JP2022536880A - バイオマス暖房システムならびにその構成要素 - Google Patents

Abstract

ペレットおよび／または木質チップの形態の燃料を燃焼させるためのバイオマス暖房システム（１）が開示される。このシステムは、燃焼装置（２）を有するボイラー（１１）と、複数のボイラー管（３２）を有する熱交換器（３）と、を備え、燃焼装置（２）が、回転火格子（２５）と、一次燃焼ゾーン（２６）と、二次燃焼ゾーン（２７）と、を有する燃焼室（２４）を備え、一次燃焼ゾーン（２６）は、複数の燃焼室レンガ（２９）によって横方向から、かつ、回転火格子（２５）によって下側から囲まれており、燃焼室レンガ（２９）には複数の二次空気ノズル（２９１）が設けられ、一次燃焼ゾーン（２６）と二次燃焼ゾーン（２７）とが、二次空気ノズル（２９１）の高さで分離され、燃焼室（２４）の二次燃焼ゾーン（２７）が、熱交換器（３）の入口（３３）と流体的に接続されている、バイオマス暖房システム（１）。【選択図】図２

Description

本発明は、バイオマス暖房システムと、その構成要素とに関する。特に、本発明は、流体の流れを最適化したバイオマス暖房システムに関する。

出力レンジ２０～５００ｋＷのバイオマス暖房システム、特にバイオマスボイラーが知られている。バイオマスは、安価で危機に強く、環境にも優しい国産燃料であるといえる。可燃性のバイオマスや固体のバイオ燃料としては、木質チップや木質ペレットがある。

ペレットは通常、木屑、おがくず、バイオマスなどの材料を、直径約３～１５ｍｍ、長さ５～３０ｍｍの小さな円盤状または円柱状に圧縮して作られる。木質チップ（鉋屑、木片、木材チップとも呼ばれる）とは、木材を切削工具で細断したものである。

ペレットや木質チップの形での燃料を用いるバイオマス暖房システムの基本的な特徴として、燃焼室（燃焼炉）を持つボイラーと、それに接続された熱交換装置とを備えていることがあげられる。多くの国で厳しい法規制がなされていることから、バイオマス暖房システムのなかには、粉塵フィルターを装備したものも存在する。その他、通常は、燃料供給装置、制御装置、プローブ、安全サーモスタット、圧力スイッチ、煙道ガス用の再循環システム、ボイラー清掃装置、独立した燃料タンクなど、様々な付帯設備が用意されている。

一般に、燃焼室には、燃料を供給するための装置、空気を供給するための装置、燃料用の点火装置が備えられている。空気を供給するための装置には通常、燃焼室での燃焼時に熱力学的要因に有利な影響を与えるために、低圧送風機が設けられているという特徴がある。燃料を供給するための装置には、例えば、横方向への挿入（いわゆる横挿入焚き）を備えることができる。この場合、燃料は、側面からスクリューまたはピストンによって燃焼室に供給される。

固定床炉の燃焼室には一般に、燃料を実質的に連続的に供給して燃焼させる燃焼火格子も含まれる。この燃焼火格子には燃焼用の燃料が蓄えられ、燃料への一次空気として燃焼用空気の一部を通過させる、溝などの開口部が設けられている。さらに、火格子は、固定式であっても可動式であってもよい。燃焼用空気が火格子を通らず、側面だけから供給される火格子炉もある。

火格子の中を一次空気が流れると、火格子も冷却され、特に材料が保護される。また、空気の供給が不十分であると、火格子でスラグが形成されることがある。特に、本開示が特に関係する、異なる燃料が供給される炉には、燃料ごとに灰融点や含水率、燃焼挙動も異なるという固有の問題がある。このため、異なる燃料に等しく適合する暖房システムを提供することには課題が多い。さらに、燃焼室を、一次燃焼ゾーン（燃焼用空気をさらに供給する前に、火格子とその上のガス空間で燃料を即時燃焼）と二次燃焼ゾーン（空気をさらに供給した後の煙道ガスの後燃焼ゾーン）とに規則的に区分することができる。燃焼室では、燃料の乾燥、熱分解およびガス化と、木炭のバーンアウトが行われる。また、得られた可燃性ガスを完全に燃焼させるために、二次燃焼ゾーンの開始時に、１段以上で追加の燃焼用空気（二次空気または三次空気）も導入される。

乾燥後のペレットや木質チップの燃焼には、大きく分けて２つの段階がある。第一段階では、少なくとも部分的に、高い温度と燃焼室に注入可能な空気とによって燃料が熱分解されてガスに変換される。第二段階では、ガスに変換された（一）部分の燃焼が行われるとともに、残った固体（例えば木炭）の燃焼も行われる。この点で、燃料が脱ガスされ、それによって発生するガスとその中に存在する木炭も一緒に燃やされる。

熱分解とは、固体物質が酸素のない状態で熱によって分解されることである。熱分解は、一次熱分解と二次熱分解に分けられる。一次熱分解では熱分解コークスと熱分解ガスが生成物になり、熱分解ガスは、室温で凝縮できるガスと凝縮できないガスとに分けられる。一次熱分解はおおむね２５０～４５０℃、二次熱分解は約４５０～６００℃でなされる。その後の二次熱分解は、一次熱分解で生じる熱分解生成物をさらに反応させるものである。揮発性のＣＨ化合物が粒子から逃げるため、乾燥と熱分解の少なくとも大部分は空気を使用せずに行われ、粒子の表面に空気が到達しない。ガス化を酸化の一部とみることができ、さらに熱を加えることで反応がなされるのは、熱分解時に形成された固体、液体、気体の生成物である。この反応は、空気、酸素、水蒸気などのガス化剤を添加することで行われ、二酸化炭素ですらもガス化剤として添加される。ガス化時のラムダ値は０より大きく、１未満である。ガス化は３００～８５０℃前後、あるいは最大１，２００℃でも行われる。続いて、これらの工程にさらに空気を加えることで、過剰な空気による完全な酸化（ラムダ値が１より大きい）が行われる。反応の最終生成物は、基本的に二酸化炭素、水蒸気および灰である。どの段階でも、境界は厳密ではなく流動的である。燃焼プロセスについては、ボイラーの排ガス出口に設置されたラムダセンサーによって都合よく制御することが可能である。

一般論として、ペレットをガスに変換することで、気体燃料が燃焼用空気と一層よく混ざってより完全に変換されるため、燃焼効率が上がり、汚染物質の排出が少なく、未燃粒子や灰（フライアッシュまたは粉塵粒子）の発生が少なくなる。

バイオマスの燃焼により、炭素、水素、酸素を主成分とするガス状の燃焼生成物または空気によって運ばれる燃焼生成物が生じる。これらは、完全酸化による排出物、不完全酸化による排出物、微量元素や不純物に由来する物質に分けられる。完全酸化による排出物は、主に二酸化炭素（ＣＯ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）である。バイオマスの炭素から二酸化炭素が得られれば、放出されるエネルギーを一層有効に利用することができるため、二酸化炭素の生成が燃焼の目的である。二酸化炭素（ＣＯ２）の放出量は、燃やした燃料の炭素含有量にほぼ比例する。このため、二酸化炭素は、供給される有用なエネルギーにも依存する。基本的に、削減は効率を高めることでしか達成できない。

しかしながら、上述したような複雑な燃焼過程を制御するのは容易ではない。一般論として、バイオマス暖房システムにおける燃焼過程の改善が求められている。

燃焼室に空気を供給するだけでなく、ボイラーからの排ガスを燃焼室に戻し、冷却と再燃焼を行う、排ガス再循環装置も知られている。従来技術では、燃焼室には通常、燃焼室につながる一次空気ダクト／通路を通して一次空気を供給するための開口が設けられ、二次空気通路／ダクトからの二次空気を供給するための円周方向の開口も設けられている。煙道ガスの再循環については、火格子の下で行っても上で行ってもよい。さらに、煙道ガスの再循環を、燃焼用空気と混合して行うことも、別々に行うことも可能である。

燃焼室での燃焼で生じる排ガスは熱交換器に送られるため、高温の燃焼ガスが熱交換器を流れ、通常は約８０℃（通常は７０℃～１１０℃）の水である熱交換媒体に熱が伝達される。ボイラーには通常、燃焼室に組み込まれた輻射セクションと、対流セクション（これに接続された熱交換器）とが備えられている。

点火装置は通常、熱風装置またはアニール装置である。前者の場合、燃焼室に熱風を供給することで燃焼が開始され、熱風は電気抵抗器によって加熱される。２つ目の場合、点火装置にグロープラグ／グローロッドまたは複数のグロープラグを含み、燃焼が始まるまでペレットまたは木質チップと直接接触させてこれを加熱する。また、点火段階ではグロープラグとペレットや木質チップとの接触を維持し、グロープラグが炎にさらされ続けることがないようにこれを後退させるモーターが、グロープラグに備えられている場合もある。この方法は消耗を生じやすく、コストもかかる。

基本的に、従来のバイオマス暖房システムの問題点は、気体または固体の排出量が多すぎること、効率が悪すぎること、粉塵の排出量が多すぎることである。また、燃料の含水率や燃料の硬さがまちまちであることから燃料の品質にばらつきがあり、燃料を低エミッションで均一に燃焼させるのが難しいという問題もある。特に、種類の異なる生物燃料やバイオ燃料に適しているとされるバイオマス暖房システムでは、燃料の品質や粘稠度にばらつきがあるため、バイオマス暖房システムの効率を常に高く維持することが困難になっている。この点で、相当に最適化が必要とされている。

従来のペレット用バイオマス暖房システムの欠点のひとつとして、燃焼室に落下したペレットが火格子から転がり落ちたり、滑り落ちたり、火格子から離れたり、火格子の横に落ちたりして、燃焼室の温度が低めの領域や空気があまり供給されない領域に入ったり、ボイラーの下層室や灰シュートに落下したりする場合があることである。火格子に残らないペレットは不完全燃焼を起こし、効率の悪さの原因となり、過剰な灰や一定量の未燃焼の汚染粒子が発生する。同じことは、ペレットだけでなく、木材チップにもあてはまる。

このような理由から、ペレット用の公知のバイオマス暖房システムには、例えば火格子および／または燃焼ガスの出口の近傍に、燃料要素を特定の場所に保持するためのバッフル板が設けられている。ボイラーによっては、ペレットがボイラーの灰除去部または／および下層室に落ちるのを防ぐために、燃焼室内に段差が設けられている。しかしながら、このバッフルやオフセットに燃焼残渣が詰まり、それによって清掃がしにくくなり、場合によっては燃焼室内の空気の流れが阻害されることもある。その結果、効率が低下することになる。また、これらのバッフル板は、それ自体、製造や組み立てに手間がかかる。同じことは、ペレットだけでなく木材チップにもあてはまる。

ペレットまたは木質チップ用のバイオマス暖房システムには、さらに次のような欠点や問題点がある。

また、燃焼室内、特に火格子上のペレットの分布が不均一になり、燃焼効率が低下して、汚染物質の排出量が増加するという問題がある。この欠点がゆえ、点火装置付近に燃料のない場所があると、点火にも支障をきたす。同じことは、ペレットだけでなく木質チップにもあてはまる。

燃焼室にバッフル板やランディングを設ければ、上記の欠点を抑えて、燃料が火格子から転がり落ちたり滑り落ちたり、場合によってはボイラーの下層室に落ちるのを防ぐことができる。反面、空気の流れが悪くなり、空気と燃料とを最適な状態で混合することができなくなる。

もう一つの問題は、火格子からの燃料の分配が不均一であり、さらには空気と燃料との混合状態が最適ではないがゆえ、不完全燃焼によって、燃焼火格子に直接つながる空気入口開口を通して、あるいは火格子の端から空気ダクトまたは空気供給領域に、未燃灰が蓄積されたり落下したりしやすくなる点にある。

これは特に問題が大きく、清掃などのメンテナンス作業のために頻繁に中断を引き起こすことになる。これらの理由から、通常は燃焼室内で大幅に過剰な空気が維持されているが、それによって火炎温度や燃焼効率が低下し、（スワール増加などによる）未燃ガス（ＣＯ、ＣｙＨｙなど）、ＮＯｘ、粉塵の排出量が増加することになる。

圧力ヘッドの低い送風機を使用すると、燃焼室内で空気の適切な渦流が得られないため、空気と燃料とを最適な状態で混合することができない。一般に、従来の燃焼室では、最適な渦流を形成するのが困難である。

また、空気ステージングを行わない公知のバーナーでは、ペレットのガスへの変換と燃焼の２つの段階が、同量の空気によって燃焼室全体で同時に行われ、効率が低下するという問題がある。

最後に、点火装置との関係で、いくつかの欠点がある。熱風装置は消費電力が大きく、コストがかかる。スパークプラグであれば電力は抑えられるが、モーターで動かす必要があるため、スパークプラグには可動部が必要である。それらは高価かつ複雑であり、信頼性の面でも問題がある。

さらに、従来技術におけるバイオマス暖房システムの熱交換器の最適化が特に求められている。すなわち、これらの熱交換器の効率を高めることができるであろう。また、従来の熱交換器では清掃が面倒で非効率的である場合が多いという点に関連して、改善も求められている。

このことは、バイオマス暖房システムの通常の電気集塵機／フィルターでも同様である。スプレーやセパレータの電極が燃焼残渣で目詰まりし、濾過のための電界の形成状態が悪化し、濾過効率が低下する。

本発明の課題は、ハイブリッド技術におけるバイオマス暖房システムであって、（特に細塵、ＣＯ、炭化水素、ＮＯｘの）排出量が少なく、木質チップおよびペレットを用いて柔軟に稼働させることができ、効率が良いバイオマス暖房システムを提供することであり得る。

本発明によれば、上記に加えて、以下の考慮事項が何らかの役割を果たすであろう。

ハイブリッド技術では、含水率８～３５重量％のペレットと木質チップの両方を使用できるようにする必要がある。

ガス排出量を可能な限り低くする（乾燥煙道ガスおよび１３容量％のＯ２基準で５０ｍｇ／Ｎｍ３未満または１００ｍｇ／Ｎｍ３未満）。

電気集塵機を稼働させない場合は１５ｍｇ／Ｎｍ３未満、電気集塵機を稼働させる場合は５ｍｇ／Ｎｍ３未満という、極めて低い粉塵排出量を目標とする。

（供給燃料エネルギー（発熱量）基準で）最大９８％の高い効率を実現する。

さらに、システムの動作を最適化すべきことも考慮することができる。例えば、灰の除去／排出が容易であること、清掃が容易であること、あるいはメンテナンスが容易であることがあげられる。

さらに、システムの可用性が高いことも必要である。

この文脈において、上述した課題または潜在的な個々の問題が、例えば燃焼室、熱交換器または電気フィルター装置など、システム全体の下位の態様と関連する場合もある。

上述した課題は、独立請求項が対象とするものによって解決される。別の態様ならびに有利な追加の実施形態については、従属請求項の対象である。

本開示の別の態様によれば、ペレットおよび／または木質チップの形態の燃料を燃焼させるためのバイオマス暖房システムであって、燃焼装置を有するボイラーと、複数のボイラー管を有する熱交換器と、を備え、燃焼装置が、回転火格子と、一次燃焼ゾーンと、二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室を備え、一次燃焼ゾーンは、複数の燃焼室レンガによって横方向から、かつ、回転火格子によって下側から囲まれており、燃焼室レンガには複数の二次空気ノズルが設けられ、一次燃焼ゾーンと二次燃焼ゾーンとが、二次空気ノズルの高さで分離され、燃焼室の二次燃焼ゾーンが、熱交換器の入口と流体的に接続されている、バイオマス暖房システムが開示される。

上記をさらに発展させたものによれば、二次空気ノズルは、燃焼室の二次燃焼領域において垂直中心軸のまわりに二次空気と燃焼用空気の煙道ガス－空気混合物の渦流が発生するように配置され、渦流は、煙道ガス－空気混合物の混合の改善につながる、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、燃焼室レンガにおける二次空気ノズルはそれぞれ、断面が円形または楕円形である燃焼室レンガの円筒形または円錐台形の開口として形成されており、それぞれの開口の最小径は、その開口の最大長よりも小さい、請求項１または２に記載のバイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、燃焼室を有する燃焼装置は、渦流が、燃焼室ノズルを出た後、燃焼室の燃焼室天井までのびる螺旋状の回転流を形成するように設定されている、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、二次空気ノズルは、少なくともほぼ同じ高さで燃焼室内に配置され、二次空気ノズルは、二次空気が燃焼室の対称中心に対して偏心して導入されるように、それらの中心軸を伴って配置されているおよび／または（ノズルのタイプに応じて）整列されている、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、二次空気ノズルの数が８～１４であるおよび／または二次空気ノズルの最小の長さが少なくとも５０ｍｍであり、内径が２０～３５ｍｍである、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、二次燃焼ゾーンの燃焼室は、熱交換器入口の方向における二次燃焼ゾーンの断面を小さくする燃焼室斜面を有する、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、二次燃焼ゾーンの燃焼室は、熱交換器の入口の方向で上に傾斜して設けられ、かつ、入口の方向における燃焼室の断面を小さくする燃焼室天井を有する、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、燃焼室斜面と傾斜した燃焼室天井とで漏斗を形成し、漏斗の小さい方の端は、熱交換器の入口に開口している、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、一次燃焼ゾーンと、二次燃焼ゾーンの少なくとも一部が、楕円形の水平断面を有するおよび／または二次空気ノズルが、二次空気を接線方向で燃焼室に導入するように配置されている、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、二次空気ノズルにおける二次空気の平均流速が、少なくとも８ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも１０ｍ／ｓである、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、燃焼室レンガはモジュール構造を有し、各々の２つの半円形の燃焼室レンガが閉じた環を形成して一次燃焼ゾーンおよび／または二次燃焼ゾーンの一部を形成し、燃焼室レンガの少なくとも２つのリングが互いに積み重なって配置されている、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに別の実施形態によれば、熱交換器は、ボイラー管の中に配置されてボイラー管の全長に沿ってのびるスパイラルタービュレーターと、ボイラー管の中に配置されてボイラー管の少なくとも半分の長さに沿ってのびるバンドタービュレーターと、を備える、バイオマス暖房システムが提供される。

本開示の別の態様によれば、ペレットおよび／または木質チップの形態の燃料を燃焼させるためのバイオマス暖房システムであって、燃焼装置を有するボイラーと、複数のボイラー管を有する熱交換器であって、好ましくは束状に配置されている熱交換器と、を備え、燃焼装置が、回転火格子と、一次燃焼ゾーンと、好ましくは一次燃焼ゾーンの上に設けられた二次燃焼ゾーンと、を有する燃焼室を備え、一次燃焼ゾーンは、複数の燃焼室レンガによって横方向から、かつ、回転火格子によって下側から囲まれており、二次燃焼ゾーンが燃焼室ノズルを含むか、燃焼室の二次燃焼ゾーンが熱交換器の入口と流体的に接続され、一次燃焼ゾーンは水平断面が楕円形である、バイオマス暖房システムが提供される。

束状に配置されたボイラー管は、互いに平行に配置されて少なくとも実質的に同一の長さを有する複数のボイラー管であってもよい。すべてのボイラー管の入口開口と出口開口を、それぞれ共通の平面に配置することができると好ましい。すなわち、すべてのボイラー管の入口開口と出口開口が同一の高さにある。

この文脈での「水平」とは、ボイラーも水平に設置されると仮定して軸または断面の平らな向きをいう場合があり、それによって、例えば、地面の高さ位置が基準となる場合がある。あるいは、「水平」が、通常定義されるように、ボイラー１１の基準平面に対して「平行」であることを意味することもできる。さらに、特に基準となる面がない場合、「水平」は、火格子の燃焼面に対して単に「平行」であることを意味すると理解されてもよい。

さらに、一次燃焼ゾーンは、断面が楕円形であってもよい。

水平断面が楕円形であれば死角がないため、空気の流れが改善され、渦／スワール流が大きく発生する可能性がある。その結果、バイオマス暖房システムの効率が高まり、エミッションが抑えられる。さらに、楕円形の断面は、燃料を側面から供給する場合の燃料分布のタイプと、その結果としての火格子上の燃料層の幾何学形状に、よく適している。理想的な「円形の」断面も可能であるが、燃料分布の幾何学形状や渦流の流体力学にあまり適しておらず、燃焼室の「理想的な」円形の断面形状よりも楕円形の非対称性によって、燃焼室内の乱流の形成を改善することができる。

さらに発展させたものによれば、一次燃焼ゾーンの水平断面が、少なくとも１００ｍｍの高さにわたって、少なくともほぼ一定であるように提供される、バイオマス暖房システムが提供される。これは、燃焼室内における流れのプロファイルの形成を妨げないようにするのにも役立つ。

さらに発展させたものによれば、二次燃焼ゾーンの燃焼室は、熱交換器の入口すなわち吸入口の方向で二次燃焼ゾーンの断面を先細りにする燃焼室傾斜を有する、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、回転火格子が、第１の回転火格子要素、第２の回転火格子要素および第３の回転火格子要素を含み、各々の回転火格子要素は、水平に配置されたベアリング軸を中心に、少なくとも９０度、好ましくは少なくとも１６０度、さらに好ましくは少なくとも１７０度、回転可能に配置され、回転火格子要素は、燃料用の燃焼領域を形成し、回転火格子要素は、燃焼用空気用の開口を含み、第１の回転火格子要素と第３の回転火格子要素が、燃焼領域において同一に形成されている、バイオマス暖房システムが提供される。

回転火格子要素の開口は、燃料層を通る空気の流れを均一にするために、スリット状で、かつ、規則的なパターンで形成されていると好ましい。

さらに発展させたものによれば、第２の回転火格子要素は、第１の回転火格子要素と第３の回転火格子要素との間にぴったりはまるように配置され、かつ、３つの回転火格子要素すべての水平位置で、少なくとも大部分が密着して第１の回転火格子要素と第３の回転火格子要素を密閉するように配置されている火格子リップを有する、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに別の実施形態によれば、回転火格子が、回転火格子機構をさらに備え、回転火格子機構は、第３の回転火格子要素を第１の回転火格子要素および第２の回転火格子要素から独立して回転させ、かつ、第１の回転火格子要素と第２の回転火格子要素とを、一緒であるが第３の回転火格子要素とは独立して回転させるように構成されている、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに別の実施形態によれば、回転火格子要素の燃焼領域が、実質的に楕円形または長円形の燃焼領域を構成する、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに別の実施形態によれば、回転火格子要素の側面が相互に相補的で湾曲し、第２の回転火格子要素の側面が、それぞれ隣接する第１の回転火格子要素および第３の回転火格子要素に対して凹状であると好ましく、第１の回転火格子要素および第３回転火格子要素の側面が、それぞれ第２の回転火格子要素に対して凸状であると好ましい、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、燃焼室レンガはモジュール構造を有し、各々の２つの半円形の燃焼室レンガが閉じた環を形成して一次燃焼ゾーンを形成し、燃焼室レンガの少なくとも２つのリングが互いに積み重なって配置されている、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに別の実施形態によれば、熱交換器は、ボイラー管の中に配置されてボイラー管の全長に沿ってのびるスパイラルタービュレーターと、ボイラー管の中に配置されてボイラー管の少なくとも半分の長さに沿ってのびるバンドタービュレーターと、を備える、バイオマス暖房システムが提供される。好ましくは、バンドタービュレーターを、スパイラルタービュレーターの中または内部に配置することができる。特に、バンドタービュレーターを、スパイラルタービュレーターと一体に配置することができる。好ましくは、バンドタービュレーターを、スパイラルタービュレーターの長さの３０％～７０％の長さにわたって設けることができる。

さらに発展させたものによれば、熱交換器は、直径７０～８５ｍｍ、肉厚３～４ｍｍのボイラー管を１８～２４を含む、バイオマス暖房システムが提供される。

さらに発展させたものによれば、ボイラーは、一体的に配置された静電フィルター装置を備え、静電フィルター装置は、スプレー電極と、スプレー電極を囲む集塵極と、ケージまたはケージ型のクリーニング装置と、を含み、ボイラーは、機械的に動作する清掃装置をさらに備え、機械的に動作する清掃装置は、インパクト／ストップヘッドを有するインパクトレバーを含み、清掃装置がインパクトヘッドで（スプレー）電極の端を叩くように配置されているため、電極および／または（スプレー）電極の横振動によって衝撃波が発生して電極の不純物が落とされる、バイオマス暖房システムが提供される。電極の材質は、インパクトヘッドで振動（縦振動および／または横振動および／または衝撃波）させることができる鋼材である。例えば、ばね鋼および／またはクロム鋼をこの目的で使用することができる。ばね鋼の材料については、オーステナイト系クロム－ニッケル鋼、例えば１．４３１０とすることができると好ましい。さらに、ばね鋼を湾曲させることができる。集塵極を清掃するために、ケージ型クリーニング装置を、静電フィルター装置の壁面に沿ってさらに往復させることができる。

さらに発展させたものによれば、低温領域のボイラーに組み込まれた清掃装置が設けられ、この清掃装置は、ボイラー管の中に設けられたタービュレーターの上下方向の移動によって、熱交換器のボイラー管を清掃できるように構成されている、バイオマス暖房システムが提供される。この上下方向の移動は、ボイラー管の中にあるタービュレーターの、ボイラー管の長手方向への前後方向の移動としても理解することができる。

さらに発展させたものによれば、グローベッド高さ測定機構が、回転火格子の上で燃焼室内に配置され、グローベッド高さ測定機構は、回転軸に取り付けられて主面／領域を有する燃料レベルフラップを備え、燃料レベルフラップの主面の表面平行は、回転軸の中心軸に対して角度をなして設けられ、当該角度が２０°を超えると好ましい、バイオマス暖房システムが提供される。

本発明の一態様ならびにその態様の実施形態についての上述した特徴および詳細は、いずれもバイオマス暖房システムとの関連で説明されているが、それらの個々の特徴および詳細それ自体は、バイオマス暖房システムとは独立して開示されてもいる。

例えば、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する燃焼室の二次燃焼ゾーンの燃焼室斜面は、バイオマス暖房システム（のみ）に適していることが開示されている。この点、本明細書に開示した特徴および特性を有する、バイオマス暖房システムの燃焼室の二次燃焼ゾーン用の燃焼室斜面が開示される。

さらに開示されているのは、例えば、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する、バイオマス暖房システムの燃焼室用の回転火格子である。

さらに開示されているのは、例えば、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する、バイオマス暖房システムの燃焼室用の複数の燃焼室レンガである。

さらに開示されているのは、例えば、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する、バイオマス暖房システム用の組み込み式の静電フィルター装置である。

さらに開示されているのは、例えば、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する、バイオマス暖房システム用の複数のボイラー管である。

さらに開示されているのは、例えば、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する、バイオマス暖房システム用のグローベッド高さ測定機構である。

さらに開示されているのは、例えば、同様に、本明細書に開示した特徴およびその特性を有する、バイオマス暖房システム用の燃料レベルフラップそれ自体である。

以下、本発明によるバイオマス暖房システムを、例示的な実施形態および個別の態様において、図面を参照して一層詳細に説明する。

本発明の一実施形態によるバイオマス暖房システムの三次元概略図を示す。 断面線ＳＬ１に沿って作成され、側面視野Ｓから見た状態として示された、図１のバイオマス暖房システムの断面図を示す。 断面線ＳＬ１に沿って作成され、側面視野Ｓから見た状態として示された、流路の表示を含む図１のバイオマス暖房システムの断面図を示す。 図２および図３のボイラーの燃焼室の幾何学形状を示す、図２の部分図を示す。 図４の垂直断面線Ａ２に沿った、ボイラーまたはボイラーの燃焼室の断面図を示す。 図４の回転火格子を用いた燃焼室の一次燃焼ゾーンの三次元断面図を示す。 図６と同様の燃焼室レンガの分解図を示す。 図２の断面線Ａ１から見た、回転火格子要素を有する回転火格子の上面図を示す。 図２の回転火格子が閉じた位置にあり、すべての回転火格子要素が水平に整列しているか、閉じている状態を示す。 グローメンテナンスモードで部分的に清掃した状態にある、図９の回転火格子を示す。 好ましくはシステムの停止中に実施される完全清掃状態にある、図９の回転火格子を示す。 図２の切り欠き詳細図を示す。 図２の熱交換器とフィルター装置の両方を自動で清掃することができる清掃装置を示す。 タービュレーターホルダーを強調して拡大した図を示す。 図１４のタービュレーターブラケット／タービュレーターホルダーとケージ装着部の両方が下降位置にある第１の状態でのクリーニング機構を示す。 図１６は、図１４のタービュレーターホルダーとケージ装着部の両方が上の位置にある、第２の状態でのクリーニング機構を示す。 燃料レベルフラップを有する、露出したグローベッド高さ測定機構を示す。 燃料レベルフラップの詳細図を示す。 二次空気ノズルの高さで燃焼室を通る水平断面図を示す。 二次空気ノズルの高さで燃焼室を通る、異なるボイラー寸法についての３つの水平断面図を、当該断面の流れ分布の詳細とともに示す。 図１の断面線ＳＬ１に沿ってバイオマス暖房システムを通る、異なるボイラー寸法についての３つの垂直断面図を、当該断面における流れ分布の詳細とともに示す。

以下、添付の図面を参照して、本開示の様々な実施形態を例としてのみ開示する。しかしながら、実施形態ならびにそこで用いる用語は、本開示を特定の実施形態に限定することを意図したものではなく、本開示の実施形態による様々な改変、等価物および／または代替物を含むように解釈されるべきである。

図示の特徴または要素について、より一般的な用語を使用して説明する場合、当業者のために、特定の特徴または要素のみならず、より一般的な技術的教示内容も図に開示することを意図している。

図の説明に関して、類似の要素または技術的に対応する要素を示すために、個々の図で同一の参照符号を使用する場合がある。さらに、分かりやすくするために、個々の詳細な図面または断面図では、概略図よりも多くの要素または特徴を参照符号で示すことができる。これらの要素または特徴は、概略図に明示的に記載されていなくても、当該概略図で適宜開示されているものと仮定することができる。

ある物体に対応する名詞の単数形は、文脈から明らかにそうでない場合を除き、１つ以上のものを含むことができると理解されたい。

本開示において、「ＡまたはＢ」、「『Ａまたは／およびＢ』のうちの少なくとも１つ」または「『Ａまたは／およびＢ』のうちの１つ以上」などの表現は、一緒に記載された特徴の全ての可能な組み合わせを含む場合がある。本明細書で使用する「第１の」、「第２の」、「一次」または「二次」などの表現は、その順序および／または意味を問わず異なる要素を表す場合があり、対応する要素を限定するものではない。ある要素（例えば、第１の要素）が他の要素（例えば、第２の要素）に「動作可能に」または「通信可能に」結合または接続されると説明される場合、その要素は他の要素に直接接続されてもよいし、もう１つの要素（例えば、第３の要素）を介して、他の要素に接続されてもよい。

例えば、本開示で使用する「～するように構成された」（または「設定された」）という表現を、技術的に可能であれば、「～に適した」、「～に適合した」、「～に作られた」、「～ができる」または「～に設計された」と置き換えてもよい。あるいは、特定の状況において、「～するように構成された装置」または「～するように設定された」という表現は、その装置が別の装置または構成要素と連携して動作すること、あるいは対応する機能を実行できることを意味する場合がある。

寸法については、いずれも「ｍｍ」単位で示してあり、他の公差や範囲を明示しない限り、表示値の前後±１ｍｍの寸法範囲として理解されるものとする。

本明細書では、個々の態様、例えば、回転火格子、燃焼室またはフィルター装置は、バイオマス暖房システムとは別にあるいは独立して個々の部品または個々の装置として開示されていることに注意されたい。したがって、個々の態様またはシステム部分は、分離されていても本明細書に開示されていることは、当業者には自明である。本明細書において、システムの個々の態様または部分は、特に括弧で示したサブチャプターに開示されている。また、これらの個々の態様は、別々に権利請求することが可能であると考えられる。

さらに、明確にするために、すべての特徴および要素を図面に個別に示してあるわけではなく、繰り返されている場合はなおさらである。むしろ、要素および特徴を、それぞれ例として示してある。さらに、類似の要素または等しい要素も、そのように理解される。

（バイオマス暖房システム）

図１に、本発明の例示的な実施形態によるバイオマス暖房システム１の三次元概略図を示す。

図中、矢印Ｖはシステム１を正面から見た状態を示し、矢印Ｓはシステム１を側面から見た状態を示す。

バイオマス暖房システム１は、ボイラー架台１２に支持されたボイラー１１を備えている。ボイラー１１は、例えば鋼板製のボイラー筐体１３を有する。

ボイラー１１の前部には、燃焼装置２（図示せず）があり、これにはシャッター２１を有する第１のメンテナンス開口を通してアクセスすることが可能である。回転火格子２５（図示せず）用の回転機構装着部２２が回転機構２３を支持し、これを、回転火格子２５用のベアリング回転軸８１に駆動力を伝達するのに使用することができる。

ボイラー１１の中央部には、熱交換器３（図示せず）があり、これにはシャッター３１の付いた第２のメンテナンス開口を通して上からアクセスすることが可能である。

ボイラー１１の後部には、電極４４（図示せず）を有するオプションのフィルター装置４（図示せず）がある。この電極は、絶縁性の電極ホルダ４３で吊り下げられ、電極給電ライン４２を介して通電される。バイオマス暖房システム１からの排ガスは、フィルター装置４の下流側に設けられた排ガス出口４１を通して排出される。ここにファンを設けてもよい。

ボイラー１１の下流には再循環装置５が設けられ、燃焼過程での冷却と、燃焼過程における再利用のために、再循環チャネル５１、５３、５４およびフラップ５２を通して排ガスの一部を再循環させる。この再循環装置５については、後で図１２～図１７を参照して詳細に説明する。

また、バイオマス暖房システム１は、一次燃焼ゾーン２６の燃焼装置２まで制御された方法で側面から燃料を搬送し、回転火格子２５に乗せる燃料供給装置６を有する。燃料供給装置６は、燃料供給装置開口／ポート６５が設けられた回転弁６１を有し、回転弁６１は、制御電子部品を含む駆動モーター６６を有する。駆動モーター６６によって駆動される回転軸６２によって並進機構６３が駆動される。この並進機構は、燃料が燃料供給ダクト６４で燃焼装置２に供給されるように燃料供給スクリュー６７（図示せず）を駆動することができる。

バイオマス暖房システム１の下部には、灰除去／排出装置７が設けられている。これは、モーター７２によって動作する灰排出ダクトに灰排出スクリュー７１を有する。

ここで、図２に、断面線ＳＬ１に沿って作成され、側面視野Ｓから見た状態として示された、図１のバイオマス暖房システム１の断面図を示す。分かりやすくするために、図２と同一の断面を示す対応する図３には、煙道ガスの流れと流体断面を概略的に示す。図３については、個々の領域を図２よりも薄く示した点に注意されたい。これは、図３を明瞭にして、流れを示す矢印Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７を視認しやすくするだけのためのものである。

図２の左から右に、ボイラー１１の燃焼装置２、熱交換器３および（オプションの）フィルター装置４を示す。ボイラー１１は、ボイラー架台／脚１２上に支持され、水などの流体の熱交換媒体が循環可能な多壁ボイラー筐体１３を有している。熱交換媒体の供給および排出用に、ポンプ、弁、パイプなどを備えた水循環装置１４が設けられている。

燃焼装置２は、炉心で燃料の燃焼処理が行われる燃焼室２４を有する。燃焼室２４は、詳細については後述するマルチピースの回転火格子２５を有し、その上に燃料層２８がある。多部品の回転火格子２５は、複数のベアリング回転軸８１によって回転可能に取り付けられている。

さらに図２を参照すると、燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６が（複数の）燃焼室レンガ２９で囲まれており、それによって燃焼室レンガ２９が一次燃焼ゾーン２６の幾何学形状を画定している。（例えば）水平断面線Ａ１に沿った一次燃焼ゾーン２６の断面は、実質的に楕円形（例えば３８０ｍｍ±６０ｍｍ×３２０ｍｍ±６０ｍｍ；上記の大きさの組み合わせによっては、断面が円形になる場合もあることに注意されたい）である。二次空気ノズル２９１からの流れを矢印Ｓ１で概略的に示すが、この流れ（文字どおり概略である）には、煙道ガスの混合を改善するために二次空気ノズル２９１によって誘発されるスワールがある。

二次空気ノズル２９１は、（燃焼室レンガ２９によって予熱された）二次空気を、断面が楕円形の燃焼室２４（図１９参照）に接線方向に導入するように設計されている。これによって、渦状またはスワール状の流れＳ１が形成される。この流れは、螺旋状に、ほぼ上に向かって流れる。すなわち、垂直軸を中心に回転しながら上に向かって流れる、螺旋状の流れが形成されることになる。

燃焼室レンガ２９は、一次燃焼ゾーン２６の内張りをなし、熱を蓄え、火に直接曝される。このため、燃焼室レンガ２９によって、燃焼室２４の他の材料、例えば鋳鉄が、燃焼室２４内で直接火炎に曝露されないように保護することもできる。燃焼室レンガ２９を、火格子２５の形状に合わせてあると好ましい。また、燃焼室レンガ２９は、燃焼プロセスへの再参加のため、特に必要に応じて冷却を行うために、煙道ガスを一次燃焼ゾーン２６に再循環させる二次空気ノズルまたは再循環ノズル２９１をさらに含む。この点に関して、二次空気ノズル２９１は、一次燃焼ゾーン２６の中心に向かって配置されているわけではなく、一次燃焼ゾーン２６に流れのスワール（すなわち、スワールおよび渦流であり、これについては後に詳細に説明する）を作り出すために中心から外れる向きで配置されている。この燃焼室レンガ２９の詳細については、後述する。ボイラー管の入口に、断熱材３１１が設けられている。一次燃焼ゾーン２６（およびノズル）の楕円形の断面形状ならびに二次空気ノズル２９１の長さと位置がゆえ、好ましくは燃焼室２４の天井に向かう渦流を、都合よく形成し、維持しやすい。

二次燃焼ゾーン２７は、（機能面または燃焼面から考慮される）燃焼室ノズル２９１のレベルまたは（純粋に構造面または建設上の理由で考慮される）燃焼室ノズル２０３のレベルで、燃焼室２６の一次燃焼ゾーン２６と接続され、燃焼室２６の輻射部を画定している。輻射セクションでは、主に熱放射によって、燃焼中に生じた煙道ガスの熱エネルギーが、特に、熱交換媒体３８用の２つの左チャンバーに配置された熱交換媒体に伝達される。対応する煙道ガスの流れを、純粋に例として図３に矢印Ｓ２およびＳ３で示す。これらの渦流には、おそらく、純粋に概略的な矢印Ｓ２およびＳ３で示していないわずかな逆流や追加の乱流も含まれる。しかしながら、矢印Ｓ２およびＳ３から当業者には燃焼室２４内での流れ特性の基本原理が明らかであり、あるいは計算可能である。

二次空気の噴射によって、隔離されているか閉じ込められた燃焼室２４に、顕著なスワール流または回転流または渦流（二次ノズル２９１のレベルでの渦流の始まりについては図２０を参照）が形成される。特に、燃焼室の楕円形の幾何学形状２４は、渦流を乱すことなく最適な状態で発達させるのに役立つ。

これらの渦流を再び束にするノズル２０３を出た後、ろうそく炎状の回転流Ｓ２が現れる（同じく図２１参照）。この流れは燃焼室天井２０４まで都合よく到達することができ、燃焼室２４の利用可能な空間が一層良く活用される。この場合、渦流は燃焼室の中央Ａ２に集められ、二次燃焼ゾーン２７の空間が理想的な状態で活用される。さらに、燃焼室ノズル２０３によって渦流の範囲が狭くなるため回転流が緩和され、それによって、空気と煙道ガスとの混合物の混合を改善するための乱流が発生する。このように、燃焼室ノズル２０３によって範囲が狭く限定されることで、クロスミキシングが生じる。しかしながら、燃焼室ノズル２０３の上では流れの回転運動が少なくとも一部は維持され、これらの流れの燃焼室天井２０４に対する伝搬が維持される。

このように、二次空気ノズル２９１は、その長さと向きによって煙道ガスと二次空気との混合物を回転させることで、最低限の過剰な空気、よって最大の効率で完全燃焼を可能にする（上に位置する燃焼室ノズル２０３との組み合わせによって、再び強調される）渦流を誘発するように、燃焼室２４の長円形または楕円形の断面に統合される。これを、図１９～図２１にも示す。

二次空気供給は、高温の燃焼室レンガ２９の周囲を流れることでこれを冷却し、代わりに二次空気自体を予熱するように設計されているため、煙道ガスの燃焼速度が速く、極端な部分負荷（例えば、公称負荷の３０％）でも完全燃焼させることができる。

第１のメンテナンス開口２１は、例えばＶｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ（商標）などの断熱材で断熱されている。この二次燃焼ゾーン２７は、煙道ガスを確実に燃やしきるように配置されている。二次燃焼ゾーン２７の具体的な幾何学設計については、後に詳細に説明する。

二次燃焼ゾーン２７の後、煙道ガスは、互いに平行に設けられたボイラー管３２の束のある熱交換装置３へ流入する。ここで、煙道ガスは、図３に矢印Ｓ４で示すように、ボイラー管３２の中を下向きに流れる。ボイラー管の壁面では煙道ガスの放熱が基本的に強制対流によって行われるため、この部分の流れを対流部分とも呼ぶことができる。熱交換媒体、例えば水中で、ボイラー１１内に生じる温度勾配によって、水の自然対流が生じる。これは、ボイラー水の混合に好都合である。

ボイラー管３２には、熱交換装置４の効率を向上させるために、スプリングタービュレーター３６およびスパイラルタービュレーターまたはバンドタービュレーター３７が配置されている。これについては、後で詳細に説明する。

ボイラー管３２の出口は、ターニングチャンバー入口３４を経由してターニングチャンバー３５に開口している。フィルター装置４がない場合、煙道ガスはボイラー１１内で再び上に向かって排出される。オプションのフィルター装置４の他の例を、図２および図３に示す。ターニングチャンバー３５の後、煙道ガスは再び上昇し、本例では静電フィルター装置４であるフィルター装置４に送られる（矢印Ｓ５参照）。フィルター装置４の入口４４に、フィルターに流入する煙道ガスの流れをならすフローバッフルを設けてもよい。

電気集塵装置すなわち電気集塵機は、静電気の原理を利用して気体から粒子を分離するための装置である。これらのフィルター装置は、特に、排ガスを電気的に浄化するのに用いられる。電気集塵機では、スプレー電極のコロナ放電により粉塵粒子が帯電し、対向する帯電電極（集塵極）に引き寄せられる。コロナ放電は、この目的に適した、電気集塵機内で帯電させた高圧電極（スプレー電極としても知られている）で行われる。電極については、先端が突出し、場合によっては鋭いエッジを持つように設計しておくことが好ましい。なぜなら、力線密度、ひいては電界強度がそこで最大となり、コロナ放電が有利になるためである。対向する電極（集塵極）は通常、接地した排気管を電極の周囲に取り付けて構成される。電気集塵機の分離効率は、特にフィルター系での排ガスの滞留時間と、スプレー電極と分離電極との間の電圧に依存する。そのために必要な整流された高電圧は、高電圧発生装置（図示せず）から供給される。不要な漏れ電流を防ぎ、システム１の耐用年数をのばすために、高電圧発生装置および電極用のホルダーを粉塵や汚染から保護する必要がある。

図２に示すように、フィルター装置４のほぼ煙突状の内部には、ほぼ中央に、棒状の電極４５（細長い板状の鋼製ばねのような形状が好ましい；図１５を参照のこと）が支持されている。電極４５は、少なくとも大部分が高品質のばね鋼またはクロム鋼からなり、高電圧絶縁体すなわち電極絶縁体４６を介して、電極支持部４３／電極ホルダー４３に支持されている。

（噴霧）電極４５は、揺れ動くことが可能な状態で、フィルター装置４の内部で下向きに垂れ下がっている。例えば、電極４５は、電極４５の長手方向の軸に対して横方向に往復して振動することができる。

ケージ４８が、対向電極とフィルター装置４用のクリーニング機構を兼ね備えている。ケージ４８は、アース電位に接続されている。上述したように、フィルター装置４内を流れる排ガスが、優位な電位差がゆえに濾過される（矢印Ｓ６参照）。フィルター装置４を清掃する場合、電極４５の通電を解除する。ケージ４８は、好ましくは、例えば図１３から明らかなように、正規断面の形状が八角形である。ケージ４８は、製造時にレーザーで切断可能なものであると好ましい。

熱交換器３を出た後、煙道ガスは、ターニングチャンバー３４を通ってフィルター装置４の入口４４に流入する。

ここで、（オプションの）フィルター装置４は、ボイラー１１と完全に一体で設けられていてもよい。それによって、熱交換器３に面して熱交換媒体が流れる壁面が、フィルター装置４の方向からも熱交換に使用され、システム１の効率がさらに改善される。このように、フィルター装置４の壁の少なくとも一部に熱交換媒体を流すことが可能であり、それによって、この壁の少なくとも一部がボイラー水で冷却される。

フィルターの出口４７では、矢印Ｓ７で示すように、清浄化後の排ガスがフィルター装置４から流出する。フィルターを出た後、排ガスの一部は、再循環装置５を通って一次燃焼ゾーン２６に戻される。これについても、後に詳細に説明する。排ガスの残りは、排ガス出口４１を通ってボイラー１１の外に導かれる。

ボイラー１１の下部には、灰除去部７／灰排出部７が配置されている。灰排出スクリュー７１によって、例えば燃焼室２４、ボイラー管３２およびフィルター装置４から分離して落下した灰が、ボイラー１１から横方向に排出される。

本実施形態の燃焼室２４およびボイラー１１について、ＣＦＤシミュレーションを用いて計算した。また、ＣＦＤシミュレーションの結果を確認するために、現場での実験も行った。１００ｋＷのボイラーでの計算を検討の出発点としたが、２０～５００ｋＷの出力範囲を考慮に入れた。

ＣＦＤシミュレーション（ＣＦＤ＝Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ；数値流体力学）とは、流れや熱伝導の過程を空間的、時間的に分解してシミュレーションすることである。流れのプロセスは、層流および／または乱流の場合もあれば、化学反応を伴って生じる場合もあり、多相系の場合もある。このため、ＣＦＤシミュレーションは、設計や最適化のツールとして適している。本発明では、ＣＦＤシミュレーションを用いて、上述した本発明の課題を解決するような方法で流体パラメータを最適化した。特に、その結果、ボイラー１１、燃焼室２４、二次空気ノズル２９１および燃焼室ノズル２０３の機械的な設計と寸法が、ＣＦＤシミュレーションによって、また、関連する実用的な実験によって、ほぼ規定された。これらのシミュレーション結果は、熱伝導を考慮した流動シミュレーションに基づくものである。そのようなＣＦＤシミュレーションの結果の例を図２０および図２１に示す。

以下、ＣＦＤシミュレーションの結果である、バイオマス暖房システム１およびボイラー１１の上記の構成要素について、より詳細に説明する。
（燃焼室）

課題ごとの要件を満たすには、燃焼室の形状設計が重要である。燃焼室の形状または幾何学形状は、煙道ガスダクトの断面における流れの乱流混合と均一化を可能な限り最適化し、燃焼容積を最小限に抑え、過剰な空気を減らして再循環率を下げ（効率、運転コスト）、ＣＯおよびＣｘＨｘの排出量、ＮＯｘ排出量、粉塵排出量を低減し、局所的な温度ピークを抑え（ファウリング、スラグ）、局所的な煙道ガス速度ピークを抑えること（材料ストレスおよび侵食）などを目的として意図されている。

図２の部分図である図４と、垂直断面線Ａ２に沿ったボイラー１１を通る断面図である図５に、例えば２０～５００ｋＷの広い出力範囲でバイオマス暖房システムに対する上述した要件を満たす燃焼室の幾何学形状を示す。さらに、垂直断面線Ａ２を、楕円形の燃焼室２４の中心または中心軸として理解することも可能である。

約１００ｋＷの例示的なボイラーついてのＣＦＤ計算結果および実用的な実験により求めた寸法ならびに、図３および図４に示す寸法は、以下の通りである。
ＢＫ１＝１７２ｍｍ±４０ｍｍ、好ましくは±１７ｍｍ。
ＢＫ２＝３００ｍｍ±５０ｍｍ、好ましくは±３０ｍｍ。
ＢＫ３＝４３０ｍｍ±８０ｍｍ、好ましくは±４０ｍｍ。
ＢＫ４＝５３８ｍｍ±８０ｍｍ、好ましくは±５０ｍｍ。
ＢＫ５＝（ＢＫ３－ＢＫ２）／２＝例えば６５ｍｍ±３０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ。
ＢＫ６＝３０７ｍｍ±５０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ。
ＢＫ７＝８２ｍｍ±２０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ。
ＢＫ８＝３７９ｍｍ±４０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ。
ＢＫ９＝４７０ｍｍ±５０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ。
ＢＫ１０＝２３２ｍｍ±４０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ。
ＢＫ１１＝３８０ｍｍ±６０ｍｍ、好ましくは±３０ｍｍ。
ＢＫ１２＝４６０ｍｍ±８０ｍｍ、好ましくは±３０ｍｍ。

これらの値により、本例では燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６と二次燃焼ゾーン２７の両方の幾何学形状が最適化される。標記の大きさの範囲は、厳密に標記の値を用いた場合と同様に（近似的に）要件が充足される範囲である。

好ましくは、一次燃焼ゾーン２６と燃焼室２４のチャンバーの幾何学形状（または燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６の内容積）を、以下の基本パラメータに基づいて定義することができる。

寸法３８０ｍｍ±６０ｍｍ（好ましくは±３０ｍｍ）×３２０ｍｍ±６０ｍｍ（好ましくは±３０ｍｍ）、高さ５３８ｍｍ±８０ｍｍ（好ましくは±５０ｍｍ）の楕円形の水平基部を有する空間。

上記のサイズデータを、縮尺だけ変更して他の出力クラス（例えば５０ｋＷまたは２００ｋＷ）のボイラーに適用することも可能である。

さらに別の実施形態として、上で定義した空間に、燃焼室２４の二次燃焼ゾーン２７に設けられた燃焼室ノズル２０３の形で上部開口を含んでもよく、これには、好ましくは熱交換媒体３８を含む、二次燃焼ゾーン２７に突出した燃焼室斜面２０２が含まれる。燃焼室斜面２０２によって、二次燃焼ゾーン２７の断面積が小さくなる。ここで、燃焼室斜面２０２は、水平または直線状の架空の燃焼室天井Ｈ（図４の水平破線Ｈを参照）に対して、少なくとも５％の角度ｋ、好ましくは少なくとも１５％の角度ｋ、さらに好ましくは少なくとも１９％の角度ｋで設けられる。

また、燃焼室天井２０４も、入口３３に向かって上に傾斜して設けられている。このように、二次燃焼ゾーン２７の燃焼室２４では、熱交換器３の入口３３に向かって上に傾斜して燃焼室天井２０４が設けられている。この燃焼室天井２０４は、図２の断面において少なくとも実質的に直線状か、あるいは直線状に、傾斜してのびている。直線状または平坦な燃焼室天井２０４の（架空の）水平方向に対する傾斜角を、好ましくは４～１５°とすることができる。

燃焼室天井２０４によって入口３３の前方で燃焼室２４に別の斜面（天井）が設けられ、これと燃焼室斜面２０２とによって、漏斗が形成される。この漏斗は、上向きのスワールまたは渦流を横に向け、その流れをほぼ水平に方向転換させる。すでに乱れている上向きの流れと入口３３の前方の漏斗形状により、すべての熱交換器管３２またはボイラー管３２で均一の流れが保証され、すべてのボイラー管３２で煙道ガスの流れが均一になる。その結果、熱交換器３での熱伝導がかなり最適化される。

特に、対流ボイラーの入口の幾何学形状として、二次燃焼ゾーンの垂直方向の斜面２０３と水平方向の斜面２０４とを組み合わせることで、対流ボイラー管への煙道ガスの均一な分配を実現することができる。

燃焼室斜面２０２は、熱交換器３の方向での流れＳ３、ひいてはボイラー管３２への流れを均一にする役割を果たす。これにより、煙道ガスが個々のボイラー管にできるだけ均等に分配されるようになり、そこでの熱伝導が最適化される。

具体的には、斜面とボイラーの入口断面との組み合わせることで、煙道ガスの流れまたは流量がそれぞれのボイラー管３２にできるだけ均等に分配されるように、煙道ガス流を回転させることができる。

従来技術では、燃焼室とノズルが矩形または多角形である燃焼室がよくみられるが、燃焼室とノズルの形状が不規則で、それらが相互作用するのは、すでに認識されているように、空気の分布を均一にして空気と燃料とを良好な状態で混合し、良好な燃焼を達成する上での障害となる。特に、燃焼室の幾何学形状に角があると、流れの筋または優先的な流れが生じてしまい、都合の悪いことに、これが熱交換器管３２内の不均一な流れにつながる。

したがって、本例では、死角やデッドエッジのない燃焼室２４を提供する。

このように、燃焼室（およびボイラー内の流路全体）の幾何学形状が、バイオマス暖房システム１を最適化するための検討において重要な役割を果たすことが認識された。そこで、（通常の矩形または多角形または純粋に筒形の形状から離れて）本明細書で説明した死角のない楕円形または円形の基本的な幾何学形状を選択した。また、この燃焼室の基本的な幾何学形状と、その設計も、上述した寸法／寸法範囲で最適化された。これらの寸法／寸法範囲は、特に、品質の異なる（例えば、含水率の異なる）様々な燃料（木質チップやペレット）を極めて高効率で燃焼させることができるように選択されている。これは、現場での試験とＣＦＤシミュレーションで示されたことである。

特に、燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６には、好ましくは外周の水平断面が楕円形またはほぼ円形の空間を含んでもよい（このような断面を、図２のＡ１に例示する）。さらに好ましくは、この水平断面が燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６の床面積を表していてもよい。両端矢印ＢＫ４で示す高さ全体で、燃焼室２４の断面がほぼ一定であってもよい。この点で、一次燃焼ゾーン２４は、ほぼ楕円筒形の空間を有していてもよい。好ましくは、一次燃焼ゾーン２６の側壁と底面（火格子）とが互いに垂直であってもよい。この場合、上述した斜面２０３、２０４を、燃焼室２４の壁として一体に設けてもよく、これらの斜面２０３、２０４は、熱交換器３３の入口３３に開口してそこで断面が最も小さくなる漏斗を形成している。

上記で「ほぼ」という語を用いたのは、例えば燃焼室レンガ２９同士の継ぎ目で、いうまでもなく個々の切り欠き、設計による誤差や若干の非対称が存在し得るためである。しかしながら、これらの小さな誤差は、流れという点ではほぼ何の役割も果たさない。

燃焼室２４の水平断面、特に燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６の水平断面も、同様に好ましくは規則的な設計であってよい。さらに、燃焼室２４の水平断面、特に燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６の水平断面は、好ましくは、正楕円（および／または左右対称の楕円）であってもよい。

また、一次燃焼ゾーン２６の水平断面（外周部）が所定の高さ（例えば２０ｃｍ）にわたって一定となるように設計することも可能である。

このように、本例では、燃焼室２４の楕円筒形の一次燃焼ゾーン２６が提供され、ＣＦＤ計算によれば、従来技術の矩形の燃焼室よりも燃焼室２４内の空気の分布をはるかに均一かつ良好にすることができる。また、デッドスペースがないため、燃焼室内に空気の流れが悪い部分がなく、効率が増し、スラグの発生も抑えられる。

同様に、燃焼室２４のノズル２０３は、流れ条件をさらに最適化するために、楕円形またはほぼ円形の狭窄部として構成されている。本発明による特別に設計された二次空気ノズル２９１によって生じる、上述した一次燃焼ゾーン２６内の流れのスワールにより、ほぼ螺旋状またはスパイラル状に上向きのフローパターンが生じる。このため、等しく楕円形またはほぼ円形のノズルは、このフローパターンに都合がよく、従来の矩形のノズルのように干渉することがない。この最適化されたノズル２０３は、回転しながら上に流れる煙道ガスと空気との混合物を集合させ、より良い混合、二次燃焼ゾーン２７における渦流の保存、完全燃焼を保証する。これにより、過剰な空気の必要量が最小限になり、燃焼プロセスが改善され、効率が向上する。

したがって、特に、（図１９を参照して後述もする）上述した二次空気ノズル２９１と、それによって引き起こされる渦流と、最適化したノズル２０３との組み合わせは、上向きに回転する煙道ガスと空気との混合物を集合させる役割を果たす。これにより、二次燃焼ゾーン２７での少なくともほぼ完全な燃焼が提供される。

このように、ノズル２０３を通るスワール流が集合されて上に向けられ、この流れが、従来技術で一般的であるよりもさらに上に達する。これは、角運動量に関する物理法則から当業者に明らかなように、ノズル２０３によって強制される回転中心軸またはスワール中心軸に対する気流のスワール距離が減少した結果として生じるものである（ピルエット効果の物理を類推のこと）。

また、詳細については後述するように、本例では、二次燃焼ゾーン２７内と二次燃焼ゾーン２７からボイラー管３２までのフローパターンが最適化されている。

ＣＦＤ計算によれば、図２および図３でも参照符号なしで確認することができ、燃焼室２５（またはその断面）が底部から頂部に向かって少なくともほぼ直線的に先細りになっている図４の燃焼室斜面２０２によって、熱交換器４の方向での煙道ガス流の均一性を保証し、その効率を高めることができる。ここで、燃焼室２５の水平断面積は、燃焼室斜面２０２の始点から終点まで少なくとも５％テーパ状であることが好ましい。この場合、燃焼室斜面２０２は、燃焼室２５の熱交換装置４に面する側に設けられ、テーパが最大となる箇所で丸みがつけられている。従来技術においては、（煙道ガスの流れを妨げないように）テーパのない平行または直線的な燃焼室壁が一般的である。また、入口３３の方向と水平な方向に対して斜め上にのびる燃焼室天井２０４が個別にまたは組み合わせで設けられ、二次燃焼ゾーン２７内の渦流を横方向に偏向させることで、流速分布を揃えることができる。

多管式熱交換器の上流での煙道ガス流の流入または偏向は、管への不均一な流入が可能な限り回避されるように設計されている。これは、個々のボイラー管３２での温度ピークを低く抑えることが可能であって、熱交換器４での熱伝導を改善（熱交換器の表面を可能な限り最適に利用）することが可能であることを意味する。その結果、熱交換装置４の効率を高めることができる。

詳細に説明すると、煙道ガスの気体体積流は、燃焼室の傾斜した壁２０３を通って、（燃焼条件が異なる場合であっても）均一な速度で熱交換器管またはボイラー管３２に導かれる。この効果は、燃焼室の傾斜した天井２０４によってさらに高められ、漏斗効果が生じる。その結果、個々のボイラー管３２の熱交換器表面の熱分布が均一になり、熱交換器表面の利用率が改善される。このため、排ガス温度が低下し、効率が高まる。特に図３に示す指示線ＷＴ１での流量分布は、従来技術に比べて大幅に均一である。線ＷＴ１は、熱交換器３の入口面を表す。指示線ＷＴ３は、（特に、フィルター装置４の入口のフローバッフルとターニングチャンバー３５の幾何学形状に起因して）ボイラー管３２の断面全体で流れがほぼ均等に分配されるか、流れが可能な限り均一に設定される、フィルター装置４を通る例示的な断面線を示す。フィルター装置３または最後のボイラーパスを通る均一な流れによって、ストランディングが最小限に抑えられ、フィルター装置４の分離効率とバイオマス暖房システム１内の熱の伝達も最適化される。

さらに、燃焼室２５の下部では、燃料層２８の位置に点火装置２０１が設けられている。これにより、燃料の初期着火または再着火を行うことができる。点火装置２０１がグローイグナイターであってもよい。都合がよいことに、点火装置は固定され、燃料が導入される場所に対して水平方向にオフセットされている。

さらに、フィルター装置からの煙道ガスの出口の後（すなわち、Ｓ７の後）に、ラムダセンサー（図示せず）を（任意に）設けることができる。このラムダセンサーによって、コントローラ（図示せず）がそれぞれの発熱量を検出できるようになる。このように、ラムダセンサーを用いることで、燃料と酸素供給との間の理想的な混合比を確保することができる。燃料の品質が異なるにもかかわらず、結果として、高効率および高能率が達成される。

図５に示す燃料層２８は、燃料が図５の右側から供給されることによる大まかな燃料分布を示している。

さらに図４および図５に示すのは、二次燃焼ゾーン２７が設けられ、煙道ガス流を加速して集合させる燃焼室ノズル２０３である。その結果、煙道ガス流をさらによく混合し、後燃焼ゾーン２７または二次燃焼ゾーン２７で、より効率的に燃焼させることができる。燃焼室ノズル２０３の面積比は２５％～４５％の範囲であるが、好ましくは３０％～４０％であり、例えば１００ｋＷのバイオマス暖房システム１の場合、理想的には３６％±１％（ノズル２０３の実測入力面積と実測出力面積との比）である。

その結果、一次燃焼ゾーン２６の燃焼室の幾何学形状についての上述した詳細が、二次空気ノズル２９１およびノズル２０３の幾何学形状とともに、本開示の有利な別の実施形態を構成する。
（燃焼室レンガ）

図６に、回転火格子２５を有する燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６ならびに二次燃焼ゾーン２７の分離された部分、特に燃焼室レンガ２９の特別なデザインの（斜め上からの）三次元断面図を示す。図７には、図６に対応する燃焼室レンガ２９の分解図を示す。図６および図７の図を、上記にて列挙した図４および図５の寸法で設計することが可能であると好ましい。しかしながら、必ずしもそうであるとは限らない。

燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６のチャンバー壁には、複数の燃焼室レンガ２９がモジュール構成で備えられ、これによって特に製造とメンテナンスが容易になっている。特に、個々の燃焼室レンガ２９を取り外すことが可能であることから、メンテナンスが容易である。

燃焼室レンガ２９のベアリング面／支持面２６０に、ポジティブロック溝２６１と突起２６２（図６では、冗長性を避けるために、このうち例として数個だけ各図に例示している）を設け、機械的かつ大部分が気密な接続状態を達成して、ここでも邪魔になる外気の侵入を防止している。好ましくは、少なくとも大幅に対称的な２つの燃焼室レンガの各々で（二次空気用または再循環された煙道ガス用の開口を可能な限り除いて）完全なリングが形成されている。さらに、好ましくは、３つのリングを積み重ねることで、燃焼室２４の楕円形の円筒形状あるいは少なくともほぼ円形の（後者は図示せず）一次燃焼ゾーン２６が形成されている。

上側のリング２６３に確実に嵌め込まれた、２つの保持用レンガ２６４によって環状のノズル２０３を支持した状態で、さらに３つの燃焼室レンガ２９が上端として設けられている。適切な突起２６２および／または適切なシール材の挿入用に、すべての支持面２６０に溝２６１が設けられている。

好ましくは対称的である取付用ブロック２６４には、好ましくは、回転火格子２５上へのフライアッシュの掃き出しを容易にするために、内側に傾斜した斜面２６５がある。

燃焼室レンガ２９の下側のリング２６３は、回転火格子２５の底板２５１の上に乗っている。この燃焼室レンガ２９の下側のリング２６３の間で内側の縁に灰が次第に堆積し、バイオマス暖房システム１の稼働時に、この継ぎ目の部分を独立して都合よく封止する。

燃焼室レンガ２９の中央のリングに、再循環ノズル２９１または二次空気ノズル２９１用の（オプションの）開口が設けられている。この場合、二次空気ノズル２９１は、燃焼室レンガ２９における燃焼室２４の少なくともほぼ同じ（水平方向の）高さに設けられる。

本例では、燃焼室レンガ２９のリングを３つ設けたが、これは製造上もメンテナンス上も最も効率的であるからである。あるいは、２個、４個、５個のリングを設けてもよい。

燃焼室レンガ２９は、高温炭化ケイ素製であると好ましく、そのようにすることで、耐摩耗性に優れたレンガになる。

燃焼室レンガ２９は、成形レンガとして提供される。燃焼室レンガ２９は、燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６の内部空間が楕円形の水平断面を有するように成形されており、煙道ガスと空気との混合物が通常は最適な状態では流れないことから燃料の燃焼も最適な状態にならないデッドスポットまたはデッドスペースを、人間工学的な形状によって回避している。このような燃焼室レンガ２９の形状がゆえ、火格子２５を通る一次空気の流れが火格子２５上の燃料の分布に適合し、渦流が妨げられにくくなり、結果として、燃焼効率が高まる。

燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６の楕円形の水平断面は、最小の内径ＢＫ３と最大の内径ＢＫ１１を有する点対称および／または正楕円形であることが好ましい。これらの寸法は、ＣＦＤシミュレーションと実用的な試験とを用いて燃焼室２４の一次燃焼ゾーン２６を最適化した結果である。
（回転火格子）

図８に、図２の断面線Ａ１から見た、回転火格子２５の上面図を示す。

図８の上面図を、上記にて列挙した寸法で設計することが可能であると好ましい。しかしながら、必ずしもそうであるとは限らない。

回転火格子２５は、底板２５１を基本要素としている。底板２５１のほぼ楕円形の開口には、回転可能に支持された、第１の回転火格子要素２５２、第２の回転火格子要素２５３、第３の回転火格子要素２５４の間の隙間を埋めるためのつなぎ要素２５５が設けられている。このように、回転火格子２５は、３つの独立した要素を有する回転火格子として提供されている。すなわち、３つ折回転火格子とも称することができる。回転火格子要素２５２、２５３、２５４には、一次空気を流すための空気孔が設けられている。

回転火格子要素２５２、２５３、２５４は、例えば金属鋳物からなる平坦で耐熱性の金属板であり、上側に少なくとも大部分が平坦に構成された表面を有し、下側は例えば中間の支持要素を介してベアリング回転軸８１に接続されている。上から見ると、回転火格子要素２５２、２５３、２５４は、湾曲して相補的な側面または輪郭を有している。

特に、回転火格子要素２５２、２５３、２５４の側面が相互に相補的で湾曲していてもよい。第２の回転火格子要素２５３の側面が、それぞれ隣接する第１および第３の回転火格子要素２５２、２５４に対して凹状であると好ましく、第１および第３の回転火格子要素２５２、２５４の側面が、それぞれ第２の回転火格子要素２５３に対して凸状であると好ましい。このようにすることで、破砕の長さが長くなり、破砕のために作用する力（ハサミに似ている）が一層狙い通りに作用するため、回転火格子要素の破砕機能が改善される。

回転火格子要素２５２、２５３および２５４（ならびにつなぎ要素２５５としての囲いの部分）は、まとめて平面図で見ると外形がほぼ楕円形である。このようにすることで、燃焼が最適にならなかったり望ましくないほど灰が蓄積したりする原因になり得る、デッドコーナーまたはデッドスペースが回避される。この回転火格子要素２５２、２５３、２５４の外形の最適な寸法を、図８に両端矢印ＤＲ１、ＤＲ２で示す。ＤＲ１およびＤＲ２を以下のように規定すると好ましいが、これは排他的ではない。
ＤＲ１＝２８８ｍｍ±４０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ
ＤＲ２＝３５０ｍｍ±６０ｍｍ、好ましくは±２０ｍｍ

これらの値は、ＣＦＤシミュレーションとその後の実用的な試験において最適な値（範囲）であることが明らかになった。これらの寸法は、図４および図５における寸法に相当する。これらの寸法は、２０～２００ｋＷの出力範囲で、異なる燃料すなわち燃料タイプの木質チップやペレットを燃焼させる場合（ハイブリッド燃焼）に特に有利である。

この場合、回転火格子２５の燃焼領域は楕円形であり、従来の矩形の燃焼領域よりも燃料の分布、燃料空気の流れ、燃料の燃焼の点で有利である。燃焼領域２５８は、回転火格子要素２５２、２５３、２５４の表面によって（水平状態で）コアに形成されている。したがって、燃焼領域は、回転火格子要素２５２、２５３、２５４の上に向いた表面である。この楕円形の燃焼領域は、好都合なことに、回転火格子２５の側面に適用されるか押されるときに燃料支持面に対応している（図９、図１０、図１１の矢印Ｅを参照のこと）。特に、回転火格子２５の楕円形の燃焼領域の長いほうの中心軸（長軸）に平行な方向から燃料を供給してもよい。

第１の回転火格子要素２５２と第３の回転火格子要素２５４は、好ましくは、その燃焼領域２５８が同一であってもよい。さらに、第１の回転火格子要素２５２と第３の回転火格子要素２５４は、互いに同一であるか同一の構造であってもよい。これは、例えば、第１の回転火格子要素２５２と第３の回転火格子要素２５４とが同一の形状を有する図９で確認することができる。

さらに、第２の回転火格子要素２５３は、第１の回転火格子要素２５２と第３の回転火格子要素２５４との間に配置されている。

回転火格子２５には、ほぼ点対称の楕円形の燃焼領域２５８があると好ましい。

同様に、回転火格子２５によって、ＤＲ２が長軸の寸法であり、ＤＲ１が短軸の寸法である、ほぼ楕円形の燃焼領域２５８が形成されていてもよい。

さらに、回転火格子２５の燃焼領域２５８が、当該燃焼領域２５８の中心軸に対して軸対称である、ほぼ楕円形のものであってもよい。

さらに、回転火格子２５の燃焼領域２５８が、ほぼ円形であってもよいが、これは燃料の供給と分配の点でいくぶん不利である。

さらに、回転火格子要素２５２、２５３、２５４を適宜回転させるために、回転機構２３の２つのモーターまたは駆動部２３１が設けられている。この回転火格子２５の特定の機能および利点の詳細については、図９、図１０および図１１を参照して後述する。

特に、ペレットおよび木質チップの暖房システムでは（特にハイブリッドバイオマス暖房システムでは）、燃焼室２４、特に回転火格子２５上でのスラグの形成により、次第に故障が起こりやすくなる可能性がある。スラグは、燃焼過程で余燼が灰融点よりも高い温度になるたびに形成される。その後、灰が軟化し、互いに融合し、冷却後に固体となり、暗色のスラグになることも多い。このプロセスは焼結としても知られており、燃焼室２４にスラグが蓄積されると、燃焼室２４が誤動作すなわち停止するため、バイオマス暖房システム１では望ましくない。通常、燃焼室２４を開放し、スラグを除去しなければならない。

灰溶融範囲（焼結点から降伏点まで）は、使用する燃料材によって大きく異なる。例えば、スプルース材の臨界温度は約１，２００℃である。しかしながら、燃料の灰溶融範囲が大幅に変動する可能性もある。木材に含まれる鉱物の量や組成によって、燃焼過程での灰の挙動が変化する。

スラグの生成に影響を与えうる別の要因として、木質ペレットまたは木材チップの搬送と保管があげられる。これらは、できるだけ破損していない状態で燃焼室２４に投入される必要がある。燃焼プロセスに入るときに木質ペレットがすでに砕かれていると、グローベッドの密度が高くなる。その結果、さらに大きなスラグが形成される。特に、ここでは貯蔵室から燃焼室２４への搬送が重要である。特に長い経路、曲がった部分や角度が、木質ペレットの損傷や磨耗につながる。

もうひとつの要因として、燃焼過程の管理がある。これまで、可能なかぎり最良の燃焼状態と低エミッションを達成するために、むしろ温度を高く保つことが目標とされてきた。燃焼室の幾何学形状と回転火格子２５の燃焼ゾーン２５８の幾何学形状を最適化することで、火格子では燃焼温度を低めに保ち、二次空気ノズル２９１の領域では高く保つことができ、火格子でのスラグの形成を抑制することができる。

さらに、回転火格子２５の特定の形状と機能により、発生するスラグ（および灰）を都合よく除去することができる。これについて、以下、図９、図１０および図１１を参照してより詳細に説明する。

図９、図１０、図１１に、底板２５１、第１の回転火格子要素２５２、第２の回転火格子要素２５３、第３の回転火格子要素２５４を含む回転火格子２５の三次元図を示す。図９、図１０および図１１の図を、上記にて列挙した寸法に対応させることができると好ましい。しかしながら、必ずしもそうであるとは限らない。

この図では、回転火格子２５を、回転火格子機構２３および駆動部２３１を備えた露出したスライドイン部品として示してある。回転火格子２５は、モジュールシステムのようにして個別にあらかじめ製造し、ボイラー１１に設けられた細長い開口にスライドイン部品として挿入して設置することができるように、機械的に設けられている。そのようにすることで、この摩耗しやすい部品の保守が容易になる。こうして、回転火格子２５をモジュール設計にしておくことができると好ましく、それによって、回転火格子機構２３と駆動部２３１を備えた完全な構成要素として、迅速かつ効率的に取り外し、挿入しなおすことが可能である。また、モジュール化された回転火格子２５を、手軽に解放される固定具で組み立てたり分解したりすることもできる。これに対して、従来技術における回転火格子は、通常は固定されており、メンテナンスや設置が困難である。

駆動部２３１には、別々に制御可能な２つの電動機が含まれていてもよい。これらが回転火格子機構２３の側面に設けられていると好ましい。電動機に、減速ギアを備えることも可能である。さらに、回転火格子要素２５２、２５３、２５４の端の位置に対するエンドストップを提供するために、エンドストップスイッチを設けてもよい。

回転火格子機構２３の個々の構成要素は、交換可能であるように設計されている。例えば、歯車は取り付け可能なように設計されている。このようにすることで、メンテナンスが容易になり、必要に応じて、組み立て時に機構を側面から交換することができる。

上述した開口２５６は、回転火格子２５の回転火格子要素２５２、２５３、２５４に設けられている。回転火格子要素２５２、２５３、２５４については、ここでは２つのモーター２３１である駆動部２３１によって回転機構２３を介して駆動されるそれぞれのベアリング軸８１を介して、それぞれのベアリング軸または回転軸８１を中心に少なくとも９０度、好ましくは少なくとも１２０度、さらに好ましくは１７０度、回転させることが可能である。ここで、最大回転角は、火格子リップ２５７で許容されるように、１８０度あるいは１８０度よりわずかに小さい角度であればよい。この点で、回転機構２３は、第３の回転火格子要素２５４が第１の回転火格子要素２５２および第２の回転火格子要素２４３とは独立して個別に回転できるように、かつ、第１の回転火格子要素２５２と第２の回転火格子要素２４３とが、第３の回転火格子要素２５４とは独立して一緒に回転できるように配置されている。回転機構２３は、例えば、インペラ、歯付きベルトまたは駆動ベルトおよび／または歯車によって、適宜提供すればよい。

回転火格子要素２５２、２５３、２５４は、正確な形状を確実に保てるようにするために、レーザー切断して鋳造火格子として製造可能なものであると好ましい。これは特に、燃料層２８を通る空気流をできるだけ正確に規定し、回転火格子要素２５２、２５３、２５４の縁で空気のストランドなどの空気流が乱れるのを回避するためである。

回転火格子要素２５２、２５３、２５４の開口２５６は、通常のペレット材料および／または木材チップが落下しない程度に小さく、燃料が十分に通気される程度に大きくなるように配置されている。さらに、開口２５６は、灰粒子や不純物が詰まる程度の大きさである（例えば、燃料中の石ではない）。

ここで、図９に、すべての回転火格子要素２５２、２５３、２５４が水平に整列しているか、閉じている、閉鎖位置の回転火格子２５を示す。これは、制御モードでの位置である。複数の開口２５６を均一に配置することで、回転火格子２５の燃料層２８（図９には図示せず）を通る燃料の均一な流れが保証される。この点で、ここでは最適な燃焼状態を作り出すことができる。燃料は、矢印Ｅの方向から回転火格子２５に投入される。この点で、燃料は図９の右側から回転火格子２５上に押し上げられることになる。

稼働時、回転火格子２５、特に回転火格子要素２５２、２５３、２５４に、灰およびまたはスラグが蓄積される。ここでは、回転火格子２５を使用することで、回転火格子２５を効率的に清掃することができる。

図１０に、余燼メンテナンスモードで回転火格子２５の部分的な清掃を行った状態で、回転火格子を示す。この目的で、第３の回転火格子要素２５４だけが回転される。３つの回転火格子要素のうちの１つだけを回転させることで、第１の回転火格子２５２および第２の回転火格子要素２５３上に余燼が残り、同時に灰とスラグを落下させて燃焼室２４から出すことができる。その結果、運転再開のための外からの点火が不要になる（これにより、点火エネルギーが最大９０％節約される）。別の結果として、点火装置（例えば、点火棒）の摩耗が減り、電力が節約される。さらに、好都合なことに、灰の清掃をバイオマス暖房システム１の稼働時に行うことができる。

また、図１０には、（既に十分な場合も多い）部分清掃時にアニーリングが行われた状態も示す。好都合なことに、このようにシステム１の動作をより連続的にすることができる。これは、従来の火格子の通常の完全清掃とは対照的に、数十分かかる可能性がある長時間の完全点火を行う必要がないことを意味する。

さらに、第３の回転火格子要素２５４の２つの外縁における潜在的なスラグ形成または蓄積は、その回転時に（分断）され、第３の回転火格子要素２５４の曲がった外縁により、従来技術の既存の矩形要素より大きい全長にわたって剪断が生じるだけでなく、外縁に対する運動の不均一な分布でも剪断が生じる（下縁および上縁よりも中央のほうが大きな運動が生じる）。このため、回転火格子２５の破砕機能が大幅に向上する。

図１０では、第２の回転火格子要素２５３の火格子リップ２５７（両側）が見えている。これらの火格子リップ２５７は、第１の回転火格子要素２５２および第３の回転火格子要素２５４がその閉鎖状態で火格子リップ２５７の上側に乗るように配置されている。このため、回転火格子要素２５２、２５３、２５４は、互いに隙間なく密着した状態で提供されている。これにより、グローベッドを流れる不均一で不要な一次空気の流れや空気のストランドが防止される。好都合なことに、これによって燃焼効率が改善される。

図１１に、好ましくはシステムの停止中に実施される完全清掃状態にある回転火格子２５を示す。この場合、３つの回転火格子要素２５２、２５３、２５４がいずれも回転され、第１の回転火格子要素２５２および第２の回転火格子要素２５３が、第３の回転火格子要素２５４とは反対方向に回転されると好ましい。一方では、これによって回転火格子２５を完全に空にすることができ、他方では灰とスラグが４つの不揃いな外縁で分断される。すなわち、都合のよい４倍の破砕機能が実現される。外縁の幾何学形状について図９を参照して上述した内容は、図１０に関してもあてはまる。

要約すると、この回転火格子２５では、好都合なことに通常運転（図９参照）に加えて２通りの清掃（図１０および図１１参照）が実現され、部分清掃ではシステム１の稼働時の清掃が可能になる。

それに比べて、市販の回転火格子システムは人間工学的に優れておらず、幾何学形状が長方形であるため一次空気が燃料中を最適な状態では流れず、空気のストランドが発生しやすい死角がある。また、この死角部分ではスラグが発生する。このため、燃焼状態が悪くなり、効率も劣る。

この回転火格子２５の単純な機械的設計により、堅牢で信頼性が高く、耐久性に優れた回転火格子になる。
（再循環装置）

上述した燃焼室の幾何学形状との相乗効果で、熱交換器３を最適化するために、ＣＦＤシミュレーションと現場での試験を再度実施した。また、スプリングタービンまたはバンドタービュレーターまたはこれらの組み合わせで、熱交換器３の圧力損失を大きくしすぎることなく、熱交換過程の効率をどの程度向上させることができるか否かも確認した。タービュレーターは、ボイラー管３２の中で乱流を増やすことで流速を減少させ、ボイラー管３２内での煙道ガスの滞留時間を長くして、熱交換の効率を増加させる。具体的には、流れの境界層が管壁で分断され、熱伝達が改善される。しかしながら、流れの乱れが大きくなると、圧力降下も大きくなる。

また、煙道ガスと接触するすべての表面について、軽い汚れ（厚さ１ｍｍのいわゆるファウリング）も考慮した。このようなファウリング層の放射率を０．６と仮定した。

この最適化の結果を、図２の切り欠き詳細図である図１２に示す。

熱交換器３は、垂直に配置されたボイラー管３２の束を有し、各々のボイラー管３２がスプリングタービュレーターとバンドタービュレーターまたはスパイラルタービュレーターの両方を備えていると好ましい。それぞれのスプリングタービュレーター３６は、好ましくはそれぞれのボイラー管３２の長さ全体にのび、スプリング形状である。それぞれのバンドタービュレーター３７は、好ましくは、それぞれのボイラー管３２の長さの約半分にわたってのびていて、かつ、ボイラー管３２の軸方向に螺旋状にのびる厚さ１．５ｍｍ～３ｍｍのベルトを有する。さらに、それぞれのバンドタービュレーター３７は、それぞれのボイラー管３２の長さの約３５％～６５％の長さであってもよい。また、それぞれのバンドタービュレーター３７は、一端がそれぞれのボイラー管３２の下流側の端に配置されていると好ましい。スプリングタービュレーターとバンドタービュレーターまたはスパイラルタービュレーターとの組み合わせを、ダブルタービュレーターと呼ぶこともできる。バンドタービュレーターとスパイラルタービュレーターの両方を、図１２に示す。このデュアルタービュレーターでは、バンドタービュレーター３７が、スプリングタービュレーター３６の中に配置されている。

バンドタービュレーター３７を設けたのは、バンドタービュレーター３７がボイラー管３２内の乱流効果を増大させ、管の断面で見たときに、温度プロファイルや速度プロファイルをより均一にするのに対し、バンドタービュレーターがないと、管の中心に、ボイラー管３２の出口まで続く速度が高めのホットストリークが形成されやすく、熱伝達の効率に悪影響が出るためである。このように、ボイラー管３２の底にあるバンドタービュレーター３７は、対流による熱伝達を改善する。

最適な好ましい例として、直径７６．１ｍｍ、肉厚３．６ｍｍのボイラー管２２本を使用することができる。

この場合の圧力降下を、２５Ｐａ未満にすることができる。この場合、スプリングタービュレーター３６は、理想的には外径が６５ｍｍ、ピッチが５０ｍｍ、横断面が１０×３ｍｍである。この場合、バンドタービュレーター３７は、外径が４３ｍｍ、ピッチが１５０ｍｍ、横断面が４３×２ｍｍであってもよい。バンドタービュレーターのシート厚については、２ｍｍとすることができる。

直径７０～８５ｍｍ、肉厚３～４．５ｍｍのボイラー管１８～２４本で良好な効率が達成される。適当なスプリングタービュレーターとバンドタービュレーターを使用すればよい。

しかしながら、十分な効率を達成するためには、直径６０～８０ｍｍ、肉厚２～５ｍｍのボイラー管３２を１４～２８本使用することができる。これらの場合の圧力降下は、２０～４０Ｐａの間になり得るため、陽圧とみなすことができる。スプリングタービュレーター３６およびバンドタービュレーター３７の外径、ピッチおよび横断面は、好適に提供される。

ボイラー管３２の出口における所望の目標温度については、定格出力で１００～１６０℃にすることができると好ましい。

（ボイラー用の清掃装置）

図１３に、熱交換器３とフィルター装置４の両方を自動で清掃することができる清掃装置９を示す。図１３では、説明のために、ボイラー１１からの清掃装置を強調して示してある。清掃装置９は、ボイラー１１全体に関係し、ボイラー１１の対流部分ならびにオプションで静電フィルター装置４を組み込むことが可能な最終ボイラー経路にも関係する。

清掃装置９は、好ましくは電動機である２つの清掃用駆動部９１を有し、これらの駆動部が２本の清掃用シャフト９２を回転可能に駆動する。これらのシャフトは、シャフトホルダ９３に装着されている。清掃用シャフト９２を、他の場所、例えば遠位端にも同様に回転可能に取り付けることができると好ましい。清掃用シャフト９２は突出部９４を有し、この突出部に、フィルター装置４のケージ４８およびタービュレーターホルダー／ブラケット９５が、ジョイントまたはピボット軸受けを介して接続されている。

このタービュレーターホルダー９５を、図１４に強調して拡大表示する。タービュレーターホルダー９５は櫛歯状であり、水平方向に対称であると好ましい。さらに、タービュレーターホルダー９５は、厚み方向Ｄの厚さが２ｍｍ～５ｍｍの平らな金属片として形成されている。タービュレーターホルダー９５は、その下面に、清掃用シャフト９２の突出部９４のピボットベアリングジャーナル（図示せず）と接続するための２つのピボット軸受取付部９５１を有する。ピボット軸受取付部９５１は水平方向のクリアランスを有し、その中で、ピボット軸受ジャーナルまたはピボット軸受連結部９５５が前後に動くことができる／動いてもよい。垂直方向に突出する突出部９５２には、デュアルタービュレーター３６、３７を固定することが可能な複数の凹部９５４が設けられている。凹部９５４は、ツインタービュレーター３６、３７のギア間隔に等しい距離だけ離間していてもよい。さらに、ボイラー管３２からフィルター装置４への流れを最適化するために、タービュレーター支持部９５に煙道ガス用のカルバート９５３を配置することができると好ましい。そうしないと、平らな金属が流れに対して直角に立ち、流れを妨害しすぎることになる。

また、スパイラルタービュレーター（ダブルタービュレーター）を含むそれぞれのスプリングタービュレーター３６を装着すると、スパイラルが自重によって自動的に回転してタービュレーターホルダー９５のソケット（受けロッドともいう）の中に入りし、固定されるようになっている。このため、組み立てが大幅に容易になる。

図１５および図１６に、ケージ４８のないクリーニング機構９を２つの異なる状態で示す。この場合、ケージ装着部４８１をより明確に見ることができる。

図１５に、タービュレーターホルダー９５とケージ装着部４８１の両方が下降位置にある第１の状態でのクリーニング機構９を示す。一方の清掃用シャフト９２に取り付けられているのは、インパクト／ストップヘッド９７を備えた２腕式のインパクト／ストップレバー９６である。あるいは、インパクトレバー９６は、１つ以上のアームを備えていてもよい。インパクトヘッド９７を有するインパクトレバー９６は、（スプレー）電極４５の端まで移動する、すなわちこれを叩くことができるように設定されている。

図１６に、タービュレーターホルダー９５とケージ装着部４８１の両方が上の位置にある、第２の状態でのクリーニング機構９を示す。

第１の状態から第２の状態（その逆も）への移行時に、清掃用駆動部９１によって清掃用シャフト９２が回転すると、突出部９５２（およびピボットリンク９５５）を介してタービュレーターホルダー９５とケージ装着部４８１の両方が垂直に持ち上げられる。これにより、ボイラー管３２内のツインタービュレーター３６、３７や、フィルター装置４の煙突内のケージ４８を上下に動かすことができるようになり、それぞれの壁面に付着したフライアッシュ等を適宜清掃することができる。

さらに、インパクトヘッド９７を有するストライカー９６が、第１の状態から第２の状態への移行時に、（スプレー）電極４５の端を叩いてもよい。このように（スプレー）電極４５の自由端（すなわち、吊り下げられていない端）で電極を叩くことには、従来の振動機構（電極が吊り下げによって移動する）に比べて、叩かれたこと自体による加振後に（スプレー）電極４５が自らの振動特性に従って（理想的には自由に）振動することができるという利点がある。ここで、（スプレー）電極４５の振動または振動モードは、衝撃の種類によって決まる。衝撃波や縦振動の励起用に、（スプレー）電極４５を下から（すなわち、その長手軸の方向または長手方向から）叩くことが可能である。しかしながら、（スプレー）電極４５を横方向から（図１５および図１６では、例えば矢印Ｖの方向から）叩いて横振動させることも可能である。あるいは、（スプレー）電極４５の端を下から（図１５および図１６に示すように）やや横にずれた方向から叩いてもよい。後者の場合、（打撃によって）（スプレー）電極４５に何種類かの異なる振動が発生し、清掃効果とうまく相まって清掃効率を向上させることができる。特に、（スプレー）電極４５の表面に対する横振動の剪断効果により、清掃効果を向上させることができる。

この点で、好ましくは細長い板状の棒として設計される弾性のスプリング電極４５の長手方向に、衝撃または衝撃波を発生させることができる。同様に、作用する横方向の力（電極４５の長手軸方向に対して横方向すなわち直角方向）によって、（スプレー）電極４５の横振動が発生することもある。

同様に、何種類かの振動を同時に発生させることも可能である。特に、電極４５の横振動と組み合わせた衝撃波および／または縦方向の波も、電極４５の清掃の向上につなげることができる。

その結果、排出スクリュー７１によって灰を除去して加熱システム（図示せず）の前面にある共通の灰箱に送る際に全自動で清掃を実施することができる。同様に、ばね鋼電極４８を、摩耗させることなく騒音も抑えて清掃することができる。

さらに、清掃装置９は、説明したような方法で容易かつ安価に製造することができ、単純で摩耗の少ない構造を有している。

さらに、駆動機構を有する清掃装置９は、有利には灰残渣がタービュレーターによってボイラー管３２の第１の通気部から清掃によって除去され、下に落下し得るように設定されている。

また、清掃装置９は、ボイラー１１の下部のいわゆる「低温領域」に設置されている。このため、機械部品が極めて高い温度にさらされることがなく（すなわち、熱負荷が小さくなる）、摩耗も減少する。これに対して、従来技術ではクリーニング機構がシステムの上部の領域に設置されており、その度合いに応じて都合のよくない摩耗が増加する。

定期的な自動清掃により、熱交換器３の表面が一層清潔になるため、システム１の効率も向上する。同様に、フィルター装置４も、表面がさらに清潔になることで一層効率的に動作することができる。フィルター装置４の電極はボイラー１１の対流部より早く汚れるため、このことも重要である。

この場合、稼働時、具体的にはボイラー１１の稼働時にも、フィルター装置４の電極を清掃することが可能であると都合がよい。

（システムおよびボイラー構成要素のモジュール化）

バイオマス暖房システム１は、下部ボイラー領域における駆動機構全体（回転火格子、熱交換器クリーニング機構、移動床用の駆動機構、フィルター装置用の機構、清掃バスケットおよび駆動軸ならびに灰排出スクリューを含む回転火格子機構を含む）を、「引き出しの原理」で迅速かつ効率的に取り外しおよび再挿入することができるように設計されていると好ましい。これの一例を、図９から図１１を参照して回転火格子２５で上述している。これにより、メンテナンス作業が容易になる。

（グローベッド高さ測定）

図１７に、燃料レベルフラップ８３を有するグローベッド高さ測定機構８６を（抜き出して）示す。図１８には、図１７の燃料レベルフラップ８３の詳細図を示す。

詳細に説明すると、グローベッド高さ測定機構８６は、燃料レベルフラップ８３用の回転軸８２を含む。回転軸８２には中心軸８３２があり、片面に回転軸８２を保持するための軸受けノッチ８４が設けられているとともに、角度センサーまたは回転センサー（図示せず）を取り付けるためのセンサフランジ８５も有する。

回転軸８２は、横断面が六角形であると好ましい。燃料レベルフラップ８３を取り付ける部分には、内側が六角形の開口８３４を２つ含むようにしてもよい。これによって、燃料レベルフラップ８３を回転軸８２に押し付けるだけで固定することができるようになる。さらに、燃料レベルフラップ８３は、単純な板金成型品であってもよい。

グローベッド高さ測定機構８６は、燃焼室２４内に、好ましくは中心からわずかにずれた位置で、燃料層２８、具体的には燃焼領域２５８の上に設けられる。燃料レベルフラップ８３は、燃料があれば、その燃料すなわち燃料層２８の高さに応じて上昇し、それによって、燃料層２８の高さに対応して回転軸８２が回転する。この回転は回転軸８２の絶対角度でもあり、（図示しない）非接触の回転センサーおよび／または角度センサーで検出することができる。このように、効率的かつ堅牢なグローベッド高さ測定を実施することができる。

燃料レベルフラップ８３は、回転軸８２の中心軸８２３に対して斜めになるように設けられている。詳細には、燃料レベルフラップ８３の主面８３１の表面平行８３５は、回転軸８２の中心軸８２３に対して角度をなして配置されてもよい。この角度を１０～４５°にすることができると好ましい。角度の測定については、表面平行８３５と中心軸８２３とが中心軸８２３で交差（水平に投影）して角度をなすと考えられることに留意されたい。さらに、表面平行８３５は一般に、燃料レベルフラップ８３の前縁とは平行にならない。

燃焼室２４への燃料供給６では燃料が平らに分散されず、細長く丘のように盛り上がる。その結果、回転火格子２５の表面に対して平行な回転軸８２の中心軸８２３と斜めの燃料レベルフラップ８３によって、燃料レベルフラップ８３の主面／領域８３１が燃料の山すなわち燃料層２８の上に平らに乗るように、いくぶん斜めの燃料の分布に合うようにされている。このように、燃料レベルフラップ８３を平らに支持することで、燃料層２８の凹凸による測定誤差を減らし、測定精度と人間工学を改善することができる。

さらに、上記にて示した燃料レベルフラップ８３の幾何学形状により、異なる燃料（木片、ペレット）であっても、非接触の回転センサーおよび／または角度センサーによってグローベッドの正確な高さを決定することができる。人間工学的に傾斜した形状は、給炭ストーカースクリューによっていくぶん斜めに導入される燃料に理想的に適合し、代表的な測定値を保証する。

グローベッドの高さを測定することで、回転火格子２５の燃焼領域２５８の上に残っている燃料の高さ（および量）をさらに正確に決定することができ、それによって、燃焼過程を最適化することができるように燃料層２８を通る燃料の供給と流れを制御することが可能になる。

また、このセンサーの製造および組み立ては容易であり、安価でもある。
（バイオマス暖房システム１の流体設計）

図１９に、二次空気ノズル２９１の高さで燃焼室を通り、図５の水平断面線Ａ６に沿った水平断面図を示す。

図１９に示す寸法は、あくまで例として理解されるべきものであり、特に図３の技術的な教示内容を明確にするためにのみ役立つものである。

例えば、二次空気ノズル２９１の長さは、４０～６０ｍｍであってもよい。例えば、円筒形または円錐台形の二次空気ノズル２９１の（最大）直径は、２０ｍｍ～２５ｍｍであってもよい。

図示の角度は、楕円の長径に最も近い２つの二次空気ノズル２９１に関するものである。２６．１°として例示した角度は、二次空気ノズル２９１の中心軸と、燃焼室２４の楕円の長径との間で測定される。この角度を、１５°～３５°の範囲にすることができると好ましい。残りの二次空気ノズル２９１については、渦流を作用させるために（例えば、燃焼室壁２４に対して）楕円の長径に最も近い２つの二次空気ノズル２９１の中心軸の角度に機能的に対応する角度をなしていてもよい。

図１９に示した１０個の二次空気ノズル２９１は、それぞれの破（中心）線で示す中心軸または向きが、燃焼室の楕円形の（対称）中心から外れるように配置されている。すなわち、二次空気ノズル２９１は、楕円形の燃焼室２４の中心を目指さず、その中心すなわち中心軸（図４ではＡ２と表示）を通り過ぎている。このため、中心軸Ａ２を、楕円形の燃焼室の幾何学形状２４に関する対称軸として理解することも可能である。

二次空気ノズル２９１は、二次空気を、水平面で見て接線方向に燃焼室２４の中に導入するような向きで配置されている。すなわち、二次空気ノズル２９１はそれぞれ、燃焼室の中心に向けられない二次空気の入口として設けられている。なお、燃焼室の幾何学形状が円形である場合にも、このような接線方向の入口を用いることができる。

ここで、二次空気ノズル２９１はいずれも、各々が時計回りまたは反時計回りのいずれかの流れを生じるような向きに配置されている。この点、各々の二次空気ノズル２９１を同じような向きにすることで、二次空気ノズル２９１を渦流の発生に寄与させることができる。上記に関して、例外的に、個々の二次空気ノズル２９１を（中心に向かう）中立の向きまたは逆の向き（反対の向き）で配置してもよいが、そのようにすると配置の流体効率が悪化する場合がある点に注意されたい。

図２０に、二次空気ノズル２９１の高さで図２および図４の燃焼室２４を通る、異なるボイラー寸法（５０ｋＷ、１００ｋＷおよび２００ｋＷ）についての３つの水平断面図を、それぞれの公称負荷での例における当該断面の流れ分布の詳細を示す。

図２０で灰色の濃淡が等しいのは、おおむね流速が等しい領域を示す。大ざっぱにいうと、図２０から明らかなように、二次空気ノズル２９１は、燃焼室２４の中に接線方向すなわち中心から外れた位置でノズル流を作用させる。

明確にするために、これらのノズル流の関連する流速を、図２０に例として明示的に示してある。得られるノズル流は、燃焼室２４の中に比較的遠くまでのびており、これを利用して、燃焼室２４の内部空間の大部分を覆う強い渦流を生じさせることができることが分かる。

２００ｋＷのボイラーでのディメンショニングについてのＣＦＤ計算の燃焼室２４の矢印は、二次空気ノズル２９１によって生じる渦流のスワールまたは渦の方向を示している。同様に、これは図２０の他の２つのボイラー寸法（５０ｋＷ、１００ｋＷ）にも類推的に適用される。（上から見て）右巻の渦流を例としてとりあげる。

二次空気ノズル２９１を通って、燃焼室２４に二次空気（単なる周囲空気であると好ましい）が導入される。この際、二次空気ノズル内の二次空気は、公称負荷での例では、ノズル内で１０ｍ／ｓよりも高い速度まで加速される。従来技術の二次空気開口部と比較して、燃焼室２４内で生じる空気ジェットの侵入深さは増加し、燃焼室の内部空間の大部分で有効な渦流を誘発するのに十分なものになる。

燃焼室２４の楕円形（あるいは円形）の断面では、空気が接線方向で燃焼室２４に入ることで、比較的乱れのない渦流が生じる。これは、スワールまたは吸込み渦流とも呼ばれることがある。ここでは、渦流／螺旋流が形成される。これらの螺旋流は、燃焼室２４内を螺旋状または渦巻き状に上に向かって進む。

図２１に、図１の断面線ＳＬ１に沿ってバイオマス暖房システムを通る、異なるボイラー寸法（５０ｋＷ、１００ｋＷ、２００ｋＷ）についての３つの垂直断面図を、この断面への二次ノズル流の接線方向の進入の詳細とともに示す。

また、図２１で灰色の濃淡が等しいのは、おおむね流速が等しい領域を示す。大ざっぱにいうと、図２１から、二次燃焼ゾーン２７には、ろうそく炎状の回転流Ｓ２（図３も参照）が存在し、この流れは燃焼室天井２０４まで都合よく到達することができることがわかる。また、ボイラー管３２を通る流れは、上述した入口３３の方向の漏斗により、約１～２ｍ／ｓでかなり均一であることが分かる。これらの利点と技術的背景については、図１～図４についての説明を参照のこと。
（他の実施形態）

本発明は、上述した実施形態および態様に加えて、他の設計原理を認めるものである。したがって、当業者にとって実行可能であることが明らかである限り、様々な実施形態および態様の個々の特徴を、所望の形で互いに組み合わせることもできる。

さらに、３つの回転火格子要素２５２、２５３および２５４だけを用いる代わりに、２つ、４つまたはそれ以上の回転火格子要素を提供してもよい。例えば、５つの回転火格子要素を使用して、提示した３つの回転火格子要素と同一の対称性および機能性で配置することもできるであろう。さらに、回転火格子要素を互いに異なる形に成形または形成することも可能である。また、回転火格子要素を増やせば、粉砕機能が増すという利点がある。

他の寸法や寸法の組み合わせも提供可能であることに注意されたい。

回転火格子要素２５２、２５４の凸状の側面の代わりに、凹状の側面を設けてもよく、回転火格子要素２５３の側面が順に相補的な凸状であってもよい。これは機能的にほぼ同等である。

図１９には、１０本の二次空気ノズル２９１を示したが、（バイオマス暖房システムの寸法に応じて）異なる数の二次空気ノズル２９１を設けてもよい。

燃焼室２４内の回転流または渦流は、時計回り方向であっても反時計回り方向であってもよい。

また、燃焼室天井２０４に段差をつけるなどして、部分的に傾斜させてもよい。

二次空気ノズル２９１は、燃焼室レンガ２９１に設けられた純粋な円筒形の穴に限定されるものではない。これらは、円錐台形の開口や側面がくびれた開口の形であってもよい。

二次（再）循環では、二次空気または新鮮な空気だけを供給することができ、この点では、煙道ガスを再循環させるのではなく、単に新鮮な空気を供給するにとどまる。

例示的な実施形態に関連して示した寸法と数値は、単に例示的なものとして理解されるものとする。本明細書に開示するこの技術的な教示内容は、これらの寸法に限定されるものではなく、例えば、ボイラー１１の寸法（ｋＷ）を変更した場合には、寸法も変更することができる。

バイオマス暖房システムの燃料としては、木質チップまたはペレット以外の燃料を使用することも可能である。

また、本明細書に開示するバイオマス暖房システムでは、１種類の燃料のみ、例えば、ペレットのみを用いた燃焼も可能である。

本明細書に開示の実施形態は、開示された技術的事項を説明し理解するために提供されたものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。したがって、本開示の範囲には、本開示の技術的意図に基づく改変または他の様々な実施形態が含まれるものと解釈されるべきである。

１ バイオマス暖房システム
１１ ボイラー
１２ ボイラー脚
１３ ボイラー筐体
１４ 水循環装置
１５ 送風機
１６ 外装
２ 燃焼装置
２１ 燃焼装置用の第１のメンテナンス開口
２２ 回転機構ホルダー
２３ 回転機構
２４ 燃焼室
２５ 回転火格子
２６ 燃焼室の一次燃焼ゾーン
２７ 燃焼室の二次燃焼ゾーンまたは輻射部
２８ 燃料層
２９ 燃焼室レンガ
Ａ１ 第１の水平断面線
Ａ２ 楕円形の燃焼室２４の第１の垂直断面線および垂直方向の中心軸
２０１ 点火装置
２０２ 燃焼室斜面
２０３ 燃焼室ノズル
２０４ 燃焼室天井
２３１ 回転機構の駆動部またはモーター
２５１ 回転火格子の底板またはベースプレート
２５２ 第１の回転火格子要素
２５３ 第２の回転火格子要素
２５４ 第３の回転火格子要素
２５５ つなぎ要素
２５６ 開口
２５７ 火格子リップ
２５８ 燃焼領域
２６０ 燃焼室レンガの支持面
２６１ 溝
２６２ リード
２６３ リング
２６４ 保持用石
２６５ 取付用ブロックの斜面
３ 熱交換器
３１ 熱交換器用のメンテナンス開口
３２ ボイラー管
３３ ボイラー管の入口
３４ ターニングチャンバーエントリ／入口
３５ ターニングチャンバー
３６ スプリングタービュレーター
３７ バンドタービュレーターまたはスパイラルタービュレーター
３８ 熱交換媒体
４ フィルター装置
４１ 排ガス出口
４２ 電極給電ライン
４３ 電極ホルダー
４４ フィルターの入口
４５ 電極
４６ 電極絶縁体
４７ フィルターの出口
４８ ケージ
５ 再循環装置
５１、５４ 再循環チャネル
５２ フラップ
５３ 再循環チャネル
６ 燃料供給装置
６１ 回転弁
６２ 燃料供給装置軸
６３ 並進メカニクス／機構
６４ 燃料供給装置ダクト
６５ 燃料供給装置開口
６６ 駆動モーター
６７ 燃料スクリューコンベア
７ 灰除去部
７１ 灰排出スクリューコンベア
７２ メカニクスを有する灰除去モーター
８１ ベアリング回転軸
８２ 燃料レベルフラップの回転軸
８３ 燃料レベルフラップ
８３１ 主領域
８３２ 中心軸
８３５ 表面平行
８４ 軸受ノッチ／支持ノッチ
８５ センサーフランジ
８６ グローベッド高さ測定機構
９ 清掃装置
９１ 清掃用駆動部
９２ 清掃用シャフト
９３ シャフトホルダー
９４ 突出部
９５ タービュレーターホルダー
９５１ ピボット軸受取付部
９５２ 突出部
９５３ カルバート
９５４ 凹部
９５５ ピボット軸受連結部
９６ ２腕インパクトレバー
９７ インパクトヘッド
２１１ Vermiculiteなどの断熱材
２９１ 二次空気ノズルまたは再循環ノズル
Ｅ 燃料の投入方向
３３１ ボイラー管の入口の断熱材
４８１ ケージ装着部

Claims (13)

1. ペレット及び木質チップの少なくとも１つの形態の燃料を燃焼させるためのバイオマス暖房システム（１）であって、
   燃焼装置（２）を有するボイラー（１１）と、
   複数のボイラー管（３２）を有する熱交換器（３）と、を備え、
   前記燃焼装置（２）が、回転火格子（２５）と、一次燃焼ゾーン（２６）と、二次燃焼ゾーン（２７）と、を有する燃焼室（２４）を備え、
   前記一次燃焼ゾーン（２６）は、複数の燃焼室レンガ（２９）によって横方向から、かつ、前記回転火格子（２５）によって下側から囲まれており、
   前記燃焼室レンガ（２９）には複数の二次空気ノズル（２９１）が設けられ、
   前記一次燃焼ゾーン（２６）と前記二次燃焼ゾーン（２７）とが、前記二次空気ノズル（２９１）の高さで分離され、
   前記燃焼室（２４）の前記二次燃焼ゾーン（２７）が、前記熱交換器（３）の入口（３３）と流体的に接続されている、バイオマス暖房システム（１）。
2. 前記二次空気ノズル（２９１）は、前記燃焼室（２４）の前記二次燃焼領域（２７）において垂直中心軸（Ａ２）のまわりに二次空気と燃焼用空気の煙道ガス－空気混合物の渦流が発生するように配置され、前記渦流は、前記煙道ガス－空気混合物の混合の改善につながる、請求項１に記載のバイオマス暖房システム（１）。
3. 前記燃焼室レンガ（２９）における前記二次空気ノズル（２９１）はそれぞれ、断面が円形または楕円形である前記燃焼室レンガ（２９）の円筒形または円錐台形の開口として形成されており、それぞれの開口の最小径は、前記開口の最大長よりも小さい、請求項１または２に記載のバイオマス暖房システム（１）。
4. 前記燃焼室（２４）を有する前記燃焼装置（２）は、前記渦流が、前記燃焼室ノズル（２０３）を出た後、前記燃焼室（２４）の燃焼室天井（２０４）までのびる螺旋状の回転流を形成するように設定されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
5. 前記二次空気ノズル（２９１）は、少なくともほぼ同じ高さで前記燃焼室（２４）内に配置され、
   前記二次空気ノズル（２９１）はそれぞれ、前記二次空気が前記燃焼室（２４）の対称中心に対して中心から外れて導入されるような向きにされている、請求項１～４のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
6. 前記二次空気ノズル（２９１）の数が８～１４であること、及び、前記二次空気ノズル（２９１）の最小の長さが少なくとも５０ｍｍであることの少なくとも何れかであり、
   最小内径が２０～３５ｍｍである、請求項１～５のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
7. 前記燃焼室（２４）は、前記二次燃焼ゾーン（２７）において、前記熱交換器（３）の前記入口（３３）の方向における前記二次燃焼ゾーン（２７）の断面を小さくする燃焼室斜面（２０２）を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
8. 前記燃焼室（２４）は、前記二次燃焼ゾーン（２７）において、前記熱交換器（３）の前記入口（３３）の方向で上に傾斜して設けられ、かつ、前記入口（３３）の方向における前記燃焼室（２４）の断面を小さくする燃焼室天井（２０４）を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
9. 前記燃焼室斜面（２０２）と前記傾斜した燃焼室天井（２０４）とで漏斗を形成し、前記漏斗の小さい方の端は、前記熱交換器（３）の前記入口（３３）に開口している、請求項７または８に記載のバイオマス暖房システム（１）。
10. 前記一次燃焼ゾーン（２６）と、前記二次燃焼ゾーン（２７）の少なくとも一部が、楕円形の水平断面を有すること、及び、前記二次空気ノズル（２９１）が、前記二次空気を接線方向で前記燃焼室（２４）に導入するように配置されていること、の少なくとも１つの特徴を備える、請求項１～９のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
11. 前記二次空気ノズル（２９１）における前記二次空気の平均流速が、少なくとも８ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも１０ｍ／ｓである、請求項１～１０のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
12. 前記燃焼室レンガ（２９）はモジュール構造を有し、
    ２つの半円形の燃焼室レンガ（２９）の各々が閉じた環を形成して、前記一次燃焼ゾーン（２６）及び前記二次燃焼ゾーン（２７）の少なくともいずれか、の一部を形成し、
    前記燃焼室レンガ（２９）の少なくとも２つのリングが互いに積み重なって配置されている、
    請求項１～１１のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
13. 前記熱交換器（３）は、
    前記ボイラー管（３２）の中に配置されて前記ボイラー管（３２）の全長にわたってのびるスパイラルタービュレーターと、
    前記ボイラー管（３２）の中に配置されて前記ボイラー管（３２）の少なくとも半分の長さにわたってのびるバンドタービュレーターと、
    を備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載のバイオマス暖房システム（１）。
    

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