JPWO2012144101A1 - 燃焼装置及び燃焼方法と、それを用いた発電装置及び発電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
回転装置で得られる燃焼エネルギーを利用し、特許第4457215号で開示されているような高温耐久性のある熱電発電モジュールによって燃焼室の一部又は全部を形成する発電装置が可能となり、同一の熱源を利用する熱エネルギーを減じることなく熱電発電と熱エネルギーを利用する発電を同時にすることで、エネルギー効率の良い発電が可能となる。
又、特許第3066066号では、炉内に燃焼促進板を設けることで、炉内の空気を高温で長く滞留させることによって、燃焼を促進する特徴を特つ燃焼装置が提案され、特許第3318748号では、送風機によって空気を回転させて供給することで、回転燃焼を生じさせて、炉内外周で二次燃焼をさせる特徴を特つ石油製品回転燃焼ストーブが提案されている。
(1)固形物を燃料とする、炎の外側から空気を供給する燃焼方法は、未だ提案されていない。
(2)炎の外側から空気を供給する燃焼方法において、固形物の連続的な投入の方法は提案されていない。
(3)炎の外側から空気を供給する燃焼方法において、燃焼温度の低い場合の排炎を浄化する方法は提案されていない。
(4)雑多な固形燃料を使用するために、空気不足による不完全燃焼を防止する方法が提案されていない。
(5)燃焼室の一部又は全部を熱電発電モジュールにより形成し、熱エネルギーを減じることなく燃焼室内外の温度差で発電する方法は提案されていない。
(6)同一の熱源を利川して熱エネルギーを減じることなく発電する熱電発電と熱エネルギーを利用する発電等の複合した発常方法は提案されていない。
燃焼に伴う上昇気流によって生じる負圧を利用して、小孔から取り入れられる空気を側の下方より継続的に自然に供給することによって空気不足による不完全燃焼を解消する。
図1には、本発明の燃焼装置における燃焼部(10)、二次燃焼室(20)、送風装置(110)、廃油タンク部(30)等が示される。
固形物等の被燃焼物の投入口(13)があって、隣接して空気噴射ノズル部(111)が設けられ、燃焼室(15)内へ被燃焼物を誘引する役割を果たす。
なお、本発明では空気に代えて任意の助燃性気体を用いることもできるが、以下の実施例では空気を例として用いる。
即ち、炎の進行方向に鉛って側面に孔を具えた空気噴射ノズル部(111)を設け、炎の外側を廻旋する空気によって炎の外側から炎に対し進行方向に沿って継続的に空気を供給する。
この為に、炎に沿って空気を噴射し、ごみ等の固形物が投入されるので、炎の妨害にはならず、従って、連続投入を可能とするのである。
又、燃焼室(15)の断面形状は、図4に示されるように円形状が流れ上好ましいのが理解される。
そして、投入口を燃焼室に連通するよう筒状に形成し、内部に燃焼室までの誘引気流
を生じる空気噴射ノズル(111)を設けることにより固形物の連続投入を可能にする。
点火バーナをそこに常置してもよく、又固形物に点火後投入口(13)へ投げ入れて燃焼させても構わない。
傾斜して投入口(13)と空気噴射ノズル(111)が並行して設けられているので、ごみの固形物の投入がスムーズに行くようになっていると共に、又図1の(2)に示されるように、燃焼室(15)に対し旋回流が生成されるように接線方向に配置されると一層形成されるのがわかり、この旋回流によって固形物は、又連続して投入できることができるのである。
その為に、風向板(140)が、例えば適宜数旋回を起こすように、燃焼室(15)内へ吹き出し口(130)に対し傾斜して設けられる。投入口(13)から入った空気の吹き出し口の孔(130)の部屋は四角に囲まれているが、図4に示されるように、円管であっても構わない。
図2の(2)に示される実施例では、風向板(140)は、燃焼室(15)内の角部に設けられているのが分かる。図2の(2)に示されるように、投入口(13)から入った流れは、孔(130)から排出されるが、その排出方向に対して、風向板(140)がその投入方向に対して傾斜しており、これによって、燃焼ガスは偏向されて旋回成分が与えられ、燃焼室(15)の中心に向かって旋回気流が起きるのである。
勿論、該燃料噴射ノズルは、投入口(13)に設けることもでき、その場合、固形物の外側から炎を噴射することになる。
その他は、予め気流乾燥装置により乾燥させておくこともよいであろう。
又4隅には、開口(122)があって、旋回流の上昇口となっている。旋回流形成の為にしかし必ず4ケ所でなくてもよいが、対称性からいえば4ケ所が製作上は好ましい。
なお、図2の(3)に示されるように、角は斜めに切って吹き出しを設けることもできる。この場合は、製作がより容易となる。
このことで、仕切版(12)は、暖められておかれるので、気流に対して、燃焼温度を低下させない効果がもたらされる。特に、赤熱する素材とすることで一層の効果が得られる。仕切板(12)に沿った流れは、角部か隅部に設けられた開口(122)より、上昇することになり、その間充分な燃焼時間が与えられる。
従って、これら小孔(121)は、気流が生成される方向に傾斜して穿つられると一層その生成に寄与することになる。
この例では、仕切板(12)は、互い違いとなっている。空気噴射管(160)が燃焼室(15)内へ通っており、空気に噴射口(161)が、複数管に沿って軸方向に設けられるので、燃焼用空気が充分に供給される。勿論、噴射管の方向は、円周方向に旋回流を形成し易いように設けられ、その先には風向板(140)が設けられているので、旋回はより容易となるのが理解されるであろう。空気噴射管(16)は、外部より送風機から、供給されることもできる。
外部には廃油タンク(30)も設けて、給油管(301)を通して供給することができる。
回転燃焼装置に熱エネルギーを利用する発電装置を具えることにより、同一熱源によって熱エネルギーを減じることなく発電する熱電発電と熱エネルギーを併用する発電を同時に行う事を可能する。
即ち、排炎節(210)には、上昇気流によって、吸引される孔(202)が跳箱(210)の側面の円周上に設けられており、外部からの空気を吸い込むことで完全燃焼に近い状態とすることができる。側面には、例えば、90度ずつに軸方向に孔(202)を設け、互いに千鳥の列をなすように複数の孔(202)を設けると吸気が干渉せず好ましい。
1 0)からの気流は上昇し、燃焼促進部(40)へ入る。
吸気口(201)から吸い込まれた一部は、天板(400)の孔(205)を通って、気流へ吸気を行い、排炎筒(210)内の気流に新鮮な酸素を供給する。気流はそのまま、該孔(205)上の仕切版(401)の孔へ吸い込まれて、又90°方向を変じて、排出口(405)へ向かう。
要するに、蛇行させることで、充分な燃焼時間を稼ぐことができる。
このように二次燃焼室は、完全な燃焼を行う機構が備わっているのが分かる。
上記の燃焼装置に加えて、二次燃焼装置として、次のような燃焼炉を用いることもできる。
図5に示されるように、燃焼室(15)上に、本発明の燃焼炉(501)〜(503)が配置される。 図5は、不燃性の素材によって作られた、垂直に長い円筒状の燃焼炉(501)を設け、且つその上部には、燃焼炉(502)が設けられる。燃焼炉(501)には、小孔(510)が設けられており、垂直方向にそして円周方向に設けられ且つ互いに千鳥状の列をなすように配置される。
従って、図5に示されるように、その側面で判るように、互い違いになるようになっている。
これら小孔は、外気を吸引する為のものであり、千鳥状に配置したのは、旋回流を興すのに好ましいからである。
燃焼炉(502)は、前記燃焼炉(501)の内径が広い円筒状であって、内部には、垂直方向に複数の小孔を設けた仕切盤(520)を備えており、前記燃焼炉(501)とが連通している。
この仕切盤(3)は、必要に応じて、取り外し又は挿入できるように、燃焼炉(2)の側面にスリットを設けておき、出し入れができるようにすることも可能である。
燃焼炉(501)と燃焼炉(502)(503)との結合は、溶接でも可であり、又図5の(501)に示されるように、挿入によって、継ぎ手(540)(541)を設ければ簡単に固定することもできる。
即ち、燃焼炉(501)と燃焼炉(502)を交互に重ね合わせた、上部に排気口(505)と下部に通炎口(504)を備えた燃焼装置の構造を表す断面図である。
図1の(501)の下方に示されるように、小孔(601)は上方に傾斜して開けられている。これに対して、小孔(602)では、逆方向に下方向に傾斜して設けられている。この湯合には、渦流が起こり攬件効果がもたらされる。
同様に、燃焼炉(502)(503)でも、開口(701)(702)(801)も傾斜して設けることが可能である。図5の(2)の、燃焼炉(501)のA-A、B-B断面で示されるように、螺旋流の助勢が出来るよう傾斜している。勿論、燃焼炉(502)(503)でも螺旋流の助勢の方向に傾斜して設けることができる。
図6の(1)(2)に示されように、燃焼炉(501)の周囲にカバー(507)を設けることが螺旋流を形成する上で、有効である。
更に、回廊(570)の旅路にそって、絞り(1203)を設ければ、特に、小孔近くへ設置すれば、一層小孔(510)への流入を容易とする事が出来る。
又、この螺旋階段は、下方程吸い込まれ易いので、下方程階段の幅を狭くして、上方に行くに従い、広くすることも有効であろう。
熱電発電するための電気的絶縁性の素材で形成した容体の内側の対向面上に夫々連続的に形成されて両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱伝変換素子(601c)と電気出力端子(601k)を備えた熱電発電モジュールによって側面の一部を形成した筒状の燃焼室(601)を有する熱電発電装置を構成する。
該燃焼室(601)内に気流を生成するために、該燃焼室(601)の内側面にブロワ(601m)とダクト(601l)によって連通した複数の孔(601g)を側面に具えた筒状の空気噴射管(601e)を炎の進行方向に沿うように設ける。
また、燃焼温度の低下を防ぐために、該燃焼室内部に複数の孔(601j)を具えた赤熱盤(601i)を設けた。燃料を該燃焼室内に取り入れるための誘引気流を生じさせるための気流噴射ノズル(601b)を備えた点火口を兼ねたパイプ状の投入口(601a)と前記燃焼室の排熱を利用して蒸気を生成するボイラ(604)を通して二次燃焼(603)に連通する排炎筒(601d)を備える。
また、該燃焼室(601)の外側にヒートポンプ(609)の膨張弁(609d)と吸熱部(609b)との経路を設けて熱電発電の効率を高める。
図9の燃焼装置(800)は、燃焼室における吸気方法として、強制給気と自然吸気を組み合わせる場合の実施例である。
燃焼室(801)内に足で底上げした燃焼皿(802)を配設し、燃焼皿には給油管(803)を通して給油する。燃焼室(801)の底部には、送風口(804)を設置して、燃焼皿(802)の底面側に下から空気等を送風する。
また、燃焼室(801)上方の自然吸気口(805)からは、周辺からの自然吸気(800b)が行われて、直進気流と同様に炎の外側からの給気に寄与する。
燃焼室(811)の底部には燃焼皿(812)を配設すると共に、燃焼室(801)の側面下端部には、送風口(813)を設置して、燃焼室(801)の内周面に沿うように送風する。
また、燃焼室(811)上方の自然吸気口(814)からは、周辺からの自然吸気(810b)が行われて、回旋気流と同様に炎の外側からの給気に寄与する。本発明も上記と同様の効果を得られる。
燃焼室(821)の側面中途部には、送風口(822)を設置し、送風口内で気流を回り込ませることにより安定した風量風向の直進気流(820a)を燃焼室(821)の内周面に沿うように送風する。
また、燃焼室(821)下方及び上方の自然吸気口(823)(824)からは、周辺からの自然吸気(820b)が行われて、回旋気流と同様に炎の外側からの給気に寄与する。本発明も上記と同様の効果を得られる。
例えば、サイクロンの下部から上部に被乾燥物をダクト内の送風で吹き上げて循環させる方法では、ブロワからの送風の下流にノズルを配置し、燃焼装置で発生した熱や熱風等をダクト内に取り込む。さらにその後段にノズルを配置して被乾燥物を導入する。これにより、燃焼装置で発生した温風や熱風を効率的に利用することができ、また、ブロワの後段で、ノズルを用いることによりモータの加熱も避けることが出来る。
燃焼室(1211)の下部側面近傍に空気噴射管(1212)の先端ノズル(1212a)を配置すると共に、上部側面に排気口(1213)を設け、炎の外側から空気等を供給する。このとき、空気噴射管からの空気は燃焼室(1211)内周を回旋する気流(1214)を構成する。
投入口(1215)から投入した被燃焼物は、各吐出口(1216)から炎に向けて直接落下する。
燃焼室(1301)の下部側面近傍に空気噴射管(1302)の先端ノズル(1302a)を配置すると共に、上部天面に排気口(1303)を設け、炎の外側から空気等を供給する。このとき、空気噴射管からの空気は燃焼室(1301)内周を回旋した後、天面に至る気流(1304)を構成する。
さらに、吐出口(1306)を気流に沿って延長する風向板(1307)を設けることで、火炎が投入口に誘引されないように構成している。
図14(a)において、燃焼室(1401)の下部側面近傍に空気噴射管(1402)の先端ノズル(1402a)を配置すると共に、上部天面に排気口(1403)を設け、炎の外側から空気等を供給する。このとき、空気噴射管からの空気は燃焼室(1401)内周を回旋した後、天面に至る気流(1404)を構成する。
本構成によれば、空気噴射管からの回旋気流と、空気噴射ノズル(1407)からの風圧により炎が吐出口(1406)に吸い込まれることはなく、安全な投入を行うことができる。
燃焼室(1501)の下端部には燃料を供給する給油管(1505)が設けられている。
燃焼室(1601)の下端部には燃料を供給する給油管(1605)が設けられている。
601a 投入口
601b 気流噴射ノズル
601c 熱電変換素子
601d 排煙筒
601e 空気噴射管
601f 風向板
601g 孔
601i 赤熱盤
601j 孔
601k 電気出力端子
601l ダクト
601m ブロワ
602 二次燃焼室
602a 孔
602b カバー
602c 給気口
603 広径な二次燃焼室
603a 赤熱盤
603b 孔
603c 排気管
604 ボイラ
604a 蒸気管
605 蒸気タービン発電装置
605a 蒸気管
606 熱交換機
606a 廃蒸気管
606b ダクト
607 裁断機
607a 搬送装置
608 気流乾燥装置
608a モーター
608b 送風羽根
608c 回転外軸
608d 回転中軸
608e 空気噴射管
608f 孔
608g プレート
608h 排出管
608i 気流噴射ノズル
608j サイクロン
608k 循環用ダクト
608l ダクト
608m ブロワ
609 ヒートポンプ
609a 放熱部
609b 吸熱部
609c 圧縮機
609d 膨張弁
Claims (28)
- 燃焼装置内で被燃焼物を燃焼する燃焼方法であって、
燃焼装置の燃焼室に該被燃焼物を投入する行程と、
該被燃焼物に点火して燃焼させる行程と、
該被燃焼物の燃焼に伴う炎に対し、炎の外側から空気又は助燃性気体(以下、空気等と呼ぶ)を供給する行程と、
該空気等により、被燃焼物を二次燃焼する行程と、
排煙する行程を有する
ことを特徴とする燃焼方法。 - 前記燃焼方法における前記被燃焼物の燃焼中に、
少なくとも固形分を含む該被燃焼物を前記燃焼室に追加投入する工程を有する
請求項1に記載の燃焼方法。 - 前記燃焼方法における被燃焼物を追加投入する工程において、
前記燃焼室に誘引気流を生じる
請求項2に記載の燃焼方法。 - 前記誘引気流が燃焼室内で回旋するように構成され、排煙する工程では気流の進行方向にサイクロン状に設けた排煙手段から排煙されるようにした
請求項3に記載の燃焼方法。 - 前記被燃焼物を二次燃焼する工程において、
炎の進行方向の後方から炎に対し空気等を供給する工程を有する
請求項1ないし4のいずれかに記載の燃焼方法。 - 前記燃焼方法において、
前記炎に対し空気等を外側から供給する行程と、炎に対して空気等を炎の進行方向の後方から供給する行程とを交互に繰り返す
請求項5のいずれかに記載の燃焼方法。 - 前記燃焼方法において、
進行してくる炎に対し通炎手段を有する仕切によって炎の進行を制御する
請求項1ないし6のいずれかに記載の燃焼方法。 - 前記燃焼方法において、少なくとも固形分を含む前記被燃焼物を燃焼前に乾燥する構成であって、
該被燃焼物を堆積場所に移送する行程と、
堆積した該被燃焼物を堆積場所の下部から堆積場所の上部へ移送する行程と、
堆積場所と該移送の過程とで被燃焼物を乾燥する工程、
乾燥した該被燃焼物を回収して燃焼室に移送する工程、
を有する請求項1ないし7のいずれかに記載の燃焼方法。 - 前記堆積場所の下部から上部へ移送する行程において、前記被燃焼物を空気等とともに吹き上げる構成であって、その吹き上げる気流の外側に誘引気流を生じるようにした
請求項8に記載の燃焼方法。 - 前記乾燥した前記被燃焼物を回収して燃焼室に移送する行程において、排気とともに回収し、その排気を燃焼装置に燃焼用空気として供給する
請求項8又は9に記載の燃焼方法。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載の燃焼方法を用い、
前記燃焼装置を熱電発電モジュールで一部又は全部を形成することにより、燃焼行程において生じる該燃焼装置の内外の温度差を利用する発電方法。 - 被燃焼物を燃焼する燃焼装置において、
燃焼室を筒状に形成し、該燃焼室の内側面に給気口を備え、側面に孔を設けた筒状の空気噴射管を炎の進行方向に沿うように設けた
ことを特徴とする燃焼装置。 - 前記燃焼室内部に通炎手段を設けた仕切を備えた
請求項12に記載の燃焼装置。 - 前記燃焼室の側面に被燃焼物投入口をパイプで構成し、該パイプの内壁に誘引気流を生じるように気流噴射ノズルを設けた
請求項12又は13に記載の燃焼装置。 - 前記燃焼室に排煙手段を設け、該排煙手段を、廻旋する気流の進行方向にサイクロン状に設けた
請求項12ないし14のいずれかに記載の燃焼装置。 - 前記燃焼室に連なる炎の取り入れ手段を有する側面に孔を設けた筒状体の二次燃焼室を備えた
請求項12ないし15のいずれかに記載の燃焼装置。 - 前記二次燃焼室と、該二次燃焼室と連通している炎の進行方向の後方から空気又は助燃性気体(以下、空気等と呼ぶ)を取り入れる手段を設けた
請求項16に記載の燃焼装置。 - 前記二次燃焼室において、径の異なる少なくとも2種類の二次燃焼室を備えた
請求項16又は17に記載の燃焼装置。 - 前記二次燃焼室に、空気を取り入れる手段を有する空間を形成するよう外側にかぶせた筒状体のカバーを備えた
請求項16ないし19のいずれかに記載の燃焼装置。 - 被乾燥物取入口と循環用取入口と被乾燥物排出口と乾燥物排出口を有する堆積槽と、該被乾燥物排出口から循環用取入口に循環移送する手段を備える乾燥装置の該乾燥物排出口を前記燃焼装置の被燃焼物取入口とを接続した
請求項16ないし19のいずれかに記載の燃焼装置。 - 前記乾燥装置の乾燥槽に回転軸を設け、該回転軸の該乾燥槽近傍に攪拌を助長する孔を備えた噴射管を設け、該噴射管の該孔の上方から該孔を覆うようにプレートを斜設し、該噴射管には、圧力空気等を供給する手段を設けた
請求項20に記載の燃焼装置。 - 前記圧力空気を供給する手段は、回転軸によって駆動される送風羽根を設け、該羽根によって昇圧された空気等を前記噴射管へ供給することを特徴とする
請求項21に記載の燃焼装置。 - 前記回転軸は、外軸と中軸とに分かれ、外軸に攪拌羽根、噴射管及びプレートを設け、中軸には送風羽根を設けることを特徴とする
請求項22に記載の燃焼装置。 - 前記乾燥装置において、前記被乾燥物排出口と前記循環用取入口とを、送風手段を具えた循環用ダクトによって連通した構成であって、
該循環用ダクトにおいて、該循環用ダクトの取込口下部内壁及び曲折部内壁に、気流の外側に誘引気流を生じるように圧縮空気の供給手段を備えた気流噴射ノズルを設けた
請求項20ないし23のいずれかに記載の燃焼装置。 - 前記燃焼室外側にヒートポンプの膨張弁から吸熱部までの経路を設け、ヒートポンプの排熱をブロワによって該燃焼室の空気等の前記噴射管に供給する
請求項21ないし24のいずれかに記載の燃焼装置。 - 前記燃焼室の排熱を利用して蒸気を発生させる排熱ボイラと該排熱ボイラで生成される蒸気によって作動する蒸気タービンを備え、
該蒸気タービンから排出される蒸気の排熱を利用する熱交換機を設け、該熱交換機から供給される温風又は熱風を、前記循環用ダクトに取り込む
請求項24又は25に記載の燃焼装置。 - 前記請求項12ないし26のいずれかに記載の燃焼装置を用い、電気的絶縁性の素材で形成した容体の内側の対向面上に夫々連続的に形成されてされ、両端に生ずる温度差で発電を行う複数個の熱伝変換素子を備えた熱電発電モジュールによって一部又は全部を形成したことを特徴とする発電装置。
- 可燃性固形廃棄物裁断機と可燃性固形廃棄物の気流乾燥装置と可燃性固形廃棄物を燃料とする二次燃焼装置を備えた燃焼装置と燃焼装置の排熱を利用する排熱ボイラと蒸気タービン発電機とヒートポンプを備えた発電装置において、燃焼装置の一部又は全部を熱電発電モジュールで形成し、熱電発電と蒸気タービン発電機とによって同一の熱源を効率よく利用する発電システム。
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