JP2014152938A

JP2014152938A - 固形燃料用の燃焼装置

Info

Publication number: JP2014152938A
Application number: JP2013019943A
Authority: JP
Inventors: Jiro Sato; 次郎佐藤
Original assignee: ASAHI SETSUBI KK
Current assignee: ASAHI SETSUBI KK
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】固形燃料の不完全燃焼を防止と共に、クリンカーの発生防止を提供する。
【解決手段】固形燃料を燃焼させる燃焼室１と、燃焼室の下方に配置された灰受容室３と、燃焼室と灰受容室とを区画するように配置されたロストル４と、燃焼室と灰受容室とを連通するように設けられた排出口５と、排出口を開閉するように設けられた開閉シャッタ６と、ロストル４上に配置された撹拌体９と、撹拌体に連結され、この撹拌体と一体回転するように軸支された回転軸７と、回転軸に連結され、この回転軸を正逆回転させるように動作する動力部８と備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、固形燃料用の燃焼装置に関する。

固形燃料用の燃焼装置は、燃焼室内に配置されたロストル上に固形燃料を載せて、この固形燃料を燃焼させるものが知られている。

固形燃料は、ペレット、木チップ、薪、木炭等の木質燃料や石炭、コークス等の石化燃料が用いられているが、これらの固形燃料に含まれる不純物が要因となって、この固形燃料の燃焼中に生じる不純物が固まってしまうという現象が起きていた。

このような現象が生じた場合、固形化した不純物（クリンカー）によってロストルに開孔された空気孔が詰まってしまい、燃焼室内に送り込む空気の必要量が確保できなくなり、固形燃料の不完全燃焼が生じるという問題、空気孔に詰まった固形化された灰を空気孔から取り除くことが困難であるという問題がある。

このような問題を解決する燃焼装置として、下記の特許文献１に記載されているように、燃焼中に灰処理用歯車を所定の時間間隔で回転させて、発生する灰を各灰処理板のスリット部から下方に掻き出し、一旦灰処理扉上に灰を溜め、灰の自重で灰処理扉を開いて灰回収容器に回収するものがある。

特開２００４−１９１０１０号公報

しかしながら、この特許文献１の従来技術では、灰処理用歯車の回転により燃焼中において発生する灰を排除することができるが、固形燃料の燃焼中に貯まる灰や不純物が燃焼室の空気孔に詰まるという問題がある上に、この灰や不純物によって灰処理用歯車間のスリットが詰まる問題、この不純物がクリンカーになってしまう問題があり、これらによって、灰処理用歯車による灰や不純物の排除が正常に行われなくなるという問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、燃焼室に空気を供給するための空気孔に対する灰や不純物の詰りを防止できること、燃焼室の灰や不純物の排除を確実にできること、これにより、燃焼室への空気の供給を正常にできると共に、固形燃料の不完全燃焼を防止でき、且つクリンカーの発生を防止できること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による固形燃料用の燃焼装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

固形燃料を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室の下方に配置された灰受容室と、前記燃焼室と前記灰受容室とを区画するように配置されたロストルと、
前記燃焼室と前記灰受容室とを連通するように設けられた排出口と、前記排出口を開閉するように設けられた開閉シャッタと、前記ロストル上に配置された撹拌体と、前記撹拌体に連結され、該撹拌体と一体回転するように軸支された回転軸と、前記回転軸に連結され、該回転軸を正逆回転させるように動作する動力部と、を備え、前記排出口は、前記回転軸の一方向の回転時に開放状態とし、前記回転軸の他方向の回転時に、前記開閉シャッタによって閉塞状態にされ、前記撹拌体は、前記回転軸の一方向の回転側の縁端部に、前記回転軸の一方向の回転時に前記ロストル上の物質を前記排出口方向へ移動させると共に、該排出口から排出する排出案内部を有し、前記排出案内部は、前記縁端部の内、前記ロストルの周縁側の端部を、前記回転軸の一方向の回転方向の最も後方側とし、該端部を除く前記縁端部の範囲中のいずれかの位置を、前記回転軸の一方向の回転方向の最も前方側とする最前部とし、前記端部と前記最前部とを凹凸なく連続するように形成されていることを特徴とする固形燃料用の燃焼装置である。

このような特徴を有することで本発明は、以下の効果を奏する。すなわち、固形燃料の燃焼中に生じる灰や不純物を、撹拌体の一方向の回転で燃焼室の側壁に設けられた排出口から排除し、撹拌体の他方向の回転で燃焼中の固形燃料を撹拌するようにしているので、燃焼室に空気を供給するための空気孔に対する灰や不純物の詰りを防止できると共に、燃焼室の灰や不純物の排除を確実にできる。これにより、燃焼室への空気の供給を正常にできると共に、固形燃料の不完全燃焼を防止でき、且つクリンカーの発生を防止できる。

本発明に係る燃焼装置の一実施形態を示す概略断面図である。図１の（２）−（２）線断面図である。図１の（３）−（３）線拡大断面図であり、（ａ）は、排出口が閉じられた状態を示し、（ｂ）は、排出口が開いた状態を示す。図１の要部拡大図であり、（ａ）は、灰の排除状態を示し、（ｂ）は、燃焼中の固形燃料の撹拌状態を示す。

本発明でいう物質は、固形燃料、固形燃料の燃焼により生じる灰及び燃焼不可能な無機物質を含む不純物である。

本発明でいう固形燃料は、木質ペレット、木チップ、薪、木炭等の木質燃料や石炭、コークス等の石化燃料が挙げられる。

本発明でいう燃焼装置は、ボイラーやストーブ等の熱源を発生させるものとして用いられるものが挙げられる。

本発明の前記撹拌体は、前記回転軸の他方向の回転側の縁端部に、前記回転軸の他方向の回転方向の後方側に凹むように形成された撹拌部を有していることが好ましい。

以下、本発明に係る燃焼装置Ａの実施形態の一例を図１〜図４に基づいて説明する。この燃焼装置Ａは、ボイラー１００に用いられるものであり、基本的な構成については、燃焼装置Ａで発生させた熱をボイラー缶体等の熱利用機器１０１に送るようにした周知のものであるので具体的な説明は省略する。尚、以下で説明する実施形態は、本発明を限定するものではない。

燃焼装置Ａは、燃焼室１と、燃焼室１に固形燃料を投入する燃料投入装置２Ａと、燃焼室１に空気を供給する空気供給装置２Ｂと、燃焼室１の下方に配置された灰受容室３と、燃焼室１と灰受容室３とを区画するように配置されたロストル４と、燃焼室１と灰受容室３とを連通するように設けられた排出口５と、排出口５を開閉するように設けられた開閉シャッタ６と、ロストル４の中心を貫通するように設けられた回転軸７と、回転軸７に連結され、回転軸７を正逆回転させるよう動作する動力部８と、燃焼室１側に突出した回転軸７に、回転軸７と一体回転するように支持された撹拌体９とを備えている。

燃焼室１は、上方に燃料投入装置２Ａと連通するように設けられた投入口１０と、下方に空気供給装置２Ｂと連通するように設けられた複数の空気孔１１と、温水加熱部１０１と連通するように設けられた通過口１２と、外部と燃焼室１とを連通する焚口１３と、焚口１３を開閉する開閉扉１４とを備えている。

燃焼室１の下方には、ホッパ形状に形成されたホッパ部１Ａが確保されており、このホッパ部１Ａの側壁１０Ａに空気孔１１と排出口５が設けられている。ホッパ部１Ａの下端には、ホッパ部１Ａと連通し、ロストル４を嵌合支持する筒状部１Ｂが連設されている。筒状部１Ｂの側壁１０Ｂの下端には、ロストル４を載せるように支持する支持突起１５が軸方向に突出するように設けられている。側壁１０Ｂの径は、ロストル４の径よりもわずかに大きいものであり、ロストル４を筒状部１Ｂに対して嵌脱自在、且つロストル４の周側部と側壁１０Ｂとの間の隙間が極めて小さくできる程度である。

このような、燃焼室１は、燃料投入装置２Ａにより送られてくる固形燃料が投入口１０から投入されてロストル４上に落下する。ロストル４上の固形燃料に焚口１３から着火して開閉扉１４を閉じ、空気供給装置２Ｂを作動させて燃焼室１に空気を供給することで、固形燃料を燃焼させ、この燃焼による熱を通過口１２から熱利用機器１０１に送るようになっている。

燃焼室１に投入された固形燃料の着火は、手作業で行ってもよいし、燃焼室に火炎を放射するバーナ（図示せず）を設けて、このバーナによる火炎放射で行ってもよい。

燃料投入装置２Ａは、固形燃料を貯留するホッパ２０Ａと、ホッパ２０Ａの下端に設けられたスクリューコンベア２１Ａを備えており、スクリューコンベア２１Ａの回転によって、ホッパ２０Ａから落下する固形燃料を投入口１０方向に連続して移動させるようになっている。

空気供給装置２Ｂは、空気供給ファン２０Ｂと、空気孔１１を介して燃焼室１に空気を供給する供給管２１Ｂと、灰受容室３とロストル４に設けられた空気孔４０を介して燃焼室１に空気を供給する供給管２２Ｂとを備えており、供給管２１Ｂ、２２Ｂから夫々燃焼室１に空気を供給するようになっている。空気孔１１の周りには、この空気孔１１と供給管２１Ｂとを連通する空気通路１１Ａが設けられており、供給管２１Ｂから供給される空気が空気通路１１Ａを通って空気孔１１から燃焼室１へ送り込まれるようになっている。

供給管２１Ｂ、２２Ｂには、空気の流通量を調整する調整ダンパ２３Ｂが設けられており、この調整ダンパ２３Ｂを調整することによって、供給管２１Ｂ、２２Ｂから送られる空気量を夫々調整できるようになっている。

灰受容室３は、ロストル４の空気孔４０及び排出口５から排出される灰や燃焼不可能な無機物質を含む不純物を受容する空間であり、取出し口３０と、取出し口３０を開閉する開閉扉３１を備えている。

このような灰受容室３は、固形燃料の燃焼中においては、空気を多数の空気孔４０から燃焼室１へ供給する空間となり、灰や不純物の排出中においては、開閉扉３１を閉じることで灰や不純物を受容することができると共に、開閉扉３１を開くことで、取出し口３０から灰や不純物を取り出すことができるようになっている。

灰受容室３には、必要に応じて排出される灰や不純物を受容する受容器（図示せず）を取り出し可能に配置してもよい。

ロストル４は、多数の空気孔４０を備えると共に、中心に回転軸７が回転可能に貫通される円盤状のものである。

空気孔４０は、燃焼室１と灰受容室３を連通するように開孔されており、空気供給装置２Ｂによって灰受容室３から燃焼室１へ送り込まれる空気の勢いで、ロストル４上の固形燃料、灰、不純物を浮上させるように撹拌できるようになっている。

排出口５は、側壁１０Ａ及び側壁１０Ｂから燃焼室１の外部へわたり貫通すると共に、筒状部１Ｂの下端を開放するように形成された溝状のものであり、ホッパ部１Ａ及び筒状部１Ｂと灰受容室３とを連通するようにされている。この排出口５を介して、ロストル４上の灰や不純物を灰受容室３に落下させて燃焼室１から排出できるようにされている。

開閉シャッタ６は、排出口５の溝部５０に対してスライド自在に嵌合されたシャッタ本体６０と、シャッタ本体６０をスライドさせる油圧シリンダ６１とを備えており、油圧シリンダ６１の伸長によって、シャッタ本体６０をロストル４方向へスライドさせて排出口５を閉じ、油圧シリンダ６１の伸縮によって、シャッタ本体６０を燃焼室１の外部方向へスライドさせて排出口５を開くようにされている（図３（ａ）参照）。

シャッタ本体６０は、排出口５を閉じた状態において、ロストル４側の端部が側壁１０Ａ及び側壁１０Ｂと面一となる形状に形成されており、固形燃料の燃焼時に、このロストル４側の端部が側壁１０Ａ及び側壁１０Ｂの一部として機能するようにされている（図３（ｂ）参照）。

油圧シリンダ６１は、チューブ６１Ａが燃焼室１の外壁に固定され、ロッド６１Ｂの先端がャッタ本体６０の燃焼室１の外部側の端部に連結されている。

回転軸７は、鉛直方向に沿う軸を有し、灰受容室３の下方外側に配置された動力部８から灰受容室３を経て燃焼室１にわたって、ロストル４の中心を貫通するように配されている。

動力部８は、回転軸７を回転させるための動力源となる電動モータであり、灰受容室３の下方外側に配置され、回転軸７の下端と連結されている。

撹拌体９は、後端部（回転軸７側）を回転軸７に固定した状態で、この後端部からロストル４の経方向へ向かう先端部（側壁１０Ｂ側）がロストル４の周縁に至る程度の長さにされた板状のものであり、底面がロストル４上にわずかに接触した状態で配置されている。

この撹拌体９は、回転軸７の一方向の回転（図面上、時計方向の回転）に伴って回転して、ロストル４上の灰及び不純物を排出口５に案内し（図４（ｂ）参照）、回転軸７の他方向の回転（図面上、反時計方向の回転）に伴って回転して、ロストル４上の固形燃料、灰、不純物を撹拌する（図４（ａ）参照）ようにされている。

撹拌体９は、回転軸７の時計方向の回転側の縁端部９０に、ロストル４上の灰及び不純物を排出口５に案内する排出案内部９Ａを有しており、一方、回転軸７の反時計方向の回転側の縁端部９１には、ロストル４上の固形燃料、灰、不純物を撹拌する撹拌部９Ｂを有している。

排出案内部９Ａは、縁端部９０における先端部（ロストル４の周縁側の端部）９０Ａから、この先端部９０Ａを除く縁端部９０の範囲中に設定され、回転軸７の時計回転方向の最も前方側に位置する最前部９１Ａにわたって凹凸なく傾斜状に連続する直線９２Ａで形成されており、最前部９１Ａから先端部９０Ａへ向かって、回転軸７の時計回転方向の後方側へ傾斜するようにされている。

一方、撹拌部９Ｂは、縁端部９１を時計回転方向へ凹ませてなるＶ字状を呈する凹状として形成されており、凹状の角部Ｐから縁端部９１における先端部（ロストル４の周縁側の端部）９０Ｂにわたって傾斜状に連続する直線９１Ｂと、角部Ｐから縁端部９１における後端部側（回転軸７側）にわたって傾斜状に連続する直線９２Ｂを有している。

このような撹拌体９が回転軸７の回転に伴ってロストル４上を回転したとき、この撹拌体９の回転により撹拌される固形燃料、灰、不純物には、回転軸７から離間する方向への遠心力が作用する。

そのため、回転軸７の時計方向の回転に伴う撹拌体９の回転においては、固形燃料、灰、不純物が回転軸７から離間する方向の遠心力によって、排出口５方向へ移動しようとする。このとき、撹拌体９の回転でロストル４上の固形燃料、灰、不純物が回転方向前方へ押動かされる際に、排出案内部９Ａの傾斜状の直線９２Ａに沿って排出口５方向へ移動することになる。

すなわち、回転軸７の時計方向の回転に伴う撹拌体９の回転において、固形燃料、灰、不純物に作用する遠心力と排出案内部９Ａの傾斜状の直線９２Ａとによって、ロストル４上の固形燃料、灰、不純物を排出口５方向へ移動させると共に、排出口５へ送り込むことができる。また、回転軸７の回転速度が低く遠心力が小さい場合でも、排出案内部９Ａの傾斜状の直線９２Ａによって、ロストル４上の固形燃料、灰、不純物を排出口５方向へ移動させると共に、排出口５へ送り込むことができる。

一方、回転軸７の反時計方向の回転に伴う撹拌体９の回転においては、固形燃料、灰、不純物が回転軸７から離間する方向の遠心力によって、排出口５方向へ移動しようとするが、撹拌体９の回転でロストル４上の固形燃料、灰、不純物が回転方向前方へ押動かされる際に、撹拌部９Ｂの傾斜状の直線９１Ｂによって、固形燃料、灰、不純物を角部Ｐ方向へ移動させると共に、排出口５方向へ移動を阻止しながら撹拌することができるようになっている。

このとき、撹拌部９Ｂの傾斜状の直線９２Ｂによって、固形燃料、灰、不純物を角部Ｐ方向に移動させることで、直線９１Ｂによって角部Ｐ方向に移動する固形燃料、灰、不純物と角部Ｐ付近で混合・撹拌することができるようになっている。

すなわち、回転軸７の反時計方向の回転に伴う撹拌体９の回転において、撹拌部９Ｂの直線９１Ｂの傾斜によって、固形燃料、灰、不純物の排出口５方向への移動を阻止し、直線９１Ｂ、９２Ｂの傾斜によって、固形燃料、灰、不純物を角部Ｐ方向に移動させると共に、この固形燃料、灰、不純物を角部Ｐ付近で混合・撹拌するため、より効率的な撹拌を行うことができる。

排出案内部９Ａの形状は、例示した傾斜状の直線９２Ａとしたものに限らず、最前部９１Ａから先端部９０Ａにわたって凹凸がない曲線で連続する形状等、固形燃料、灰、不純物を排出口５方向に移動させると共に、排出口５に送り込んで排出できる形状であればよい（図示せず）。

また、撹拌部９Ｂの凹形状は、例示した図面上Ｖ字状にしたものに限らず、円弧状に凹む形状等、固形燃料、灰、不純物の排出口５方向の移動を阻止すると共に、固形燃料、灰、不純物を角部Ｐ方向に移動させて、この角部Ｐ付近で混合・撹拌できる形状であればよい（図示せず）。

このような燃焼装置Ａによると、固形燃料の燃焼動作は、開閉シャッタ６を閉じて排出口５を閉塞した状態（図４（ａ）において斜線で示す）で、燃料投入装置２Ａによって固形燃料を燃焼室１に投入し、この固形燃料に着火する。

着火後、空気供給装置２Ｂによって、空気を空気孔１１、４０から燃焼室１へ送り込むと共に、空気孔４０から送り込まれる空気と、回転軸７の反時計方向への回転に伴う撹拌体９の回転とによって固形燃料や灰を撹拌する。この状態では、固形燃料の投入、空気孔１１、４０からの空気の送り込み、撹拌体９の回転を継続して固形燃料を燃焼させる。

固形燃料の燃焼中において、クリンカーの発生源となる灰や不純物が認められたら、開閉シャッタ６を開いて排出口５を開放し、燃料投入装置２Ａの固形燃料の投入動作、空気供給装置２Ｂの空気供給動作を止め、回転軸７を時計方向へ回転させる。この回転に伴う撹拌体９の回転によって、ロストル４上の灰や不純物を排出口５へ移動させて、この排出口５から灰受容部３に排出する。

灰受容部３に排出された灰や不純物は、不純物が灰受容部３内で冷えてクリンカーにならないように、その都度取り出すことが好ましい。

ロストル４上の不純物が排出されたら、開閉シャッタ６を閉じて排出口５を閉塞し、燃料投入装置２Ａの固形燃料の投入動作、空気供給装置２Ｂの空気供給動作を再開し、回転軸７の回転方向を反時計方向へ戻すことで、ロストル４上の固形燃料や灰を撹拌しながらの燃焼動作を再開することができる。このときの火種は、ロストル４上に残る燃焼中の固形燃料である。ロストル４上に燃焼中の固形燃料が無い又は少ないときには、投入された固形燃料を着火する。

このような燃焼装置Ａによると、固形燃料の燃焼中に生じる灰や不純物を、撹拌体９の時計方向の回転で排出口５から排除し、撹拌体９の反時計方向の回転で燃焼中の固形燃料、灰、不純物を撹拌するようにしているので、燃焼室１に空気を供給するための空気孔１１、４０に対する灰や不純物の詰りを防止できると共に、燃焼室１の灰や不純物の排除を確実にできる。これにより、燃焼室１への空気の供給を正常にできると共に、固形燃料の不完全燃焼を防止でき、且つクリンカーの発生を防止できる。

しかも、固形燃料の燃焼を止めることなく、クリンカーの発生源となる灰や不純物をロストル４上から排出することができるので、効率的に熱を発生させることができると共に、クリンカーの発生を防止することができる。

クリンカーの発生源となる不純物の発生の判断は、目視又は動作部８の電流値の変化により行うことができる。動作部８の電流値の変化は、固形燃料の燃焼中に撹拌体９に作用する抵抗が不純物の発生により変化するため、この抵抗の変化に対応する動作部８の電流値の変化を検出することで達成することができる。また、電流値の変化があった際に、これを音声や光の点滅等で告知する告知部（図示せず）を設けることもできる。

燃焼装置Ａの各動作は、手動操作で行ってもよいし、自動で行うようにしてもよい。自動で行う場合、回転軸７の回転時間又は回転数を検出し、検出された回転時間又は回転数に基づいて、動作部８の停止及び回転軸７の回転方向を切り替えるように制御し、回転軸７の回転方向に応じて開閉シャッタ６を開閉させると共に、燃料投入装置２Ａの燃料投入動作及び空気供給装置２Ｂの停止と開始とを切り替えるように制御することで達成できる。

また、回転軸７の回転時間又は回転数を検出するものに換えて、前述した動作部８の電流値の変化を検出するものとしてもよく、この場合、検出した電流値に基づいて、動作部８の停止及び回転軸７の回転方向を切り替えるように制御し、回転軸７の回転方向に応じて開閉シャッタ６を開閉させると共に、燃料投入装置２Ａの燃料投入動作及び空気供給装置２Ｂの停止と開始とを切り替えるように制御することができる。

Ａ：燃焼装置
１：燃焼室
３：灰受容室
４：ロストル
５：排出口
６：開閉シャッタ
７：回転軸
８：動力部
９：撹拌体
９Ａ：排出案内部
９０Ａ：端部
９１Ａ：最前部
９２Ａ：直線
９Ｂ：撹拌部

Claims

固形燃料を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室の下方に配置された灰受容室と、
前記燃焼室と前記灰受容室とを区画するように配置されたロストルと、
前記燃焼室と前記灰受容室とを連通するように設けられた排出口と、
前記排出口を開閉するように設けられた開閉シャッタと、
前記ロストル上に配置された撹拌体と、
前記撹拌体に連結され、該撹拌体と一体回転するように軸支された回転軸と、
前記回転軸に連結され、該回転軸を正逆回転させるように動作する動力部と、
を備え、
前記排出口は、前記回転軸の一方向の回転時に開放状態とし、前記回転軸の他方向の回転時に、前記開閉シャッタによって閉塞状態にされ、
前記撹拌体は、前記回転軸の一方向の回転側の縁端部に、前記回転軸の一方向の回転時に前記ロストル上の物質を前記排出口方向へ移動させると共に、該排出口から排出する排出案内部を有し、
前記排出案内部は、前記縁端部の内、前記ロストルの周縁側の端部を、前記回転軸の一方向の回転方向の最も後方側とし、該端部を除く前記縁端部の範囲中のいずれかの位置を、前記回転軸の一方向の回転方向の最も前方側とする最前部とし、前記端部と前記最前部とを凹凸なく連続するように形成されていることを特徴とする固形燃料用の燃焼装置。
前記撹拌体は、前記回転軸の他方向の回転側の縁端部に、前記回転軸の他方向の回転方向の後方側に凹むように形成された撹拌部を有していることを特徴とする請求項１記載の固形燃料用の燃焼装置。