JP3184168U - 固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より効果的に、灰や炭化物を回収することと、装置のコンパクト化ができる固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置を提供すること。
【解決手段】粒状、粉状や短繊維状の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物３０を燃焼又は炭化物を焼成させる固体燃料の燃焼装置において、上側部１１が円筒形状で、下側部１２が逆円錐形状に設けられたボディ１０と、そのボディ１０の内部で同心に位置し、そのボディ１０の逆円錐形状の内周面１２ａと全周に亘って均一な空隙が生じるように外形が逆円錐台形状に形成され、上面が開放されて上側ほど拡径された形状に形成されることで、可燃物３０が供給されて燃焼されるように設けられた燃焼用ポット２０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本考案は、粒状或いは粉状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼又は炭化物を焼成させる固体燃料の燃焼装置、及びその固体燃料の燃焼装置を用いたボイラー装置に関する。

近年の化石燃料の高騰や環境問題の観点から、バイオマス資源の活用が切望されており、木材チップやきのこの廃培地等の有機物を燃焼させる装置の開発が必要になっている。
従来、固形燃料をボイラーの熱源等として連続燃焼させる装置としては、移動床型やロータリーキルン型など、大型或いは高価な装置は提案されていたが、比較的小規模なものは適切なものが開発されていなかった。

また、従来から、薪等の固体燃料をストーブなどで燃焼させた際の灰の排出処理は、一定量の灰が底部に堆積した時点ごとに、人手によってスコップなどで掻き出すことによって行なわれている。
粒状等の細かい固体燃料の場合には、固体燃料を燃焼させる部分と灰の堆積する部分とを上下に仕切ることが難しい。そのため、連続して一定量の固体燃料が燃焼した時点で、一旦燃焼を中断して、炉の中に残った灰を掻き出すという作業をしている。

これに対して、本件考案者は、先に、粒状或いは粉状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼させる固体燃料の燃焼装置において、円筒状燃焼室を形成する外円筒部と、該外円筒部の下側に連続して設けられた実質的に逆円錐形のホッパー部と、上面が開放された実質的に平面形態円形のポット状に形成され、前記外円筒部の内部下側に該外円筒部の内周面と全周に亘って所要の空隙が生じるように配され、底部が前記粒状等の固体燃料の被供給部として設けられると共に、該底部の上方の内径が拡径した部分に実質的に上昇旋回気流を発生させるように燃焼用の空気の供給部が設けられたポット部と灰の排出装置を具備するものを提案してある（特許文献１参照）。

特開２００８−２６１５２７号公報（要約、第１図）

固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置に関して解決しようとする問題点は、先に提案した装置では、より効果的に、灰を回収することや装置のコンパクト化が難しい点にある。また、先に提案した装置では、可燃物から、より効率よく炭化物を焼成・回収することについて、検討がされていなかった点にもある。
そこで、本考案の目的は、より効果的に、灰や炭化物を回収することと、装置のコンパクト化ができる固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置を提供することにある。

本考案は上記目的を達成するために次の構成を備える。
本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、粒状、粉状や短繊維状の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼又は炭化物を焼成させる固体燃料の燃焼装置において、上側部が円筒形状で、下側部が逆円錐形状に設けられたボディと、該ボディの内部で同心に位置し、該ボディの逆円錐形状の内周面と全周に亘って均一な空隙が生じるように外形が逆円錐台形状に形成され、上面が開放されて上側ほど拡径された形状に形成されることで、前記可燃物が供給されて燃焼されるように設けられた燃焼用ポットとを具備することを特徴とする固体燃料の燃焼装置。

また、本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、灰及び残留物を自動的に排出するように、前記燃焼用ポットの内底部に灰及び残留物の排出装置が接続されていることを特徴とすることができる。

また、本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記燃焼用ポットの内底部へ前記可燃物を斜め下方から供給する可燃物の供給管が接続されていることを特徴とすることができる。
また、本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記可燃物の供給管が２段階に分割されて接続されていることを特徴とすることができる。

また、本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、灰又は炭化物を自動的に排出するように、前記ボディの下側部の最下部に灰又は炭化物の排出装置が接続されていることを特徴とすることができる。

また、本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記燃焼用ポットの内周面には、燃焼用の空気を供給する空気吐出口が設けられていることを特徴とすることができる。
また、本考案にかかる固体燃料の燃焼装置の一形態によれば、前記燃焼用ポットの上方の空間に、二次燃焼用の空気を供給する空気供給口が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本考案にかかるボイラー装置の一形態によれば、上記の固体燃料の燃焼装置を用いたボイラー装置であって、前記ボディの上側部の内部であって前記燃焼用ポットから所要の間隔を置いた真上に位置し、下面が開放された筒形状に形成され、水を熱媒体として流通できる流路が筒壁内に設けられたボイラーの熱交換部と、該ボイラーの熱交換部の上部に開口され、前記ボディの上側部の内周面との空間に排気を排出できるように設けられた熱交換部の排気口と、前記ボディの上部であって前記熱交換部の排気孔から遠い位置に開口され、排気を外部へ導くように設けられたボディの排気口とを具備する。

また、本考案にかかるボイラー装置の一形態によれば、前記燃焼用ポットの内部と前記ボイラーの熱交換部の内部とが上下方向に連続された形態の燃焼室になるように、両者の間に筒状に形成された筒状接続部を具備することを特徴とすることができる。

本考案にかかる固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置によれば、より効果的に、灰や炭化物を回収することと、装置のコンパクト化ができるという特別有利な効果を奏する。

本考案に係るボイラー装置の形態例を模式的に示す縦断面図である。 図１の形態例の横断面図である。 本考案に係るボイラー装置の他の形態例を示す縦断面図である。 本考案に係る固体燃料の燃焼装置の他の形態例を示す縦断面図である。 図４の形態例の別方向の縦断面図である。

以下、本考案に係る固体燃料の燃焼装置及びボイラー装置の一形態を添付図面（図１、２）と共に詳細に説明する。
この固体燃料の燃焼装置は、粒状、粉状や短繊維状等の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼又は炭化物を焼成させる装置である。
なお、粒状、粉状や短繊維状等の固体の可燃物とは、例えば、木材チップやオガ粉などの木質材や草質材の粉砕物である。また、そのような粉砕物を適度に団粒化（ペレット化）したものや、生ゴミやきのこの菌床栽培で発生する廃培地等の有機廃棄物を原料として粉粒状に乾燥させたものなども含まれる。

１０はボディであり、上側部１１が円筒形状で、下側部１２が逆円錐形状に設けられている。このボディ１０によれば、内部空間が形成され、上側部１１の上端部及び下側部１２の下端部は共に実質的に塞がれた状態になっている。そのボディ１０の内部空間が、上から熱交換及び二次燃焼、一次燃焼、灰及び炭化物の貯留のためのスペースとなっている。

このボディ１０によれば、上側部１１の内周面１１ａが実質的に円筒形内面状に形成されており、下側部１２の内周面１２ａが実質的に逆円錐形内面状に形成されている。つまり、内周面１１ａ及び１２ａが、サイクロン集塵器の内周面のスムースな曲面に相当するように形成されている。なお、ボディ１０の外側面の形態については特に限定されない。
これによれば、その内周面１１ａ及び１２ａが、遠心力等によって空気の流れから分離される灰や炭化物を、スムースに案内して落下させるガイド面として好適に機能する。
また、ボディ１０内の温度を高温に維持できるように、その外周を断熱層によって包囲した形態や、その内周に耐熱性材の層を設けた形態としてもよい。

２０は燃焼用ポットであり、ボディ１０の内部で同心に、且つボディ１０の下側部１２の内部に全体又は少なくとも一部が位置し、その下側部１２の逆円錐形状の内周面１２ａと全周に亘って均一な所要の空隙１５が生じるように外形が逆円錐台形状に形成され、上面が開放されて上側ほど拡径された形状に形成されることで、可燃物３０が供給されて燃焼されるように設けられている。

本形態例では、ホッパー状の下側部１２の内部に燃焼用ポット２０が配されているため、装置全体の高さを低くすることができ、装置のコンパクト化を図ることができる。
また、下側部１２は、ホッパー状に形成されているため、浮遊して落下した灰や炭化物３９は、その内周の斜面に沿って最下部１２ｂへ集められる。これによれば、灰及び炭化物の排出装置４０による灰や炭化物３９の排出を好適に行うことができる。

灰及び炭化物の排出装置４０は、灰や炭化物３９を自動的に排出するように、ホッパー状の下側部１２の最下部１２ｂに接続されている。
本形態例の灰及び炭化物の排出装置４０は、傾斜して配されたスクリューコンベア４１を構成要素として備えている。このスウリューコンベア４１は、下側部１２の最下部１２ｂに接続されている部分が低く、他方の端側が高くなるように傾斜されている。これにより、回収缶４２等の灰や炭化物３９を受けて蓄える部分を適切に配置することができる。

これによれば、下側部１２内に堆積した灰や炭化物３９を、連続的又は間欠的に所要の貯留場所（回収缶４２）へ自動的に排出することができる。このため、燃焼装置の連続運転を可能にすると共に、作業者の労力を省くことができ、作業効率を向上できる。なお、４３はスウリューコンベア４１を駆動させる電動モータである。

また、本形態例の燃焼用ポット２０によれば、逆円錐台形状に形成されており、その外周面２０ａとボディ１０の内周面１２ａとの空隙１５が全周に亘って実質的に等間隔となるように、ボディ１０と同心に配設されている。このように、空隙１５が好適に確保されることから、灰が好適に分離されて適切に回収できる。
また、その燃焼用ポット２０の内底部２１が、粒状等の固体燃料（可燃物３０）の被供給部として設けられると共に、内空間形状が上方へ向かって拡径する逆円錐台状（テーパ状）となるように形成されている。

そして、燃焼用ポット２０の内周面２０ｂには、燃焼用の空気を供給する空気吐出口２２が設けられている。本形態例の空気吐出口２２は、傾斜した内周面２０ｂから突起したノズル形状に設けられており、燃焼空気による上昇気流に合わせて適切な上昇旋回気流を発生させるように燃焼用の空気を吐出できる。また、本形態例の燃焼用ポット２０は、周側壁が二重構造になっており、ドーナツ型の空気室２３に形成されている。その空気室２３に送風機２５から配管２６を介して燃焼用の空気が送られる形態となっている。

なお、空気吐出口２２の数や配置或いは形態は、特に限定されるものではなく、装置のサイズ等によって適宜選択的に設定すればよい。また、各空気吐出口２２からの燃焼用の空気の吐出量を調整できるように、空気供給系統を分割してもよいし、調整バルブを設けてもよい。

これによれば、個体燃料（可燃物３０）の燃焼後の灰や炭化物３９を、燃焼空気の上昇旋回気流によって舞い上がらせると共にその遠心力によって好適に分離し、サイクロン集塵器の原理よって好適に回収することができる。
灰や炭化物３９は、軽いため、可燃物３０自身が燃えることで発生する上昇気流と供給される燃焼用の空気の流れによって簡単に舞い上がり、燃焼用ポット２０内に留まることなく浮遊できる。そして、サイクロン集塵器の原理によって気流と分離された灰や炭化物３９は、点線の矢印で示すようにボディ１０の下側部１２の内周面１２ａを伝って、下側部１２の下部へ集められる。このため、灰や炭化物３９を好適に排出させることができる。

また、灰や炭化物３９が順次飛散して燃焼用ポット２０内から出るため、順次供給される可燃物３０が厚い灰によって覆われることがない。そのため、燃焼用ポット２０の内底部２１の可燃物３０に対して酸素が好適に供給され、その可燃物３０が効率よく適切に燃焼又は焼成・炭化される。

また、燃焼用ポット２０の内底部２１へは、可燃物３０を斜め下方から供給する可燃物の供給管３１が接続されている。
本形態例では、可燃物の供給管３１が、スクリューコンベア３２によって構成されており、燃焼用ポット２０の内底部２１に固体燃料（可燃物３０）を供給する手段として、先端部３２ａが燃焼用ポット２０の側面下部から内底部２１の内部空間へ臨むように接続されている。なお、３３はスクリューコンベア３２を駆動させる電動モータである。

この可燃物の供給管３１によれば、その傾斜した形態によって、装置のコンパクト化ができる。また、粒状等の可燃物３０を、燃焼用ポット２０の内周面２０ｂの斜面に沿わせて圧縮させないで適切に燃焼用ポット２０内へ供給できる。このため、可燃物３０が固まってしまうことを防止でき、その可燃物３０を連続的に効率よく燃焼又は炭化・焼成することができる。また、可燃物３０の焼成残渣が固まることも防止でき、装置の保守管理も容易にできる。

３５はホッパー槽であり、可燃物３０が外部から投入されて蓄えられるホッパー状ボックスである。このホッパー槽３５と可燃物の供給管３１によって、可燃物３０を、連続的又は断続的に燃焼用ポット２０の内底部２１内へ自動的に供給できる。
この可燃物３０の供給手段は、このような形態に限定されない。例えば、装置の設置条件等に応じて、可燃物３０を燃焼用ポット２０の真横から内底部２１へ供給してもよいし、真下から供給してもよい。

なお、スクリューコンベア３２の螺旋刃状のスクリューの先端部３２ａが、図１に示すように、燃焼用ポット２０の内底部２１の内部へ突出するように配設されているとよい。
これによれば、燃焼用ポット２０の内底面２１上に溜まった可燃物３０を、スクリューの先端部３２ａでかき混ぜることができる。これによって、可燃物３０の燃焼を促進できると共に、燃焼残渣が溶融して燃焼用ポット２０の内面に付着することを防止できる。

また、本形態例では、燃焼用ポット２０の上方の空間に、二次燃焼用の空気を供給する空気供給口２８が設けられている。なお、２７は二次燃焼空気供給管であり、送風機２５から空気供給口２８に空気を供給する管路になっている。
これによれば、ボディ１０の上側部１１で、二次燃焼を適切にさせることができる。また、燃焼用ポット２０内における一次燃焼との関係で、燃焼用の空気をバランス良く供給できる。

また、ノズル状の空気吐出口２２による空気の噴出方向を、燃焼用ポット２０内から上昇旋回気流を発生させるように、その燃焼用ポット２０の内周面２０ｂに対して、傾斜する方向及び／又は接線方向になるように設けることができる。
これによれば、より強い旋回気流を発生させることができ、灰や炭化物３９をその旋回気流の遠心力によって好適に分離し、サイクロン集塵器の原理よって好適に回収することができる。

５０は熱交換部であり、燃焼用ポット２０の上方であってボディ１０の上側部１１の内部に配されている。このボディ１０の上側部１１は、可燃物３０から発生したガスが燃焼する部分であり、高温の炎になって燃える二次燃焼部１１ｂである。本形態例の熱交換部５０は、ボイラー装置の構成の一部であり、蒸気８０を発生させるために加熱される部分になっている。なお、この熱交換部５０に換えて、用途に応じて温風用や温水用の熱交換器を設置できるのは勿論である。

図１に示す形態例の固体燃料の燃焼装置を用いたボイラー装置にかかる熱交換部５０では、ボディ１０の上側部１１の内部であって燃焼用ポット２０から所要の間隔を置いた真上に位置し、下面が開放された筒形状に形成され、水を熱媒体として流通できる流路が筒壁内に設けられている。

５１は熱交換パイプであり、複数本が、鉛直に立った形態でドーナツ状の上部熱媒体室５２とリング状の下部熱媒体室５３との間を連通するように配されている。その複数本の熱交換パイプ５１は、図２に示すように外筒５０ａと内筒５０ｂとの間に配管されており、これによって、熱交換部５０の筒壁内に流路が設けられた形態になっている。

５５は熱交換部の排気口であり、ボイラーの熱交換部５０の筒壁上部に開口され、ボディ１０の上側部１１の内周面１１ａとの空間１３に排気を排出できるように設けられている。
１６はボディの排気口であり、ボディ１０の筒壁上部であって熱交換部の排気口５５から遠い位置に開口され、排気７０を外部へ導くように設けられている。
このように構成されていることで、燃焼と熱交換の効率を向上できると共に、灰や炭化物３９と排気７０とを効率的に分離できる。

６０はサイクロン集塵器であり、発生した灰や炭化物３９のうちホッパー状の下側部１２を経由して排出できないものを回収するように、排気管１７によってボディの排気口１６に接続されている。なお、排気管１７の接続形態等は特に限定されるものでない。
このサイクロン集塵器６０によれば、排気７０に伴ってボディ１０から排出された灰や炭化物３９を好適に分離して、クリーンな排気７０を煙突６１から排出できる。

６２は排出管であり、サイクロン集塵器６０からスクリューコンベア４１に接続されている。この排出管６２及びスクリューコンベア４１を通って、サイクロン集塵器６０によって分離された灰や炭化物３９が排出される。
なお、灰及び炭化物の排出装置４０の排出部としては、ワンタッチで着脱のできる回収缶４２を装着すればよく、作業効率を向上できる。

１９は点検用の蓋であり、ボディ１０の上端面中央部を開閉可能に配されている。
５６は水の供給源であり、給水管５７を介して熱交換部５０の下部熱媒体室５３に接続されている。５８は排水管であり、下部熱媒体室５３に接続されており、排水バルブ５９を開くことで、熱交換部５０内の水を抜くことができる。

８１は蒸気導管であり、上部熱媒体室５２に接続されており、蒸気を通す管路になっている。その蒸気導管８１の中途部には喫水分離器８２が接続されている。
８３は戻し水の配管であり、喫水分離器８２と排水管５８を介して下部熱媒体室５３に接続されており、水を熱交換部５０へ戻すことができる。
８５は循環水用管であり、上部熱媒体室５２と下部熱媒体室５３とが、熱交換部５０の外で連通して水が循環されるように接続されている。

次に、図３に基づいて、本考案に係るボイラー装置の他の形態例について説明する。
本形態例では、燃焼用ポット２０の内部とボイラーの熱交換部５０の内部（二次燃焼部１１ｂ）とが上下方向に連続された形態の燃焼室になるように、両者の間に筒状に形成された筒状接続部９０を具備する。
これによれば、可燃物３０が燃焼室内で滞留する時間を延長でき、その燃焼効率を高めることができる。炭化物として未燃焼で残る可燃物の量を低減して、高い熱量を発生することができる。

次に、図４、５に基づいて、本考案に係る固体燃料の燃焼装置の他の形態例について説明する。なお、以上に説明した形態例の構成と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
４５は灰及び残留物の排出装置であり、灰及び残留物を自動的に排出するように、燃焼用ポット２０の内底部２１に接続されている。

本実施例の灰及び残留物の排出装置４５は、可燃物の供給口（燃焼用ポット２０の内底部２１に開口した部分）よりも下側に位置する部位で、内底部２１の中央の下側を水平に横切るように配されたスクリュウコンベア４６によって構成されている。４７は灰及び残留物の回収缶であり、４８はスクリュウコンベア４６を駆動させる電動モータである。また、４９は開閉扉であり、灰及び残留物の排出路を開閉できるように設けられている。
これによれば、燃焼用ポット２０内に溜まった灰や残留物を好適に排出でき、連続運転を好適に行うことができる。

また、本形態例では、可燃物の供給管３１が２段階に分割されて接続されている。ホッパー槽３５に直接連結された一段目の供給管３１Ａの部分と、燃焼用ポット２０に直接連結された二段目の供給管３１Ｂの部分とに分割されている。３２Ａは一段目のスクリュウコンベアであり、３２Ｂは二段目のスクリュウコンベアになっている。また、３３Ａはスクリュウコンベア３２Ａを駆動させる電動モータであり、３３Ｂはスクリュウコンベア３２Ｂを駆動させる電動モータになっている。これらの電動モータは、インバータ制御やセンサーによるＯＮ・ＯＦＦ制御によって可燃物３０の送り調整ができるものにすればよい。また、３８は開閉扉であり、可燃物３０の供給路を開閉できるように設けられている。
このように可燃物の供給管３１が分割されていることで、逆火の防止や、コンパクト化ができるようになる。

以上、本考案につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、例えば、パイロットバーナーのノズルの先端を燃焼用ポット２０内に差し込んだ形態によって構成される自動着火装置を設けてもよいなど、本考案は以上の形態例に限定されるものではなく、考案の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ ボディ
１１ 上側部
１１ｂ 二次燃焼部
１２ 下側部
１２ａ ボディの内周面
１６ ボディの排気口
２０ 燃焼用ポット
２０ａ 燃焼用ポットの外周面
２０ｂ 燃焼用ポットの内周面
２１ 内底部
２２ 空気吐出口
３０ 可燃物
３１ 可燃物の供給管
３１Ａ 一段目の供給管
３１Ｂ 二段目の供給管
３５ ホッパー槽
４０ 灰及び炭化物の排出装置
４１ スクリューコンベア
４５ 灰及び残留物の排出装置
４６ スクリューコンベア
５０ 熱交換部
５５ 熱交換部の排気口
７０ 排気
９０ 筒状接続部

Claims (9)

1. 粒状、粉状や短繊維状の固体であって流動させて移送することが可能な可燃物を燃焼又は炭化物を焼成させる固体燃料の燃焼装置において、
   上側部が円筒形状で、下側部が逆円錐形状に設けられたボディと、
   該ボディの内部で同心に位置し、該ボディの逆円錐形状の内周面と全周に亘って均一な空隙が生じるように外形が逆円錐台形状に形成され、上面が開放されて上側ほど拡径された形状に形成されることで、前記可燃物が供給されて燃焼されるように設けられた燃焼用ポットとを具備することを特徴とする固体燃料の燃焼装置。
2. 灰及び残留物を自動的に排出するように、前記燃焼用ポットの内底部に灰及び残留物の排出装置が接続されていることを特徴とする請求項１記載の固体燃料の燃焼装置。
3. 前記燃焼用ポットの内底部へ前記可燃物を斜め下方から供給する可燃物の供給管が接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体燃料の燃焼装置。
4. 前記可燃物の供給管が２段階に分割されて接続されていることを特徴とする請求項３記載の固体燃料の燃焼装置。
5. 灰又は炭化物を自動的に排出するように、前記ボディの下側部の最下部に灰又は炭化物の排出装置が接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体燃料の燃焼装置。
6. 前記燃焼用ポットの内周面には、燃焼用の空気を供給する空気吐出口が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の固体燃料の燃焼装置。
7. 前記燃焼用ポットの上方の空間に、二次燃焼用の空気を供給する空気供給口が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の固体燃料の燃焼装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の固体燃料の燃焼装置を用いたボイラー装置であって、
   前記ボディの上側部の内部であって前記燃焼用ポットから所要の間隔を置いた真上に位置し、下面が開放された筒形状に形成され、水を熱媒体として流通できる流路が筒壁内に設けられたボイラーの熱交換部と、
   該ボイラーの熱交換部の上部に開口され、前記ボディの上側部の内周面との空間に排気を排出できるように設けられた熱交換部の排気口と、
   前記ボディの上部であって前記熱交換部の排気孔から遠い位置に開口され、排気を外部へ導くように設けられたボディの排気口とを具備することを特徴とするボイラー装置。
9. 前記燃焼用ポットの内部と前記ボイラーの熱交換部の内部とが上下方向に連続された形態の燃焼室になるように、両者の間に筒状に形成された筒状接続部を具備することを特徴とする請求項８記載のボイラー装置。

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