JP2014142178A

JP2014142178A - 燃焼装置及び燃焼方法

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Publication number: JP2014142178A
Application number: JP2014076076A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yoshida; 稔夫吉田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】簡単な構造で高温燃焼に有利な燃焼装置を提供する。
【解決手段】板状部材１１を階段状に配置して傾斜部を形成したロストル１０と、燃料供給筒２内の空間と燃焼筒３内の空間とをつなぐ流通口とを備え、流通口は、開口間に遮蔽部を介在させて開口が断続的に配置された断続的開口部を含んでおり、断続的開口部及びロストル１０は、断続的開口部とロストル１０の傾斜部との間に、固体燃料２０が充填されるように配置されており、燃焼筒２内の燃焼火炎の上昇により、吸引口３０から空気が吸引され、吸引された空気３０は、通風空間１４を通過してロストル１０で加熱され、固体燃料２０に加熱された空気が供給されて、固体燃料２０から水分が蒸発し、蒸発した水分は、断続的開口部を通過し、燃焼筒３を上昇する固体燃料２０の燃焼火炎に吹き付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、草木の破砕物等の固体燃料を燃焼させる焼装置及び燃焼方法に関する。

固体燃料の燃焼装置として、上方の開口から固体燃料を投入し、順次自然落下してくる燃料を燃焼させるものがある（例えば下記特許文献１、２）。これらの装置においては、固体燃料を受ける傾斜部を備えており、この傾斜部に沿って燃料が下側に向かって落下して行くことになる。落下した固体燃料は、着火されると燃焼し燃焼室内を燃焼ガスが上昇することになる。

燃焼ガスの上昇により装置内に外気が吸引され、外気が連続的に固体燃料に供給され、固体燃料の燃焼が持続することになる。このため、これらの装置においては送風機や他の燃料を用いることなく燃焼の持続が可能になる。

特開２００９−４７３５０号公報特開２００９−２４９００号公報

しかしながら、前記のような従来の燃焼装置では、外気が連続的に固体燃料に供給され固体燃料の燃焼が持続することになるが、送風機や助燃バーナを追加することなく、一層の高温燃焼を図るには限界があった。

本発明は，前記のような従来の問題を解決するものであり、簡単な構造で高温燃焼に有利な燃焼装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の燃焼装置は、固体燃料が落下する燃料供給筒と、前記固体燃料の燃焼火炎が上昇する燃焼筒とを含む燃焼装置であって、板状部材を階段状に配置して傾斜部を形成したロストルと、前記板状部材間に隙間をあけて形成した通風空間と、前記固体燃料に供給する外気が吸引される吸引口と、前記燃料供給筒内の空間と前記燃焼筒内の空間とをつなぐ流通口とを備え、前記流通口は、開口間に遮蔽部を介在させて前記開口が断続的に配置された断続的開口部を含んでおり、前記遮蔽部は可動部材であり、前記遮蔽部の可動により前記可動部材の下端位置を調節可能であり、前記下端位置を新たな位置に固定して前記流通口における開口面積を調節可能であり、前記断続的開口部及び前記ロストルは、前記断続的開口部と前記ロストルの前記傾斜部との間に、前記固体燃料が充填されるように配置されており、前記燃焼筒内の前記燃焼火炎の上昇により、前記吸引口から空気が吸引され、前記吸引された空気は、前記通風空間を通過して前記ロストルで加熱され、前記固体燃料に前記加熱された空気が供給されて、前記固体燃料から水分が蒸発し、前記蒸発した水分は、前記断続的開口部を通過し、前記燃焼筒を上昇する前記固体燃料の燃焼火炎に吹き付けられることを特徴とする。

この構成によれば、ロストル上の固体燃料に、ロストルの通風空間を経てロストルで加熱された空気が供給され、ロストル上の固体燃料は加熱され乾燥が進むことになる。一方、断続的開口部は遮蔽部を含んでいるので、固体燃料の燃焼筒側への移動が制限される。このため、断続的開口部とロストルの傾斜部との間に固体燃料が充填された状態では、ロストル上の固体燃料の移動が緩やかになる。このことは、固体燃料の乾燥に有利になり、固体燃料の着火に有利になる。

また、断続的開口部においては、開口部分を空気及び水分が通過することは可能である。したがって、固体燃料の乾燥により生じた水分は、固体燃料に供給された空気の流れに乗って、断続的開口部の開口を通過して、燃焼筒内に吹き出されることになる。この燃焼筒内に吹き出された水分は、固体燃料の燃焼火炎に吹き付けられる。このことにより、燃焼火炎に残留した炭素と水分とで水性ガス反応が起こり、一酸化炭素と水素との混合ガスが生成されることになる。この混合ガスは燃焼火炎により燃焼するので、完全燃焼が促進されることになり、送風機や助燃バーナを追加することなく簡単な構造で、高温燃焼に有利になる。さらに、すすの発生を抑えることができ、燃焼筒内におけるすすの付着を抑えることができる。例えば、燃焼筒内に被加熱流体を通過させる中空パイプを設けた場合、中空パイプへのすすの付着による熱伝達の低下が抑えられ加熱能力の低下を防止することができる。

また、前記遮蔽部は可動部材であり、前記遮蔽部の可動により前記可動部材の下端位置を調節可能であり、前記下端位置を新たな位置に固定して前記遮蔽部の可動により前記流通口における開口面積を調節可能であるので、ロストル上の固体燃料の燃焼筒内への移動の程度を調節することができる。例えば、投入する固体燃料の一粒単位の大きさが大きくなるほど、流通口下部の開口面積を大きくして、燃焼中の固体燃料が燃焼筒内へ移動し易くなるようにすればよい。

前記燃焼装置においては、前記流通口は、上下方向において前記開口又は前記遮蔽部の大きさを変化させて、前記流通口の上部よりも下部の方が前記固体燃料を通過し易くしていることが好ましい。この構成によれば、固体燃料の燃焼火炎に、燃料供給筒側で固体燃料から蒸発した水分が吹き付けられ易くなる。

前記ロストルの前記板状部材は、前記傾斜部側の端部に、切り込みを形成した板状部材を含んでおり、前記切り込みにおいて前記通風空間を通過した空気の一部が上昇するようにしていることが好ましい。この構成によれば、固体燃料には通風空間を経て加熱された空気が行き亘り易くなり、固体燃料の乾燥度合いが一層高まり、固体燃料の着火も一層容易になる。

前記燃料供給筒の開口面積は、前記ロストル側に向かうにつれて広がっていることが好ましい。この構成によれば、燃料供給筒内における固体燃料は落下し易くなり、ロストル上の固体燃料がロストル下部へ移動した場合、この移動に直ぐ追従して燃料供給筒内の固体燃料が落下することになる。したがって、燃料供給筒内に固体燃料が充填されている限り、ロストル上は固体燃料で満たされた状態を維持することが可能になる。

前記燃焼筒に、上下の仕切り板で仕切られた空間を形成し、前記空間に中空パイプを立設させており、前記中空パイプ内を、前記燃焼火炎又は前記燃焼火炎から生じた燃焼ガスが上昇して通過し、前記空間に流入した流体が、前記空間で加熱されて前記空間から流出することが好ましい。この構成によれば、空間内を通過させた流体を加熱して取り出すことができる。例えば、空間内に水を通過させて温水を取り出したり、空間内に空気を通過させて温風を取り出したりすることができる。

前記燃焼筒内に、中空パイプが配置されており、前記中空パイプ内を通過する流体が、前記燃焼筒を上昇する前記燃焼火炎又は前記燃焼火炎から生じた燃焼ガスにより加熱されることが好ましい。この構成によれば、中空パイプ内を通過させた流体を加熱して取り出すことができる。したがって、この構成によっても、中空パイプ内に水や空気を通過させることにより、温水や温風を取り出すことができる。

前記燃料供給筒に前記固体燃料を供給する燃料供給装置をさらに備えていることが好ましい。この構成によれば、燃料供給筒に固体燃料を連続的に供給できるので、燃料補給の回数を減らすことが可能になる。

次に、本発明の燃焼方法は、固体燃料が落下する燃料供給筒と、前記固体燃料の燃焼火炎が上昇する燃焼筒とを含む燃焼装置の燃焼方法であって、前記燃焼装置は、板状部材を階段状に配置して傾斜部を形成したロストルと、前記板状部材間に隙間をあけて形成した通風空間と、前記固体燃料に供給する外気が吸引される吸引口と、前記燃料供給筒内の空間と前記燃焼筒内の空間とをつなぐ流通口とを備えており、前記流通口は、開口間に遮蔽部を介在させて前記開口が断続的に配置された断続的開口部を含んでおり、前記遮蔽部は可動部材であり、前記遮蔽部の可動により前記可動部材の下端位置を調節可能であり、前記下端位置を新たな位置に固定して前記流通口における開口面積を調節可能であり、前記燃焼筒内の前記燃焼火炎の上昇により、前記吸引口から空気を吸引し、前記吸引された空気を、前記通風空間を通過させて前記ロストルで加熱し、前記固体燃料に前記加熱された空気を供給し、前記固体燃料から水分を蒸発させ、前記蒸発した水分を、前記流通口を通過させ、前記燃焼筒を上昇する前記固体燃料の燃焼火炎に吹き付けることを特徴とする。

この構成によれば、ロストル上の固体燃料に、ロストルの通風空間を経てロストルで加熱された空気が供給され、ロストル上の固体燃料は加熱され乾燥が進むことになる。固体燃料の乾燥により生じた水分を、流通口を通過させて、固体燃料の燃焼火炎に吹き付けることにより、燃焼火炎に残留した炭素と水分とで水性ガス反応が起こり、一酸化炭素と水素との混合ガスが生成されることになる。この混合ガスは燃焼火炎により燃焼するので、完全燃焼が促進されることになり、高温燃焼に有利になる。

本発明によれば、断続的開口部を備えたことにより、固体燃料の燃焼筒側への移動が制限され、ロストル上の固体燃料の移動が緩やかになり、固体燃料の乾燥に有利になり、固体燃料が着火し易くなる。さらに、固体燃料の乾燥により生じた水分が、断続的開口部の開口を通過して、固体燃料の燃焼火炎に吹き付けられることにより、水性ガス反応が起こり、完全燃焼が促進されることになり、送風機や助燃バーナを追加することなく簡単な構造で、高温燃焼に有利になる。

流通口は、上部よりも下部の方が固体燃料を通過し易くすることにより、固体燃料の燃焼火炎に、固体燃料から蒸発した水分が吹き付けられ易くなる。ロストルの板状部材に、切り込みを形成した板状部材を含ませることにより、固体燃料の乾燥度合いが一層高まり、固体燃料の着火も一層容易になる。

燃料供給筒の開口面積を、ロストル側に向かうにつれて広がっているようにすることにより、燃料供給筒内に固体燃料が充填されている限り、ロストル上は固体燃料で満たされた状態を維持することが可能になる。燃焼筒内の空間や中空パイプを介して、燃焼筒内を水や空気を通過させることにより、温水や温風を取り出すことができる。燃料供給筒に固体燃料を供給する燃料供給装置を備えることにより、燃料補給の回数を減らすことが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る燃焼装置１の概略断面図。図１に示した燃焼装置１の正面図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置１におけるロストル１０の拡大斜視図であり、（ａ）図は正面側を示す斜視図、（ｂ）図は背面側を示す斜視図。図１に図示した高さＨの範囲を矢印Ａ方向から見た図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置１における遮蔽部材４０の正面図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置１において、固体燃料２０の投入開始状態を示す概略断面図。図１のロストル１０近傍の拡大図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置１における灰出しロストル５０の平面図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置を温水又は温風発生機として使用した例を示す概略図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置を温風発生機として使用した例を示す概略図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置を温水発生機として使用した例を示す概略図。本発明の一実施の形態に係る燃焼装置において、固体燃料を連続供給する一例を示す概略図。本発明の実施例に係る燃焼装置の外観図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。最初に図１、２を参照しながら、燃焼装置１について概略的に説明する。図１は、本実施の形態に係る燃焼装置１の概略断面図を示している。図２は、図１に示した燃焼装置１の正面図を示している。図２においては、ロストル１０の配置位置を示すために、図１の蓋３２の図示は省略している。

図１、２において、燃焼装置１は、燃料供給筒２と燃焼筒３とが一体になった本体部が支持脚４により支持されている。燃焼筒３には、煙突６が接続されている。燃料供給筒２には、投入口５から固体燃料２０を投入可能である。投入口５から投入した固体燃料２０は、重力落下し燃料供給筒２の下部に設けたロストル１０上に堆積することになる。図１は、燃料供給筒２内が固体燃料２０で満杯になっている状態を示している。

固体燃料２０の種類は特に限定されないが、詳細は後に示すように本実施の形態においては、水分を含んだ固体燃料２０を用いても高温燃焼に有利になる。水分を含んだ固体燃料として、草木の破砕物が挙げられる。破砕対象の草木としては、例えば伐採した木、倒木、落ち葉等の山林物、各種の竹、笹類等の竹林物、麦わら、農作物の茎や軸木等の農業廃棄物が挙げられる。また、破砕対象はこれらに限るものではなく、公園、河川敷等における剪定物、木工事業所の廃棄物、家屋解体物等であってもよい。

図１に示したように、ロストル１０は、板状部材１１が階段状に配置されている。詳細は後に説明するが、固体燃料２０は、ロストル１０の下部で燃焼する。このことにより、燃焼筒３内において燃焼火炎８が発生し、燃焼ガスによる矢印ａ方向の上昇気流が生じることになる。この上昇気流は煙突６内を経て外部に排気されることになる。

蓋３２の下部には、外気を取り入れる流入口３０を形成している。燃焼筒３内の上昇気流の発生により、流入口３０を経て、燃焼装置１内に外部の空気が吸引される（矢印ｂ方向）ことになる。この吸引された空気は、ロストル１０の通風空間１４を通過し（矢印ｃ方向）、固体燃料２０に供給されることになる。

以上のように、燃焼装置１内においては、ロストル１０の下部まで落下した固体燃料２０は、流入口３０を経た空気が供給されつつ燃焼し、燃焼筒３内に燃焼火炎８が発生し燃焼ガスが煙突６を経て排気されることになる。このことにより、燃焼筒３内は高温になり、後に図９〜１１を用いて説明するように、外部から燃焼筒３内を通過させた空気や水を、それぞれ温風にしたり温水にしたりすることが可能になる。

図３は、ロストル１０の拡大斜視図であり、図３（ａ）は固体燃料２０が堆積する正面側、図３（ｂ）は外気が流入する背面側を示している。ロストル１０は、複数の板状部材１１を階段状に配置しており、下側の板状部材１１の先端部は上側の板状部材１１の先端部から突出した位置にある。このことにより、ロストル１０の正面側には傾斜部１２を形成している。図１では、この傾斜部１２上に固体燃料２０が堆積している。

複数の板状部材１１は、左右一対のプレート１３に挟まれて固定されている。板状部材１１及びプレート１３の材料は例えば鉄である。上下に隣接する板状部材１１の間には、隙間をあけて通風空間１４を形成している。通風空間１４が形成されていることにより、ロストル１０を通過する空気の流通が可能である。固体燃料２０の燃焼とともにロストル１０は加熱され、通風空間１４を通過する空気は、ロストル１０により加熱されることになる。

各板状部材１１の先端部には、切り込み１５が形成されており、通風空間１４を通過した空気の一部は、切り込み１５を通過することができる。このことにより、通風空間１４を通過し加熱された空気の上昇が促進されることになる。ロストル１０を通過する空気の流れの詳細については、後に図７を参照しながら説明する。

図３のロストル１０は一例であり、板状部材１１の個数、各板状部材１１における切り込み１５の個数、配置は適宜決定すればよい。例えば、図３の例では、各板状部材１１における切り込み１５は同一配列であるが、板状部材１１毎に配列を変えてもよい。また、切り込み１５の無い板状部材１１を含んでいてもよく、板状部材１１のいずれにも切り込み１５の無い仕様であってもよい。

図１において、燃料供給筒２内の空間と燃焼筒３内の空間とは、燃焼筒３の下部の高さＨの範囲内に形成された流通口を介してつながっている。この流通口について、図４、５を参照しながら説明する。図４は、図１に図示した高さＨの範囲を矢印Ａ方向から見た図である。図４において、高さＨの範囲は遮蔽部材４０が配置されている。高さＨの範囲は、遮蔽部材４０の無い状態では、高さＨの範囲全体に形成された開口部である。この開口部が流通口７を残して遮蔽部材４０で塞がれている。

図５は、遮蔽部材４０の正面図を示している。図５に示したように、遮蔽部材４０は、櫛歯部４１に調節棒４４が一体になったものである。櫛歯部４１は、櫛歯４２と隙間４３とが交互に配置されている。遮蔽部材４０の材料は例えば鉄である。図５の図示では調節棒４４の全体は図示されていないが、調節棒４４は、図１に示したように、燃料供給筒２の上端にまで延出している。調節棒４４の先端部分には、調節ねじ４５が取り付けられており、調節ねじ４５を回転させて調節ねじ４５の出代を調節することにより、遮蔽部材４０の下端位置を調節可能である。

図４では、高さｈの位置に遮蔽部材４０の下端が配置されている。このことにより、高さｈの範囲に流通口７の一部である流通７ｂを形成している。高さｈより上側の部分においては、遮蔽部材４０の櫛歯部４１が配置されている。櫛歯部４１には、図５に示したように隙間４３が形成されており、図４において隙間４３に対応した位置に、流通口７の一部である流通口７ａを形成している。すなわち、遮蔽部材４０の櫛歯部４１の配置部分においては、開口である流通口７ａと遮蔽部である櫛歯４２とが交互に配置された断続的開口部７ｃを形成している。

燃料供給筒２内の固体燃料２０は、流通口７を経て燃焼筒３内に移動することができる。この場合、固体燃料２０は主に櫛歯４２により遮蔽されていない流通口７ｂを経て、燃焼筒３内に移動することになる。断続的開口部７ｃにおいては、櫛歯４２による遮蔽により固体燃料２０の通過は制限されることになる。

一方、断続的開口部７ｃにおいては、断続的に配置された流通口７ａを経て、流入口３０（図１）から吸引された空気や、固体燃料２０から蒸発した水分の通過は可能になる。このことの詳細については、後に図１を参照しながら説明する。

以下、燃焼手順を説明しながら、燃焼装置１についてさらに具体的に説明する。図６は、固体燃料２０の投入開始状態を示す概略断面図である。ロストル１０上には、あらかじめ、着火対象物である細割り木２１が投入されている。また、図６の図示では、燃焼材２２が落下中である。燃焼材２２は、例えば灯油を滲ませた布の小片を燃焼させたものである。

燃焼材２２が落下すると細割り木２１に着火し、ロストル１０上の細割り木２１が燃え始めることになる。この状態で固体燃料２０が投入されると、ロストル１０上の燃焼中の細割り木２１に固体燃料２０が堆積し、固体燃料２０が燃焼することになる。

燃焼した細割り木２１は灰になり、この灰は灰出しロストル５０を経て、灰溜り３１に落下する。灰出しロストル５０の詳細については、後に図８を参照しながら説明する。細割り木２１が燃焼し切っても、燃焼中の固体燃料２０に、順次落下してくる固体燃料２０が供給され、固体燃料２０の燃焼が持続することになる。図１の状態では、図６の細割り木２１は燃焼し切っており、燃焼中の固体燃料２０に、落下した固体燃料２０が供給されることになる。

図７は、図１のロストル１０近傍の拡大図を示している。図７において、ロストル１０上の固体燃料２０は、傾斜部１２に沿って下方に移動（矢印ｅ方向）する。板状部材１１間に形成された通風空間１４には、流入口３０（図１）から取り込まれた外部の空気が通過する（矢印ｃ方向）ことになる。

ここで、ロストル１０の下部において、固体燃料２０が燃焼し続けると、ロストル１０の下部が加熱される。一方、ロストル１０の各板状部材１１は、左右一対のプレート１３に挟まれて固定されている。このため、ロストル１０の下部が加熱されると、プレート１３を介してロストル１０の下部の熱がロストル１０の全体に伝達され、ロストル１０の全体が高温に加熱されることになる。

したがって、通風空間１４を通過する空気は加熱され、この加熱された空気が固体燃料２０に供給され、固体燃料２０の乾燥度合いが高まることになる。このことにより、固体燃料２０は燃焼が促進されることになる。

図３及び図７に示したように、各板状部材１１の先端部には、切り込み１５が形成されている。このことにより、図７の矢印ｄで示したように、通風空間１４を流通する空気の一部は、切り込み１５を通過して上昇することになる。この場合、ロストル１０上の固体燃料２０には、矢印ｃ方向及び矢印ｄ方向の両方向から、空気が供給されることになる。したがって、固体燃料２０には通風空間１４を経て加熱された空気が行き亘り易くなり、固体燃料２０の乾燥度合いが一層高まり、固体燃料２０の燃焼も一層促進されることになる。

図１において燃焼した固体燃料２０は、燃焼筒３側に移動するとともに、固体燃料２０の灰２３が灰出しロストル５０を経て、灰溜り３１に落下する。図８は、灰出しロストル５０の平面図を示している。灰出しロストル５０は環状部材５１の内側に格子５２を設けている。隣接する格子５２間には隙間５３が形成されている。隙間５３を経て、固体燃料２０の灰２３が灰出しロストル５０を経て、灰溜り３１に落下する。

次に、燃料供給筒２側から燃焼筒３側への固体燃料２０の移動について説明する。前記の通り、図１の高さＨの範囲には、図４に示したように流通口７ａが断続的に配置された断続的開口部７ｃを形成している。断続的開口部７ｃを形成しているのは、固体燃料２０の通過を制限しつつ、流入口３０（図１）から吸引された空気や、固体燃料２０から蒸発した水分を通過させるためである。同様の効果は、狭めた開口を一つ配置した場合でも得られるが、断続的開口部７ｃは流通口７ａを交互に配置しているので、広い範囲に亘り、固体燃料２０の通過を制限しつつ、空気や水分を通過させることができる。

流通口７ａの幅Ｗは、固体燃料２０の種類に応じて適宜決定すればよい。例えば、固体燃料２０として、２〜１０ｍｍ程度の粒径の草木等の破砕物が混在しているものを用いる場合は、流通口７ａの幅Ｗを６〜８ｍｍとすることにより、流通口７ａにおける固体燃料２０の通過量を少量に制限することができる。

一方、流通口７ｂは、断続的開口部７ｃの下部に形成されており、遮蔽部は形成されていない。このため、流通口７ｂにおいては、固体燃料２０は燃焼筒３内に移動し易くなる。したがって、固体燃料２０は断続的開口部７ｃにおいては移動が抑えられつつ、主に流通口７ｂを経て燃焼筒３内に移動することになる。このことにより、ロストル１０上の固体燃料２０の移動が緩やかになり、固体燃料２０はロストル１０の下部に除々に落下して行く。ロストル１０の下部に至った固体燃料２０は燃焼中の固体燃料２０に供給されて燃焼し、主に流通口７ｂを経て燃焼筒３側に移動していくことになる。

前記のように、ロストル１０上の固体燃料２０の移動が緩やかになることにより、固体燃料２０のロストル１０上の滞留時間も長くなる。このため、図７において、ロストル１０上の固体燃料２０は、通風空間１４を通過して加熱され矢印ｃ、ｄ方向に流れる空気が吹き付けられる時間も長くなる。このことは、固体燃料２０の乾燥に有利になり、固体燃料２０がロストル１０の下部に至った際に着火し易くなる。

一方、図４の高さＨの範囲に、遮蔽部材４０を設けていない場合は、遮蔽部材４０による固体燃料２０の移動の制限が解かれることになる。この構成では、一度に大量の固体燃料２０が燃焼筒３の下部に移動することになる。この固体燃料２０の燃焼が進むと、燃焼中の固体燃料２０に再び大量の固体燃料２０が堆積することになる。

このことにより、燃焼火炎の火力が一旦弱まり燃焼筒３内の温度も低下することになる。また、大量の固体燃料２０が一度に落下することにより、十分に乾燥していない固体燃料２０も落下することになる。このことも、火力低下の一因となる。したがって、遮蔽部材４０を設けていない構成では、周期的に燃焼筒３内の温度が低下し、安定した高温燃焼の実現には不利になる。

次に、図１に示したように、本実施の形態においては、燃料供給筒２の開口面積は、ロストル側１０に向かうにつれて広がっている。この構成では、燃料供給筒２内における固体燃料２０は落下し易くなる。このため、ロストル１０上の固体燃料２０がロストル１０下部へ移動した場合、この移動に直ぐ追従して燃料供給筒２内の固体燃料２０が落下することになる。したがって、燃料供給筒２内に固体燃料２０が充填されている限り、ロストル１０上は固体燃料２０で満たされた状態を維持することが可能になる。

ここで、前記のように断続的開口部７ｃにおいては、固体燃料２０の通過量は制限されるが、流通口７ａを空気及び水分が通過することは可能である。したがって、図１において吸引口３０から吸引された空気は、矢印ｃ方向にロストル１０の通風空間１４内を流動し、図４の流通口７ａを経て、燃焼筒３内に吸引されることになる。

この吸引空気は、前記の通りロストル１０の通風空間１４内を通過する際に加熱される。この加熱空気が固体燃料２０に供給されると、水分を含んだ固体燃料２０が加熱され、固体燃料２０から蒸発した水分が発生することになる。この水分は、吸引空気の流れに乗って移動し、図４の流通口７ａを経て、図１の矢印eで示したように、燃焼筒３内に水分が吹き出されることになる。

一方、開口７の下部からは燃焼した固体燃料２０が燃焼筒３内に移動し、燃焼火炎が燃焼筒３内を上昇する。この燃焼火炎に、燃焼筒３内に吹き出された水分が吹き付けられることになる。

炭素を高温で水蒸気と反応させることにより、一酸化炭素と水素との混合ガスが生成される水性ガス反応が知られている。この反応により燃焼火炎中の炭素が可燃性ガスに変化し、この可燃性ガスがさらに燃焼し完全燃焼が促進され、高温燃焼に有利になる。後に図１３を用いて説明する実施例においては、助燃バーナーや送風機を用いることなく、燃焼火炎部において少なくとも９１０℃までの温度上昇が確認できた。

また、完全燃焼により、すすの発生を抑えることができる。後に図９〜１１を用いて説明するように、本実施の形態においては、燃焼筒２内に中空パイプを設けることにより、中空パイプを通過する被加熱流体を加熱することができる。すすの発生が抑えられることにより、中空パイプへのすすの付着が抑えられることになる。このことにより、中空パイプへの熱伝達の低下が抑えられ加熱能力の低下を防止することができる。

また、固体燃料２０から蒸発した水分は、前記の通り燃焼筒３内に向かうので、これらの水分が固体燃料２０の堆積部分に留まることが防止される。このことも、固体燃料２０の乾燥促進に有利になる。

以下、図９〜１１を参照しながら、燃焼装置１の使用例について説明する。図９は、燃焼装置１を温水又は温風発生機として使用した使用例を示す概略図である。燃焼筒３内には、上下の仕切り板６０で仕切られた空間６１を形成している。空間６１内には、複数の中空パイプ６２を立設させている。中空パイプ６２内は、燃焼筒３内の下部における燃焼火炎及び燃焼ガスが通過し、煙突６を経て排気されることになる。空間６１には送入口６３を介して流体を送入可能であり、送出口６４を介して空間６１内の流体を送出可能である。

前記のように中空パイプ６２内を燃焼火炎及び燃焼ガスが通過すると、中空パイプ６２は高温になり、中空パイプ６２に接触した流体は加熱されることになる。このため、送水ポンプを用い、送入口６３を介して水を空間６１内に送出した場合は、水が中空パイプ６２に接触し、送出口６４からは温水が取り出されることになる。同様に送風機を用い、送入口６３を介して空気を空間６１内に送出した場合は、送出口６４からは温風が取り出されることになる。

図１０は、燃焼装置１を温風発生機として使用した使用例を示す概略図である。燃焼筒３を径方向に横断するように複数の中空パイプ６５を装着している。中空パイプ６５は燃焼筒３内を上昇する燃焼火炎及び燃焼ガスにより加熱されることになる。燃焼筒３の外周面には送風筒６６及び送出筒６７が取り付けられている。送風筒６６内には送風機６８のファン６９が配置されている。ファン６９の回転により、外気が加熱された中空パイプ６５内を通過し加熱され、送出筒６７から温風が送出されることになる。

図１１は、燃焼装置１を温水発生機として使用した使用例を示す概略図である。燃焼筒３内に、中空パイプで形成したコイル管７０を配置している。コイル管７０は燃焼筒３内を上昇する燃焼火炎及び燃焼ガスにより加熱されることになる。コイル管７０の入口７１から水を送入すると、この水はコイル管７０内を循環し、コイル管７０の出口７２からは温水が流出することになる。

図１０、１１では、燃焼筒３内に中空パイプを設置するために、燃焼筒３は上部と下部とに２分割されている。上部と下部とにはそれぞれフランジ３５を形成しており、一対のフランジ３５をボルト３６で締め付けて、上部と下部とを固定している。図９の構成においても、同様に燃焼筒３を２分割してフランジ部で固定するようにしてもよい。

図１２は、固体燃料を連続供給する一例を示す概略図である。本図の例では、燃焼装置１の燃料供給筒２に、固体燃料２０を供給する燃料供給装置８０をさらに備えている。燃料供給筒２にスクリューフィーダ７５の先端が対向している。スクリューフィーダ７５の下部は、燃料供給容器７７の下端部が対向している。燃料供給容器７７内の固体燃料２０は、減速モータ７９で駆動された送りスクリュー７８の回転により下方に送られ、スクリューフィーダ７５上に供給される。この固体燃料２０は、スクリューフィーダ７５内を燃料供給筒２側に向かって上昇する。上昇した固体燃料２０は、スクリューフィーダ７５の先端部から、燃料供給筒２内に投入されることになる。

この構成では、燃料供給容器７７に大量の固体燃料２０を充填でき、燃料供給筒２に固体燃料２０を連続的に供給できる。このため、長時間に亘り燃料供給筒２に固体燃料２０が充填された状態を維持することができ、燃料補給の回数を減らすことが可能になる。

図１３は、本発明の実施例に係る燃焼装置の外観図である。実施例として、接地面から燃焼筒３の上端までの高さＡを７００ｍｍ、燃焼筒３と蓋３２の端部同士の幅Ｂを６００ｍｍ、燃焼筒３の外径Ｃを３００ｍｍ、煙突６の外径Ｄを１２０ｍｍ、燃料供給筒２の高さＥを４５０ｍｍ、燃料供給筒２の側面の最大幅Ｆを１５０ｍｍとしたものを製作した。

内部構造は、図１に示した構造とし、燃料供給筒２及び燃焼筒３は鉄板で形成し、ロストル１０（図３）及び遮蔽部材４０（図４）の材料は鉄とした。図４において、高さｈは５０ｍｍ、高さＨは１４５ｍｍ、開口７の全幅は１４５ｍｍ、流通口７ａの幅Ｗは６．８ｍｍとした。また、遮蔽部４２は丸棒とし、直径１０ｍｍとした。

実施例において竹を破砕した固体燃焼（粒径２〜１０ｍｍ程度）を投入し燃焼させ、図１の測定点Ｐにおいて温度測定した。測定点Ｐは、縦方向の位置は高さＨの半分の位置であり、横方向の位置は燃焼筒３の直径の半分の位置である。測定点Ｐの温度は、初期着火から５分後において７００℃、３０分後において８８７℃、３３分後において９１０℃であった。その後も温度は上昇し続けたが、燃焼筒３の破断を防ぐため４０分程度で運転を中止した。このため、燃焼筒３内で安定する最高温度は９１０℃より高い温度になると考えられる。また、測定点Ｐ以外に、さらに温度の高い位置がある可能性もある。したがって、本実施例では、９１０℃の高温燃焼が確認できたが、９１０℃を超える高温燃焼も可能であるといえる。

また、図７の測定点Ｐ１及びＰ２において、通風空間１４の温度を測定した。測定点Ｐ１及びＰ２は、板状部材１１の後端から２ｃｍの位置における通風空間１４の高さの半分の位置である。温度測定は、初期着火から３５〜４０分の間とした。測定点Ｐ１においては６００〜６２０℃であり、測定点Ｐ１より上側の測定点Ｐ２において６００〜６７０℃であった。すなわち、測定点Ｐ１より上側にあり、燃焼部分であるロストル１０下部からより離れた測定点Ｐ２においても、測定点Ｐ１と同程度の温度であることが確認できた。

また、実施例では燃焼筒３にはのぞき窓を設けており、燃焼筒３の内部を見たところ、燃焼筒３内に水分が吹き出されていることが確認できた。さらに、燃焼筒３及び煙突６の内部には、すすの付着は見当たらなかった。

ここで、本実施例で用いた固体燃焼は、竹を破砕したに止まり加圧工程は経ていない。この固体燃焼について、加熱乾燥式水分計を用いて水分率を測定したところ２８．７％であった。一方、木を粉状にした後固めて成形した木質ペレットと呼ばれる固体燃料の水分率は５〜１０％程度である。また、木質ペレットを送風機や助燃バーナを用いない鉄板製薪ストーブで燃焼させた場合、燃焼温度は通常５００℃未満である。

本実施例は、送風機や助燃バーナを用いず、かつ水分率の高い固体燃焼を用いながらも、前記の通り９１０℃の高温燃焼が確認されている。さらに、前記の通り、燃焼筒３及び煙突６の内部にすすの付着がなく、燃焼筒３内に水分が吹き出されることも確認できている。すなわち、本実施例においては、前記の水性ガス反応により、完全燃焼が促進され高温燃焼が実現できていると考えられる。

次に、本実施の形態では、図４に示したように、開口７の上側に櫛歯状の断続的開口部７ｃを設け、流通口７の上部よりも下部の方が固体燃料を通過し易くしているが、この効果を他の構成により実現してもよい。

例えば、図４の例では櫛歯部４１により、開口及び遮蔽部を形成しているが、網状部材により、開口及び遮蔽部を形成してもよい。

また、図４の例では通風口７ａは縦長の開口であるが、横長の開口を上下方向に断続的に配置したものであってもよい。

また、図４において通風口７ｂの位置にも遮蔽部材を配置してもよい。例えば、通風口７ｂの位置に、断続的開口部７ｃに比べ櫛歯４２のピッチを大きくした断続的開口部を設け、断続的開口部７ｃに比べ固体燃料が通過し易くした仕様が考えられる。

また、図４の例では、遮蔽部材４０の位置調節により、開口及び遮蔽部の面積を調節可能であるが、開口及び遮蔽部が固定されたものであってもよい。例えば、燃焼筒２の筒体に隙間を断続的に配置した格子形状を設けることにより開口及び遮蔽部を形成してもよい。

また、櫛歯４２の長さを長くした遮蔽部材４０を用いて、遮蔽部材４０の位置調節により、図４の開口７の全体を櫛歯４２で塞ぐことができるようにしてもよい。

１燃焼装置
２燃料供給装置
３燃焼筒
７，７ａ，７ｂ流通口
７ｃ断続的開口部
８燃焼火炎
１０ロストル
１１板状部材
１２傾斜部
１４通風空間
１５切り込み
２０固体燃料
３０吸引口
４０遮蔽部材
４１櫛歯部
４２櫛歯
４３隙間
４４調節棒
６０仕切り板
６１空間
６２，６５中空パイプ
７０コイル管
８０燃料供給装置

Claims

固体燃料が落下する燃料供給筒と、前記固体燃料の燃焼火炎が上昇する燃焼筒とを含む燃焼装置であって、
板状部材を階段状に配置して傾斜部を形成したロストルと、
前記板状部材間に隙間をあけて形成した通風空間と、
前記固体燃料に供給する外気が吸引される吸引口と、
前記燃料供給筒内の空間と前記燃焼筒内の空間とをつなぐ流通口とを備え、
前記流通口は、開口間に遮蔽部を介在させて前記開口が断続的に配置された断続的開口部を含んでおり、
前記遮蔽部は可動部材であり、前記遮蔽部の可動により前記可動部材の下端位置を調節可能であり、前記下端位置を新たな位置に固定して前記流通口における開口面積を調節可能であり、
前記断続的開口部及び前記ロストルは、前記断続的開口部と前記ロストルの前記傾斜部との間に、前記固体燃料が充填されるように配置されており、
前記燃焼筒内の前記燃焼火炎の上昇により、前記吸引口から空気が吸引され、
前記吸引された空気は、前記通風空間を通過して前記ロストルで加熱され、
前記固体燃料に前記加熱された空気が供給されて、前記固体燃料から水分が蒸発し、
前記蒸発した水分は、前記断続的開口部を通過し、前記燃焼筒を上昇する前記固体燃料の燃焼火炎に吹き付けられることを特徴とする燃焼装置。
前記流通口は、上下方向において前記開口又は前記遮蔽部の大きさを変化させて、前記流通口の上部よりも下部の方が前記固体燃料を通過し易くしている請求項１に記載の燃焼装置。
前記燃料供給筒の開口面積は、前記ロストル側に向かうにつれて広がっている請求項１又は２に記載の燃焼装置。
前記燃焼筒に、上下の仕切り板で仕切られた空間を形成し、前記空間に中空パイプを立設させており、前記中空パイプ内を、前記燃焼火炎又は前記燃焼火炎から生じた燃焼ガスが上昇して通過し、前記空間に流入した流体が、前記空間で加熱されて前記空間から流出する請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記燃焼筒内に、中空パイプが配置されており、前記中空パイプ内を通過する流体が、前記燃焼筒を上昇する前記燃焼火炎又は前記燃焼火炎から生じた燃焼ガスにより加熱される請求項１から３のいずれかに記載の燃焼装置。
前記燃料供給筒に前記固体燃料を供給する燃料供給装置をさらに備えている請求項１から５のいずれかに記載の燃焼装置。
固体燃料が落下する燃料供給筒と、前記固体燃料の燃焼火炎が上昇する燃焼筒とを含む燃焼装置の燃焼方法であって、
前記燃焼装置は、
板状部材を階段状に配置して傾斜部を形成したロストルと、
前記板状部材間に隙間をあけて形成した通風空間と、
前記固体燃料に供給する外気が吸引される吸引口と、
前記燃料供給筒内の空間と前記燃焼筒内の空間とをつなぐ流通口とを備えており、
前記流通口は、開口間に遮蔽部を介在させて前記開口が断続的に配置された断続的開口部を含んでおり、
前記遮蔽部は可動部材であり、前記遮蔽部の可動により前記可動部材の下端位置を調節可能であり、前記下端位置を新たな位置に固定して前記流通口における開口面積を調節可能であり、
前記燃焼筒内の前記燃焼火炎の上昇により、前記吸引口から空気を吸引し、
前記吸引された空気を、前記通風空間を通過させて前記ロストルで加熱し、
前記固体燃料に前記加熱された空気を供給し、前記固体燃料から水分を蒸発させ、
前記蒸発した水分を、前記流通口を通過させ、前記燃焼筒を上昇する前記固体燃料の燃焼火炎に吹き付けることを特徴とする燃焼方法。