JP5199204B2 - 発熱装置及び植物の栽培空間の殺虫装置 - Google Patents

Description

本発明は、暖房や熱交換に利用し得る熱を発生する装置に関する。
特に、燃料の乾留により発生するガス（以下、乾留ガスと記す。）を燃焼して更なる火力を得る、所謂ガス化燃焼を伴うものである。

有機系の廃材を焼却する分野において、ガス化燃焼（燃料を貯留してガスを発生させ、発生したガスを用いて燃料を燃やす手法）は従来から用いられている（例えば、下記特許文献１参照。）

特開平１１−６３４４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された装置では、燃料の燃焼が、貯留ガス化室の下に存在する一次燃焼室において行なわれる。その結果、当該一次燃焼室で燃料が焼尽するために長時間を要し、その際に発生する粉塵や臭気を十分に除去するための二次燃焼室が必要となる。この様に、貯留ガス化室で発生するガスを二つの燃焼室で用いるのは、限られたガスの有効利用の面からも、構造的な面からも改善すべきである。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、一の燃焼室で燃料及び排煙の完全焼尽を可能とする発熱装置の提供を目的とする。

上記課題を解決する発熱装置は、ガス化炉、燃焼炉、及び排気筒から構成されている。
前記ガス化炉は、上位より貯留部、乾留部、及び燃焼部を一連の管路状に備え、当該貯留部は、上端開口部を開閉する封鎖手段を具備し、当該乾留部は、周囲を囲む空気供給室を具備し、当該燃焼部は、前記空気供給室の下端から突出して前記燃焼炉に連通し、当該燃焼部の下端部は、当該燃焼部に充填された燃料を下支えする火格子を具備し、当該乾留部と空気供給室とを仕切る仕切壁は、当該仕切壁を貫通する給気孔を備えている。
前記燃焼炉は、前記ガス化炉の乾留部及び燃焼部を取り巻いて存在し、前記排気筒は、当該燃焼炉の燃焼室に連通する。

尚、前記火格子の目の大きさは、ガス化炉に投入した燃料が燃焼前に落下しないように、下方から支えられる大きさでなければならない。
好ましい構成として、前記仕切壁の上部と下部のみに、給気孔を具備する構成、前記ガス化炉における燃焼部の側壁に、複数のガス流通孔を具備する構成、前記ガス化炉の燃焼部を着脱可能に備えた構成、又は前記ガス化炉の貯留部に、ホッパを具備すると共に、当該ホッパの上端開口部を開閉する封鎖手段を具備する構成が挙げられる。

上記発熱装置は、植物の栽培空間の殺虫方法にも利用でき、その方法は、木材片を燃焼した前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発熱装置の排気筒から排出され、植物の生育に適した温度に排気の温度を調整する空調手段を経た排気を、植物の栽培空間に通過させることを特徴とする。

ガス化炉は、上位より、貯留部、乾留部、及び燃焼部を一連の管路状に備えている。
燃料は、各部における処理の進捗に応じ、当該燃料の自重を以って当該ガス化炉の内部を下降する。
その結果、燃料に対する処理工程を段階的に切り替えて処理を施す手法とは異なり、投入から焼尽に至る過程において、途切れの無い連続した処理を施すことが可能となる。

乾留部と空気供給室とを仕切る仕切壁は、当該仕切壁を貫通する給気孔を備えている。
当該給気孔から乾留部へ流入した外気は、封鎖された上方へは向かず、排気筒へ通じる下方へ向かい、当該給気孔の下位に存在する燃焼部において、燃料が燃える為の燃焼用空気として用いられる。
前記仕切壁の上部と下部のみに、給気孔を具備する構成とすれば、上部の給気孔から流入した外気は、燃焼部において燃焼空気として用いられる他、乾留部で発生した乾留ガスを下方へ誘導する機能を果たす。

前記燃焼部は、前記空気供給室の下端から突出して前記燃焼炉に連通し、当該燃焼部の下端部は、当該燃焼部に充填された燃料を下支えする火格子を具備している。
その結果、当該燃焼部に充填されている燃料は、当該燃焼部の内部において、前記空気供給室から乾留部を経た空気と乾留ガスを得て、独自の燃焼が進むのみならず、燃焼炉に流入した乾留ガス等の燃焼熱を受けて重ねて燃焼される。

燃焼部に充填された燃料の温度は、独自の燃焼と乾留ガス等の燃焼熱により、約７００℃から約１０００℃にまで上昇し、当該燃焼部において略焼尽する。
前記ガス化炉における燃焼部の側壁に、複数のガス流通孔を具備する構成を採れば、前記火格子の目のみならず、当該ガス流通孔を通じて燃焼部の側方へも乾留ガス等が噴出することとなる。
その結果、燃焼部に充填された燃料に対し側方からも、比較的強い熱が加わることとなる。

上記発熱装置を用い、且つ化石燃料ではなく、木材片等の植物性破砕片を燃料とすることによって、タール等の汚染の少ない排気を排出することができる。また、その排気を栽培空間に導入すれば、引込管や栽培された植物に排気臭が付着するなど野菜、果物、花等の商品価値を下落させることなく、二酸化炭素（ＣＯ_２）等の効果により、害虫を駆除することができ、外観及び質ともに良質な農産物を産出することができる。

本発明による発熱装置の一例を示す縦断面図である。 本発明による発熱装置の一例を示す要部縦断面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明による発熱装置におけるガス化炉の燃焼部の連結構造の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図に示す例は、給気筒１、ガス化炉２、燃焼炉３、及び排気筒４から構成される。

前記ガス化炉２は、鉛直に起立した炉であって、上位より貯留部５、乾留部６、及び燃焼部７を一連に備える。
当該貯留部５は、漏斗状のホッパ８を備え、当該ホッパ８の上端開口部を開閉する蓋（封鎖手段）９をヒンジで固定して備え、封鎖状態を維持するロック機構を具備する。当該ホッパ８から下は、略一様な断面形状を有する円筒状の管路である。
前記ホッパ８の直下は、燃料（乾留ガスを得ることができる有機系の固形燃料である。当該例では、廃棄木材の粉砕片（以下、木材片と記す。）である。）の貯留部５であり、且つ当該燃料を乾留部６へ導く誘導管１０としての役割をも果たす。当該誘導管１０の長さは、適宜調整すればよく、ホッパ８の形状によっては、乾留部６に直接連続する場合もある。

前記乾留部６は、その側壁の周囲を囲む空気供給室１１を具備する。
当該乾留部６と空気供給室１１とを仕切る仕切壁（乾留部の側壁）１２は、当該仕切壁１２を貫通する給気孔１３を備える。

前記燃焼部７は、当該空気供給室１１の下端から更に下方へ突出し、当該燃焼部７の下端部は、当該燃焼部７に充填された燃料を下支えする底部材として火格子１４を具備する。
当該発熱装置は、前記燃焼炉３を、当該乾留部６及び空気供給室１１、並びに燃焼部７の周囲（例えば、側方及び下方）を取り巻く形で備え、前記ガス化炉２の内空部は、当該燃焼炉３の燃焼室に連通する。

前記給気筒１は、燃焼炉３を貫通して空気供給室１１と連結する。
空気供給室１１を介してガス化炉２の内部を流通する空気の供給は、エネルギー消費を控える意味等で自然給気が望ましい。その際、給気量の増減は、空気取入口に給気窓を設け、当該給気窓の開閉量を調整することのみを以って行なう。
ただし、ガス化炉２及び燃焼炉３を流通する空気が不足する場合には、給気筒１をブロア等に連結して強制給気を行なっても良い。その際、給気量の増減は、ブロア等の稼動量を以って調整する。

前記排気筒４は、当該燃焼炉３の燃焼室に連通する。
燃焼により生じた熱気は、空気供給室１１の内部に存在する空気の加熱や乾留に効率よく利用されることが望まれる。また、燃焼炉３における燃焼は、当該装置を合理的な大きさにする観点から、燃焼室内の下位で行うことが望ましい。かかる構造で、前記熱気が燃焼室の全域へ満遍なく行きわたる構造を得るには、熱気が上昇する性質を有効利用すべく、排気筒４は、燃焼炉３の上位に設けることが望ましい。
熱気の動きを有効利用できれば、排気筒からの排気効率が高まり、その結果、給気筒１からの給気効率が高まり、ガス化炉２及び燃焼炉３の内部は、自然給気に都合の良い環境となる。

前記仕切壁１２は、その下部のみに複数の給気孔１３を散設的に備え、当該給気孔１３は、乾留部６の下部のみに空気を供給する。この様な構成により、当該乾留部６は、その下部を除いて、内空部への空気の流通が抑制される。
必要に応じ、当該仕切壁１２の上部にも給気孔１３を設け（図２参照）、当該給気孔１３から乾留部６の内空部を経て燃焼炉３、及び排気筒４へ通じる空気の流れ（以下、炉内気流と記す。）を促進する措置を採っても良い。

また、当該乾留部６は、その周囲を取り巻く燃焼炉３の燃焼室から、前記空気供給室１１を挟んで加熱を受け、且つ当該乾留部６の下位に存在する燃焼部７からも加熱を受ける。
この様な構成により、当該乾留部６は、その内空部において、当該領域に充填された燃料を蒸し焼きにし得る程度の乾留熱を保持することができる。
同時に、空気供給室１１に存在する空気は、燃焼炉３の燃焼室からの加熱を受け、乾留部６へ流入する際には十分高い温度となって、乾留部６の領域に充填された燃料の温度維持に寄与することとなる。

以上の構成の下、当該例は、前記空気供給室１１の長さと厚さを調整することを以って、乾留部の上位から下位に亘り、前記乾留熱の温度（以下、乾留温度と記す。）が、その乾留機能を果し得る約２００℃から約６００℃の範囲で分布する様に調整する。

前記燃焼炉３は、前記燃焼室の下に灰溜り１５を備え、前記燃焼室と灰溜り１５は、中板１６で仕切られている。当該中板１６は、灰を灰溜り１５に落下させ、炭化若しくは細片化した燃料を当該中板１６の上に止め得る複数のスリットや孔を備える。
当該灰溜り１５は、Ｖ字状に下細りとなった底板１７を備え、当該底板１７の最下位に、溜まった灰を排出する為の排出口を備える。当該排出口を丸穴とし、スクリュー１８等の灰掻き出し手段を設けても良い。当該例の様に、自立性の劣る底板を備える場合には、その周囲に自立性を保持する脚部１９を付設する必要がある。必要に応じて、燃焼炉３の燃焼室や灰溜り１５に、燃焼空気取入窓を設けても良い。

尚、当該例による発熱装置は、全貌が略円筒状であり、ガス化炉２と、空気供給室１１と、燃焼炉３とは、相互に同心円筒状となる。燃焼炉３の側壁２０は、発熱装置全体の側壁となり、当該側壁２０の下端縁は、当該発熱装置の脚部１９となる。設置箇所の状況によっては、装置全貌を立方体状その他の形状とするなど、適宜設計変更できることは言うまでもない。

当該例は、以上の如く構成され、使用の際は、ガス化炉２の最下位に備えられた火格子１４から、ホッパ８の内空部に至るまでの領域に、燃料たる木材片を充填する。
木材片の充填後に、ホッパ８の開口部を封じることによって、ガス化炉２の内空部における乾留部６以上の領域を、空気が流通し難い環境とする。

当該発熱装置の始動の際は、燃焼炉３の燃焼室に突き出たガス化炉２の燃焼部７に充填された木材片に対して直接着火する。
着火方法は、燃焼炉３に着火窓を設け、当該着火窓から手作業で種火を入れても良いし、燃焼炉３に着火用バーナ２１を付設して、ガス化炉２の燃焼部７に充填された木材片へ向けて、一定時間火炎を放射する手法を採っても良い。
着火の程度は、乾留部６において乾留ガスが発生し、燃焼炉３の燃焼室内において当該乾留ガスの燃焼による炎が生じるまでの間、赤熱燃焼が維持できる程度であることが必要である。

以上の様にガス化炉の燃焼部７で着火した木材片は、前記炉内気流を受けて赤熱燃焼を継続し、灰、又は炭化若しくは細片化した燃料は、火格子１４の目を通過して燃焼炉３の燃焼室へ落下する。ガス化炉２の内空部において後続する木材片は、当該木材片の落下に伴って形成された空隙へ、自重により順次落下する。
その結果、投入された木材片は、各処理炉の容量等毎に段階的に処理が切り替わるのではなく、炭化又は細片化した木材片の自重落下に伴い、当該落下の分量ずつ連続的に、誘導、乾留、燃焼、焼尽と焼却処理が進行することとなる。

順次下降して乾留部６に至った木材片は、燃焼空気の不足によって、専ら、燃焼部の熱を受けた蒸し焼きの状態が継続する。当該木材片は、燃焼部７へ近づくに従い上昇する熱によって継続的に過熱され、乾留ガスと呼ばれる可燃ガスを含んだ揮発性の成分と、タール、木材片、又はその炭化物等を含んだ不揮発性の成分とに分離する。この際、乾留部６における木材片の温度は、先に記した様に、約２００℃から約６００℃に達する。

揮発性成分は、前記炉内気流によって乾留ガスとしてガス化炉２の燃焼部７へ進み、タール、木材片、又はその炭化物等の不揮発性の成分は、液状物又は固体物としてガス化炉２の燃焼部７へ向かって落下を続ける。乾留ガスの一部は、ガス化炉２の燃焼部７において燃焼し、不揮発性成分を燃やす燃料として用いられ、残りは燃焼炉３へ進む。

燃焼部７に進んだ不揮発性成分は、前記仕切壁１２の下部に設けた給気孔１３から空気の供給を受け、前記炉内気流の方向に沿って、当該給気孔１３の下方数センチメートルから十数センチメートルの位置以下の略全域で発火し（ガス化炉２全体のうちでこの様に発火する領域が、燃焼部７となる。）、落下に伴って、自らの燃焼、乾留ガスの燃焼に伴う炎による燃焼、及び赤熱化した火格子１４の熱による燃焼によって燃焼が進み、その燃焼温度は、当該燃焼部７の下端部において、前記乾留温度を大きく超え、約８００℃から約１０００℃にまで達する。

ガス化炉２の燃焼部７において燃焼を続けた不揮発性成分は、やがて、灰を残して焼尽し、一部は、焼尽前に火格子１４の目から中板１６の上へ落下する。
同時に、ガス化炉２の燃焼部７に存在する不揮発性成分は、火格子１４の目を備えるガス化炉２の端部に達する過程において、他の気体と共に可燃ガスを発生する。
ガス化炉２から火格子１４の目を経て燃焼炉３の燃焼室に噴出した可燃ガスは、乾留ガスと共に、燃焼炉３の燃焼室内で燃焼し、更に、ガス化炉２の燃焼部７に進んだ不揮発性成分の燃焼及び火力維持に寄与する。

ガス化炉２の燃焼部７、及び燃焼炉３の燃焼室における火力調整は、給気窓の開度調整（燃焼空気の取り入れ量の調整）のみで行なうことができ、燃焼室における雰囲気は、約６００℃から約８００℃に達する。
この様な過程を経て、焼尽前に火格子１４の目から落下した炭化物等の不揮発性成分は、中板１６の上で完全に焼尽し、乾留過程及び燃焼過程で生じた煙に混在する煤等も焼尽する。

尚、ガス化炉２における燃焼部７の側壁に、単数又は複数のガス流通孔２２を具備する構成を採った場合には、乾留ガスは、当該ガス流通孔２２からも噴出し、ガス化炉２の燃焼部７の周囲全体において、乾留ガスやその他のガスの燃焼が生じる。

以上の様に、当該発熱装置は、有機系廃棄物から乾留ガスを得つつ、当該廃棄物を合理的に、且つ完全に焼尽する構造を有し、廃棄物を完全に焼尽するのみならず、その排気ガスに混在するタール、煙塵、臭気等（以下、タール等と記す。）を消失させ、大気汚染等を回避する効果を奏する。

従来のこの種の装置では、排気ガスをそのまま暖房等に用いると、タール等は、装置の内壁や通気管等に付着し、給排気不良や臭気発生を招来すると言う問題があった。
また、排気筒４から排出された排気ガスを、ビニールハウス等の植物栽培用の空間（以下、栽培空間と記す。）に導入することによって、害虫を駆除する効果も期待できるものの、上記タール等を含有したまま栽培空間に導入すると、栽培している野菜、果物、花等に排気臭が付着し商品価値を損なうこととなる。

排気ガスを一端冷却して、当該排気ガスに混入したタールを液化して除去する手法も存在するが、その様に排気の熱を低下させては、熱効率の良い暖房に用いることはできない。
上記発熱装置は、汚染の少ない排気を有効利用できる点においても、極めて実効性の高い構造を有していると考えられる。

そこで、この様な構造を持つ発熱装置を用い、化石燃料ではなく、木材片等の植物性破砕片を燃料として排出されたタール等の汚染の少ない排気を栽培空間に導入すれば、引込管や栽培された植物に排気臭が付着するなど野菜、果物、花等の商品価値を下落させることなく、害虫を駆除することができ、良質な農産物を産出することができる。

排気を栽培空間へ導入する際には、栽培空間に至る管路に栽培する植物の生育に適した温度にまで低下させる空調手段を介在する。例えば、暖房装置の熱交換部を空調手段として用い、排気筒４から出た排気を当該熱交換部へ通す等の手法を用いる。

先に記した作用を奏するためには、構造上、ガス化炉２の下端部は、燃料を下支えでき、且つ燃焼の進んだ燃料を適宜落下させ得る目を持つ火格子１４を備えることが必要であるから、燃料の態様に応じて適正なサイズの目を持つ火格子１４を選択する必要がある。そこで、ガス化炉２の燃焼部７を交換可能とする為に、ガス化炉２の燃焼部７を着脱可能とする連結構造２３を、ガス化炉２、又は当該ガス化炉２と燃焼炉３との連結部との関係で設けることが望ましい。

当該火格子１４の箇所は、最も高い温度に晒される部分でもあり、こう言った着脱可能な構造は、燃焼部７の劣化防止の点でも望ましい。例えば、ボルト止め、又は平行移動や回転して係合する構造、具体的には、係合片を切欠部から係合枠へ装填し、ストッパに当たるまで回転させることにより係合する連結構造（例えば、図４参照）２３の様な、比較的簡単な連結構造が良い。

焼却するによって生じた熱は、例えば、以下の通り利用することができる。（１）当該燃焼炉の壁面を介して、設置された位置の雰囲気を加熱する暖房に利用できる。（２）排気の熱を、排気筒の壁面を介して、又は直接供給することにより、ビニールハウス等の他の空間の暖房に利用できる。（３）熱交換構造を介して水等の液体を加熱することができる。また、当該熱を利用して、暖房や発電を行なうこともできる。

１ 給気筒，２ ガス化炉、３ 燃焼炉，４ 排気筒，
５ 貯留部，６ 乾留部，７ 燃焼部，
８ ホッパ，９ 蓋，１０ 誘導管，１１ 空気供給室，
１２ 仕切壁，１３ 給気孔，１４ 火格子，１５ 灰溜り，１６ 中板，
１７ 底板，１８ スクリュー，１９ 脚部，２０ 側板，
２１ 着火用バーナ，２２ ガス流通孔，

Claims (6)

1. ガス化炉、燃焼炉、及び排気筒から構成され、
   前記ガス化炉は、上位より貯留部、乾留部、及び燃焼部を一連の管路状に備え、
   当該貯留部は、上端開口部を開閉する封鎖手段を具備し、
   当該乾留部は、周囲を囲む空気供給室を具備し、
   当該燃焼部は、前記空気供給室の下端から突出して前記燃焼炉に連通し、
   当該燃焼部の下端部は、当該燃焼部に充填された燃料を下支えする火格子を具備し、
   当該乾留部と空気供給室とを仕切る仕切壁は、当該仕切壁を貫通する給気孔を備え、
   前記燃焼炉は、前記ガス化炉の乾留部及び燃焼部を取り巻いて存在し、
   前記排気筒は、当該燃焼炉の燃焼室の上位に連通し、
   前記封鎖手段により上端開口部を封じて燃焼を行うことを特徴とする発熱装置。
2. 前記仕切壁の上部と下部のみに、給気孔を具備する前記請求項１に記載の発熱装置。
3. 前記ガス化炉における燃焼部の側壁に、複数のガス流通孔を具備する前記請求項１または請求項２のいずれかに記載の発熱装置。
4. 前記ガス化炉の燃焼部を着脱可能に備えた前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発熱装置。
5. 前記ガス化炉の貯留部に、ホッパを具備すると共に、当該ホッパの上端開口部を開閉する封鎖手段を具備する前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発熱装置。
6. 木材片を燃焼した前記請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発熱装置と、その排気筒から排出された排気を植物の生育に適した温度に調整する空調手段と、当該空調手段を経た排気を植物の栽培空間に導入する管路とを備えることを特徴とする植物の栽培空間の殺虫装置。

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