、板材を螺旋状に巻き回して形成した螺旋突起４５が固定されている。この螺旋突起４５が設けられた第１内筒４２の外周面と、第１外筒４１の内周面との間に、円筒環状の第１予熱室４６が形成されている。この第１予熱室４６に、２次空気導入口４１ａから接線方向に２次燃焼空気が導入されることにより、下部から上部に向かう２次燃焼空気の旋回流が形成されるようになっている。第１内筒４２の内側には、第１燃焼室４７が形成されている。第１燃焼室４７の下部に上記燃料保持部３３が臨んでいて、この燃料保持部３３の内側に、燃料を供給する燃料供給口２４と、１次燃焼空気を供給する空気吹出口３４とが開口している。第１内筒４２は第１外筒４１よりも高さが低く形成されており、第１内筒４２の上端は第１仕切板４４の下側面から所定の離隔をなしている。この第１仕切板４４の下側面と第１内筒４２の上端との間に、第１予熱室４６と第１燃焼室４７とを連通する第１連通部４８が形成されている。この第１連通部４８には、環状の第１仕切板４４の開口から、分流部としての第１筒状突部４９が下方に突出している。この第１筒状突部４９は、後述する第２内筒５２と一体に形成されており、この第２内筒５２の下端部が第１筒状突部４９になっている。
【００４７】
第１筒状突部４９には、貫通孔としての縦スリット４９ａが複数個形成されている。この縦スリット４９ａは、第１筒状突部４９（及び第２内筒５２）の軸線方向と略平行に延在して形成されている。この縦スリット４９ａにより、第１予熱室４６からの２次燃焼空気の旋回流を、下降旋回流と上昇旋回流とに適切な割合で分流するようにしている。なお、第１筒状突部４９の貫通孔は縦スリット４９ａに限られず、図２Ａの模式展開図に示すように、第１筒状突部４９の軸線方向に対して傾斜した傾斜スリット４９ｂでもよい。或いは、図２Ｂの模式展開図に示すように、第１筒状突部４９の軸線方向に対して直交する横スリット４９ｃでもよく、また、図２Ｃの模式展開図に示すように、第１筒状突部４９に分散して形成された丸孔４９ｄでもよい。しかしながら、第１筒状突部４９には縦スリット４９ａ等の貫通孔を必ずしも設ける必要は無い。すなわち、第１筒状突部４９に貫通孔を設けなくても、２次燃焼空気の旋回流を下降旋回流と上昇旋回流とに分流することが可能である。
【００４８】
１次燃焼部４には、バーナ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、燃料保持部３３上の燃料に向かうように配置されている。
【００４９】
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、２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。バーナ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。
【００５０】
２次燃焼部５は、１次燃焼部４の外筒４１よりも小さい径を有する筒状の第２外筒５１と、この第２外筒５１の内側に配置された筒状の第２内筒５２を有する。第２外筒５１の下部には、接線方向に３次燃焼空気を導入する３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は、上記第１仕切板４４に取り付けられている。
【００５１】
図３は、第２内筒５２を第１仕切板４４に取り付ける様子を示す分解斜視図である。第２内筒５２の外周面には、下端から上方に所定距離をおいた位置に、環状の係止環５３が固定されている。第２内筒５２の下端部を環状の第１仕切板４４の開口４４ａに嵌合させて、係止環５３を第１仕切板４４の上側面に係止させて、第２内筒５２を第１仕切板４４に取り付けている。第２内筒５２を第１仕切板４４に取り付けると、第２内筒５２の下端部が第１仕切板４４の下側面よりも所定長さだけ突出する。この突出した第２内筒５２の下端部が、１次燃焼部４の第１分流部（第１筒状突部４９）として機能するようになっている。なお、環状の係止環５３の第２内筒５２に対する上下方向の固定位置を調整可能にして、第２内筒５２を第１仕切板４４に取り付けたときに下側面から第２内筒５２の下端部が突出する量を調整可能にして、第１筒状突部４９の上下方向長さを調整可能にしてもよい。これにより、第１筒状突部４９が燃焼空気を上昇旋回流と下降旋回流とに分流する割合を適宜調整することができる。係止環５３の第２内筒５２に対する上下方向の固定位置は、係止環５３の内周面と第２内筒５２の外周面とにネジ切りをして互いに螺合させることにより、係止環５３を第２内筒５２に対して回転させて調整することができる。
【００５２】
また、第２内筒５２を第１仕切板４４に着脱自在に形成しているので、第２燃焼室５７の燃焼温度が高温となって第２内筒５２の劣化が進行した場合、第２内筒５２を容易に交換することができる。
【００５３】
第２内筒５２の外周面には、板材を螺旋状に巻き回して形成された螺旋突起５５が固定されている。この螺旋突起５５が設けられた第２内筒５２の外周面と、第２外筒５１の内周面との間に、図１に示すように円筒環状の第２予熱室５６が形成されている。この第２予熱室５６に、３次空気導入口５１ａから接線方向に３次燃焼空気が導入されることにより、下部から上部に向かう燃焼空気の旋回流が形成されるようになっている。第２内筒５２の内側には、第２燃焼室５７が形成されている。第２内筒５２は第２外筒５１よりも高さが低く形成されており、第２内筒５２の上端は第２仕切板５４の下側面から所定の離隔をなしている。この第２仕切板５４の下側面と第２内筒５２の上端との間に、第２予熱室５６と第２燃焼室５７とを連通する第２連通部５８が形成されている。この第２連通部５８には、環状の第２仕切板５４の開口から、第２分流部としての第２筒状突部５９が下方に突出している。この第２筒状突部５９は排気筒６と一体に形成されており、この排気筒６の下端部が第２筒状突部５９になっている。
【００５４】
第２筒状突部５９には、第１筒状突部４９と同様に、貫通孔としての縦スリット５９ａが複数個形成されている。この縦スリット５９ａにより、第２予熱室５６からの３次燃焼空気の旋回流を、下降旋回流と上昇旋回流とに適切な割合で分流するようにしている。なお、第２筒状突部５９の貫通孔は縦スリット５９ａに限られず、図２Ａと同様の傾斜スリットでもよく、図２Ｂと同様の横スリットでもよく、また、図２Ｃと同様の丸孔でもよい。しかしながら、第２筒状突部５９には、縦スリット５９ａ等の貫通孔を必ずしも設ける必要は無い。
【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、排気筒６の外周面には、下端から上方に所定距離をおいた位置に、環状の係止環６３が固定されている。排気筒６の下端部を環状の第２仕切板５４の開口に嵌合させて、係止環６３を第２仕切板５４の上側面に係止させることにより、排気筒６を第２仕切板５４に取り付けている。排気筒６を第２仕切板５４に取り付けると、排気筒６の下端部が第２仕切板５４の下側面よりも所定長さだけ突出する。この突出した排気筒６の下端部が、２次燃焼部５の第２分流部（第２筒状突部５９）として機能するようになっている。なお、第２内筒５２の場合と同様に、環状の係止環６３の排気筒６に対する上下方向の固定位置を調整可能にして、排気筒６を第２仕切板５４に取り付けたときに下側面から排気筒６の下端部が突出する量を調整可能にして、第２筒状突部５９の上下方向長さを調整可能にしてもよい。
【００５７】
本実施形態のバーナ１は、以下のように動作する。まず、燃料供給器２を起動して、図示しないホッパから供給バルブ２１により所定量の木質ペレット８を排出し、この木質ペレット８を第１スクリューコンベヤ２２と第２スクリューコンベヤ２３とで第１燃焼室４７内に搬送する。第１燃焼室４７内に搬送された木質ペレット８は燃料供給口２４から排出され、この燃料供給口２４から燃料保持部３３の擂鉢部３３ａに亘って堆積する。第１燃焼室４７内に所定量の木質ペレット８を供給すると、着火部７を動作させ、燃料噴射ノズル７２から木質ペレット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、灯油に点火して木質ペレット８に着火させる。また、図示しないブロワを起動して、下部予熱部３の１次空気導入口３２と、１次燃焼部４の２次空気導入口４１ａと、２次燃焼部５の３次空気導入口５１ａに燃焼空気を供給する。また、上記ブロワから第１スクリューコンベヤ２２の給気管２５に補助燃焼空気を供給する。これらの全燃焼空気量は、燃料空気比に換算して１：１．５程度に設定する。
【００５８】
下部予熱部３では、１次空気導入口３２からケーシング３１の外周面の接線方向に１次燃焼空気を導入し（矢印Ｆ０）、ケーシング３１内に１次燃焼空気の旋回流（矢印Ｆ１）を生成する。この１次燃焼空気の旋回流を、第２スクリューコンベヤ２３の先端部の外周面と燃料保持部３３の袖状部３３ｂの内周面との間の連通路に導く（矢印Ｆ２）。連通路を通った１次燃焼空気の旋回流は、空気吹出口３４から第１燃焼室４７内に吹き出される。
【００５９】
１次燃焼部４では、２次空気導入口４１ａから第１外筒４１の接線方向に２次燃焼空気を導入することにより（矢印Ｆ１０）、第１予熱室４６内に、下部から上部に向かう２次燃焼空気の旋回流（矢印Ｆ１１）を生成する。第１予熱室４６内を通る２次燃焼空気は、第１内筒４２及び螺旋突起４５を介して第１燃焼室４７の熱を受けて予熱される。２次燃焼空気を第１予熱室４６内に旋回状に流すことにより、第１予熱室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。また、螺旋突起４５により、放熱面積を増大して２次燃焼空気の予熱効率を更に向上できると共に、２次燃焼空気の流れを旋回状に整流することができる。なお、螺旋突起４５は設置しなくてもよい。
【００６０】
図４Ａは、１次燃焼部４の予熱室４９と第１連通部４８における２次燃焼空気の流れを示した模式図であり、図４Ｂは、第１燃焼室４７における２次燃焼空気及び燃焼ガスの流れを示した模式図である。図１及び図４Ａに示すように、予熱されて第１外筒４１内の上部の第１連通部４８に達した２次燃焼空気の旋回流は、第１筒状突部４９により、下降旋回流と上昇旋回流とに分流する。詳しくは、第１筒状突部４９の外周面に沿って流れて第１燃焼室４７内の下部に向かう下降旋回流（矢印Ｆ１２）と、第１筒状突部４９の縦スリット４９ａを通過して第１筒状突部４９の内側を上方に流れる上昇旋回流（矢印Ｆ１３）とに分流する。第１筒状突部４９で分流された下降旋回流は、第１燃焼室４７の外径部を下方に向かって流れ、下部の燃料保持部３３の木質ペレット８の近傍に達する。このように、第１燃焼室４７において、空気吹出口３４から第１燃焼空気を供給すると共に、予熱された２次燃焼空気を上部から下方に向かって供給するので、燃料保持部３３上の木質ペレット８を高温で燃焼して効率的に熱分解することができる。
【００６１】
また、給気管２５に導入した補助燃焼空気を、第１及び第２スクリューコンベヤ２２，２３を介して燃料供給口２４から第１燃焼室４７内に供給することにより、第１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２５に補助燃焼空気を導入することにより、燃焼に伴って第１燃焼室４７内の圧力が上昇しても、スクリューコンベヤ２２，２３への燃焼ガスの流入や、木質ペレット８の逆流等の不都合を防止できる。
【００６２】
このように、燃焼空気が予熱されて上下方向から旋回状に供給される第１燃焼室４７は、燃料としての木質ペレット８を安定した温度で燃焼することができる。木質ペレット８の熱分解に伴ってガス化燃料が生成され、ガス化燃料を多く含む燃焼ガスが、矢印Ｆ１４で示すように、第１燃焼室４７の内径部を上方に向かって旋回状に流れる。なお、この上昇旋回流には、ガス化燃料に限られず、熱分解過程の木質ペレット８の微粒子や、ガス化燃料の酸化物も含まれる。
【００６３】
ガス化燃料を多く含む燃焼ガスは、旋回流を形成して上昇し、第１連通部４８を通って２次燃焼部５の第２燃焼室５７に流入する。
【００６４】
図４Ｃは、２次燃焼部５の第２燃焼室５７における燃焼空気及び燃焼ガスの流れを示した模式図である。第２燃焼室５７では、内径部に、上方に向かう燃焼ガスの旋回流が流れる（矢印Ｆ２４）と共に、外径部に、第１筒状突部４９の縦スリット４９ａを通過した２次燃焼空気の上昇旋回流（矢印Ｆ１３）が流入する。
【００６５】
また、２次燃焼部５では、３次空気導入口５１ａから第２外筒５１の接線方向に３次燃焼空気を導入することにより（矢印Ｆ２０）、第２予熱室５６内に、下部から上部に向かう３次燃焼空気の旋回流（矢印Ｆ２１）を生成する。第２予熱室５６内を通る３次燃焼空気は、第２内筒５２及び螺旋突起５５を介して第２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、３次燃焼空気を第２予熱室５６内に旋回状に流すことにより、第２予熱室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。また、螺旋突起５５により、放熱面積を増大して３次燃焼空気の予熱効率を更に向上でき、また、３次燃焼空気を旋回状に整流することができる。
【００６６】
予熱されて第２外筒５１内の上部の第２連通部５８に達した３次燃焼空気の旋回流は、第２筒状突部５９により、下降旋回流と上昇旋回流とに分流する。詳しくは、第２筒状突部５９の外周面に沿って流れて第２燃焼室５７内の下部に向かう下降旋回流（矢印Ｆ２２）と、第２筒状突部５９の縦スリット５９ａを通過して排気筒６の内側を上方に流れる上昇旋回流（矢印Ｆ２３）とに分流する。第２筒状突部５９で分流された３次燃焼空気の下降旋回流は、第２燃焼室５７の外径部を下方に向かって流れる。
【００６７】
このように、第２燃焼室５７に、十分に予熱した２次燃焼空気を下部から上方に供給する（矢印Ｆ１３）と共に、十分に予熱した３次燃焼空気を上部から下方に供給する（矢印Ｆ２２）ので、１次燃焼部４で木質ペレット８が熱分解されてなるガス化燃料を高温により効率的に酸化することができる。また、燃焼ガスに残留する燃料の微粒子を効率的に分解及び酸化することができる。このようにして、１次及び２次燃焼部４，５による燃焼過程を経ることにより、木質ペレット８を完全燃焼させることができる。このように、２段の燃焼部４，５で木質ペレットを燃焼させることにより、第２燃焼室５７の上端近傍において、９００℃〜１０００℃の燃焼温度を生成することができる。
【００６８】
第２燃焼室５７で可燃成分の大部分が燃焼した燃焼ガスは、第２連通部５８を通って排気筒６に流入する。排気筒６には、第２筒状突部５９で分流された上昇旋回流が流入しており、この上昇旋回流により燃焼ガスが効率的に排出される。
【００６９】
以上のように、本実施形態のバーナによれば、第１燃焼室４７に、１次燃焼空気を旋回状に下部から供給すると共に、予熱した２次燃焼空気の下降旋回流を上部から供給することにより、木質ペレット８の熱分解を高効率に行うことができる。更に、第２燃焼室５７に、予熱した２次燃焼空気の上昇旋回流を下部から供給すると共に、予熱した３次燃焼空気の下降旋回流を上部から供給することにより、木質ペレット８の熱分解により生成されたガス化燃料を高度に酸化できる。したがって、植物性再生燃料に含まれるリグニン等のような高分子成分に対しても、効果的に熱分解と酸化を行って完全燃焼をすることができる。その結果、従来よりも灰や煤煙の発生量を大幅に削減することができる。また、下部予熱部３と、１次燃焼部４と、２次燃焼部５と、排気筒６との各部において、燃焼空気や燃焼ガスを旋回状に流すことにより、各部の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、バーナ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、植物性再生燃料等を完全燃焼させることができ、煤煙排出量の少ないバーナを実現することができる。
【００７０】
また、本実施形態のバーナ１は、第１燃焼室４７内の燃焼温度が上昇するに伴って圧力が上昇するが、第１スクリューコンベヤ２２の途中にスクリュー羽根の欠損部を設けて木質ペレット８のプラグを形成するので、簡易な構造により木質ペレット８の逆流や燃焼ガスの逆流を防止することができる。
【００７１】
また、本実施形態のバーナ１は、第１燃焼室４７から第１スクリューコンベヤ２２に伝導する熱を温度センサ２７で検出して、第１燃焼室４７の燃焼温度の異常上昇に対処することができる。すなわち、第１燃焼室４７の燃焼温度が異常上昇して温度センサ２７の検出値が所定温度を越えると、制御部２８の制御により、流量制御弁２９が開き動作されて給水管２６から第１スクリューコンベヤ２２に給水する。これにより、第１燃焼室４７内の温度を効果的に低下させて異常燃焼を迅速に停止させることができる。なお、第１スクリューコンベヤ２２の温度を検出する以外に、第１燃焼室４７を区画する第１内筒４２の温度や、第１外筒４１の温度を検出してもよい。あるいは、第２燃焼室５７を区画する第２内筒５２の温度や、第２外筒５１の温度を検出してもよい。
【００７２】
また、本実施形態のバーナ１では、燃料としての木質チップ８を連続供給するための燃料供給器２に、木質チップ８を搬送する第１スクリューコンベヤ２２と、木質チップ８を第１燃焼室４７に供給する第２スクリューコンベヤ２３とを組み合わせて配置したが、単一のスクリューコンベヤを用いることもできる。例えば、図１の第１スクリューコンベヤ２２と同様のスクリューコンベヤの先端に、図５Ａに示すような供給ヘッド１２０を一体に形成したものを用いることができる。このスクリューコンベヤは、図５Ａに示すように、ケーシング１２１の先端部分が湾曲しており、先端に設けられたフランジ１２１ａが直線部分の延在方向と略直角の方向を向いている。図５Ｂは、供給ヘッド１２０の平面図である。ケーシング１２１の湾曲部には、直線部に配置されたスクリュー羽根１２３を回転駆動する回転軸１２２の軸受部１２１ｂが設けられている。ケーシング１２１の先端のフランジ１２１ａに空気供給口１２１ｃが貫通して形成されていると共に、フランジ１２１ａの上面に、空気供給口１２１ｃと連通する環状かつ中空の空気分配ダクト１２５が固定されている。空気分配ダクト１２５の内周側の開口は、スクリューコンベヤのケーシング１２１の内周面と連なっており、第１燃焼室４７内に木質チップ８を排出する燃料供給口１２４になっている。空気分配ダクト１２５には、軸線方向に延びる第１スリット１２５ａが内周面に形成されていると共に、径方向及び軸線方向に延びる第２スリット１２５ｂが上端面及び内周面に形成されている。第２スリット１２５ｂの上端面部分は、空気分配ダクト１２５の径方向に対して傾斜して延在している。空気供給口１２１ｃに１次燃焼空気を供給することにより、この空気供給口１２１ｃから空気分配ダクト１２５内に供給された１次燃焼空気が、第２スリット１２５ｂから旋回状に吹き出すようになっている。すなわち、この供給ヘッド１２０を有するスクリューコンベヤを用いた場合、ブロワから空気供給口１２１ｃに１次燃焼空気を直接供給して第２スリット１２５ｂから旋回状に吹き出すことができるので、下部予熱部３を削除することができる。
【００７３】
このスクリューコンベヤの供給ヘッド１２０には、空気分配ダクト１２５の上端面の外周部分と外周面を取り囲むように、燃料拡散部材１２７が取り付けられている。燃料拡散部材１２７は概ね円筒形状を有し、上端部の内周面が、下方ほど内径側に向かうように傾斜した傾斜面１２７ａに形成されている。燃料拡散部材１２７の傾斜面１２７ａが、空気分配ダクト１２５の第２スリット１２５ｂの外周側を取り囲むように配置されている。燃料拡散部材１２７の下端部には、軸線方向に突出した歯１２７ｂが周方向に複数個配列されており、この燃料拡散部材１２７の下端部の下方に、燃料拡散部材１２７を回転駆動する駆動部１２８が配置されている。駆動部１２８は、回転駆動される回転軸１２８ａと、この回転軸１２８ａに固定された偏心回転体１２８ｂとで形成されている。回転軸１２８ａが回転するに伴い、偏心回転体１２８ｂのアームの先端部が燃料拡散部材１２７の歯１２７ｂに順次係合して、燃料拡散部材１２７を周方向に回転駆動するようになっている。燃料拡散部材１２７の回転に伴い、空気分配ダクト１２５の内周側の燃料供給口１２４から排出された木質チップ８を燃料拡散部材１２７の外径側に拡散させるようになっている。この供給ヘッド１２０を有するスクリューコンベヤを燃料供給器２に用いることにより、下部予熱部３を削除して更にバーナの小型化を図ることができる。また、図１の第２スクリューコンベヤ２３を削除して、上下方向の寸法を短くすることができる。
【００７４】
本実施形態のバーナ１は、図６に示すように、横型の蒸気ボイラ１１０の熱源として用いることができる。この蒸気ボイラ１１０は、ケーシング１１１と、このケーシング内に水平方向に配列された複数の煙管１１２と、この煙管１１２の両端部を支持して内側に蒸気室を形成する管板１１３，１１３と、蒸気室内に水を供給する給水口１１４と、蒸気室内の蒸気を排出する排出口１１５とを有する。ケーシング１１１の一端にバーナ１の排気筒６が接続されていると共に、ケーシング１１１の他端に燃焼ガスの集塵装置１１６が接続されている。バーナ１には、下部予熱部３、１次燃焼部４及び２次燃焼部５に燃焼空気を供給するシロッコ型のブロワ９が、分流管９１を介して接続されている。また、ブロワ９から分流管９１を介して、第１スクリューコンベヤ２２の給気管２５に補助燃焼空気が供給されるようになっている。この蒸気ボイラ１１０は、ケーシング１１１内で燃焼ガスが流れる方向が２箇所で反転される３パス型のボイラである。すなわち、ケーシング１１１の一端にバーナ１から高温の燃焼ガスが供給され（矢印Ｇ１）、燃焼ガスが第１群の煙管１１２を通って蒸気室内の蒸気（又は水）と熱交換を行った後に流れが反転し（矢印Ｇ２）、第２群の煙管１１２を通って蒸気（又は水）と熱交換を行った後に再度流れが反転し（矢印Ｇ３）、第３群の煙管１１２を通って蒸気（又は水）と熱交換を行った後にケーシング１１１から排出される（矢印Ｇ４）。ケーシング１１１から排出された燃焼ガスは、集塵装置１１６で煤塵が収集されて大気に放出される。集塵装置１１６には、フィルタ式、静電式又はサイクロン式等の集塵装置を用いることができる。
【００７５】
上記実施形態のバーナ１は、排気筒６から排出される燃焼ガス温度を検出する温度センサ６１と、燃料供給器２の駆動モータＭへの供給電力を制御する第１インバータ１１７と、ブロワ９の駆動モータへの供給電力を制御する第２インバータ１１８と、温度センサ６１からの出力を受け、この温度センサ６１の検出値に基づいて、各インバータ１１７，１１８のスイッチング速度を制御する制御部１１９とを備える。この制御部１１９により、燃焼ガスの温度を安定して所定温度に制御して、蒸気ボイラ１１０の排出口１１５から排出される蒸気の温度を安定して所定温度にすることができる。
【００７６】
すなわち、温度センサ６１により検出された燃焼ガス温度が目標値よりも低い場合、制御部１１９から第１インバータ１１７に、燃焼ガス温度の目標値との差分に対応する制御信号Ｃ１を出力する。これにより、燃料供給器２の供給バルブ２１、第１スクリューコンベヤ２２及び第２スクリューコンベヤ２３の各々を駆動するモータＭの回転数を増大させて、第１燃焼室４７への木質ペレット８の供給量を増大させる。これと共に、制御部１１９から第２インバータ１１８に、燃焼ガス温度の目標値との差分に対応する制御信号Ｃ２を出力する。これにより、ブロワを駆動するモータの回転数を増大させて、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。こうして木質ペレット８の燃焼量を増大して、燃焼ガス温度を上昇させて目標値に近づけることができる。
【００７７】
一方、温度センサ６１により検出された燃焼ガス温度が目標値よりも高い場合、制御部１１９から第１インバータ１１７に、燃焼ガス温度の目標値との差分に対応する制御信号Ｃ１を出力する。これにより、燃料供給器２の各部を駆動するモータＭの回転数を減少させて、第１燃焼室４７への木質ペレット８の供給量を削減する。これと共に、制御部１１９から第２インバータ１１８に、燃焼ガス温度の目標値との差分に対応する制御信号Ｃ２を出力する。これにより、ブロワを駆動するモータの回転数を減少させて、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、木質ペレット８の燃焼量を低減して、燃焼ガス温度を下降させて目標値に近づけることができる。
【００７８】
このように、制御部１１９により、燃焼ガス温度に基づいてフィードバック制御を行うことにより、燃焼ガスの温度を所定の目標値に維持して、蒸気ボイラ１１０の排出口１１５から排出される蒸気の温度を安定して所定温度にすることができる。なお、温度センサは、排気筒６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。また、蒸気ボイラ１１０の排出口１１５に温度センサを設け、この温度センサが検出する蒸気の温度に基づいて、制御部１１９により木質ペレット８の供給量と燃焼空気の流量とを制御してもよい。
【００７９】
さらに、上記制御部１１９は、バーナ１の起動時から所定期間においては、燃料供給器２の駆動モータの回転数を所定の低回転数に制限し、かつ、ブロワの駆動モータの回転数を所定の低回転数に制限して、起動運転を行うのが好ましい。その後、バーナ１の運転時間が起動時から所定時間を越えると、上述の温度センサ６１の出力に基づいたフィードバック制御を行う。また、バーナ１の停止信号を受けるに伴い、フィードバック制御を停止して、燃料供給器２の駆動モータの回転数を所定の低回転数に制限し、かつ、ブロワの駆動モータの回転数を所定の低回転数に制限して停止運転を行うのが好ましい。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植物性再生燃料を用いた場合でも、確実に燃料を着火させてバーナを起動することができる。また、停止時に、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、燃料の燃焼を確実に停止させることができる。
【００８０】
本実施形態のバーナ１は、燃料としての木質ペレット８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、蒸気ボイラ１１０のケーシング１１１内や煙管１１２内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、煤の残留による蒸気ボイラ１１０の劣化を防止することができる。また、バーナ１の燃焼ガスに含まれる煤の量が少ないので、小容量の集塵装置１１６を用いることができ、蒸気ボイラ１１０の周辺機器のコスト削減と小型化を図ることができる。
【００８１】
ところで、本実施形態のバーナ１は、ケーシング内において燃焼ガスが単一方向に流れる１パス型ボイラや、燃焼ガスの流れの方向が１箇所で反転される２パス型のボイラ等の熱源として用いることもできる。また、燃焼ガスを煙管に流す煙管ボイラ以外に、燃焼ガスが供給される加熱室内に水管を配置した水管ボイラに用いることもできる。また、熱交換を行う煙管又は水管を鉛直方向に配置した縦型ボイラに用いることもできる。また、蒸気ボイラに限られず、温水を生成する温水ボイラの熱源に本実施形態のバーナ１を用いてもよい。更に、本実施形態のバーナ１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、小型かつ高効率であり、しかも、メンテナンスの容易な熱機器を実現することができる。
【００８２】
本実施形態のバーナ１は、木質チップ８以外の他の燃料を広く用いることができ、例えば、木屑、木皮、プラスチック屑、ゴム屑又はＲＰＦ（廃紙・廃プラスチック固形化燃料）等を燃料として用いることができる。本実施形態のバーナ１によれば、いずれの燃料も完全燃焼させることができ、従来よりも少ない煤塵排出量のもと、高い燃焼効率が得られる。なお、プラスチック屑、ゴム屑又はＲＰＦ等を燃料に用いる場合、１次及び２次燃焼部４，５に加えて、３次燃焼部を設けた３段型のバーナとするのが好ましい。すなわち、図１の第２仕切板５４に、第２外筒５１と略相似形かつ小型の第３外筒を固定し、その内側に、第２内筒５２と略相似形かつ小型の第３内筒を嵌合させる。第３外筒の上端に、第２仕切板５４と略相似形かつ小型の第３仕切板を固定し、第３仕切板の開口に排気筒６と略相似形かつ小型の排気筒を固定する。これにより、第３内筒の内側に第３燃焼室を形成すると共に、第３燃焼室の外周側に第３予熱室を形成する。第３燃焼室に、３次燃焼空気の上昇旋回流（矢印Ｆ２３）を供給すると共に、第３予熱室で予熱された４次燃焼空気を排気筒の下端部で分流し、分流した４次燃焼空気の下降旋回流を第３燃焼室に供給する。こうして、多段の燃焼室で燃焼を行うことにより、プラスチック屑等の燃料を完全燃焼させることができる。また、燃料の種類に応じて、４段以上の燃焼室及び予熱室を設けてもよい。
【００８３】
また、バーナ１の燃料は、単一の燃料を燃焼させるのみに限られず、連続して複数の燃料を燃焼させてもよい。この場合、燃料の酸化温度等に応じて、燃焼空気の量を適宜調節すればよい。また、複数の燃料を同時に燃焼させてもよい。また、固体燃料と液体燃料との複相燃料を燃焼させることもできる。
【００８４】
また、バーナ１の下部予熱部３、１次燃焼部４、２次燃焼部５及び第１スクリューコンベヤ２２の給気管２５に燃焼空気を供給するブロワは、単一でなくてもよく、各供給先にブロワを別個に設置してもよい。個別に設置したブロワの送風量を、各供給先の燃焼室の燃焼温度に基づいて制御することにより、各段の燃焼室の燃焼温度をきめ細かく調整できて、燃焼効率を更に向上することができる。
【００８５】
また、下部予熱部３、１次燃焼部４、２次燃焼部５及び第１スクリューコンベヤ２２の給気管２５の少なくとも一つに、燃焼空気と共に酸素を供給してもよい。高酸素濃度の燃焼空気により、完全燃焼を更に促進することがき、また、燃焼温度を更に上昇させることができる。
【００８６】
また、最下段である１次燃焼部の第１燃焼室４７に、霧状の水を供給してもよい。第１燃焼室４７に供給された霧状の水が、第１燃焼室４７内の燃料に含まれる炭素と反応して、一酸化炭素及び水素が生成される。これにより、第１燃焼室４７内の燃焼温度を更に上昇させることができる。また、霧状の水が第１燃焼室４７の温度で熱分解して、水素及び酸素が生成される。これにより、第１燃焼室４７内の燃焼温度を更に上昇させることができる。水供給器としては、水に約２ＭＰａ（メガパスカル）の圧力を与えるプランジャポンプと、この高圧水をプランジャポンプから第１燃焼室４７に供給する高圧水供給路と、この高圧水供給路に接続されて第１燃焼室４７内に霧状の水を噴射する噴射ノズルとを含んで形成することができる。
【００８７】
本実施形態において、上下方向は重力が作用する方向と一致しており、バーナ１の第１及び第２の内筒４２，５２及び外筒４１，５１の軸線は鉛直方向を向いているが、バーナ１は、上記軸線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、上記軸線を略水平方向に向けて使用することも可能である。
【００８８】
また、１次燃焼部４と２次燃焼部５は、必ずしも直線状に形成しなくてもよく、いずれかを湾曲して形成してもよい。例えば、図７の変形例に示すように、バーナ１００の１次燃焼部４の軸線を鉛直方向に向ける一方、２次燃焼部１５０を湾曲させて、排気筒６の軸線を水平方向に向けてもよい。この場合、２次燃焼部１５０の外筒１５１と共に、内筒１５２もまた９０°湾曲させればよい。図７の変形例のバーナ１００は、１パス型の温水ボイラ１３０の熱源に用いている。図７において、１３１は内側に燃焼ガスが導かれて加熱室を形成するケーシング、１３２は加熱すべき水が供給される給水口、１３３は給水口１３２から供給された水を導いて燃焼ガスと熱交換を行う水管、１３４は熱交換を行って高温となった水を排出する排出口、１３５は熱交換後の燃焼ガスを排出する排気管である。この変形例のバーナ１００によれば、鉛直方向の寸法を小さくすることができて、小型の温水ボイラ１３０を構成することができる。
【００８９】
図８は、他の実施形態のバーナを示す図である。このバーナ２００は、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）廃液を焼却するために使用される。図８には、バーナ２００の一部を示しており、他の部分は、図１のバーナ１と実質的に同一である。図１と実質的に同一の部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００９０】
このバーナ２００は、第１燃焼室２４７に１次燃焼空気を供給しないで、第１予熱室４６で予熱された２次燃焼空気のみを供給する。第１燃焼室２４７の側面を画定する第１内筒２４２は、耐熱性の高いセラミックで形成している。ＰＣＢタンク２４３内に貯蔵したＰＣＢ液を、ストレーナ２４４を介してポンプ２４５で吸引し、第１内筒２４２の側面に形成された供給口２４６から、第１燃焼室２４７内に供給するように形成されている。第１燃焼室２４７の底部には、逆円錐台形状に成形された蒸発皿２４０が設けられている。このバーナ２００は、ＰＣＢタンク２４３から第１燃焼室２４７内に供給されたＰＣＢ液を蒸発皿２４０で受け、第１燃焼室２４７内に、第１予熱室４６を経由した２次燃焼空気を旋回状に供給してＰＣＢ液の蒸発と熱分解を行う。蒸発して熱分解したＰＣＢガスを、第１連通部４８を通して上方の第２燃焼室５７に導き、この第２燃焼室５７で、下部から供給する２次燃焼空気と上部から供給する３次燃焼空気とで酸化する。第２燃焼室５７の側面を画定する第２内筒２５２は、耐熱性の高いセラミックで形成している。第１燃焼室２４７及び第２燃焼室５７内に大量の燃焼空気を予熱して旋回状に供給することにより、１１００℃〜１３００℃の燃焼温度を安定して生成して、ＰＣＢを完全燃焼させることができる。これにより、ＰＣＢ廃液を焼却して無毒化処理を行うことができる。なお、第１燃焼室２４７及び第２燃焼室５７に、燃焼空気と共に酸素を供給してもよい。酸素濃度の高い燃焼空気を供給することにより、ＰＣＢの完全燃焼を更に高度に促進できる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明のバーナは、蒸気ボイラ、温水ボイラ、温風装置及び冷凍機等の熱機器の熱源として広く利用可能である。また、難分解性の物質を焼却する焼却用バーナとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態のバーナを示す断面図である。
【図２Ａ】貫通穴が設けられた第１筒状突部の模式展開図である。
【図２Ｂ】他の貫通穴が設けられた第１筒状突部の模式展開図である。
【図２Ｃ】他の貫通穴が設けられた第１筒状突部の模式展開図である。
【図３】２次燃焼部の第２内筒を第１仕切板に取り付ける様子を示す分解斜視図である。
【図４Ａ】１次燃焼部の予熱室と第１連通部における２次燃焼空気の流れを示した模式図である。
【図４Ｂ】１次燃焼部の第１燃焼室における２次燃焼空気及び燃焼ガスの流れを示した模式図である。
【図４Ｃ】２次燃焼部の第２燃焼室における燃焼空気及び燃焼ガスの流れを示した模式図である。
【図５Ａ】スクリューコンベヤと一体に形成された供給ヘッドを示す図である。
【図５Ｂ】供給ヘッドの平面図である。
【図６】本実施形態のバーナを熱源に用いた蒸気ボイラを示す部分断面図である。
【図７】変形例のバーナを温水ボイラに適用した様子を示す図である。
【図８】他の実施形態のバーナを示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  バーナ
２  燃料供給器
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  木質ペレット
２１  供給バルブ
２２  第１スクリューコンベヤ
２３  第２スクリューコンベヤ
２４  燃料供給口
３２  １次空気導入口
３３  燃料保持部
４１  第１外筒
４１ａ  ２次空気導入口
４２  第１内筒
４４  第１仕切板
４５  螺旋突起
４６  第１予熱室
４７  第１燃焼室
４８  第１連通部
４９  第１筒状突部
４９ａ  縦スリット
５１  第２外筒
５２  第２内筒
５４  第２仕切板
５５  螺旋突起
５６  第２予熱室
５７  第２燃焼室
５８  第２連通部
５９  第２筒状突部
５９ａ  縦スリット
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0005091612.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0005091612.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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