JPS63501897A - 固形燃料を用いた加熱装置における燃焼促進方法と該方法実施のための煙突 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固形燃料を用いた加熱装置における燃焼促進方法と該方法実施のための煙突 この発明は特に木材などの固形燃料のための加熱装置の炉床における燃焼を促進 する方法に関するものであり、加熱装置の炉床中において成長する残り火を形成 すべく燃料が集められているものである。

またこの発明はかかる方法を実施する炉床器具およびそのような炉床器具を具え た炉に関するものである。

特に木材などの燃料の燃焼においては一部が燃焼性のガスを発生するが、点火に は非常に高温を必要とする。煙と一緒に運ばれるある種の固形燃料についてもこ れはいえることで　。

ある、従来の加熱装置においては、燃料の上部に位置するガス媒体の温度は点火 を促するに充分なだけ高くなく、そのため燃料は大気中に失われ、環境を汚し、 加熱装置のエネルギー効率損失を招くのである。この観点から、例え熱回復手段 を具えているにしても、従来の炉は非常に好ましくないものである。そのような 手段は炉中の温度を高めず、かえって残り火から熱を奪フて温度を低下させるの である。

かかる欠点を回避するべく特願ＦＲ−Ａ２５１５７９２号は木材燃焼ボイラー用 の燃料支持具を提案しており、この支持具は緩やかな傾斜を有した屋根の形の剛 性の中央部と傾斜バーを具えた２個の側格子を有しており、残り火の両側に燃焼 空気が達するようになっている。かかる構造にも拘らず、空気は残り火中に入り 側格子に広がる部位において残り火を冷却させるのである。

特願ＦＲ−Ａ２４７３１５６号には炉の炉床に燃焼空気を導入する他の新たな方 法が開示されいる。炉床は別設の空気または水回路を支持する熱回復器の一部を 構成する無孔性の金属底部を有している。燃焼空気はこの底部の下を通ってから 前に回り、底部の前端と炉の炉床の前開口との間を登る流れとなって炉床に入っ て、炉が置かれている部屋からの空気の逃げを防止する。この装置では従来の無 孔性底部を具えた炉におけるよりも残り火が熱くならない、特に残り火に空気が 同じように接触するときにそうである。加えて炉床の底部が熱回復器により冷却 される。

せることにより固形燃料またはそれから発生される物質の燃焼を促進させて、可 能な限り完全な燃焼を得る方法と装置を提供することを目的とするものである。

このためこの発明の方法によれば、燃焼に供給される空気を残り火の全周に対す る連続した流れとなして上昇する空気カーテンを形成し、これにより残り火全体 を横に囲むのである。空気は好ましくは予熱してから自然の吸引により炉に導入 する。

発明者によるテストによれば、このようにして燃焼に必要の中心に導入しないよ うにするとと、残り火中に１０００゜位の温度を得ることができる。これは上昇 する空気カーテンが歿り火を冷却する空気の循環に対して残り火を保護し、かつ 空気カーテンの上昇運動が残り火中に一種の圧力低下を引起し、これが空気カー テンを上方に引き、ガスを冷却する過剰空気となることなしに空気が積極的に燃 料と接触させられるからなのである。事実残り火は空気不足をきたし、これによ り木材の炭化が進み残り火が大量に形成されるのである。

更にこの発明を発展させた場合、残り火中の９００°以上の領域に水または蒸気 を導入して、水分子のの分解を引き起こす。かくしてガス工業において知られて いるいわゆるコークスからのｒブルーウォーターガス１という現象が起きる。

水蒸気の分子は分解され、下記のような２通りの反応により燃料の炭素と結合さ れる。

（Ｉ）　Ｃ＋Ｈ，Ｏ→ＣＯ＋Ｈ，−１２２ｋＪ（ＩＩ）　Ｃ＋２Ｈ，Ｏ→ｃｏ、 ＋２Ｈ２−８０ｋＪかくして得られたガス生成物は水素と一酸化炭素とを含んで 燃焼性であり、残り火を囲む空気カーテンに接触すると炉床中で完全に高く燃焼 する。この燃焼は上記の式（１）　（１１）の反応によって吸収されるより大な る熱を生じ、これが炉床の中心部の残り火の上部に非常に熱い炎を生じる。この ような強い熱放射に加えて、蒸発によって生じたガス生成物および水素の存在下 に形成された炭化水素の完全な燃焼が原理的に得られる。ガスによって運ばれた 固形粒子も同様に完全に燃える。この結果炉床を離れたガスは完全に酸化されス スの含有が少なく、タールの沈殿を引起さないのである。

上記の水蒸気は好ましくは空気カーテンの外側でかつ炉床中の導路において残り 火の熱放射に暴露されることにより過熱される。かくして水の蒸発および反応（ Ｉ）　（ＩＩ）によって吸収される熱は残り火の外側から引込まれるのである。

火が充分な熱を放射すると、上記導路の端部において９００〜１０００°Ｃの温 度となり、水の分子は破壊され、極端に燃焼し昌いガス混合物が残り火中に注入 され、低質の燃料でも燃焼するのである。

かかる方法を実施するためにこの発明は炉床器具を提供せんとするもので、上向 き縁を有した深皿形の燃料支持具が用いられており、支持要素により予熱燃焼空 気のための導入口の真上に該皿を支持しするものである。支持要素は皿の底部と 一体の金属リブであることが好ましく、皿の全周に空気を分散するようにこのリ ブが予熱域中に延在しているのである。好ましき実施態様によれば、該炉床器具 は皿と予熱域を囲むベルトを具えており、このベルトが皿の縁とともに皿の全周 に亙る空気導入隙間を形成し、これを経て予熱域から空気が流れるのである。

このベルトは好ましくは皿の縁より上方に延在して、かつ腰縁に対して凹状の横 断面形状を有している。これにより導入隙間からの空気が皿の上方に導かれる。

このベルトとには反射性のレンガ要素を含ませてもよい。

またこの発明は上記のような炉床器具を具えた炉に関するものである。この炉は 燃焼空気回路を有しており、この回路が少なくとも１個の空気供給導路と、深皿 の下側の空気予熱域と、皿の全周に亙る空気導入隙間とを含んでいる。更に空気 を空気導入隙間に導く手段が皿の縁の反対に設けられてい特１ＥＩＵ　６３−５ ０１８９７　（３）る。

好ましき実施態様においＣは、高温で分解された水を注入するようになっており 、流度制御手段を具えた水供給源に接続されて水反応器が設けられており、この 反応器が炉床中に設けられた金属性筒状導路を少なくとも１個有しており、これ が燃焼による熱放射に暴露される。またこの導路には注入ノズルが連結され、残 り火の近傍に配置されている。また炉床の下部を囲むループをな４゛底管が設け られている。更に一群の上部管が設けられており、低背に連結されと上Ｅ、管と 注入ノズルに連結された下降管とがこれに含まれている。低背は皿を横方向に囲 むベルトに取付けられている。

燃焼により増加した熱を周りの空気に伝えるために、炉床の上に熱交換器を設け てもよく、この交換器は燃焼ガスを囲む第１の金属製ジャケットとこの第１のジ ャケットの周りに両端において開口する上昇気流導路を形成する第２のジャケッ トを有しており、この熱交ｔＡ器を囲んで空気の出入口を具えた外側容器が設け てもよい、この外側容器は好ましくは第２のジャケットから離して配置し、その 入口は少なくとも部分的に第２のジャケットに対向するようにする。更に熱交換 器はその上部に一群の金属管を有しており、これを燃焼ガスが通過する。第１と ２のジャケット間の導路はこれらの管の方向に収斂している。

更に添付の図面に示す実施態様によりこの発明について説明する。

第１図は金属器からなる器具を具えた炉床の部分断面側面図、第２図は第１図の 皿の底面図、第２図は他の実施態様の断面側面図、第４図はその底面図、第５図 は第３図に示す皿を受けるべく構成された炉床の断面側面図、第６図は更に他の 実施態様の断面側面図、第７図はこの発明の炉の断面側面図、第８図はそのケー スを取除いた正面図である。　゛第１図に示す炉床は底部１と後壁２とを有して おり、底部１には灰箱４に接続して開口３が形成されている。燃焼空気５は加熱 されるべき部屋または外気から供給路６を経て灰箱４にもたらされ、そこから炉 床の内部に指向される。

炉床の間口３の上方適宜の高さには鋳鉄などからなる金属器７が設けられており 、開口３に対向して灰を排出する間口９が形成されている。この間口はカバー８ により閉塞することができる。第２図に示すように、金属器７の下面には４個の 直交するリブ１０が形成されており、これらが底部１上に皿を支持している。金 属器７の縁は上に凹部の断面形状をしており、傾斜部１１と直立部１２とから構 成されている。

図中には四角形の皿が示されているが、その他日形など適宜な形状でよい。

以上の如き構成の金属器７を具えた炉床装置の作用について次に説明する。

゛例えば個形燃着として木材を用いた場合には、燃料１３を金属器７上に載せて 点火する。すると炎１４が自然の吸引力により空気を取入れ、これにより金属器 ７と底部１との間の予熱空間１５および供給路６中が減圧される。金属器７の下 側を半径方向に清れる燃焼空気５は皿およびリブ１０との接触により予熱され、 皿の縁に至って予熱された空気のカーテン１６を形成し、これが炎１４および皿 上部の燃焼域を囲む。

かくして燃焼域は予熱された空気によって囲まれて、冷えた空気による掃引に対 して保護される。燃料およびそれから発生されたガスは高温になり、炉の吸引力 および完全燃焼を促進するからススや煙が少なくなる。かくして炉の効率は上り 、燃焼域上部に配置された熱交換器により効率が更に改良される。燃焼ガスの炎 はカーテン中に保持され、炉床中のススが少なくなる０皿中の残り火は空気の流 れから保護されて非常に高温に保たれる。−例によると残り火中は１０００゜に も達し、湿った燃料中の水分は分解される。かくして自由化された水素と酸素は 再び結合され、非常に高温の炎が形成されて未燃焼ガスの燃焼を促進する。

金属器７の傾斜部１１は予熱空間１５の出口において拡大される空気通路１７を 構成し、これにより皿の縁における乱流が防止されてカーテンが均一となる。

このような金属器７は底部に空気供給路を持たない炉にも使用できる。金属器７ と底部との間に補助的な金属部品を置いて皿の中央部に至る空気供給路を形成す ればよい、上記のような炉床器具は現存の炉に簡単に装備することができ、これ により効率を改良できる。この炉は閉式炉床および開式炉床のいずれとしても機 能するものである。

第３．４図に示す炉は上記の金属器７とは若干異なる金属器３０を用いたもので ある。この金属器３０は長方形であつて鋼鉄からなり、底部の中央にはカバー３ ２によって閉塞される開口３１が形成されており、傾斜縁３３を有している。

底部に溶接されたリブ３４は皿とカバー３２とを支持するとともに、予熱空間１ ５中に燃焼空気の交換面を構成する。また皿の金縁に空気を分散させる役目もあ る。

またベルト４０が設けられていて、金属器３０を横から囲むとともに、傾斜縁３ ３の周りに皿の金縁に互って延在する空気注入隙間４１を構成している０図示の 例ではベルト４０は耐熱性材料からなる成形要素４２かうなるもので、金属製フ レーム４３によりこれらを安定させている。このベルトは皿の底部１上に置くだ けである。好ましくは炉の後壁２に取付けてもよいが、必要に応じて側壁および 炉の前ドアー４４から離して配置してもよい。

第３図に示すように要素４２は傾斜壁３３に対して角４５をなす凹形状を有して おり、これにより隙間４１からの空気を皿の上部に指向させる。また要素４２に は皿の縁より上方に突出縁４６が形成されており、燃料のかけらが隙間４１に落 込むのを防止している。

金属器３０を具えた炉床器具の作用は金属器７を具えた炉床器具のそれと基本的 には同じである。しかしベルト４０によって構成される空気注入隙間４１がある が故に、空気は燃焼域に指向されかつ、炉の換気の状態および寸法の如何に拘ら ず、皿の周りに非常に均一な空気カーテン１６が形成されるのである。また炉の 形状に合わせて皿とベルトの形状は菱形など適宜のものににすることができる。

更に第３図から明らかなように、ドアー４４に沿って位置するベルト４０の前部 を他の部分より低い１個以上の成形要素４２°によって構成して、火を見え易く する。またその下部には隙間４７が形成されており、ここを経て空気流４８が予 熱空間１５から逃げ、ベルト４０外部にある炉床の低い部分を掃引する。この掃 引作用により、炉床の当該領域における煙および／または乱流を無くすることが できるのである。

第５図に示すのは更に他の実施態様であって、底部ｌには金属器３０を受ける四 部４９が形成されている。その上１よには例えば着脱自在な金属フレームからな るベルト５０が設けられていて、金属器３０の縁の上方に若干延在し、空気注入 隙間５１を形成している。ベルト５０の下面は傾斜または彎曲面として、空気を 金属器３０上方に指向させるようにしている。

第６図に示す実施態様にありては一体構造の溶接シート片６０が用いられており 、これが金属器３０と同じ皿６１とこれを横に囲む金属製ベルト６２と平な底部 ６３とを有している。この底部６３は中央開口６４を宥しており、かつリブ６５ により皿６１の底部に固定されている。かくして皿６１と底部６３とにより予熱 空間１５が形成される。加えてベルト６１には傾斜した上リム６６が形成されて おり、これが皿の上縁上方に若干延在して空気注入隙間６７を構成している。こ の炉床器具の使用法は第１〜３図に示したものと同じであり、かつ同じ利点を有 するものである。

第７．８図に示す炉にあっては、第３図に示すのと基本的に同じ構成の炉床７０ が用いられている。即ち平らな底部１の下側には空気供給路６が設けられており 、これにより画定される灰箱が底部１を介して炉床に開口している。半透明のド アー７１が上方に摺動した開くようになっており、ベルト４０と同様なベルトお よび金属器３０が設けられている。これらにより金属器３０の直下に空気予熱空 間１５が画定されており、皿の縁に空気を導くべく隙間４１が形成されている。

ベルト４０には炉床７０の後壁をなす裏打ち７２が施されており、炉床の側壁か ら苦干離れている。

更にこれらに加えて炉床器具の上方には一群の鋼鉄管からなる水反応器７４が設 けられている。即ちベルト４０上方に長方形のループをなす低背７５の入口が小 導路７６を介して炉床の後壁を通って弁または流度調節器（図示せず）を具えた 水供給源に接続されている。低背７５の出口は炉床の後壁フ２の前に設けられて ２木の上昇管７５に接続されており、これらの上端は横管により管７７に対して 平行な３木の上側上昇管７８に接続されている。これらの上昇管７８は水平コレ クター７９に開口しており、これには数本の注入ノズル８０が連結されている。

これらは金属器３０上のの残り火中にいくつかの出口オリフィスを有している。

反応器７４は次のように作用する。金属器３０上で燃料が燃焼すると導路７６を 介して水の若干の流れが反応器７４に入るが、この際好ましくは適宜な制御機構 により流れが滴下するようにする。この水流は管７５内で急速に蒸発し、この蒸 気が管７７．７８内おいて残り火からの熱により加熱される。これらの管は上記 のように隙間４１から上昇する空気カーテン内に完全に位置している。蒸気はそ の膨張により循環し、残り火の高熱域に延在するノズル８０に達すると９００° Ｃ以上の温度となりて水素と酸素のガス混合体となり、燃料近くの残り火中に注 入される。

これにより残り火の上部における燃焼が著しく促進されかつこれを囲む空気カー テン中に多量の熱を放散する青い炎が発生することが観察された。かくして非常 な高温で完全な燃焼が行われ、かつ特に周りのカーテンとの接触によりほぼ完全 な酸化が行われる。−酸化炭素の煙中含有率は０．０２％と極端に低く完全な燃 焼が行われたことを示している。

非常に高温の煙から多量の熱を回収すべく、炉床７０の上方には熱交換器８２が 設けられており、上方に収斂するフード８３と管交換器８４とを有している。後 者の頂部は排煙導路８５に接続されている。炉内には外側容器８６により覆われ て房室８７が画定されており、これにより外部室内の空気が加熱される。このた めに大きな端開口８８が多孔板により覆われており、その上部には１個以上の出 口８９が形成されている。

フード８３の第１ジヤケツト９０は燃焼ガスを囲みかつ交換器の上部を支持し、 これの外面から適宜距離をおいて第２のジャケット９１が固定されており、これ が例えば８ｃｍの均−深さで上方に行く程狭幅の上昇空気導路９２を画定してい る。第２のジャケット９２は少なくとも容器の開口８８に対面して延在してこの 開口からの熱放散を少なくするようになフている。管交換器８４は上方に収斂す る金属管９３を有しており、これらの上端はこれらの対応する開口を具えた２個 の金属板９４．９５に溶接されている。管９３はフード８３からの煙を導路８５ に導く。

熱交換器８２の作用は図から明らかである。側方の取入れ開口から容器内に入っ た外部空気は炉床の壁との接触によって加熱され交換器８２の高さにまで上昇し 、そこで開口８８からの空気と混合される。この空気の一部は導路９２に入り非 常に高温の第１のジャケット９０との接触により加熱さ４する。導路９２が収斂 しているためにこの空気は加速されて管９３に向けて噴出される。これに伴って 第２ジヤケツト９１の外側の空気も運ばれる。これにより交換器８４中には空気 の早い循環が起ぎ、熱交換が増進される。

かかる構成の故にこの発明の炉は、一部は放熱によるものの、木質的には周りの 空気を対流により加熱する。熱交換器の故に容器８６とその開口８８を覆う多孔 板はほとんど加熱されず、従来の容器よりも快適である。フードの第２のジャケ ット９１が木質的な役割を果たすのであり、管交換器は熱効率を挙げるためのア クセサリ−的な要素である。

以上のほかにも、この発明の装置は室内用ストーブや集中暖房装置などにも応用 できるものであり、燃料も木材に限定されるものではない。

Ｎ 国際調査報告　ＰＣＴ／ＣＨ８６１００１６４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．残り火を形成すべく炉床中に燃料が群をなして置かれている固形燃料燃焼用 加熱装置において 燃焼に供される空気が残り火の全周に亙る実質的に連続した流れの形で導入され て、残り火全体を横方向に囲む連続した空気カーテンを形成する ことを特徴とする燃焼促進方法。 ２．予熱後に自然の吸引により空気が炉床に導入される如き請求の範囲第１項記 載の方法。 ３．水または水蒸気が少なくとも残り火の９００°Ｃ以上の温度を呈する部分に 導入されて水分子が分解される如き請求の範囲第１項記載の方法。 ４．上記の水蒸気が、炉床中の導路中でしかも空気カーテン外側において、残り 火の放熱に暴露されることにより過熱される 如き請求の範囲第３項記載の方法。 ５．請求範囲第１項の方法を実施すべく、上向き縁（１１、１２、３３）を具え た皿（７、３０、６１）の形の金属支持具と、皿の真下の空気取入れ開口上所定 の高さ（ａ）に皿を支持しかつ皿の下方に燃焼空気のための予熱域（１５）を画 定する支持要素（１０、３４、６５）を含んでなる炉の炉床器具。 ６．上記の支持要素が皿の底面と一体の金属リプ（１０、３４、６５）であって かつ皿の全周に亙って空気を分散するように予熱域中に延在している 如き請求の範囲第５項記載の器具。 ７．更に皿と予熱域を横方向に囲むベルト（４０、５０、６２）が設けられてお り、かつ予熱域から来る空気の通過のために皿の全周に亙る空気取入れ隙間（４ １、５１、６７）を画定すべくこのベルトが設けられている如き請求の範囲第５ 項記載の器具。 ８．上記のベルト（４０、６７）が皿の縁より高いレベルまで上方に延在してか つ該縁に対して凹状の横断面を有しており、これにより取入れ隙間から来る空気 を皿の上方に指向させる 如き請求の範囲第７項記載の器具。 ９．請求の範囲第５項の炉床を含んでなり、かつ少なくとも１個の空気供給導路 （６）と金属皿の真下の空気予熱域（１５）と皿の全周に亙って延在する空気取 入れ隙間（４１、５１）とを含む燃焼空気回路を有してなる炉。 １０．更に空気取入れ隙間の近傍に空気ガイド手段（４６、５０）が設けられて おり、これが皿の縁に対面している如き請求の範囲第９項記載の炉。 １１．更に流度制御手段を具えた水供給源に接続されて水反応器（７４）が設け られており、この反応器が炉床中に設けられて燃焼による放熱に暴露される少な くとも１個の金属管導路（７５、７７、７８）とこの導路に接続されて残り火近 傍に配置された注入ノズルとを有している如き請求範囲第９項記載の炉。 １２．上記の反応器が、炉床の下部を囲むループをなす少なくとも１個の底管（ ７５）と底管に接続された上昇管（７７）と注入ノズルに接続された下降管（７ ８）とを含む一群の上管を有している 如き請求範囲第１１項記載の炉。 １３．反応器の底管（７５）が皿を横方向に囲むベルト（４０）の上方に配置さ れている 如き請求の範囲第１２項記載の炉。 １４．更に炉床上方に熱交換器（８２）が設けられており、この交換器が燃焼を 封入した第１の金属ジャケット（９０）とこの第１のジャケットの周りに上下端 において開口する上昇空気導路（９２）を形成する第２のジャケット（９１）と を有しており、更にこの交換器を囲みかつ空気出入口を具えた外側容器（８６） が設計られている 如き請求の範囲第９項記載の炉。 １５．外側容器（８６）が第２のジャケット（９１）から離れており、かつその 入口が少なくとも部分的に第２のジャケットに対面レて延在する 如き請求の範囲第１４項記載の炉。 １６．熱交換器がその上部に燃焼ガス通過のための一群の金属管（９３）を有し ており、かつ第１と第２のジャケット間に形成された導路（９２）これらの管に 向けて収斂している如き請求の範囲第１４項記載の炉。