JP6392733B2 - 固形燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、固形燃料供給装置に関する。

燃焼装置に固形燃料を供給する装置の一例として特許文献１及び２がある。特許文献１の装置は、スクリューコンベア式の燃料の輸送手段と、当該輸送手段が輸送した燃料を燃焼炉へと誘導する供給管とを備えている。供給管は、輸送手段から燃焼炉に向かって斜め下方へと向かっている。供給管の終端（下端）は燃焼炉の側壁と接続されている。輸送手段によって供給管へと輸送された固形燃料は、供給管内を重力に従って落下し、燃焼炉の側壁から燃焼炉内へと入り込む。特許文献２の装置においては、スクリュー式供給装置の終端が焼却炉の側壁に直接接続されている。

特開２００６−１９４５０１号公報 特開２０１１−８０７０３号公報

特許文献１及び２のいずれにおいても、焼却炉へと固形燃料を供給する供給路の終端は、燃焼炉の側壁に設定されている。したがって、供給路の終端まで搬送された固形燃料は、燃焼炉内に入っても、そのまま燃焼炉内の内壁面付近に滞留するおそれがある。一方、固形燃料を適切に燃焼させるため等の理由により、内壁面よりさらに奥へと固形燃料を直接送り込むことが求められる場合がある。

本発明の目的は、燃焼装置の燃焼室の内壁面より奥へと固形燃料を直接送り込むのに適した固形燃料供給装置を提供することにある。

本発明の固形燃料供給装置は、内部に形成された燃焼室内の温度が固形燃料の溶融温度以上となった状態で前記固形燃料を燃焼する燃焼装置内の前記燃焼室に前記固形燃料を供給する装置であって、固形燃料が通過する搬送通路が内部に形成された通路部と、前記搬送通路内において回転することにより前記搬送通路に沿って前記固形燃料を送り出す羽根部とを有する第１搬送部と、前記燃焼室外において前記第１搬送部へと前記固形燃料を搬送する第２搬送部と、を備えており、前記通路部が、前記燃焼室を画定する前記燃焼装置の内壁面を跨ぐように前記燃焼室外から前記燃焼室内まで延びており、前記第２搬送部による前記固形燃料の単位時間当たりの搬送量を所定の範囲内で変更すると共に、前記羽根部の回転速度を、その回転速度によって前記第１搬送部が単位時間当たりに搬送可能な前記固形燃料の最大量が前記所定の範囲の上限に対応する単位時間当たりの搬送量以上となり、且つ、前記第１搬送部の通路部における前記固形燃料の溶融を防ぐような範囲に維持する。

本発明の固形燃料供給装置によると、第１搬送部の通路部が燃焼室外から燃焼室を画定する内壁面を跨ぐように燃焼室内まで延びている。つまり、通路部の終端が燃焼室の内壁面を超えて燃焼室の奥に配置されている。したがって、第１搬送部によって固形燃料が燃焼室の内壁面より奥へと適切に搬送される。また、第２搬送部における固形燃料の単位時間当たりの搬送量を所定の範囲内で変更する。このため、燃焼装置における燃焼の強弱に応じて燃料の供給量を変更できる。なお、第２搬送部における搬送量の変更は、ロータリースイッチ等を手動で操作することによってなされてもよいし、あらかじめ設定された制御内容に基づく自動制御によってなされてもよい。

一方、上記のように第１搬送部を構成すると以下の問題が生じるおそれがあることを、本発明者は知見した。上記構成によると、第１搬送部の通路部の一部が燃焼室内に配置されることになる。このため、燃焼室内で固形燃料が燃焼すると、通路部における燃焼室内に配置された部分の固形燃料は、燃焼室外にある固形燃料と比べて発火するおそれが高まる。また、例えば、燃焼室内の温度が固形燃料の溶融温度を上回ると、通路部における燃焼室内に配置された部分の固形燃料は、燃焼室外にある固形燃料と比べて溶融しやすくなる。固形燃料が溶融した場合、溶融した固形燃料が搬送通路内の羽根部に付着することで、固形燃料が通路部内に残存するおそれがある。

このような問題を生じにくくするため、本発明においては、第２搬送部による固形燃料の搬送量を変更する一方、第１搬送部における羽根部の回転を高速に維持することとした。具体的には、羽根部の回転速度を、その回転速度によって第１搬送部が単位時間当たりに搬送できる固形燃料の最大量が第２搬送部による単位時間当たりの搬送量の上限以上となる範囲に維持することとした。これにより、第２搬送部における固形燃料の搬送量に関わらず、第１搬送部において固形燃料が高速に搬送されるため、第１搬送部の通路部外へと固形燃料が速やかに排出される。したがって、通路部内で固形燃料が発火したり固形燃料が溶融して通路部内に残存したりしにくくなる。一方、第１搬送部において羽根部の回転を上記の通り高速にしても、実際に第１搬送部から燃焼室内に搬送される固形燃料の単位時間当たりの量は、第２搬送部から第１搬送部へと搬送される単位時間当たりの搬送量に依存する。したがって、第２搬送部における搬送量を調整することにより、燃焼室内への最終的な供給量を調整できる。

なお、単位時間当たりの固形燃料の搬送量とは、単位時間（例えば、１秒、１分等）当たりに搬送経路上のある地点を通過する固形燃料の量である。また、その回転速度によって第１搬送部が単位時間当たりに搬送可能な固形燃料の最大量とは、羽根部をその回転速度で回転させた場合において、第１搬送部に固形燃料が仮に最大限まで供給されたとしたときに第１搬送部が単位時間当たりに搬送する固形燃料の量に相当する。また、所定の範囲の上限に対応する単位時間当たりの搬送量とは、例えばロータリースイッチを最大限まで操作した場合において、第２搬送部が単位時間当たりに搬送可能な固形燃料の最大量に相当する。

本発明の一実施形態に係るボイラーの概略構成を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２の円筒隔壁の部分拡大図である。 燃料供給装置の内部構造の正面図及び通路部の断面図である。 図５（ａ）は通路部に関する図４のＶＡ−ＶＡ線断面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面図である。図５（ｃ）は図５（ａ）のＶＣ−ＶＣ線断面図である。

本発明の一実施形態に係るボイラー１（燃焼装置）及び燃料供給装置１００（固形燃料供給装置）について図１〜図５を参照しつつ説明する。ボイラー１は、図１及び図２に示すように、内部に空間が形成された外壁２と、外壁２内の空間を上下方向に関して区画する隔壁６、７及び８とを有している。外壁２内の空間は、隔壁６、７及び８によって、上から順に排気室３、加熱室４、燃焼室５及び給気室１５１に区画されている。燃焼室５は固形燃料が燃焼する空間である。ボイラー１において、燃焼室５が形成された下半分は、固形燃料の燃焼により熱を発生させる燃焼部である。給気室１５１は燃焼室５へと供給される空気が流入する空間である。燃焼室５及び給気室１５１の詳細については後述する。

一方、加熱室４が内部に形成されたボイラー１の上半分は、外部から供給された水を加熱する加熱部である。加熱室４内には複数本の通気管１１が設けられている。通気管１１は、熱伝導性の高い材料、例えば金属材料によって形成されている。通気管１１は加熱室４を上下方向に貫通している。通気管１１の上端部及び下端部は隔壁６及び７をそれぞれ貫通して燃焼室５及び排気室３内に突出している。通気管１１の上端及び下端は開口している。燃料の燃焼によって高温になった燃焼室５内の空気は、下端の開口から通気管１１に流入し、通気管１１内を通って上方に向かい、上端の開口から排気室３へと流出する。加熱室４には導水管１２及び１３が設けられている。導水管１２に外部から水（冷水）を流入させることで加熱室４内を水で満たすと、燃焼室５からの高温の空気が通気管１１内を通過する際に、高温の空気から通気管１１を通じて水に熱伝達することで、加熱室４内の水が加熱される。加熱されて高温になった水は、導水管１３から外部へと取り出すことができる。排気室３には排気管１４が設けられている。排気管１４は排気部２１と連通している。排気部２１には空気を吸引する吸引手段が設けられている。通気管１１を通じて排気室３に流入した燃焼室５からの空気は、排気部２１に設けられた吸引手段によって排気管１４を通じて排気室３から吸引される。吸引された空気は、排気部２１において煤の排除等の浄化処理が適宜施された上で大気中へと排出される。

燃焼室５は、外壁２内に形成された円筒形の概略形状を有する内壁面２ａ、隔壁７の下面及び隔壁８の上面によって画定された空間である。ボイラー１には、燃焼室５へと燃焼用の空気を供給する空気供給部１５０が設けられている。空気供給部１５０は、給気室１５１と、給気室１５１から燃焼室５へと上方に延びた給気管１５２及び１５３と、燃焼室５の底部に設けられた給気部１５５と、給気部１５５から上方へと延びた給気管１５６と、通気管１５８を介して給気室１５１へと空気を送り込む送風機１５７とを有している。

給気室１５１は、外壁２内の最下部に形成され、隔壁８によって燃焼室５と隔てられた空間である。給気室１５１には給気管１５２の下端部が開口している。給気管１５２は、図１に示すように、隔壁８を貫通して燃焼室５内へと向かっている。給気管１５２の上端部は、燃焼室５の底部付近において上方に開口している。送風機１５７によって給気室１５１内に供給された空気は、給気管１５２を通じて燃焼室５へと流入する。燃焼室５の底部には蓋状の形状を有する給気部１５５が給気管１５２の上端開口に被さるように固定されている。給気部１５５と隔壁８との間には給気室１５５ａが形成されている。給気部１５５の天井板には、図２に示すように、複数個の貫通孔１５５ｂが形成されている。

また、図１に示すように、給気室１５５ａには給気管１５６の下端部が開口している。給気管１５６は、給気部１５５の天井板を貫通して上方へと延びている。給気管１５６は、図２に示すように、平面視において燃焼室５の中心を囲むように５本配置されている。給気管１５６には、空気の流出口である複数個の貫通孔が形成されている。給気室１５５ａ内の空気は貫通孔１５５ｂを通じて給気部１５５の上方へと供給されると共に、給気管１５６を通り、給気管１５６に形成された流出口を通じて給気部１５５の上方へと供給される。なお、給気部１５５及び給気管１５６は、いずれも、後述の通り、円筒隔壁１６１内の内側空間５ａに配置されている。したがって、給気部１５５から供給される空気は、主に、内側空間５ａ内での燃焼に用いられる。

また、給気室１５１には、給気管１５３の下端部が開口している。給気管１５３は、図１及び図２に示すように、燃焼室５の内壁面２ａに設けられた凹部２ｂ内に部分的に埋め込まれるように３本設けられている。各給気管１５３は、給気室１５１から隔壁８を貫通し、凹部２ｂに沿って鉛直上方へと延びている。給気室１５１内の空気は給気管１５３内を上方へと流れる。３本の給気管１５３は、図２に示すように、内壁面２ａに沿った方向に関して等間隔に配置されている。給気管１５３には、図１に示すように、上下方向に沿って配列された複数個の貫通孔１５３ａが形成されている。各貫通孔１５３ａの開口（流出口）は、給気管１５３内を流れる空気が図２のＡ１〜Ａ３方向へと貫通孔１５３ａを通じて給気管１５３から流出するように形成されている。Ａ１〜Ａ３方向のいずれも、図２に示すように、平面視において、給気管１５３から燃焼室５の中心に向かう方向に対して直交する方向成分を有している。また、当該成分は、Ａ１〜Ａ３方向のいずれについても、平面視において、燃焼室５の中心の周りを反時計回りで回る成分に相当する。これにより、燃焼室５内には、図２のＢ方向に向かう旋回気流が発生する。旋回気流は、燃焼室５の中心の周りを旋回するように流れる気流である。この旋回気流は、燃焼室５の内壁面２ａと後述の円筒隔壁１６１の外表面との間に形成される。

燃焼室５内には内部燃焼部１６０が設けられている。内部燃焼部１６０の全体は金属材料で構成されているが、陶製など、耐熱性の高い他の材料製であってもよい。また、これら複数種類の材料から構成されてもよい。内部燃焼部１６０は、図１〜図３に示すように、円筒の概略形状を有する円筒隔壁１６１と、円筒隔壁１６１に固定された４本の柱部材１６２と、円盤型の蓋部１２０とを有している。柱部材１６２は鉛直方向に延びている。蓋部１２０は、柱部材１６２の上端に支持されている。蓋部１２０は、平面視において、円筒隔壁１６１より一回り大きく形成されている（図２参照）。円筒隔壁１６１は、図３に示すように、複数の貫通孔１６１ａがパンチングなどによって形成された金属平板を円筒状に成形することによって作製されている。各貫通孔１６１ａが延びる方向は、平面視において、円筒隔壁１６１の厚み方向と直交する方向成分を含んでいる。この方向成分は、円筒隔壁１６１内から各貫通孔１６１ａに沿って円筒隔壁１６１外へと向かう場合に、平面視において、円筒隔壁１６１の中心に関する回転方向について反時計回りの成分である。このように、各貫通孔１６１ａは、円筒隔壁１６１の厚み方向に対して斜めの方向（例えば、図３のＦ１〜Ｆ３方向）に沿っている。

内部燃焼部１６０は、５本の給気管１５６及び全ての貫通孔１５５ｂが平面視において円筒隔壁１６１内に配置される（図２参照）ように燃焼室５の底面（隔壁８の上面）上に載置されている。円筒隔壁１６１は、燃焼室５内の空間を、図１に示すように、水平方向に関して円筒隔壁１６１より内側の空間である内側空間５ａと、水平方向に関して円筒隔壁１６１より外側の空間である外側空間５ｂとに区画している。これにより、給気部１５５は、内側空間５ａの底壁を構成することになる。外側空間５ｂは、燃焼室５の内壁面２ａと円筒隔壁１６１とに水平方向に挟まれた空間でもある。内側空間５ａと外側空間５ｂとは、円筒隔壁１６１に形成された各貫通孔１６１ａによって互いに連通している。内部燃焼部１６０は、円筒隔壁１６１の貫通孔１６１ａに沿ったＦ１〜Ｆ３方向に対して内側空間５ａと外側空間５ｂとが図３に示す位置関係となるように配置されている。

外側空間５ｂには、各給気管１５３の各貫通孔１５３ａから空気が供給されることによって、上記の通り、図２のＢ方向に向かう旋回気流が発生する。この旋回気流は、図２に示すように、燃焼室５の内壁面２ａと円筒隔壁１６１の外表面とに水平方向に挟まれた空間に形成される。本実施形態では、このように限定された空間に気流を発生させるため、円筒隔壁１６１の周りを旋回する気流を確実に発生させることができる。そして、この旋回気流は、図２及び図３に示すように、円筒隔壁１６１の外表面に沿って流れる。円筒隔壁１６１の外表面に沿って旋回気流が流れる際に、内側空間５ａから貫通孔１６１ａを通じて外側空間５ｂへと空気を吸引する作用が発生する。かかる作用によって、円筒隔壁１６１内の空気は、図３のＦ１〜Ｆ３方向等に沿って円筒隔壁１６１外へと流出する。

燃焼室５の底面には、図１及び図２に示すように、受け皿１５が設けられている。受け皿１５には灯油が注入される。受け皿１５に注入された灯油に点火することで固形燃料の燃焼を開始させる。

燃料供給装置１００は、ホッパー２２内に貯留された固形燃料をボイラー１の燃焼室５内に供給する装置である。本実施形態の固形燃料は、いわゆる発泡スチロール（ポリスチレン）の廃材がペレット状に成形されたものからなる。なお、ポリスチレンの他、ポリエチレンやポリプロピレンの発泡材の廃材がペレット状に成形されたものが固形燃料として用いられてもよい。また、原料が発泡材でなくてもよい。さらに、ペレット化されていない、例えば廃材が細かく破砕されただけのものが固形燃料とされてもよい。

燃料供給装置１００は、図１及び図４に示すように、搬送部１１０及び１３０（第１搬送部及び第２搬送部）、冷却水供給部１４０（液体供給部）、並びに、制御部１４５を備えている。このうち、搬送部１１０は、図４に示すように、固形燃料が通過する通路部１１１と、通路部１１１内に設けられたスクリュー１１２と、スクリュー１１２を回転させるモータ１１３とを有している。

通路部１１１は、軸方向が水平に沿うように配置された円筒形の概略形状を有している。通路部１１１は、ボイラー１の外部から、ボイラー１の外壁２の内壁面２ａを跨いで燃焼室５内へと延びており、さらに内部燃焼部１６０内まで到達している。通路部１１１の先端１１９は、内部燃焼部１６０の内部に配置されている。通路部１１１内には円柱形の概略形状を有する空間である搬送通路１１１ａが形成されている。搬送通路１１１ａの左端は通路部１１１の先端１１９において、図４の左方に向かって開口している。搬送通路１１０ａの右端付近には、固形燃料の供給部１１４が形成されている。供給部１１４内には固形燃料の供給通路１１４ａが上下方向に沿って形成されている。供給通路１１４ａの上端は上方に開口しており、下端は搬送通路１１１ａの右端部と連通している。

搬送通路１１１ａを画定する通路部１１１の外壁は、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、外層１２１及び内層１２２の２層を有している。外層１２１及び内層１２２は、それぞれ円筒形の概略形状を有している。外層１２１及び内層１２２は、互いに中心軸が一致するように配置されている。

外層１２１と内層１２２の間には円筒状の空間が形成されている。外層１２１及び内層１２２同士は、隔壁１２３及び１２４によって水平方向に連結されている。隔壁１２３及び１２４は、上下方向に関して通路部１１１の中央に配置されている。隔壁１２３及び１２４は、図４における外層１２１及び内層１２２の右端から左端付近まで延びている。これにより、隔壁１２３及び１２４は、外層１２１と内層１２２の間に形成された上記円筒状の空間を上部空間１２０ａ及び下部空間１２０ｂの２つに隔てている。上部空間１２０ａは、通路部１１１の上半分の内部に形成された空間である。下部空間１２０ｂは、通路部１１１の下半分の内部に形成された空間である。隔壁１２３及び１２４は、図５（ａ）に示すように、通路部１１１の左端付近で途切れている。これによって、通路部１１１の左端付近に、上部空間１２０ａと下部空間１２０ｂとを上下方向に連通する連通孔１２５ａ及び１２５ｂ（連通部）が形成されている。

外層１２１及び内層１２２の右端付近には、図４、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、冷却水の流入口１２６及び流出口１２７が形成されている。流入口１２６は、外層１２１の下端部を貫通するように設けられている。これにより、流入口１２６は、下部空間１２０ｂと通路部１１１の外部とを連通させている。流出口１２７は、外層１２１の上端部を貫通するように設けられている。これにより、流出口１２７は、上部空間１２０ａと通路部１１１の外部とを連通させている。

スクリュー１１２は、図４に示すように、円柱状の軸１１２ａと、軸１１２ａの外周面にらせん状に形成された羽根部１１２ｂとを有している。軸１１２ａはモータ１１３と接続されている。モータ１１３は軸１１２ａを回転させる。モータ１１３が軸１１２ａを回転させる速度は、後述の制御部１４５によって制御される。モータ１１３が軸１１２ａを回転させると、羽根部１１２ｂが搬送通路１１１ａ内で回転する。図４において、羽根部１１２ｂが回転すると、供給部１１４から搬送通路１１１ａの右端部に供給された固形燃料が羽根部１１２ｂの表面によって搬送通路１１１ａに沿って押し出される。これによって固形燃料は、搬送通路１１１ａ内を左方へと順に送り出される。そして、固形燃料が通路部１１１の先端１１９まで到達すると、先端１１９から通路部１１１外へと落下する。羽根部１１２ｂの回転速度が大きくなるほど、搬送部１１０が単位時間当たりに搬送できる固形燃料の量も多くなる。搬送部１１０が単位時間当たりに搬送する固形燃料の量とは、搬送部１１０における搬送経路上のいずれかの地点を単位時間（例えば、１秒、１分等）当たりに通過する固形燃料の量である。例えば、通路部１１１の先端１１９から燃焼室５内に落下する単位時間当たりの固形燃料の量である。

搬送部１３０は、図４に示すように、固形燃料が通過する通路部１３１と、通路部１３１内に設けられたスクリュー１３２と、スクリュー１３２を回転させるモータ１３３とを有している。通路部１３１は、軸方向が水平方向及び鉛直方向のいずれに対しても斜めになるように配置された円筒形の概略形状を有している。通路部１３１の上端部は、搬送部１１０の供給部１１４の上方に配置されている。通路部１３１の上端部は後述のガイド管１３４の上部と接続されている。通路部１３１の下端部は、ホッパー２２の下部と接続されている。通路部１３１内には円柱形の概略形状を有する空間である搬送通路１３１ａが形成されている。ホッパー２２内に十分な量の固形燃料が貯留されている場合、ホッパー２２に貯留された固形燃料は、通路部１１１の下部から搬送通路１１１ａ内に連続的に（切れ目なく）供給される。

スクリュー１３２は、円柱状の軸１３２ａと、軸１３２ａの外周面にらせん状に形成された羽根部１３２ｂとを有している。軸１３２ａはモータ１３３と接続されている。モータ１３３は軸１３２ａを回転させる。モータ１３３が軸１３２ａを回転させる速度は後述の制御部１４５によって制御される。モータ１３３が軸１３２ａを回転させると、羽根部１３２ｂが搬送通路１３１ａ内で回転する。図４において、羽根部１３２ｂが回転すると、ホッパー２２から搬送通路１３１ａの下端部に供給された固形燃料が羽根部１３２ｂの表面によって搬送通路１３１ａに沿って押し出される。これによって固形燃料は、搬送通路１３１ａ内を左斜め上方へと順に送り出される。そして、固形燃料が通路部１３１の上端部まで到達すると、その上端部からガイド管１３４内へと落下する。羽根部１３２ｂの回転速度が大きくなるほど、搬送部１３０が単位時間当たりに搬送できる固形燃料の量も多くなる。搬送部１３０が単位時間当たりに搬送する固形燃料の量とは、搬送部１３０における搬送経路上のいずれかの地点を単位時間（例えば、１秒、１分等）当たりに通過する固形燃料の量である。例えば、通路部１３１の上端部からガイド管１３４内へと落下する単位時間当たりの固形燃料の量である。

ガイド管１３４は、搬送部１３０によって搬送された固形燃料を、フランジ部１３５を通じて搬送部１１０の供給部１１４へと落下させる。ガイド管１３４内にはガイド通路１３４ａが、フランジ部１３５内にはガイド通路１３５ａがそれぞれ形成されている。固形燃料は、ガイド通路１３４ａ及び１３５ａを通過して供給部１１４へと向かう。フランジ部１３５に、ガイド通路１３５ａを開閉可能なシャッターが設けられていてもよい。例えば、当該シャッターが、ガイド通路１３５ａを遮断した位置とガイド通路１３５ａから退避した位置との間で手動又は自動で位置を切り替え可能に構成されているとよい。これにより、仮に搬送部１１０の搬送通路において固形燃料が発火しても、シャッターによってガイド通路１３５ａを遮断することで、搬送部１３０まで燃焼が伝わらないようにすることができる。

冷却水供給部１４０は、冷却用の水を貯留する冷却水貯留部１４１と、冷却水貯留部１４１と接続されたポンプ１４２とを有している。ポンプ１４２はさらに、搬送部１１０の流入口１２６とホース等で接続されている。冷却水貯留部１４１と搬送部１１０の流出口１２７とはホース等で接続されている。ポンプ１４２は、冷却水貯留部１４１内に貯留された水を、流入口１２６を通じて下部空間１２０ｂへと流入させる。下部空間１２０ｂ内に流入した水は、下部空間１２０ｂ内を満たしていく。下部空間１２０ｂ内に水が完全に満たされると、連通孔１２５ａ及び１２５ｂ（図５参照）を通じて下部空間１２０ｂ内の水が上部空間１２０ａへと流入する。上部空間１２０ａ内に流入した水は、さらに、上部空間１２０ａ内を満たしていく。上部空間１２０ａに水が完全に満たされると、流出口１２７を通じて上部空間１２０ａ内の水が冷却水貯留部１４１に戻っていく。その後、冷却水貯留部１４１から流入口１２６を通じて下部空間１２０ｂへと水を流入させ続ける。これにより、冷却水貯留部１４１から、流入口１２６、下部空間１２０ｂ、連通孔１２５ａ及び１２５ｂ、上部空間１２０ａ並びに流出口１２７を経て冷却水貯留部１４１に戻る冷却水の循環経路が形成される。

流入口１２６は、連通孔１２５ａ及び１２５ｂから図４の右方に向かって離隔している。具体的には、流入口１２６が、図４に示すように下部空間１２０ｂの右端付近にあり、これに対して連通孔１２５ａ及び１２５ｂが、図５（ａ）に示すように通路部１１１の左端付近、つまり、下部空間１２０ｂの左端付近にある。したがって、下部空間１２０ｂの右端付近に流入した冷却水は、通路部１１１の長さ方向（図４の左右方向）に沿って反対側の左端付近まで流れる。同様に、流出口１２７は図４の右方に向かって連通孔１２５ａ及び１２５ｂから離隔している。具体的には、流出口１２７が、図４に示すように上部空間１２０ａの右端付近にあり、これに対して連通孔１２５ａ及び１２５ｂが、図５（ａ）に示すように通路部１１１の左端付近、つまり、上部空間１２０ａの左端付近にある。したがって、上部空間１２０ａの左端付近に流入した冷却水は、通路部１１１の長さ方向（図４の左右方向）に沿って反対側の右端付近まで流れる。このように、冷却水が下部空間１２０ｂを右端付近から左端付近まで流れると共に、上部空間１２０ａを左端付近から右端付近まで流れる。よって、通路部１１１の長さ方向に亘って通路部１１１が全体的に冷却されやすい。

制御部１４５は、モータ１１３及び１３３を制御するための各種の電気回路を有している。制御部１４５はスイッチ１４６と接続されている。スイッチ１４６は、ロータリースイッチ型のスイッチである。スイッチ１４６のつまみを回転させることでスイッチ１４６の状態を変更できる。つまみの回転には２点の限界位置がある。つまり、つまみはこの２点の限界位置の間で回転させることができる。制御部１４５は、スイッチ１４６の状態に基づいてモータ１３３を制御する。スイッチ１４６のつまみの回転位置は、固形燃料の搬送量と関連付けられている。制御部１４５は、搬送部１３０による固形燃料の単位時間当たりの搬送量が、スイッチ１４６のつまみの位置に応じたものとなるように、モータ１３３を制御して、軸１３２ａの回転速度を調整する。例えばユーザーが、スイッチ１４６を操作することにより、固形燃料の搬送量を大きくするようにスイッチ１４６の状態を変更したとする。制御部１４５は、これに応じ、軸１３２ａの回転速度を大きくするようにモータ１３３を制御する。なお、スイッチ１４６の代わりにその他の形式のスイッチやレバー等が用いられてもよい。

制御部１４５がモータ１３３に変更させる軸１３２ａの回転速度には範囲、つまり、上限及び下限が設定されている。この上限及び下限は、スイッチ１４６のつまみの回転における２点の限界位置と対応している。上限及び下限は、スクリュー１３２の重量やモータ１３３の能力等に応じて設定されている。軸１３２ａの回転速度は、搬送部１３０が単位時間当たりに搬送できる固形燃料の単位時間当たりの量に対応する。したがって、軸１３２ａの回転速度が上記下限から上限までの範囲内で変更されることは、搬送部１３０による固形燃料の単位時間当たりの搬送量が、回転速度の範囲に対応する所定の範囲で変更可能であることに相当する。

一方、制御部１４５は、搬送部１１０に対しては、スイッチ１４６の状態に関わらず、軸１１２ａの回転速度を一定の大きさに維持するようにモータ１１３を制御する。一定の大きさとは、かかる一定の大きさの回転速度で軸１１２ａを回転させた場合に搬送部１１０が単位時間当たりに搬送することができる固形燃料の最大量が、上記所定の範囲の上限以上となるような回転速度の大きさである。最大量とは、搬送部１１０に固形燃料が最大まで供給された場合に搬送部１１０が単位時間当たりに搬送できる量である。つまり、搬送部１３０による搬送量の上限以上の量の固形燃料を搬送できるように軸１１２ａが高速に回転する。したがって、搬送部１１０は、搬送部１３０における単位時間当たりの搬送量がどれだけ多くても、搬送されてきた固形燃料を滞らせることなく且つ高速に燃焼室５内へと搬送する。

以上の構成において、受け皿１５内の灯油に着火後、燃料供給装置１００が固形燃料を燃焼室５に供給すると共に空気供給部１５０が空気を燃焼室５に供給することで、燃焼室５内で固形燃料が燃焼する。燃料供給装置１００からの固形燃料は内側空間５ａ内を落下する。このため、まず、内側空間５ａ内において固形燃料が燃焼する。燃焼用の空気は、空気供給部１５０における給気部１５５及び給気管１５６から供給される。固形燃料はポリスチレン（又は、ポリエチレンやポリプロピレン等）からなるため、燃焼によって高温になった内側空間５ａ内を落下する際、固形燃料から可燃性ガスが発生する。かかる可燃性ガスは給気部１５５及び給気管１５６から供給される空気と混合しつつ燃焼する。内部燃焼部１６０の上部には蓋部１２０が設置されている。このため、内側空間５ａにおいて発生した可燃性ガスが内部燃焼部１６０の上方に流出するのが抑制されている。

内側空間５ａにおいて固形燃料が燃焼する際に、不純物などが燃え残ったり、固形燃料の一部が炭化したりすることで、燃え滓が発生することがある。そして、このような燃え滓が給気部１５５上に積み重なり、給気部１５５の貫通孔１５５ｂの開口を塞ぐおそれがある。しかしながら、仮に、固形燃料の燃え滓等によって給気部１５５の貫通孔１５５ｂが塞がれたとしても、給気部１５５よりも上方に延びた給気管１５６の流出口は燃え滓等によって塞がれたりしにくい。したがって、仮に貫通孔１５５ｂが塞がれても、燃焼用の空気は給気管１５６の流出口から供給される。

一方、上記の通り、内側空間５ａの空気は、外側空間５ｂに発生する旋回気流によって、円筒隔壁１６１の貫通孔１６１ａを通じて外側空間５ｂへと吸引される。これにより、内側空間５ａにおいて燃焼せずに残った可燃性のガスが内側空間５ａから外側空間５ｂへと流出する。流出した可燃性のガスは、外側空間５ｂにおいて旋回気流に合流すると共に、旋回気流中の空気と適切に混合されつつ燃焼する。外側空間５ｂでは旋回気流の形成によって、燃焼に十分な量の空気と可燃性のガスとが混合する。したがって、可燃性のガスが内側空間５ａにおいて燃え残ったとしても、外側空間５ｂにおいて確実に燃焼する。

以上説明した本実施形態に係る燃料供給装置１００によると、搬送部１１０の通路部１１１が燃焼室５外から内壁面２ａを跨いで燃焼室５内まで延びている。具体的には、通路部１１１の終端である先端１１９が内壁面２ａを超え、さらに奥の内部燃焼部１６０の内部に配置されている。したがって、搬送部１１０によって固形燃料が内部燃焼部１６０内へと適切に搬送される。また、スイッチ１４６を操作することで搬送部１３０における固形燃料の単位時間当たりの搬送量を変更できる。このため、ボイラー１における燃焼の強弱に応じて燃料の供給量を変更できる。

一方、上記のように搬送部１１０を構成すると以下の問題が生じるおそれがあることを、本発明者は知見した。上記構成によると、搬送部１１０の通路部１１１の一部が燃焼室５内に配置されることになる。このため、燃焼室５内で固形燃料が燃焼すると、通路部１１１における燃焼室５内に配置された部分の固形燃料は、燃焼室５外にある固形燃料と比べて発火するおそれが高まる。また、本実施形態の固形燃料は発泡スチロールの廃材からなる。発泡スチロールを構成するポリスチレンの溶融温度は８０〜９０℃である。このため、燃焼室５内の温度は固形燃料の溶融温度を大きく上回ることになる。よって、通路部１１１における燃焼室５内に配置された部分の固形燃料は、燃焼室５外にある固形燃料と比べて溶融しやすくなる。固形燃料が溶融した場合、溶融した固形燃料がスクリュー１１２の羽根部１１２ｂに付着することで、固形燃料が通路部１１１内に残存するおそれがある。

このような問題を生じにくくするため、本実施形態においては、搬送部１３０において固形燃料の搬送量をスイッチ１４６の操作によって変更できる一方で、搬送部１１０における軸１１２ａの回転を高速に維持することとした。具体的には、軸１１２ａの回転速度を、その回転速度によって搬送部１１０が単位時間当たりに搬送できる固形燃料の最大量が搬送部１３０による単位時間当たりの搬送量の上限以上となる一定の大きさに維持することとした。これにより、搬送部１３０における固形燃料の搬送量に関わらず、搬送部１１０において固形燃料が高速に搬送される。このため、搬送部１１０の通路部１１１外（内部燃焼部１６０内）へと固形燃料が速やかに排出される。したがって、通路部１１１内で固形燃料が発火したり固形燃料が溶融して通路部１１１内に残存したりしにくくなる。一方、搬送部１１０において軸１１２ａの回転を上記の通り高速にしても、実際に搬送部１１０から燃焼室５内に供給される固形燃料の単位時間当たりの供給量（搬送量）は、搬送部１３０から搬送部１１０へと搬送される単位時間当たりの搬送量に依存する。したがって、搬送部１３０における搬送量を調整することにより、燃焼室５内への最終的な供給量を調整できる。

また、本実施形態においては、冷却水供給部１４０が通路部１１１内に形成された上部空間１２０ａ及び下部空間１２０ｂ内に冷却水を供給する。これによって通路部１１１が冷却されるので、通路部１１１内で固形燃料が発火したり溶融したりするのがさらに抑制される。

また、本実施形態では、外側空間５ｂにおいて円筒隔壁１６１と燃焼室５の内壁面２ａとに水平方向に挟まれた領域に旋回気流を発生させる。かかる限定された領域に旋回気流を発生させるため、旋回気流が確実に形成されやすい。また、外側空間５ｂに形成される旋回気流により、内側空間５ａに供給された固形燃料から発生した可燃性ガスが、各貫通孔１６１ａを通じて、円筒隔壁１６１と燃焼室５の内壁面２ａとに挟まれた上記領域に流出する。つまり、内側空間５ａにおいて固形燃料から発生した可燃性ガスのうちの未燃焼のものが、各貫通孔１６１ａに向かって外側に流れると共に、そのまま各貫通孔１６１ａを通じて円筒隔壁１６１の外側の旋回気流へと合流しやすい。したがって、内側空間５ａにおいて未燃焼であった可燃性ガスが、外側空間５ｂの限定された領域に適切に形成された旋回気流に巻き込まれつつ、効率よく燃焼する。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、搬送部１３０においても搬送部１１０と同様、スクリューを用いて固形燃料を搬送する搬送方式が採用されている。しかし、搬送部１３０においてはスクリュー以外の搬送方式が採用されてもよい。また、搬送部１１０及び１３０のいずれのスクリューにおいても羽根部が軸に固定されている。しかし、軸を有しない羽根部のみのスクリューが用いられてもよい。

また、上述の実施形態では、軸１１２ａの回転速度が制御部１４５によって一定の大きさに保たれている。しかし、搬送部１１０が単位時間当たりに搬送することができる固形燃料の最大量が搬送部１３０による搬送量の上限以上となる範囲であれば、軸１１２ａの回転速度が変動してもよい。なお、軸１１２ａの回転速度が上記の範囲に維持されるのは、燃焼室５内の温度が十分に上昇し、安定的に固形燃料を燃焼し続ける高温運転時のみであってよい。例えば、燃焼室５内の燃焼が開始したばかりで未だ十分に燃焼室５内の温度が上昇していない期間には、軸１１２ａの回転速度がある程度低く抑えられてもよい。未だ十分に燃焼室５内の温度が上昇していないので、搬送部１１０の搬送量が抑えられていても、通路部１１１内の固形燃料が発火したり溶融したりするおそれが低いためである。

また、上述の実施形態においては、スイッチ１４６のつまみの回転位置に応じて搬送部１３０における搬送量を制御部１４５が制御する。スイッチ１４６のつまみはユーザーが手動で操作する。つまり、搬送部１３０の搬送量は手動で調整される。しかし、制御部１４５が、あらかじめプログラムされた内容に基づき、搬送部１３０における搬送量を自動制御してもよい。この場合においても、搬送部１３０における搬送量の範囲として上限及び下限が設定されると共に、搬送部１１０が単位時間当たりに搬送することができる固形燃料の最大量が上記上限以上となる範囲に軸１１２ａの回転速度が維持される。

また、上述の実施形態においては、通路部１３１の軸方向が水平方向及び鉛直方向のいずれに対しても斜めになるように搬送部１３０が配置されている。したがって、固形燃料は、搬送通路１３１ａ内を図４の左斜め上方に搬送される。これに対し、通路部１３１の軸方向が水平に配置されてもよい。この場合、固形燃料は、通路部１３１に沿って水平に搬送される。

また、上述の実施形態は、本発明がボイラーに適用されたものである。しかし、本発明がボイラー以外の燃焼装置に適用されてもよい。例えば、燃焼室５内の燃焼熱によって高温になった空気を利用した暖房装置や、燃焼室５内の燃焼熱によって水を蒸発させて得た水蒸気の圧力を利用した発電装置等、燃焼熱をさまざまに利用する燃焼装置に適用されてよい。

１ ボイラー
２ 外壁
２ａ 内壁面
５ 燃焼室
５ａ 内側空間
５ｂ 外側空間
２２ ホッパー
１００ 燃料供給装置
１１０，１３０ 搬送部
１１０ａ，１３０ａ 搬送通路
１１１，１３１ 通路部
１１２，１３２ スクリュー
１１２ａ，１３２ａ 軸
１１２ｂ，１３２ｂ 羽根部
１２０ａ 上部空間
１２０ｂ 下部空間
１２１ 外層
１２２ 内層
１２３，１２４ 隔壁
１２５ａ 連通孔
１２６ 流入口
１２７ 流出口
１４０ 冷却水供給部
１４５ 制御部
１６０ 内部燃焼部

Claims (6)

1. 内部に形成された燃焼室内の温度が固形燃料の溶融温度以上となった状態で前記固形燃料を燃焼する燃焼装置内の前記燃焼室に前記固形燃料を供給する装置であって、
   固形燃料が通過する搬送通路が内部に形成された通路部と、前記搬送通路内において回転することにより前記搬送通路に沿って前記固形燃料を送り出す羽根部とを有する第１搬送部と、
   前記燃焼室外において前記第１搬送部へと前記固形燃料を搬送する第２搬送部と、を備えており、
   前記通路部が、前記燃焼室を画定する前記燃焼装置の内壁面を跨ぐように前記燃焼室外から前記燃焼室内まで延びており、
   前記第２搬送部による前記固形燃料の単位時間当たりの搬送量を所定の範囲内で変更すると共に、前記羽根部の回転速度を、その回転速度によって前記第１搬送部が単位時間当たりに搬送可能な前記固形燃料の最大量が前記所定の範囲の上限に対応する単位時間当たりの搬送量以上となり、且つ、前記第１搬送部の通路部における前記固形燃料の溶融を防ぐような範囲に維持することを特徴とする固形燃料供給装置。
2. 前記羽根部の回転速度を一定に維持しつつ前記第２搬送部による単位時間当たりの前記固形燃料の搬送量を変更することを特徴とする請求項１に記載の固形燃料供給装置。
3. 前記第２搬送部が、固形燃料が通過する搬送通路が内部に形成された通路部と、前記第２搬送部の前記搬送通路内において回転することにより当該搬送通路に沿って前記固形燃料を送り出す羽根部とを有しており、
   前記第２搬送部の前記羽根部の回転速度を、前記第２搬送部による単位時間当たりの前記固形燃料の搬送量が前記所定の範囲内となるように変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の固形燃料供給装置。
4. 前記第１搬送部の前記通路部の壁が、互いの間に空間が形成された複数の層からなり、
   冷却用の液体を前記空間内に供給する液体供給部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固形燃料供給装置。
5. 前記第１搬送部の前記通路部が、
   前記空間を、前記第１搬送部の前記通路部の上部に配置された上部空間と前記通路部の下部に配置された下部空間とに隔てる隔壁と、
   前記上部空間と前記下部空間とを連通させる連通部と、
   前記第１搬送部の前記搬送通路の長さ方向に沿った一方向に向かって前記第１搬送部の前記連通部から離隔した位置に形成された前記下部空間への液体の流入部と、
   前記一方向に向かって前記第１搬送部の前記連通部から離隔した位置に形成された前記上部空間からの液体の流出部とを含んでいることを特徴とする請求項４に記載の固形燃料供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の固形燃料供給装置と前記燃焼装置とを備えている固形燃料燃焼システムであって、
   前記燃焼室内の温度が前記固形燃料の溶融温度以上となった状態で前記固形燃料を燃焼することを特徴とする固形燃料燃焼システム。

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