JP2007155212A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の課題は、熱交換する熱交換部以外にも燃料を燃焼する燃焼室や燃焼室で発生した燃焼ガス中に含まれる灰を取り除く集塵部においても熱交換を行うことで、熱交換効率を高くするボイラ装置を提供することである。
【解決手段】
本発明は、燃料を燃焼させて水槽内の水と熱交換するための燃焼ガスを発生させる燃焼室の外面全面と、燃焼室で発生した燃焼ガスの中から灰を取り除く集塵部の外面全面と、水槽内の水と熱交換した燃焼ガスを排出する排煙部の外面の一部を水槽内の水と接触させる。これにより、熱交換部だけでなく、燃焼室、集塵部、排煙部との熱交換も可能となり、熱交換効率を向上させることができる。
【選択図】
図１

Description

本発明は、燃料の燃焼により発生する熱を使用して水槽内の水を加熱することで温水又は蒸気を発生させるボイラ装置に関するものである。

従来、バイオマス燃料、又は、バイオマス燃料と石炭とからなる固形燃料を燃料としたボイラ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このボイラ装置は、燃料を収容し、炉壁によって覆われる燃焼室と、燃焼室に収容される第１火格子、第２火格子とからなるものである。

特開２００５−１０５２３７号公報

しかしながら、特許文献１のボイラ装置では、燃料の燃焼によって発生する燃焼ガスの熱は、熱交換器でのみ熱交換を行う。そのため、熱交換器に達するまでに燃焼ガスが冷却してしまったりすることがあり、高い効率で熱交換を行うことができなかった。

そのため、本発明は、上記実情に鑑み、熱交換する熱交換部以外にも燃料を燃焼する燃焼室や燃焼室で発生した燃焼ガス中に含まれる灰を取り除く集塵部においても熱交換を行うことで、熱交換効率を高くするボイラ装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明のボイラ装置は、燃料の燃焼により発生する熱を使用して水槽内の水を加熱するボイラ装置であって、前記燃料が投入され、投入された燃料を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室で前記燃料の燃焼により発生する燃焼ガス中の灰を取り除く集塵部と、前記燃焼室で前記燃料の燃焼により発生する燃焼ガスと前記水槽内の水とにより熱交換する熱交換部と、前記熱交換部で熱交換した前記燃焼ガスを外部に排出する排煙部とを備え、前記燃焼室の外面全面、前記集塵部の外面全面、及び、前記排煙部の外面一部は、前記水槽内の水と接触させるように前記水槽に浸漬されていることを特徴とする。

本発明のボイラ装置によれば、燃料を燃焼させて水槽内の水と熱交換するための燃焼ガスを発生させる燃焼室の外面全面と、燃焼室で発生した燃焼ガスの中から灰を取り除く集塵部の外面全面と、水槽内の水と熱交換した燃焼ガスを排出する排煙部の外面の一部を水槽内の水と接触させる。これにより、熱交換部だけでなく、燃焼室、集塵部、排煙部との熱交換も可能となり、熱交換効率を向上させることができる。

また、本発明のボイラ装置において、前記熱交換部は、前記集塵部で灰が取り除かれた燃焼ガスと前記水槽内の水とにより熱交換することを特徴とする。これにより、熱交換部に灰が付着することを防ぎ、高効率の熱交換が可能となる。

本発明のボイラ装置は、燃料を燃焼させて水槽内の水と熱交換するための燃焼ガスを発生させる燃焼室の外面全面と、燃焼室で発生した燃焼ガスの中から灰を取り除く集塵部の外面全面と、水槽内の水と熱交換した燃焼ガスを排出する排煙部の外面の一部を水槽内の水と接触させる。これにより、熱交換部だけでなく、燃焼室、集塵部、排煙部との熱交換も可能となり、熱交換効率を向上させることができる。

以下、本発明のボイラ装置の一例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のボイラ装置の全体を示す図である。図１のように、本発明のボイラ装置は、燃焼室１と、集塵部２と、熱交換部３と、排煙部４と、水槽５とを備えている。

燃焼室１は、図２のように、所定の厚みの壁面を有し、その形状は円筒状である。この燃焼室１の壁面の外面全面は、水槽５内の水と接触している。その燃焼室１の上部側面には、内部を中空とした燃料を投入する投入管として燃料投入管１０が備えられている。そして、この燃料投入管１０の外面の一部は、水槽５内の水と接触している。この投入管から燃料が投入され、円筒状の燃焼室１の底部に備えられた着火用バーナ１１で、投入された燃料が着火し、投入された燃料が燃焼する。燃料が燃焼することにより、炎とともに高温の熱を有する燃焼ガスが発生する。

この燃焼室１に投入される燃料としては特に限定されるものではないが、従来燃焼時に灰の発生が多く、灰がガラス状に固まったクリンカが発生しやすい燃料でも使用することができる。例えば、バイオマスチップ、バイオマスペレット、炭化物、廃油などが挙げられ、固体であっても液体であっても特に限定するものではない。この燃料は、燃料投入管１０を通じて外部から投入されるが、この投入方法としては、必要時に投入するようにしても、連続的に投入するようにしてもどちらでもよい。

この燃焼室１には、燃料投入管１０の燃焼室１と接続されている箇所、すなわち燃料投入管１０の出口近傍に防炎部材１２が備えられている。その防炎部材１２は、下記で説明する燃料室１内を壁面に沿って旋回（図２中矢印方向）しながら上昇する燃焼ガスと燃料投入管１０から投入される燃料とを直接接触することを防ぐことができる。

例えば、図２のように、防炎部材１２は、所定の厚みを有し、燃料投入管１０の出口を覆うことができる程度大きさでの板状部材で、板状部材の１つの端面が燃料投入管１０の出口の近傍の燃焼室１の内側の面に接触するように備え付けられている。このとき、防炎部材１２は、燃料投入管１０の出口を覆い、燃焼ガスが旋回する方向に沿うように、燃焼室１の内部壁面に対して傾けて備え付けてある。

これにより、旋回しながら上昇する燃焼ガスが燃料投入管１０に流入したり、燃料投入管１０から投入される燃料と出口近傍で直接接触したりすることを防ぐことができる。また、燃焼中の燃料の炎を燃料投入管１０に入り込むことを防ぐことができる。したがって、燃料投入管１０内や燃料投入管１０近傍での燃料の燃焼を防ぐことができる。燃料投入管１０の外側は、全面が水槽５内の水に接触していないため、燃料投入管１０の中で燃料が燃焼すると熱交換の効率が低下することになる。この防炎部材１２によって、確実に燃焼室１で燃料を燃焼させることができるため、熱交換の効率を向上させることができる。

燃焼室１の底部には、燃焼室１の側面から例えば炎を出せるように着火用バーナ１１が備えられている。この着火用バーナ１１により、燃焼室１に投入された燃料に着火して、燃料を燃焼させることができる。

燃焼室１の底部には、円筒状の燃焼室１の下面と側面の一部を覆うように蓄熱部材１３が備えられている。この蓄熱部材１３は、着火用バーナ１１からの炎を妨げることのないように、着火用バーナ１１の対応する位置に穴が設けられている。この蓄熱部材１３は、例えば鋼材、石材、セメント材等により形成されている。

この蓄熱部材１３は、蓄熱した熱によって投入された燃料の温度を上昇させ、燃料から可燃性の気体を発生させることができる。すなわち、燃料の燃焼とともに、可燃性の気体の燃焼により、より燃焼室内の温度を上昇させ、燃焼室１で発生する燃焼ガスの温度が高くなる。温度の高い燃焼ガスと水との熱交換は、温度差が大きいほど高効率であるため、高い温度の燃焼ガスを発生させることで、熱交換効率を向上させることができる。この着火用バーナ１１は、水槽５外に備えられている。

この蓄熱部材１３は、燃料の燃焼で発生した燃焼ガスの熱を蓄熱し、新たに投入される燃料を燃焼しやすくすることができる。すなわち、燃焼室１内の燃料が無くなった後に、燃料を燃料投入管１０から投入した際に、蓄熱部材１３の温度が燃料の発火点以上であれば燃料を燃焼させることができる。また、蓄熱部材１３の温度が燃料の発火点以下であっても、着火用バーナ１１の使用量を少なくすることができる。すなわち、燃料を燃焼させるために使用する着火用バーナ１１に必要な化石燃料の使用量を少なくすることができる。

この燃焼室１には、燃焼室１及び水槽５の外部から燃焼室１に空気を導入することができるように、空気導入管として燃焼用空気導入管１５が備えられている。この燃焼用空気導入管１５は、内部を中空とした管で、燃焼室１の側面、上面又は下面のうち少なくとも１つの面を貫通している。すなわち、燃焼用空気導入管１５は、一部を燃焼室１及び水槽５の外部に配置するように備えられており、この管を介して燃焼室１内部に空気が導入される。この燃焼室１及び水槽５の外部に備えられた燃焼用空気導入管１５には、例えばポンプなどが備えられ、燃焼室１内に所定量の空気を導入することができる。

燃焼室１内の燃焼用空気導入管１５は、図３のように、導入管縦管である燃焼用空気導入管縦管１５１と、導入管横管である燃焼用空気導入管横管１５２とから形成されている。この燃焼用空気導入管縦管１５１は、その中心軸が円筒状の燃焼室１の中心軸に対して平行となるように、燃焼室１の上部から底部に向かって垂直方向に備えられている。そして、燃焼用空気導入管横管１５２は、その中心軸が、燃焼用空気導入管縦管１５１の中心軸に対して垂直となるように、燃焼室１の側面に向かって延びるように燃焼用空気導入管縦管１５１と接続されている。この燃焼用空気導入管１５は、燃焼用空気導入管縦管１５１の中心軸を中心に一回転させたような形状を有している。この燃焼用空気導入管１５は、燃焼用空気導入管横管１５２が燃料を有する蓄熱部材１３を有する燃焼室１の底部近傍に達するように備えられている。このとき、図３のように、燃焼用空気導入管横管１５２が燃焼用空気導入管縦管１５１の端部に備えられていてもよいが、燃焼用空気導入管縦管１５１が燃焼用空気導入管横管１５２を貫通するように備えられていてもよい。この場合、燃焼用空気導入管縦管１５１の両端部は、燃焼室１及び水槽５の外部に配され、そこから空気が導入される。

この燃焼用空気導入管横管１５２の側面には、燃焼用空気導入管横管１５２の水平方向中心線上に所定の大きさの開口１５３が設けられている。また、燃焼用空気導入管横管１５２の側面には、開口１５３が設けられえている反対側の燃焼用空気導入管横管１５２の水平方向中心線上に所定の大きさの開口１５４が設けられている。この開口１５３、１５４の大きさは、適宜変更することができる。すなわち、開口１５３を介して燃焼用空気導入管横管１５２内部から外部に向かう方向と（図３中矢印Ａ方向）、開口１５４を介して燃焼用空気導入管横管１５２内部から外部に向かう方向（図３中矢印Ｂ方向）が相対する方向となるように開口１５３と開口１５４が設けられている。すなわち、燃焼室１の壁面に沿って旋回するように開口が設けられている。この開口１５３、１５４は、それぞれ複数設けられていてもよく、この場合、図３のように、水平方向中心線上に整列させるように設けることが好ましい。この燃焼用空気導入管横管１５２は、複数備えてもよい。この場合、開口を介して燃焼用空気導入管横管１５２の内側から外側に向かう方向が燃焼室１の壁面に沿って旋回するように開口が設けられる。

このように、燃焼室１は、開口１５３を設けた燃焼用空気導入管１５を備えることで、空気が燃焼用空気導入管１５を通って燃焼室１に流入し、燃料を燃焼させることができる。このとき、上述のように燃焼用空気導入管横管１５２の側面に開口１５３、１５４を設けることで、所定の圧力を有する空気が燃焼室１に導入される。燃焼用空気導入管１５は、燃焼室１の壁面に沿って旋回するように開口１５３、１５４が設けられている。これにより、空気が燃焼室１の側面に向かって勢いよく導入され、側面に沿って旋回する。そして、燃焼室１で発生する燃焼ガスもこの空気に合わせるように旋回する。燃焼ガスは熱を有しているため、旋回しながら燃焼室１の上部に上昇する。

このように、燃焼室１で発生した燃焼ガスは、側面に沿って旋回しながら上昇する。したがって、燃焼ガス中の熱は、その外面を水槽の水と接触している燃焼室１の側面側に集中することになる。発生した熱が燃焼室１の壁を介して水に伝達されやすくなり、効果的な熱交換を行うことができる。このとき、上述した防炎部材１２は、燃料投入管１０の出口を覆い、燃焼ガスが旋回する方向に沿うように、燃焼室１の内部壁面に対して傾けて備え付けてある。そのため、燃焼ガスは、直接燃料投入管１０内に流入しない。

このとき、燃料用の空気として導入させる量は限定するものではなく、燃焼ガスの温度が高くなるように最適な量を導入するようにポンプなどを制御することが好ましく、燃料の燃焼に使用する燃焼用空気は、燃料や燃料中の成分などによって適宜変更される。例えば、水分や油分の含有率が低い燃料のひとつである炭化物を使用する場合、不完全燃焼を起こさない程度に空気の導入量を少なくすることで、燃焼により発生する燃焼ガスの温度を高くすることができる。これにより、炭化物から発生する燃焼ガスの温度が高くなり、より熱交換の効率が向上する。

また、この燃焼室１には、燃焼用空気導入管１５と同様に、燃焼室１内の温度を制御することができるように、燃焼室１及び水槽５の外部から燃焼室１に空気を導入することができる空気導入管として温度制御用空気導入管１６が備えられている。この温度制御用空気導入管１６は、内部を中空とした管で、燃焼室１の側面、上面又は下面のうち少なくとも１つの面を貫通している。すなわち、温度制御用空気導入管１６は、一部を燃焼室１及び水槽５の外部に配置するように備えられており、この管を介して燃焼室１内部に空気が導入される。この燃焼室１及び水槽５の外部に備えられた温度制御用空気導入管１６には、例えばポンプなどが備えられ、燃焼室１内に所定量の空気を導入することができる。

燃焼室１内の温度制御用空気導入管１６は、図４のように、導入管縦管である温度制御用空気導入管縦管１６１と、導入管横管である温度制御用空気導入管横管１６２とから形成されている。この温度制御用空気導入管縦管１６１は、その中心軸が円筒状の燃焼室１の中心軸に対して平行となるように、燃焼室１の上部から底部に向かって垂直方向に備えられている。そして、温度制御用空気導入管横管１６２は、その中心軸が、温度制御用空気導入管縦管１６１の中心軸と垂直となるように、燃焼室１の側面に向かって延びるように温度制御用空気導入管縦管１６１と接続されている。この温度制御用空気導入管１６は、温度制御用空気導入管縦管１６１の中心軸を中心に一回転させたような形状を有している。この温度制御用空気導入管１６は、温度制御用空気導入管横管１６２が蓄熱部材１３に囲われる空間よりも上方で、燃焼室１の中央部近傍となるように備えられている。これにより、蓄熱部材１３を冷却することなく温度制御用の空気を燃焼室１に導入することができる。このとき、図４のように、温度制御用空気導入管横管１６２が温度制御用空気導入管縦管１６１の端部に備えられていてもよいが、温度制御用空気導入管縦管１６１が温度制御用空気導入管横管１６２を貫通するように備えられていてもよい。この場合、温度制御用空気導入管縦管１６１の両端部は、燃焼室１及び水槽５の外部に配され、そこから空気が導入される。

この温度制御用空気導入管横管１６２の側面には、温度制御用空気導入管横管１６２の水平方向中心線上に所定の大きさの開口１６３が設けられている。また、温度制御用空気導入管横管１６２の側面には、開口１６３が設けられえている反対側の温度制御用空気導入管横管１６２の水平方向中心線上に所定の大きさの開口１６４が設けられている。この開口１６３、１６４の大きさは、適宜変更することができる。すなわち、開口１６３を介して温度制御用空気導入管横管１６２内部から外部に向かう方向（図４中矢印Ｃ方向）と、開口１６４を介して温度制御用空気導入管横管１６２内部から外部に向かう方向（図４中矢印Ｄ方向）が相対する方向となるように開口１６３と開口１６４が設けられている。すなわち、燃焼室１の壁面に沿って旋回するように開口が設けられている。このとき、開口１６３の温度制御用空気導入管横管１６２内部から外部に向かう方向は、開口１６３の温度制御用空気導入管横管１６２内部から外部に向かう方向と同じとなるように設けられている。さらに、開口１６４の温度制御用空気導入管横管１６２内部から外部に向かう方向は、開口１６４の温度制御用空気導入管横管１６２内部から外部に向かう方向と同じとなるように設けられている。この開口１６３、１６４は、それぞれ複数設けられていてもよく、この場合、図４のように、水平方向中心線上に整列させるように設けることが好ましい。この温度制御用空気導入管横管１６２は、複数備えてもよい。この場合、開口を介して温度制御用空気導入管横管１６２の内側から外側に向かう方向が燃焼室１の壁面に沿って旋回するように開口が設けられる。

このように、燃焼室１は、開口１６３を設けた温度制御用空気導入管１６を備えることで、燃焼室１の内部の温度よりも冷たい空気を燃焼室１の導入することができる。これにより、燃焼室１で発生した燃焼ガスを急激に冷却することができる。そのため、燃料の燃焼によって発生する灰がガラス状に固まったクリンカが発生しなくなる。

このクリンカは、灰がガラス状に固まったもので、灰を含む燃焼ガスが徐々に冷却されることで形成される。従来、熱を有する燃焼ガスが熱交換器に導入されることで、熱交換器で徐々に冷却され、熱交換器内でこのクリンカが発生するとともに、その壁面に付着してしまい、熱交換の効率を低下させるという問題があった。クリンカを付着させたままでは、熱交換の効率が低下してしまうため、付着したクリンカを取り除くように清掃を行わなければならないという問題点もあった。

この燃焼室１に上述のような温度制御用空気導入管１６を備えることで、燃焼ガスを急激に冷却することができる。これにより、クリンカの発生を抑制することができる。

また、空気が温度制御用空気導入管１６を通って燃焼室１に流入し、燃料を燃焼させることができる。このとき、上述のように温度制御用空気導入管横管１６２の側面に開口１６３、１６４を設けることで、所定の圧力の空気が燃焼室１に導入される。温度制御用空気導入管１６は、燃焼室１の壁面に沿って旋回するように開口１６３、１６４が設けられている。これにより、空気が燃焼室１の側面に向かって勢いよく導入され、側面に沿って旋回する。このときの旋回方向は、例えば燃料ガスが旋回する方向と同じ方向である。これにより、燃焼ガスと効率的に混ざり合い、燃焼ガスを効率的に冷却することができる。したがって、クリンカの発生をより抑制することができる。

このとき、温度制御用の空気として導入させる量は、燃焼室１内の温度などにより適宜変更することができる。この場合、燃焼ガスの温度が高くなるように最適な量を導入するようにポンプなどを制御することが好ましい。また、温度制御用空気の旋回方向は、上述の燃焼ガスの旋回方向と同じ方向となるように、温度制御用空気導入管１６を備えることが望ましい。

この燃焼用空気導入管１５と温度制御用空気導入管１６は、上述のような形状に限られるものではない。図５のように、例えば、燃焼用空気導入管縦管１５１及び温度制御用空気導入管縦管１６１の替わりに、燃焼室１の中心軸に対して平行な中心軸を有する導入管縦管１７１を備え、その導入管縦管１７１の中心軸に対して垂直な中心軸を有するように、上述と同様の導入管横管として燃焼用空気導入管横管１７３と温度制御用空気導入管１７２とを接続させたような空気導入管１７を燃焼室１に備えてもよい。この空気導入管１７は、一部を燃焼室１及び水槽５の外部に配置するように備えられており、この管を介して燃焼室１内部に空気が導入される。燃焼室１及び水槽５の外部に配置された空気導入管１７には、例えばポンプ等が備えられ、燃焼室１への空気の流入量を制御することができる。

この燃焼用空気導入管横管１７３は、上述と同様に、蓄熱部材１３を有する燃焼室１の底部近傍に達するように備えられている。また、温度制御用空気導入管横管１７２は、上述と同様に、蓄熱部材１３に囲われる空間よりも上方で、燃焼室１の中央部近傍となるように備えられている。さらに、燃焼用空気導入管横管１７３の側面の端部近傍と温度制御用空気導入管横管１７２の側面には、上述と同様に側面に開口１７４、１７５、１７６、１７７が備えられている。この開口１７４、１７５、１７６、１７７の大きさは、適宜変更することができる。そして、この開口１７４、１７５、１７６、１７７を介して管の内部から外部に向かう方向が壁面に沿って旋回するようにそれぞれの開口１７４、１７５、１７６、１７７が備えられている。これにより、この開口から空気が勢いよく導入され、側面に沿って旋回する。このとき、燃焼用空気導入管横管１７３の開口１７４、１７５から導入される空気で発生する旋回の方向と、温度制御用空気導入管横管１７２の開口１７６、１７７から導入される空気で発生する旋回の方向とは、同じとなるように開口１７４、１７５、１７６、１７７が設けられている。すなわち、１本の空気導入管縦管に対して２本の導入管横管を備えた状態のものを上述の燃焼用空気導入管１５と温度制御用空気導入管１６との替わりに使用することも可能である。このとき、燃料に対して流入させる空気の量と、温度制御のために流入さえる空気の量が同じでない場合、その量に応じて横管の内径を変えることで流入量を制御することもできる。これにより、上述で説明した燃焼用空気導入管１５と温度制御用空気導入管１６と同様の効果を得ることができる。そして、部品点数の削減が可能となり、装置の小型化を実現できる。

この燃焼室１の上部は、集塵部２と配管等で接続されている。この配管を通じて、燃焼室１で発生した燃焼ガスが集塵部２に流入する。

集塵部２は、配管により燃焼室１と接続されているとともに、集塵部２の上部で配管等により熱交換部３とも接続されている。この集塵部２では、燃焼室１で燃料の燃焼によって発生した燃焼ガスとともに発生する灰を取り除くことができる。この集塵部２は特に限定するものではないが、例えばサイクロン等の集塵機を適用することができる。

この集塵部２は、燃焼室１と同様に、所定の厚みの壁面を有し、その壁面の外面全面を水槽５内の水に接触するように水槽５に浸漬されている。したがって、この集塵部２では、流入する燃焼ガスから灰を取り除くことができるとともに、水槽５内の水と熱交換を行うことができる。

この集塵部２の底部には、灰出し部２０が備えら得ており、集塵部２で集めた灰を装置外部に排出することができる。この灰出し部２０は、水槽５の外部に備えられている。この集塵部２により、燃焼室１で発生した燃料ガスの中から灰を取り除き、灰出し部２０を介して外部に排出することができる。

熱交換部３は、所定の内径を有する複数の管が水槽５内の水中を有している。そして、この熱交換部３の複数の管のそれぞれの一方端部は集塵部２と接続され、複数の管のそれぞれ他方端部は下記で説明する排煙部４と接続されている。熱交換器３に流入した燃焼ガスは、この複数の管を通過することで、管の周囲の水と熱交換を行うことができる。したがって、管の内径を小さくする、すなわち管を細くすることで、管の側面と水槽５中の水との接触面積が大きくなり、熱交換の効率を向上させることができる。

従来の熱交換器は、このような管にクリンカが付着するという問題点があった。このクリンカが付着することで、熱交換の効率を低下させるだけでなく、管を塞いでしまう可能性もあった。そのため、熱交換器の定期的な清掃が必要となり、清掃のためにある程度の太さを有する管とする必要があった。しかしながら、本件発明の場合、燃焼室１でクリンカの発生を抑制することができるため、その管を清掃する必要が無くなり、管の内径を小さくする、すなわち管を捕捉することができる。これにより、熱交換の効率を高くすることができる。さらに、本発明のボイラ装置の小型化が実現できる。

排煙部４は、所定の厚さの壁面を有し、熱交換部３と接続されており、熱交換した燃焼ガスを外部に排出することができる。この排煙部４の壁面の外面の一部も水槽５内の水と接触している。したがって、燃焼ガスと水槽５内の水とで熱交換が可能となる。

この排煙部４には、熱交換の効率を高くするために、外面が水槽５内の水と接触している箇所に対応する内面の箇所に燃焼ガス排出障害部材が備えられている。この燃焼ガス排出障害部材を設けることで、下方から上方に向かって排出される燃焼ガスがこの燃焼ガス排出障害部材に接触することでより乱流となる。

排煙部４に流入する燃焼ガスは、熱交換部３で熱交換されているため、燃焼室１に比べて温度が低下しているものの、まだ熱交換が可能な程度の温度は有している。この排煙部４での熱交換は、外面が水槽５の水に接触している部分で、内部の壁面近傍の燃焼ガスと水槽５内の水との間で熱交換が行われる。すなわち、排煙部４の内部の燃焼ガスは、中心付近よりも壁面に近い外側付近の方が低い温度となる。上述のように、燃焼ガス排出障害部材を設けて、燃焼ガスをより乱流とすることで、排煙部４内の燃焼ガスを攪拌したような状態となり、排煙部４内部で起こりうる中心付近と外側付近との温度差が無くなる。すなわち、常に熱交換できる程度の温度を有する燃焼ガスが排煙部４内部の外側に近傍に送られ、水槽５内の水と熱交換を行うことができる。したがって、排煙部４は、燃焼ガス排出障害部材を設けることで、熱交換の効率を向上させることができる。

排煙部４の内部に設けられる燃焼ガス排出障害部材は、燃焼ガスがより乱流となるようなものであればどのようなものであってもよい。以下にその例を挙げる。

燃焼ガス排出障害部材としては、図６のような排煙部４の内部にらせん状の突起４０であってもよい。この突起４０は、排煙部４の内側壁面から所定の高さを有し、下部から上部に向かってらせん状となるように形成されたものである。このような突起４０を排煙部４の内部に設けることで、下方から上方に向かって排出される燃焼ガスがこの突起４０に接触することでより乱流となる。また、らせん状の突起４０以外にも、排煙部内部を一周するような円形の突起を複数設けても、同様の効果を得ることができる。したがって、熱交換の効率を向上させることができる。

また、燃焼ガス排出障害部材としては、図７のように、複数の穴を有し、所定の厚みを有する円盤状部材４１であってもよい。この円盤状部材４１を複数設けることで、下方から上方に向かって排出される燃焼ガスがこの円盤状部材４１に接触することでより乱流となる。また、排煙部４内の燃焼ガスがより乱流となることで、燃焼ガスが排煙部４を通過する時間が長くなり、より長い時間熱交換を行うことができ、熱交換の効率を向上させることができる。

水槽５は、熱交換部３が浸漬され、内部に熱交換用の媒体として水を有している。そしてこの水槽５には、内部の水と接触するように燃焼室１の外面全面、集塵部２の外面全面、排煙部４の外面一部が浸漬されている。このとき、水槽５は、どのような携帯であってもよい。例えば、燃焼室１、集塵部２、熱交換部３をそれぞれ個別の水の入った部屋に浸漬し、それぞれの部屋を配管等で接続した水槽５としてもよい。また、１つの水槽に燃焼室１、集塵部２、熱交換部３を浸漬し、燃焼室１と集塵部２及び集塵部２と熱交換部３との間に敷居板を供え、各部材の部屋を形成してもよい。排煙部４は、熱交換部３と同じ部屋に、その一部が浸漬されるようになっていてもよい。これにより、各部における熱交換の効率は異なるため、各部を各部屋に分離して浸漬させて加熱された水を順次各部屋に流入させるようにすることで、水槽５内の水がより制御しやすくなる。

以上のように構成される本発明のボイラ装置は以下のように熱交換を行うことができる。まず、燃料投入管１０から燃料が投入され、着火用バーナ１１によって燃焼する。燃料の燃焼によって発生した燃焼ガスは灰を含んだまま壁面に沿って旋回しながら燃焼室１の上方に上昇する。このとき、壁面に沿って旋回することで、燃焼によって発生した熱が壁面側に集まるようになり、水槽５内の水と燃焼ガスとの熱交換がより効率的に行われる。

旋回しながら上昇した燃焼ガスは、配管を通じて燃焼室１から集塵部２に流入する。この集塵部２で燃焼ガスから灰が取り除かれる。このとき、同時に集塵部２の壁面を介して水槽５内の水と熱交換が行われる。

灰が取り除かれた燃焼ガスは、配管を通じて集塵部２から燃焼室１に流入する。この熱交換部３では、熱交換部３の管を燃焼ガスが通過することで、水槽５内の水と効率的に熱交換することができる。

熱交換部３の管を通過した燃焼ガスは、排煙部４を通じて外部に排出される。このとき、燃焼ガスは、水槽５内の水と接触している部分で、排煙部４の壁面を介して熱交換が行われる。

このように、水槽５内の水は、熱交換部３と熱交換するだけでなく、燃焼室１、集塵部２、及び、排煙部４と熱交換することができる。そして、本発明のボイラ装置は、高効率の熱交換によって効率的に得られた熱によって水を効率的に加温又は蒸発させ、発生した温水又は蒸気を種々の仕事に利用することができる。したがって、本発明のボイラ装置は、熱交換器３のみの熱交換に比べてより高い効率の熱交換が実現できる。

従来、ボイラ装置を小型化すると、バイオマスチップ、バイオマスペレット、炭化物、廃油といった燃料によっては熱交換の効率が低下してしまうことがあった。その原因のひとつとして、クリンカの発生が挙げられる。本発明のボイラ装置は、上述のように、クリンカの発生を抑制することができる。

したがって、小型化しても熱交換効率を低下させることがない。それだけではなく、熱交換部３の管を細くすることができことで、より熱交換効率を向上させることができるとともに、更なる小型化も実現できる。したがって、本発明のボイラ装置は、従来燃料によっては難しかった小型化と熱交換効率の向上の両方を実現することができる。また、クリンカを取り除くようなメンテナンスも必要なくなり、ボイラ装置の維持管理も容易となる。

上述においては、熱交換の媒体を水としたが、本発明はこれだけに限られるものではない。そのほかの熱交換媒体を使用することも可能である。

本発明のボイラ装置の構成の一例を示す図である。 本発明のボイラ装置の燃焼室の形状を示す図である。 本発明のボイラ装置の燃焼室に設けられる燃焼用空気導入管の一例を示す図である。 本発明のボイラ装置の燃焼室に設けられる温度制御用空気導入管の一例を示す図である。 本発明のボイラ装置の燃焼室に設けられる空気導入管の一例を示す図である。 本発明のボイラ装置の排煙部の内部形状を示す図である。 本発明のボイラ装置の排煙部の内部形状を示す図である。

符号の説明

１ 燃焼室
２ 集塵部
３ 熱交換部
４ 排煙部
５ 水槽
１０ 燃料投入管
１１ 着火用バーナ
２０ 灰出し部

Claims (7)

1. 燃料の燃焼により発生する熱を使用して水槽内の水を加熱するボイラ装置であって、
   前記燃料が投入され、投入された燃料を燃焼させる燃焼室と、
   前記燃焼室で前記燃料の燃焼により発生する燃焼ガス中の灰を取り除く集塵部と、
   前記燃焼室で前記燃料の燃焼により発生する燃焼ガスと前記水槽内の水とにより熱交換する熱交換部と、
   前記熱交換部で熱交換した前記燃焼ガスを外部に排出する排煙部とを備え、
   前記燃焼室の外面全面、前記集塵部の外面全面、及び、前記排煙部の外面一部は、前記水槽内の水と接触させるように前記水槽に浸漬されていることを特徴とするボイラ装置。
2. 前記熱交換部は、前記集塵部で灰が取り除かれた燃焼ガスと前記水槽内の水とにより熱交換することを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
3. 前記燃焼室は、燃料を燃焼させるための燃焼用空気を外部から導入する燃焼用空気導入管と、前記燃焼室の温度を制御するための温度制御用空気を外部から導入する温度制御用空気導入管とを備えることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
4. 前記燃焼用空気導入管、及び／又は、前記温度制御用空気導入管は、前記燃焼室上部から、前記燃焼室底部に向かうように垂直方向に形成される導入管縦管と、前記導入管縦管と接続され、前記導入管縦管の垂直方向に延びるように形成されている導入管横管とにより構成され、
   前記導入管横管側面に開口を有することを特徴とする請求項３記載のボイラ装置。
5. 前記燃焼室内部には、当該燃焼室で発生した前記燃焼ガスの熱を蓄熱する蓄熱部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
6. 前記燃焼室には、前記燃料を投入する投入管が備えられており、
   前記投入管の出口近傍に、前記燃焼室で燃焼した燃料の炎又は発生した前記燃焼ガスが前記投入管への流入するのを防ぐ防炎部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。
7. 前記排煙部内部には、前記熱交換部で熱交換した燃焼ガスが乱流となって外部に排出されるように、燃焼ガス排出障害部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載のボイラ装置。