JP2023162444A - 固形燃料の燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱う固形燃料が変更されても、燃焼炉の燃焼能力に応じた適切な固形燃料の供給状態とすることのできる固形燃料の燃焼装置を提供する。【解決手段】上下方向へ延びる円筒状の燃焼炉１０と、固形燃料を燃焼炉１０内へ供給する燃料供給部２０と、を備えた固形燃料の燃焼装置１において、燃焼炉１０内の下端側に配置された逆円錐状の本体５１を有し、本体５１の下端開口から固形燃料が供給され燃焼時の固形燃料を支持する燃料受容体５０と、燃焼炉１０に配置され、燃料受容体５０の下端開口から下方へ延び、下端に燃料供給口１８が形成される燃料供給路１６と、燃焼供給路１６の燃料供給口１８に接続され、固形燃料を燃焼炉１０内へ供給する燃料供給部２０と、を備え、燃料供給部２０は、燃焼炉１０に対して着脱自在に構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、固形燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼装置に関する。

この種の燃焼装置として、円筒状の外装筒体の内部に、外装筒体よりも径および高さが共に小さい円筒状の燃焼筒体が同心状に配置されて、外装筒体の下部内周面と燃焼筒体の外周面との間に環状の灰排出路が設けられ、燃焼筒体の下端部に、固形燃料の燃料供給管が連通して連結されたものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、燃料供給管の内部にスクリューが配置され、固形燃料はスクリューの回転により搬送・供給される。

特許第４７９４０１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の燃焼装置では、固形燃料を送出する燃料供給管及びスクリューが固定的に設けられているため、燃料供給管及びスクリューの仕様を変更することはできない。これにより、取り扱う固形燃料が変更され、固形燃料の密度、形状等が想定されたものと大きく異なると、燃焼炉の燃焼能力に応じた適切な供給状態とならない場合がある。従って、燃焼装置ごとに取り扱い可能な固形燃料の種類が制限されてしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、取り扱う固形燃料が変更されても、燃焼炉の燃焼能力に応じた適切な固形燃料の供給状態とすることのできる固形燃料の燃焼装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
上下方向へ延びる円筒状の燃焼炉と、
前記燃焼炉内の下端側に配置され、上方へ向かって拡開し上端及び下端が開放され逆円錐状の本体を有し、前記本体の下端開口から固形燃料が供給され、燃焼時の固形燃料を支持する燃料受容体と、
前記燃焼炉に配置され、前記燃料受容体の下端開口から下方へ延び、下端に燃料供給口が形成される燃料供給路と、
前記燃焼供給路の燃料供給口に接続され、固形燃料を前記燃焼炉内へ供給する燃料供給部と、を備え、
前記燃料供給部は、前記燃焼炉に対して着脱自在に構成される固形燃料の燃焼装置が提供される。

また、上記固形燃料の燃焼装置において、
前記燃料供給部は、
前記固形燃料を前記燃焼炉側へ送出する燃料送出部と、
前記燃料送出部と前記燃焼炉の間に介在し前記固形燃料が挿通する燃料供給孔が形成された供給量調整部材と、を有することが好ましい。

また、上記固形燃料の燃焼装置において、
仕様の異なる複数の前記燃料供給部を備え、
前記各燃料供給部の１つが選択的に前記燃焼炉に取り付けられることが好ましい。

また、上記固形燃料の燃焼装置において、
前記燃料受容体は、前記燃焼炉に対して回転自在に構成され、内周面に形成され前記固形燃料を上方へ移動させる羽根部を有することが好ましい。

また、上記固形燃料の燃焼装置において、
前記燃料受容体は、前記本体の上端から径方向外側へ延びるテーブル部と、前記テーブル部に形成され灰を排出するための排出孔と、を有することが好ましい。

また、上記固形燃料の燃焼装置において、
前記燃焼炉側に固定され、前記テーブル部の上方まで延び、前記テーブル部の上面に堆積した灰を掻き取るスクレーパを備えることが好ましい。

本発明の固形燃料の燃焼装置によれば、取り扱う固形燃料が変更されても、燃焼炉の燃焼能力に応じた適切な固形燃料の供給状態とすることができる。

本発明の一実施形態を示し、供給される空気の流通経路を示す固形燃料の燃焼装置の縦断面図である。 燃料供給部を燃焼炉から外した状態を示す燃焼装置の縦断面図である。 燃料受容体の平面図である。 固形燃料の移動経路、灰の移動経路及び燃焼ガスの流通経路を示す固形燃料の燃焼装置の縦断面図である。

図１から図４は本発明の一実施形態を示し、図１は供給される空気の流通経路を示す固形燃料の燃焼装置の縦断面図、図２は燃料供給部を燃焼炉から外した状態を示す燃焼装置の縦断面図、図３は燃料受容体の平面図、図４は固形燃料の移動経路、灰の移動経路及び燃焼ガスの流通経路を示す固形燃料の燃焼装置の縦断面図である。

図１に示すように、この固形燃料の燃焼装置１は、上下方向へ延びる筒状の燃焼炉１０と、燃焼炉１０へ固形燃料Ｆを供給する燃料供給部２０と、を備えている。燃焼炉１０は、複数の円筒状の筒体を有し、主として径方向内側に配置される筒体により、上下へ延びる燃焼室１１を形成している。燃焼炉１０は、燃焼室１１の径方向外側に形成された空気導入路１２，１３，１４，１５を有し、空気導入路１２，１３，１４，１５を通じて燃焼室１１へ空気Ａが導入される。また、燃焼炉１０は、燃焼室１１の下側に形成され上下へ延びる燃料供給路１６を有し、燃料供給路１６を通じて燃焼室１１へ固形燃料Ｆが導入される。

空気導入路１２，１３，１４，１５は、主として、内側に配置される筒体と、外側に配置される筒体とにより形成される。本実施形態においては、燃焼炉１０は、燃焼室１１への空気Ａの吐出高さが異なる４つの空気導入路１２，１３，１４，１５を有し、燃焼室１１へ導入される空気Ａの温度は、吐出高さが高い空気導入路１２，１３，１４，１５ほど高くなるよう調整されている。本実施形態においては、各空気導入路１２，１３，１４，１５は、径方向内側から外側へ向かって吐出高さが高い順に配置され、それぞれ燃焼室１１の周方向へ向かって空気Ａを吐出するよう構成される。

燃料供給路１６は、径方向中央に形成され、燃焼炉１０の下端をなす筒体により形成される。燃料供給路１６の下端開口は燃料供給口１８をなし、燃料供給路１６の上端開口は供給接続口１７をなし、燃料供給路１６の下端には水平方向へ延びるフランジ１９が形成される。

燃料供給部２０は、燃焼炉１０の下端に接続され、燃焼炉１０の燃料供給口１８を通じて、燃焼炉１０内へ固形燃料Ｆを供給する。燃料供給部２０は、固形燃料Ｆを燃焼炉１０側へ送出する燃料送出部３０と、燃料送出部３０と燃焼炉１０の間に介在し固形燃料Ｆが挿通する燃料供給孔４１が形成された供給量調整部材４０と、を有している。図２に示すように、燃料供給部２０は、燃焼炉１０に対して着脱自在となっている。

本実施形態においては、燃料送出部３０は、水平方向へ延びる送出管３１と、送出管３１内に配置されるスクリュー３２と、送出菅３１の所定位置から上方へ延びる接続管３３と、を有する。スクリュー３２は、回転可能な軸部３４と、軸部３４から径方向外側へ延びる螺旋状の羽根３５と、を有する。スクリュー３２は、所定方向への回転で送出管３１内の固形燃料Ｆを接続管３３側へ送出する。接続管３３の上端は送出口３６をなし、接続管３３の上端には水平方向外側へ延びるフランジ３７が形成される。本実施形態においては、仕様の異なる複数の燃料送出部３０が備えられ、燃焼対象となる固形燃料Ｆに応じて、適切な燃料送出部３０が選択される。例えば、燃焼炉１０の下方にレールを敷いておき、各燃料送出部３０をレール上に移動自在に設置することにより、選択した一の燃料送出部３０が燃焼炉１０に接続されるようにすることができる。燃料送出部３０の仕様は、例えば、スクリュー３２の羽根３５の高さ、スクリュー３２の羽根３５のピッチ、送出管３１の内周面と羽根３５の間隙距離等を異なるものとして変更される。

供給量調整部材４０は、平板状に形成され、燃焼炉１０のフランジ１９と燃料送出部３０のフランジ３７の間に挟み込まれる。供給量調整部材４０は、平面視中央に形成され固形燃料Ｆが挿通する燃料供給孔４１が形成される。本実施形態においては、仕様の異なる複数の供給量調整部材４０が備えられ、燃焼対象となる固形燃料Ｆに応じて、適切な供給量調整部材４０が選択される。供給量調整部材４０の仕様は、例えば、燃料供給孔４１の大きさを異なるものとして変更される。

図１に示すように、固形燃料の燃焼装置１は、燃焼炉１０内の下端側に配置される燃料受容体５０を有する。燃料受容体５０は、燃焼炉１０に対して回転自在に構成され、上方へ向かって拡開し上端及び下端が開放された逆円錐状の本体５１と、本体５１の内周面に形成され固形燃料Ｆを上方へ移動させる羽根部５２と、本体５１の上端から径方向外側へ延びるテーブル部５３と、テーブル部５３に形成され灰を排出するための排出孔５４（図３参照）と、を有する。本体５１の下端開口５５（図３参照）は、燃料供給路１６の供給接続口１８よりも大きく形成され、側面視にて本体５１の下端側と燃料供給路１６の上端側が重なるよう構成される。すなわち、燃料供給路１６は、燃料受容体５０の下端開口５５から下方へ延びている。燃焼受容体５０は、燃焼炉１０の各筒体と同心に配置され、上下方向を中心軸として回転する。

図３に示すように、羽根部５２は、周方向に間隔をおいて複数設けられる。燃焼受容体５０が所定方向に回転すると、各羽根部５２により本体５１上の固形燃料Ｆが攪拌されつつ上方へ移動させられる。

テーブル部５３は、平面視でドーナツ状に形成され、径方向へ延びる排出孔５４が周方向に等間隔で形成される。テーブル部５３の上方には、テーブル部５３の上面と所定の間隔をおいて、テーブル部５３の上面に堆積した灰を掻き取る複数のスクレーパ５６が配置される。各スクレーパ５６は、径方向へ延び、周方向に等間隔に配置され、燃焼炉１０側に固定される。本実施形態においては、スクレーパ５６は、２つ設けられている。

図１に示すように、本実施形態においては、スクレーパ５６は、最も下側の空気導入路１５をなす筒体に固定される。具体的に、最も下側の空気導入路１５は、燃焼炉１０の外殻をなす外側筒体１５ａと、外側筒体１５ａの径方向内側に配置される中央側筒体１５ｂと、中央側筒体１５ｂの径方向内側に配置され燃焼室１１の一部を画成する内側筒体１５ｃと、外側筒体１５ａの上端から径方向内側へ延び内側筒体１５ｃに接続される水平壁１５ｄと、を有している。中央側筒体１５ｂは、外側筒体１５ａよりも上端が低く形成され、空気Ａが水平壁１５ｄに沿って径方向へ移動可能となっている。内側筒体１５ｃは、平面視で、燃焼受容体５０のテーブル部５３と重なるよう配置される。内側筒体１５ｃの下端は、テーブル部５３の上方に位置している。図１に示すように、空気Ａは、外側筒体１５ａと中央側筒体１５ｂにより形成された空間を上方へ移動し、外側筒体１５ａ及び中央側筒体１５ｂの上端で水平壁１５ｄに沿って径方向内側へ移動した後、中央側筒体１５ｂ及び内側筒体１５ｃにより形成された空間を旋回しながら下方へ移動する。

また、内側筒体１５ｃの下端側には、円形の孔部１５ｅが複数形成されている。本実施形態においては、各孔部１５ｅは、パンチングにより形成され、中央側筒体１５ｂの上端より低位置に配置される。尚、内側筒体１５ｃの上部は、下から２番目及び３番目の空気導入路１６，１７の径方向外側の筒体をなしている。

以上のように構成された固形燃料の燃焼装置１では、固形燃料Ｆの燃焼に際し、燃料供給部２０のスクリュー３２及び燃料受容体５０を駆動させて固形燃料Ｆを燃焼炉１０へ供給しつつ、各空気導入路１２，１３，１４，１５から空気Ａを燃焼炉１０内へ導入する。図４に示すように、燃料供給部２０の送出口３６から送出された固形燃料Ｆは、供給量調整部材４０の燃料供給孔４１及び燃料供給路１６を通じて、燃料受容体５０の本体５１内へ移動する。燃料受容体５０の本体５１内へ移動した固形燃料Ｆは、本体５１の羽根部５２により上方へ移動されつつ燃焼する。

このとき、本体５１の羽根部５２により固形燃料Ｆは攪拌され、固形燃料Ｆが滞留して本体５１に付着することはない。また、燃料受容体５０の本体５１は、上方へ向かって拡開する逆円錐状に形成されているので、スムースに火柱が形成される。さらに、本体５１が上方へ向かって拡開しているので、下端開口５５から供給される固形燃料Ｆの搬送時の負荷を小さくすることができる。

本実施形態においては、図１に示すように、各空気導入路１２，１３，１４，１５から吐出された空気Ａは、燃焼室１１の内周面に沿って旋回しながら下降し、燃料受容体５０付近に到達すると、高温の燃焼ガスＧに吸引されて、旋回を維持しながら固形燃料Ｆの燃焼領域に取り込まれる。図４に示すように、固形燃料Ｆの燃焼によって生じた燃焼ガスＧは、渦巻き状で逆トルネード状に立ち昇る。本実施形態においては、固形燃料Ｆの燃焼時の炎の輻射熱により、旋回しながら下降する空気Ａが予熱されることで、燃焼速度の向上に寄与している。また、旋回しながら下降する空気Ａは、燃焼室１１を構成する筒体の冷却にも寄与している。

図４に示すように、固形燃料Ｆの燃焼に際して生じた灰Ｂは、燃焼ガスＧの気流の遠心力により燃料受容体５０の本体５１の上端開口から噴き出された直後に径方向外側へ吹き飛ばされ、内側筒体１５ｃの内周面と接触する。内側筒体１５ｃと接触した灰Ｂのうち、各孔部１５ｅを挿通したものは、中央側筒体１５ｂと接触して、空気導入路１５の空気Ａの流れに乗ること及び自重により落下する。また、各孔部１５ｅを挿通しなかった灰Ｂは、燃焼室１１内の空気Ａの旋回流及び自重により落下する。落下した灰Ｂは、燃料受容体５０のテーブル部５３上に堆積する。

テーブル部５３上に堆積した灰Ｂのうち、各排出孔５４を挿通したものは、燃焼炉１０の下方から排出される。尚、各図には図示していないが、燃焼装置１は、テーブル部５３の下方に灰Ｂを外部へ排出する排出機構を有している。本実施形態においては、燃料受容体５０が回転すると、テーブル部５３に対してスクレーパ５６が相対的に移動し、スクレーパ５６により掻き取られたテーブル部５３上の灰Ｂが、各排出孔５４を通じて下方へ排出される。このとき、各排出孔５４より排出されない大型の灰Ｂは、テーブル部５３上に残り、燃焼室１１内で完全に燃焼させられる。

本実施形態のように、スクレーパ５６を設けることにより、テーブル部５３上への灰Ｂの固着を防止することができる。例えば、固形燃料Ｆとして木質チップを取り扱う場合に、木質チップに含まれるミネラル成分がテーブル部５３上で固着することや、固形燃料Ｆとして廃プラスチックを取り扱う場合に、プラスチック成分がテーブル部５３上で固着することを防止することができる。すなわち、テーブル部５３、排出孔５４及びスクレーパ５６は、灰Ｂが所定箇所へ固着することにより燃焼装置の安定的な運転が阻害されるという従来の燃焼装置の課題を解決した構成といえる。

また、本実施形態においては、各排出孔５４及び各スクレーパ５６が径方向へ延びて形成されているので、掻き取られる灰Ｂが所定方向へ延びるものであった場合に、掻き取られた灰Ｂは各スクレーパ５６により長手方向が径方向となるよう姿勢が整えられ、各排出孔５４からスムースに排出される。

以上のように構成された固形燃料の燃焼装置１によれば、固形燃料Ｆの種類に応じ、適切な燃焼状態となる燃料供給部２０を選択することができる。取り扱われる固形燃料Ｆが変更される場合に、燃料供給部２０の仕様が変更後の固形燃料Ｆに適していないと、例えば、固形燃料Ｆが過度に圧縮されてしまって適切に固形燃料Ｆを送出できない、或いは、固形燃料Ｆの圧縮量が不足し燃焼室１１で固形燃料Ｆが空気Ａの流れで吹き飛ばされてしまう、といった不具合が生じる場合がある。本実施形態においては、取り扱う固形燃料Ｆが変更されても、変更後の固形燃料Ｆに対して適切な送出状態となる燃料送出部３０と、燃料供給孔４１が適切な絞り量となる供給量調整部材４０と、を選択することができ、燃焼炉１０の燃焼能力に応じた適切な固形燃料Ｆの供給状態を実現することができる。

具体的には、フラフ燃料のように、比較的密度が低い固形燃料Ｆの場合は、燃料供給孔４１が比較的小さい供給量調整部材４０を選択して、供給量調整部材４０における固形燃料Ｆの絞り量を大きくすると、固形燃料Ｆの圧縮量が大きくなり、適切な燃焼状態を実現しやすくなる。また、スクリュー３２の羽根３５の高さが比較的小さな燃料送出部３０や、送出管３１の内周面と羽根３５の隙間が比較的狭い燃料送出部３０を選択することによっても、固形燃料Ｆの圧縮量を大きくすることができる。

一方、ＲＰＦのように、比較的密度が高い固形燃料Ｆの場合は、燃料供給孔４１が比較的小さな供給量調整部材４０を選択したり、スクリュー３２の羽根３５の高さが比較的大きな燃料送出部３０や、送出管３１の内周面と羽根３５の隙間が比較的広い燃料送出部３０を選択することが好ましい。さらに、固形燃料Ｆの密度だけでなく、形状、摩擦係数等に応じて、適切な燃焼状態となる燃料供給部２０を選択することができる。そして、燃焼炉１０内へ供給される固形燃料Ｆの単位時間あたりの発熱量が、適切な燃焼状態が実現される範囲内となるようにする。

尚、前記実施形態においては、燃料供給部２０をなす燃料送出部３０及び供給量調整部材４０をそれぞれ予め複数備えておき、選択した燃料送出部３０及び供給量調整部材４０を使用するものを示したが、必ずしもこれらを予め複数備えておく必要はない。すなわち、所定の固形燃料Ｆに対応した燃料送出部３０及び供給量調整部材４０を燃焼炉１０に接続しておき、固形燃料Ｆの変更が決定された時点で、変更後の固形燃料Ｆに適した燃料送出部３０及び供給量調整部材４０を外部から調達するようにしてもよい。

また、燃料供給部２０が燃料送出部３０及び供給量調整部材４０により構成されるものを示したが、例えば供給量調整部材４０を省略して燃料送出部３０を直接的に燃焼炉１０に接続してもよく、燃料供給部２０の構成は適宜変更することができる。要は、燃料供給部２０が燃焼炉１０に対して着脱自在であり、仕様の異なる燃料供給部２０が燃焼炉１０に接続可能となっていればよい。

また、前記実施形態においては、テーブル部５３の上面に堆積した灰Ｂを掻き取るスクレーパ５６を備えたものを示したが、スクレーパ５６を省略する構成とすることもできる。また、テーブル部５３に形成される各排出孔５４は、必ずしも径方向へ延びる長孔でなくともよい。さらに、燃焼炉１０に灰Ｂの排出機構が燃焼炉１０の下部以外の部分に設けられていれば、燃料受容体５０にテーブル部５３を形成する必要はないし、燃料受容体５０を燃焼炉１０に対して回転可能とせずともよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 固形燃料の燃焼装置
１０ 燃焼炉
１６ 燃料供給路
１８ 燃料供給口
２０ 燃料供給部
３０ 燃料送出部
４０ 供給量調整部材
４１ 燃料供給孔
５０ 燃料受容体
５１ 本体
５２ 羽根部
５３ テーブル部
５４ 排出孔
５５ 下端開口
５６ スクレーパ
Ｂ 灰
Ｆ 固形燃料

Claims (5)

1. 上下方向へ延びる円筒状の燃焼炉と、
   前記燃焼炉内の下端側に配置され、上方へ向かって拡開し上端及び下端が開放され逆円錐状の本体を有し、前記本体の下端開口から固形燃料が供給され、燃焼時の固形燃料を支持する燃料受容体と、
   前記燃焼炉に配置され、前記燃料受容体の下端開口から下方へ延び、下端に燃料供給口が形成される燃料供給路と、
   前記燃焼供給路の燃料供給口に接続され、固形燃料を前記燃焼炉内へ供給する燃料供給部と、を備え、
   前記燃料供給部は、前記燃焼炉に対して着脱自在に構成される固形燃料の燃焼装置。
2. 仕様の異なる複数の前記燃料供給部を備え、
   前記各燃料供給部の１つが選択的に前記燃焼炉に取り付けられる請求項１に記載の固形燃料の燃焼装置。
3. 前記燃料受容体は、前記燃焼炉に対して回転自在に構成され、内周面に形成され前記固形燃料を上方へ移動させる羽根部を有する請求項１または２に記載の固形燃料の燃焼装置。
4. 前記燃料受容体は、前記本体の上端から径方向外側へ延びるテーブル部と、前記テーブル部に形成され灰を排出するための排出孔と、を有する請求項３に記載の固形燃料の燃焼装置。
5. 前記燃焼炉側に固定され、前記テーブル部の上方まで延び、前記テーブル部の上面に堆積した灰を掻き取るスクレーパを備えた請求項４に記載の固形燃料の燃焼装置。

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