WO2014142277A1 - バイオマスボイラー - Google Patents

Abstract

　薪等のバイオマス燃料で、熱効率を高め、かつ長時間安定した燃焼により安定的に温水を作る。バイオマスを燃焼させる燃焼炉２の燃焼室９の周囲を囲む形で、温水タンク３を形成した。排煙口２１の高さの上縁２１ａが、燃焼室９の高さの１／２以下の位置になるように燃焼室９の背壁９ｄに設ける。燃焼室９から排煙するための煙筒体５は、温水タンク３の湯沸室１０を貫通して配置する。燃焼室９の上部に熱交換のための管体４を着脱自在に配置した。燃焼室９の周囲には、温水を作る湯沸室１０を配置した。湯沸室１０の温水を彫像する蓄熱槽７を配置しても良い。

Description

バイオマスボイラー

　本発明は、バイオマス資源を燃料とするバイオマスボイラーに関する。更に詳しくは、薪、木質ペレット、チップ、間伐材、農産廃棄物等のバイオマス資源を燃焼させて温水、温風を発生するバイオマスボイラーに関する。

　近年、化石燃料の使用による多量の二酸化炭素の排出に伴い、この二酸化炭素からの環境破壊を防止するため、少しでもその発生を少なくする試みがなされている。化石燃料は、その埋蔵量が限定されるていることからも再生可能なエネルギーに変える努力がなされており、そのための研究開発も行われている。バイオマス資源は、無駄に廃棄されている資源の再活用の意味もあり、その代表例としてこれを燃焼に活用することが、化石燃料の使用削減に結びつき注目されている。

　バイオマス資源の燃焼装置としては、古くから家庭用の薪ストーブに代表されるように多く使用されており周知である。木材を中心とする燃料は、化石燃料に比べ単位質量当たりでは火力が弱く品質も安定していないことから、工業的には不向きとしてあまり使用されていない。しかも、化石燃料と同等の燃焼性能を求めるとどうしてもコスト高になり普及していない。しかし、再生エネルギーとしては、日本にも多く資源が存在しており、特に木材は、植林を計画的に行えば継続してどこの地でも得られるエネルギー源である。

　このことから、これらバイオマス資源を極力使用することにより、地球環境の保全という観点から、バイオマス資源の活用はキーテクノロジーとしてとりあげられている。このため従来化石燃料に依存しているものでも、可能な限りバイオマス燃料に置き換えることが求められている。その例として、農業分野においてはビニールハウスの温度管理に、石油に代えバイオマス燃料の使用が一部実施されている。

　このような使用のため、バイオマス燃料によるエネルギー設備としてバイオマスボイラーが注目され使用されており、又、改良もなされている。バイオマスボイラーの例として、例えば木質ペレットを主に薪や剪定枝、木っ端等の木材を燃焼させて、水槽の水を温水化する装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。同様に、木質ペレットを燃料に使用し、燃焼ガスを発生させボイラー本体に煙管を配して、温水化する構成の装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。

　この装置には関連して、木質ペレットを自動供給する装置も設けられている。又、薪を燃料として使用する燃料装置で、温水管体を加熱し、薪の連続供給で長時間燃焼を可能にして、温水化を図る構成の装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。規模の小さいボイラーで、バイオマス燃料を適用することが可能なボイラーとしては、他にガスバーナーにより温水を作る構成のものが多く知られている（例えば、特許文献４、５参照）。

実用新案登録第３１４４４７４号公報 実開昭６０－１７０５０９号公報 特開２００９－１４４９４５号公報 実開平３－１１５３４８号公報 特開２００８－１９０８４３号公報

　一般に、バイオマス燃料は、薪等のバイオマスを使用すると火力は化石燃料に比して小さい。安定的に温水を供給するために、現状では燃焼室に常にバイオマス燃料を連続して補給しなければならない。加圧圧縮されている木質ペレットは、自動供給が可能な形態の燃料であることから、前述の欠点をある程度解消する資源として利用されているが、化石燃料に比べるとどうしても火力には限界がある。

　又、この木質ペレットは、一般の木材に比し密度が高いことから単位重量当たりの熱量は大きいので、上記の欠点はある程度緩和される。しかし、残材や廃材等を木質ペレットにするためには、木材チッパー、圧縮機械等の機械加工設備が必要であり、かつこれらを稼働するためのエネルギーコストもかかる。このことからどうしても一般材料に比しコスト高になっている。このため、コストのかからない通常の木材を利用した上で、長時間の運転に耐え、一定した温度の温水が得られ、しかも低コストで運転できる装置が望まれている。

　廃材等を木質ペレットにするためには、前述のようにそれなりのコストが生じる上、燃料調達の上でもある程度の制約を受けることになる。バイオマス燃料は、その利用に適した分野、特に小規模なエネルギーで利用するときは、加工することなく自然の形状で燃料としてそのまま利用ができ、コスト的にも安価で、またどの地域においても調達できる利点がある。このように長時間の安定した温水の確保とともに、効率よく温水が作られる構造のボイラーの出現が望まれている。本発明は上述のような背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。

　本発明の目的は、バイオマス燃料の補給を長時間行なう必要がなく、安定的に温水が得られるバイオマスボイラーを提供することにある。本発明の他の目的は、バイオマス燃料のための熱効率のよいバイオマスボイラーを提供することにある。本発明の更に他の目的は、メンテナンス性のよいバイオマス燃料のバイオマスボイラーを提供することにある。

　本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
　本発明１のバイオマスボイラーは、
　バイオマス燃料を燃焼させる燃焼室（９）を有する燃焼炉（２）と、
　前記燃焼炉（２）の側面、及び上部に配置され、前記燃焼室（９）内での前記燃焼により加熱して温水を作り、かつ温水を貯留する湯沸室（１０）を兼用する温水タンク（３）と、
　前記燃焼室（９）へ前記バイオマス燃料を投入する焚口の背部（９ｄ）で、かつ前記燃焼室（９）の下部に配置され、開口の上縁部（２１ａ、５０ａ）が前記燃焼室（９）の高さの１/２以下の位置に配置され前記燃焼によって生じる排煙を排出するための開口である排煙口（２１、５０）と、
　下部が前記排煙口（２１、５０）に接続して設けられ、前記湯沸室（１０）を貫通して上部に延設されている煙筒体（５、７０）と、
　前記燃焼室（９）の上部に管形状で配置され、前記湯沸室（１０）に導通し、前記燃焼室（９）の熱で熱交換し温水を作る熱交換管体（４）と
　からなる。

　本発明２のバイオマスボイラーは、本発明１において、
　前記煙筒体（５，７０）の廃熱を利用するための構成で、前記煙筒体（５、７０）の外周に離間し空隙（８１，９６）を有して設けられるカバー体（８０，９５）と、
　前記カバー体（８０，９５）に設けられ前記空隙（８１，９６）の空気により廃熱を回収して受熱体に供給する廃熱回収手段（８３，８７，８５，９６，９７）とからなることを特徴とする。

　本発明３のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記温水タンク（３）に付随して配置され、前記湯沸室（１０）の温水と前記熱交換管体（４）の温水を合流させ配管（１６）を介して貯留し、一定温度の温水として管理する蓄熱槽（７）とからなる、ことを特徴とする。

　本発明４のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記熱交換管体（４）は、前記燃焼室の外壁近傍に配置された配管接続部（４ｃ，４ｄ）を介して、温水の供給管、及び排出管に着脱自在に接続され、前記焚口から外部に取り外し可能な構成である、ことを特徴とする。
　本発明５のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記燃焼室（９）の天井部で、かつ前記湯沸室（１０）の底面部（１０ａ）は、前記燃焼室（９）側から凸形状をなす放物曲面、円筒面形状、及び波型から選択される１種の形状に形成されている、ことを特徴とする。

　本発明６のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記燃焼炉（２）に付随して配置され、前記燃焼室（９）内の燃焼効果を高めるため強制的に空気を送り込み燃焼ガスの流れを生じさせる送風機（６）と、
　前記送風機（８５）への空気の供給口と、前記回収手段（８３，９６）とを連結するダクト（９６，９７）ととからなることを特徴とする。
　本発明７のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記燃焼室（９）の外側、又は前記煙筒部（５）の外周に、熱交換のためのフィン（４０，４１）を設けたことを特徴とする。

　本発明８のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記排煙口（５０）が前記燃焼室（９）の底面（９ｃ）に配置されていることを特徴とする。
　本発明９のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記煙筒体（７０）の中心線は、前記排煙口（２１ａ）から鉛直方向に所定角度傾斜させて設置されていることを特徴とする。

　本発明１０のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記燃焼室（９）の底部（９ｃ）には、空隙を含む火山ガラス（７５）と石（７６）が配置されていることを特徴とする。
　本発明１１のバイオマスボイラーは、本発明１又は２において、
　前記温水タンク（３）及び前記蓄熱槽（７）の外壁は、空隙を含む火山ガラス（２４）で形成されていることを特徴とする。

　本発明１２のバイオマスボイラーは、本発明３において、
　前記温水タンク（３）と前記蓄熱槽（７）の温水を送水する送水ポンプ（１８，１９）を配管に設けたことを特徴とする。
　本発明１３のバイオマスボイラーは、本発明９において、
　前記煙筒体（７０）の中間部は分割され、その間に中間煙筒体（７２）が着脱自在に取り付けられた構成であり、
　前記中間煙筒体（７２）には、排煙中の粉塵を捕集するフィルター（７４）を有していることを特徴とする。

　本発明のバイオマスボイラーは、主に加工されていない自然材である木質系等のバイオマスを、そのまま燃料として使用することを基本にしているので、燃料コストを安くできる。又、バイオマスボイラーの燃焼室の上部に、温水タンクでもある湯沸室を配置し、この湯沸室の下面は、放物面、又は円弧面を形成したので、この面を直接的に加熱することで燃焼熱を有効に湯沸室の水に伝導できる。同時に、燃焼室の上部に、管体である熱交換管体を配置することにより、燃焼熱を有効に熱交換管体の水に伝導できる。これと同時に、湯沸室内に貫通して煙筒体を配置したので、廃ガスからも熱を回収できるので、熱効率が高くなった。

　又、燃焼室から煙筒体への排煙を、燃焼室の奧側の下部位置から行なう構造にして、過度な燃焼を抑制し長時間の燃焼が可能になった。これらの構造により、熱効率を高めることが可能となった。更に、バイオマスボイラー本体に隣接して温水を貯留する蓄熱槽を配置し、この蓄熱槽と温水タンクの外壁を断熱性のある空隙を含む火山ガラス製のボードとした。このため長時間安定した温度の温水が得られることとなった。更に、上記熱交換管体を、燃焼室から容易に分離して取り外せるようにしたので、清掃のメンテナンスが容易である。

図１は、本発明の実施の形態１のバイオマスボイラーの全体システムを示す正面図である。 図２は、本発明のバイオマスボイラーの側面図である。 図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。 図４は、図１のＢ－Ｂ断面図である。 図５は、図３のＣ－Ｃ断面図で、管体の部分平面である。 図６は、図３のＤ－Ｄ断面図で、排煙口の構成を示すものである。 図７は、本発明の実施の形態２であり、送風機を煙筒体の出口側に設けた構成図である。 図８は、実施の形態１の変形例１で、湯沸室底部と煙筒体にフィンを設けた構成の部分断面図である。 図９は、実施の形態１の変形例２で、排煙口を燃焼室の底面に配置した部分断面図である。 図１０は、実施の形態１の変形例３で、蓄熱槽の上部に温風を放出させるファン装置を配置した構成図である。 図１１は、本発明の実施の形態３で、煙筒体を傾斜させて取り付けた場合の断面で示した正面図である。 図１２は、図１１のＸ矢視図である。 図１３は、本発明の実施の形態４を示す図で、煙筒体にカバー体を設け、カバー空隙に余熱空気を確保できるように構成した装置を有するバイオマスボイラーの正面図である。 図１４は、図１３の側面図である。 図１５は、実施の形態４の煙筒体の部分断面図である。 図１６は、実施の形態４の煙筒体の変形例で、煙筒体にフィンを設けた構成の部分断面図である。 図１７は、本発明の実施の形態５のバイオマスボイラーの側面図である。 図１８は、図１７の側面図である。

　［実施の形態１］
　次に、本発明のバイオマスボイラーの実施の形態１を図面に基づき詳細に説明する。このバイオマスボイラー１の本体の概要は、燃焼炉２と、この燃焼炉２の上部と側部に配置された温水タンク３と、燃焼炉２の内部でかつ燃焼室９の上部に配置された管体（水管）４と、燃焼炉２に接続された排煙のための煙筒部（煙突）５と、燃焼炉２に燃焼用の空気を送るための送風部６等とで構成されている。このバイオマスボイラー１の本体に配管を介して、蓄熱槽７が隣接して配置されている。この蓄熱槽７は、温水タンク３と管体４に接続されている。これらを構成する部材の材質は、本例ではステンレス鋼、鋼板を用いた。

　バイオマスボイラー１は、木材を中心とする全てのバイオマス燃料を燃料とするものに適用できるが、以下、木片である薪８を燃料にする場合で説明する。このバイオマスボイラー１は、燃焼炉２を構成する燃焼室９に薪８を投入し燃焼させて、温水タンク３の湯沸室１０で温水を作り、その温水を農業用の温室の暖房、木材の乾燥等に利用するものである。このバイオマスボイラー１は、大規模な設備での使用を想定したものではない。なお、本実施の形態１では１００℃未満に加温された水を温水と称する。

　燃焼炉２の前面には、焚口である開閉ドア１１が蝶番でボイラー本体に開閉自在に設けられている。燃焼炉２でバイオマス燃料を燃焼させるときは、開閉ドア１１の上部のノブ１１ａを、オペレターが掴み、これを下方に揺動させて燃焼室９を開き、この開きから薪８を燃焼室９内に手作業で投入する。図１に示した二点鎖線は、開放されたときの開閉ドア１１の位置を示す。薪８は長時間の燃焼を維持するためには、太い丸太材が好ましい。図に示すように、燃焼室９は、周囲を湯沸室１０の金属板（ステンレス鋼板、鋼板等）と、外壁は断熱材で作られた壁体で囲われた構成になっている。薪８の燃焼熱は、燃焼室９の天井部９ａ（図４参照）と側壁部９ｂに熱伝達され、湯沸室１０で温水を作る構造となっている。

　燃焼室９の底部９ｃには、ロストル１２が配置されている。ロストル１２は、薪８を燃焼させるときに燃焼室９の底部９ｃに置かれるもので、一般に鉄製の貫通孔、スリット等を有する板材、又は網で作られたものである。このロストル１２は、清掃、交換を容易にするために取り外し自在に置かれている。そのロストル１２の上面で、開閉ドア１１から薪８が投入され燃焼する。底部９ｃの下部は空間部が区画して形成されている。この空間部には、空気を供給するためのパイプ６ａが配置されている。パイプ６ａには、空気を噴出するために複数のノズル孔６ｂが設けられている。

　図３に示すように、このノズル孔６ｂから燃焼室９に噴出する空気は、パイプ６ａに連結されている送風機６から送風される。この送風により薪の燃焼は促進される。下部のロストル１２が配置されている底部９ｃも含めて、熱遮断をする必要があるが、本バイオマスボイラー１では耐熱性のあるシラスボードを、底部９ｃ、焚口、外壁等に使用している。このシラスボードは、機能の違いで種々の形態のものが知られているが、いずれも耐火性があり且つ断熱性を有しているものである。シラスは、火山の噴出物で構成された自然素材のもので、主成分はケイ酸や酸化アルミニウムなどからなる空隙を含む火山ガラスであり、斜長石や石英なども含まれる。５０～５８％の空隙を含む素材である。

　シラスは、主に日本国鹿児島県を中心とする九州南部の平地を中心に分布している空隙を含む火山ガラスである。シラス（空隙を含む火山ガラス）の特徴は、軽量である上に、耐火性と断熱性を有していることである。シラスボードは、このシラスにセメントを混入して、金型に入れプレスで圧縮成形されたブロック製品である。近年、環境面に配慮された資材として注目されている。このシラスボードは、軽量多孔質で、コンクリートと同程度の強度を有するものである。燃焼室９の底部９ｃにも、このシラスボードを使用することで、この断熱効果により、下部の送風関係部材や床に必要以上の熱が加わることを防止している。なお、強制送風ではなく自然に風を送るとき、又は両者を併用するときは、シラスボードには貫通孔を形成すると良い。

　従って、燃焼室９の燃焼熱は、底部に伝達されずに、天井部９ａと側壁部９ｂに有効に伝達されることになる。燃焼室９の天井部９ａの裏面は、湯沸室１０の底面部１０ａになるが、この底面部１０ａの形状は湯沸室１０側（上方）に凸部となる曲面となっている。この曲面は、燃焼室９の奧側に延びる筒状の円筒面である。なお、この円筒面は、断面形状が放物線状の曲面であっても良い。この円筒面に形成したことにより、燃焼室９の燃焼面積を広くすると同時に、燃焼室９の略中央部（原理上は１点、ないし直線上での燃焼と考えた場合）で燃焼された燃焼熱は、主に輻射熱により満遍なく燃焼室９の天井部９ａを等距離で加熱する。このために燃焼室９の天井部９ａを放物線状、又は円筒面に形成すると、燃焼効果、及び熱交換効率を高めることになる。

　湯沸室１０の下部の中央部を区画している隔壁は、図４等に示すように燃焼室９を区画している隔壁と同じ隔壁である。即ち、燃焼室９の側部と上部の外壁は、焚口と底部９ｃを除き、周囲を天井部９ａと、側壁部９ｂで囲った形状の外側が湯沸室１０を区画する構造である。燃焼室９の上面、側面及び奧部が、湯沸室１０で囲まれているので、燃焼室の熱を温水に効率的に伝熱できる。湯沸室１０の上部には、フロートスイッチ１３が配置されている。このフロートスイッチ１３は、液面に浮かべたフロートがその水位に合わせて上下することで、水を供給する開閉弁のオン、オフを行い、湯沸室１０の水位を調整するためのものである。フロートスイッチ１３は、公知の構造のものであり、その構造、機能の説明は省略する。フロートスイッチ１３の機能により、湯沸室１０の温水量を一定になるようにコントロールしている。

　温水が減少した場合には、壁部に設けられた給水端部１４から公共上水道等から給水される。逆に、温水量が多くなってしまった場合には、温水タンク３の上部に設けられた安全逃がし弁１５を開放して、余計な温水、又は蒸気を外部に自動的に排出する。更に、この湯沸室１０は、上方の壁部に温水を流出させる配管１６が、ジョイント、接続パイプ等を介して、バイオマスボイラー１の近傍に設置された蓄熱槽７に連結されている。この連結により、主にバイオマスボイラー１の湯沸室１０の上部の温水を、蓄熱槽７に供給できる。また、この湯沸室１０の下方の壁部には、配管１７により蓄熱層７に接続されており、蓄熱槽７からの戻り水である低温の温水を湯沸室１０の下部に還流させる。

　この配管経路には、温水タンク３から蓄熱槽７へ圧力計１６ａを介して送水する送水ポンプ１８が、又、蓄熱槽７から温水タンク３へ送水するための送水ポンプ１９が各々配置されている。このように、温水は温水タンク３と蓄熱槽７との間で確実に送水、又は入水することにより循環している。この温水を農業用の温室等に利用する場合は、蓄熱槽７に配置された配管２０から所定温度の温水が供給されることになる。又、蓄熱槽７の温水の温度を高め、又、一定の温度状態を保持させるために、この燃焼室９の天井部９ａ側に管体４を配置している（図３、図４参照）。

　この管体４は、蛇行するように曲げて形成されたもので（図５参照）、本例では同じ構成の２つの管体４ａ，４ｂで構成されている。図１の矢印で示すように、各々の管体４ａ，４ｂの一端から温度の低い温水、又は常温の水を流入させ、燃焼室９の上部で熱せられ温水となり、各々の管体４ａ，４ｂの他端から湯沸室１０の温水とともに、温水が合流排出され各配管を経て蓄熱槽７に供給される。この管体４の燃焼室９側の形状は、受熱のための表面積を大きくするために蛇行形状である。管体４は、燃焼室９の燃焼熱を温水に変える熱交換器でもある。

　燃焼室９の背部９ｄ、即ち開閉ドア１１（焚口）から言えば最奧部の下部に、排煙口２１が配置されている（図３、４参照）。この排煙口２１から煙筒体（煙突）５が、湯沸室１０を貫通して上方に延設されている。排煙口２１の上縁２１ａは、燃焼室９の最奧である背部９ｄの下部位置にある（図４参照）。即ち、図３の矢印で示すように、燃焼室９の炎と煙である燃焼ガスが燃焼室９の空間全体に行き渡った後、即ち、燃焼室９内に燃焼ガスが所定時間滞留した後に、燃焼室９の最奧側の下方向に流れ、この排煙口２１を介して燃焼室９の外に排出される。この排煙口２１の上縁２１ａの位置は、本例では燃焼室９の高さの約１/２以下の位置になるように配置されている。好ましくは、排煙口２１の高さは、底部９ｃから上縁２１ａまでの高さが、燃焼室９の高さの約１/３以下になるように、排煙口２１を開口したものが良い。

　排煙口２１の配置位置を燃焼室９の低い位置にすることは、燃焼室９の炎と煙の流れが円滑でなく、排煙効率上は良くない。しかしながら、この排煙口２１の配置により、燃焼ガスが燃焼室９内に滞留する時間が長くなり、熱交換効率を高め、しかも過度の燃焼を押さえる効果もある。煙筒体５は湯沸室１０内を貫通しているので、煙筒体５内を高熱の排煙が通過することにより、煙筒体５の壁面から伝熱等により放熱し、温沸室１０の温水との間で熱交換を行なう。温沸室１０内の温水は、湯沸室１０の底面部１０ａによる燃焼室９からの直接の加熱に加え、この煙筒体５からも加熱されることになる。結局、煙筒体５は、燃焼室９から発生する燃焼ガス（煙）を、大気中へ放出する通常の煙突機能と、熱交換器の機能の両方を有している。管体４は、湯沸室１０の側面を貫通するように配置してある（図３、図５参照）。即ち、管体４が設置される燃焼室９と本体外壁とに跨って、湯沸室１０を貫通するパイプ材２２が固定された構成になっている。

　このパイプ材２２内に管体４の両端部、即ち水又は温水の流入口と流出口が挿入されている。その両流出入口は、本体外壁の外に突き出された長さで構成されており、かつこの両出入口は、他の配管と接続するためのジョイント部４ｃ、４ｄを形成している。燃焼室９側に配置された管体４は、図５に示すように蛇行した形状になっていて、この蛇行により受熱面積を大きくしているので、燃焼室９内の熱を効率良く回収可能である。この管体４には、蓄熱槽７から温水が供給され、蛇行部４ｅで熱せられた後に、蓄熱槽７に送られる。

　この管体４は、ジョイント４ｃ、４ｄとパイプ材２２内に固定支持されるとともに、蛇行部４ｅの端部は支持部材２３で、燃焼室９の天井部９ａに、着脱自在に支持固定されている。管体４は、機能的には熱交換器である。この管体４は、清掃等のメンテナンス作業をするとき、容易に取り外しが可能な構成になっている。即ち、メンテナンスで管体４の清掃、交換等を必要とする場合には、ネジ構造のジョイント部４ｃ，４ｄを開放し、管体４を配管系から容易に切り離すことができる。

　このようにすることで、管体４の端部を雄ねじ部のみの管状態にし、この管体４を燃焼室９の開閉ドア１１側から、支持部材２３とパイプ材２２をすり抜けるようにして引き出すことができる。この管体４にはバイオマス燃料の燃焼に伴い、例えば、油脂を多く含む松材を燃焼させてたとき、炭化した油脂等がこびりついており、燃焼室９の天井部９ａとともにこの管体４の表面にも付着する。このため燃焼室９は定期的に清掃する必要がある。管体４を容易に取り出し可能とすることは、この清掃作業を容易にすることで効果的である。清掃が終了した後は、引き出した動作の逆を行って本体に取り付け、配管のジョイント部４ｃ、４ｄに固定する。

　バイオマスボイラー１には前述したように、隣接して蓄熱槽７が配置されている。この蓄熱槽７は、バイオマスボイラー１で熱せられた温水量と温度を、一定に保持して、蓄熱するためのものである。この蓄熱室７の外壁は、前述したシラスボード２４で構成されている。このシラスボード２４は、バイオマスボイラー１の温水タンク３の外壁にも使用されている。このシラスボード２４は、前述した特徴を有しているが、特に、この蓄熱室７には断熱性を生かし、温水を一定温度に保温し維持するのに有効である。この温水の一定温度とは、例えば８０℃である。バイオマスボイラー１の湯沸室１０の温水は、燃焼状態によりその温度は一定しないので、このままの状態の温水利用は不具合を生じる。特に、園芸用の温室ハウス等での利用では、夜間に温水温度が一定であることが望まれている。

　バイオマスボイラー本体と蓄熱槽７との間は前述したように配管１６，１７で結合されており、送水のための送水ポンプ１８，１９も中間部に介在している。湯沸室１０及び管体４からの温水は、熱湯状態で配管１６を介して送水ポンプ１８により、蓄熱槽７の流入口である配管７ａに流入し、蓄熱槽７に貯留される。一方、蓄熱槽７からは冷めた温水を、下部に配置された配管７ｂからポンプ１９を介して、湯沸室１０の配管１７に流出させる。流出された温水は、管体４と湯沸室１０で再び加熱されて、前述の経路を経て蓄熱槽７に貯留される。

　温水は、湯沸室１０、管体４と蓄熱室７とを循環して流れている。蓄熱槽７の温水は、このように熱効率が高められた温水となっている。蓄熱室７に貯留された温水は、図示していない温度センサーで一定の温度管理がなされ、必要以上に温度が高くなった場合には、湯沸室１０の温度が高くなっていることを意味しているので、湯沸室１０の上部に設けられた給水部１４から水を供給する。前述したように、湯沸室１０内の湯量は、フロートスイッチ１３の水位検知で制御され一定量以上の温水が充満しないようにしている。温水の管理は蓄熱槽７でも同様で、蓄熱槽７の上部に設けられたフロートスイッチ２５の水位検知で湯量が制御されている。

　蓄熱槽７の温水の利用が多い場合には湯沸室１０の温水量も減ってくるので同様に水の供給を行なう。逆に蓄熱室７の温水温度が低い場合は、燃焼熱が足りないことを意味するので、薪を供給し燃焼状態を高める。このような構成にしたので、許容の温度範囲であれば、燃焼室９の燃焼状態が悪化しても、一定容量の温水は蓄熱槽７で一定温度を長時間保持することが可能である。このように蓄熱槽７を設置したことにより、この蓄熱槽７が温水のバッファーとなり、仮に燃焼室９の燃焼が一時的に消え、又は低下しても、許容の温度範囲で適正な温水状態を保持することができる。結果的に、バイオマスボイラー１に、バイオマス燃料を長時間人手で連続投入をしなくても、従来から行なわれている燃料の連続投与による温水の温度維持と同等の効果を得ることになる。

　［実施の形態２］
　図７は、排煙のための送風機を配置したバイオマスボイラーの実施の形態２を示したものである。このバイオマスボイラーは、送風機３０を煙筒体５の排煙出口側に配置した例である。送風機３０は、燃焼室９から排ガスを燃焼室９外に排出するためのものであり、燃焼室９からの排煙は強制的に吸引され排出される。同時に、この送風機３０は、排煙に含まれている微粒子等からなる粉塵を除去するためのサイクロンと呼ばれている遠心力を利用した集塵機のための送風機でもある。燃焼室９からの排煙は、送風機３０の遠心力浄化部３０ａに取り込まれ、遠心分離力により排煙中の粉塵を除去し、排煙を浄化して無害の気体にして排出口３０ｂから大気に放出させるものである。除去された粉塵は、下部の回収部３０ｃから取り出して処分する。この送風機３０を排煙出口に設けることにより、排煙を無害にして大気に放出する構成なので、環境保全に一層配慮した形態となる。

　［実施の形態１の変形例１］
　図８は、熱交換効率を高めたバイオマスボイラーの実施の形態１の変形例１である。湯沸室１０の湾曲した底面部１０ａに、縦方向に複数の板状フィン４０を設けた構成である。この板状フィン４０以外にも、湯沸室１０を貫通して配置された煙筒体５の外側に、上下方向に複数の円板状フィン４１を設ける。これらのフィン４０、４１は金属製であるので、湯沸室１０内の熱交換のための面積を広くし、これらのフィン４０、４１からの放熱による熱交換で効率を一層高め、多くの温水を効率的に得ることが出来る。

　［実施の形態１の変形例２］
　図９は、排煙口を改良したバイオマスボイラーの実施の形態１の変形例２である。このバイオマスボイラーは、燃焼室９の排煙口５０を、燃焼室９の底部９ｃの位置と同一面に配置したものである。前述した排煙構造であると、構造上、排煙口２１は、湯沸室１０の下部をカットして設けられた構造となる（図３参照）。この図９に示した構造の燃焼室９の側壁は、全て湯沸室１０に接した燃焼壁となる。燃焼室９の燃焼熱は、焚口と底部９ｃを除き、天井部９ａと側壁部９ｂの全面に行き渡り有効に湯沸室１０に、伝達、輻射、及び対流により伝達され有効に利用されることになる。湯沸室１０は、焚口と底部９ｃを除き、燃焼室９に囲まれた構造である。ただし、この排煙口５０の配置構造は、排煙効率が悪いので排煙口５０側に排煙のために、実施の形態２で示した送風機３０等を配置して強制的に排煙するものが良い。

　［実施の形態１の変形例３］
　図１０は、蓄熱槽にファン装置を併設したバイオマスボイラーの実施の形態１の変形例３である。このバイオマスボイラーは、蓄熱槽７の上部にファン装置６０を搭載した例である。蓄熱槽７は、温室等に配置されており、このファン装置６０で温風を発生させるものである。このために、熱交換のための配管等の設備が必要でなく、直接的に熱を利用できる利点がある。蓄熱槽７を温室ハウス内に設置し、温風を発生させるときにスペース効率が良い。

　また、このファン装置６０は、別の機能にも使える。蓄熱槽７の温水温度が設定温度より高い場合に、このファン装置６０を稼動させて蓄熱槽７の温水温度を低める。即ち、ファン装置６０に設けられいるフィン状の流水パイプ６０ａと蓄熱槽７との間で、図中の矢印で示すように配管６１，６２を介して温水の循環を行い、ファン装置６０のファン６０ｂの回転で送風し温水を冷やし適切な温度にする。以上のように、ファン装置６０は、蓄熱槽７の温水を冷やすと同時に、ファン６０ｂで送風される温風としても利用もできる。

　［実施の形態３］
　図１１、図１２は、煙筒体を傾斜させて配置したバイオマスボイラーの実施の形態３である。実施の形態６のバイオマスボイラーは、排煙管である煙筒体７０を燃焼炉２に対し、煙筒体７０の中心線を傾斜させて設置したものである。図１１で示すように、この実施の形態６の排煙管７０は、排煙口２１の上縁２１ａから所定角度を有して設置したものである。即ち、この煙筒体７０は、この中心線を鉛直線に対して鋭角に傾けた状態で、燃焼室９の背面から燃焼炉２の外側に突き出すように傾斜させて取り付けたものである。この傾斜の理由は、後述するように、煙筒体７０に配置したフィルター７４の交換、清掃等のメイテナンス性を向上させるためである。排煙は図１１で示した矢印のように流れ、煙筒体７０の中心線方向に沿って吸引される形で排出される。

　燃焼室９に、薪８等のバイオマス燃料を投入して燃焼させると、燃焼室９の上部位置に配置された管体４、及び温水タンク３内の水を湯沸室１０で温水化する。湯沸室１０に配置されたフロートスイッチ１３により、湯沸室１０に供給される水量を調整する構成は前述したものと同様である。なお、図１１、１２に示した煙筒体７０の外形は、本例では円筒形状であるが、曲管形状、蛇腹形式等の異形のものにしてもよい。このように煙筒体７０を傾斜させる構成にしたことで、燃焼室９から煙筒体７０への燃焼ガス、煙の流れの方向変化が少なくなるので燃焼ガスの流れが円滑になる効果もある。また、燃焼室９の背面には開閉扉７１を配置した。

　この開閉扉７１を配置することにより、燃焼停止時にはこの開閉扉７１を開き、燃焼室９の背部と煙筒体７０の清掃等を行なうことができ、メンテナンスがし易くなる。煙筒体７０がこの構成であると、煙筒体７０は燃焼室９側から燃焼炉２の外部に途中で露出する。煙筒体７０は、その一部が湯沸室１０を貫通するが、途中で外部に突出する。又、この露出する煙筒体７０の一部は、分割構成になっていて、この分割部に中間煙筒体７２が着脱自在に差し込まれている。この中間煙筒体７２は、両端部にフランジ７２ａを有しており、このフランジ７２ａに接続される煙筒体７０とボルト／ナット７３で着脱自在に取り付けてある。この中間煙筒体７２にはフィルター７４が設けられている。

　このフィルター７４を設けることで、排煙中に含まれる異物を捕集し取り除くようにしている。このように構成することで、排煙に含まれるタール、油脂、煤等の固形異物が取り除かれ、排煙をクリーン状態にして外部に放出することができる。タール等がフィルター能力の限界を超えて溜まった場合には、中間煙筒体７２のみを煙筒体７０から取り出してフィルター７４を交換をすればよい。この結果、排煙部においてもメンテナンスが容易にできる構成となる。

　又、この実施の形態３においては、燃焼室９の底部９ｃには、前述したシラスボード材７５を使用し、更にその上部に石７６を配置し、二重構造にして燃焼室９の蓄熱性を高めた構成にしている。シラスボード材７５により燃焼室９の熱を燃焼炉２の下部から外部への熱伝導を防ぎ、更に、石７６を配置することで、石７６の蓄熱が燃焼室９の蓄熱効果を高めることになる。結果として、バイオマスボイラーの燃焼効率が高くなる。

　又、ロストル１２の下部に、空気を供給するパイプを設ける構成にしたことは前述と同様の構造である。空気を供給するためのパイプ７７を２本ロストル１２の下部に配置している。パイプ７７から延びるノズル７７ａは、図１２に示すように、燃焼室９の両サイドからロストル１２の上方に突き出し、燃焼室９の中央部に向けて空気が噴出す方向に設置している。これにより燃焼効率を高めるようにしている。このような実施の形態３の構成にすることで、本発明の目的、効果、即ち、熱効率がよくして安定的な温水が得られ、メンテナンスを一層向上させたバイオマスボイラーとすることができた。

　［実施の形態４］
　図１３ないし１５は、煙筒体の排熱を回収するバイオマスボイラーの実施の形態４である。図１３は、バイオマスボイラーの正面図を示し、図１４は、図１３の側面図である。このバイオマスボイラー１は、煙筒体７０の外周にカバー体８０が配置されている。カバー体８０は、２体の半割カバー体８０ａ，８０ｂからなる。このカバー体８０は、燃焼嫉に供給する供給空気を予熱するためのものである。図に示すように、煙筒体７０の上部に煙筒体７０の径より大きくフランジ８０ｃを有する半円形状の２体の半割カバー体８０ａ，８０ｂを対向させて取り付け、中央部に煙筒体７０を挟む構成で、フランジ８０ｃをボルトで固定する構造である。

　このことにより煙筒体７０外周と、カバー体８０の内周との間の空間にカバー空隙８１が設けられる。このカバー空隙８１の空気は、煙筒体７０の排熱により暖められ、予熱空気となる。すなわち煙筒体７０の排熱を利用して空気を暖める熱交換器の機能を有していることになる。このバイオマスボイラー１は、この排熱を有効に利用するためのものである。カバー体８０の上部には、雨水等が入らないように、傘状の上部壁体８２を設けている。外気は、傘状の上部壁体８２の下部からカバー空隙８１に吸い込まれる。

　又、カバー体８０の下部は、煙筒体７０との間で底部を形成し、外部との空気の流れを遮断している。従って、外部の空気は、図の矢印で示す方向からの流れでカバー空隙８１に吸いこまれ、煙筒体７０の長さ方向に沿って暖められる。又、カバー体８０の下部位置には、ダクト８３が接続されている。ダクト８３は分岐しており、分岐ダクト８３ａ，８３ｂに二股状に外方に張り出して設けられている。カバー空隙８１の余熱空気は、この２つの分岐ダクト８３ａ，８３ｂを介して外部に取り出され必要な受熱体に供給される。

　この受熱体は、暖められた空気を受け利用される施設、装置等であり種々のものがあるが、例えば、温室等の施設である。本実施の形態４では、同時に２つの異なる受熱体に供給されるものである。一方の受熱体は、燃焼炉２で、熱の還元利用を図っている。カバー空隙８１の余熱空気は、分岐ダクト８３ａを介して燃焼室９の底部、ロストル１２の下部に導かれ、パイプ６ａと同様に噴出管８４を介して吹き込まれる。

　この分岐ダクト８３ａは、受熱体まで余熱空気を導くため延長しており、その端部は送風機８５の吸気口に接続されている。送風機８５は、予熱空気を強制的に燃焼室９に供給するためのものである。この送風機８５は、本例ではシロッコ型電動送風機を使用したものであり、燃焼炉２の下部外壁に固定されている。このシロッコ型電動送風機は、小型で、汎用性のあるものを利用し、本バイオマスボイラーに適する容量、形式のものを選定する。又、このシロッコ型電動送風機の吐出方向は、例えば４方向の何れも選択もできるので、設置状態が規制されず自由度はある。このような構成で、排熱を利用して、温度の高い余熱空気を燃焼炉２に吹き込むことで、燃焼効率は高められる。

　次に、他方の受熱体への分岐ダクト８３ｂ構成は、燃焼炉２外の受熱体の装置８６に連結するもので、余熱空気を燃焼炉２に供給するとともに燃焼炉２外の装置にも供給することができる。この受熱体の装置８６は、特定しないが、例えばビニールハウス等の農業用の温室の空気を暖める、室内空間の暖房に利用する、床暖房のため等、に利用される装置である。この予熱空気は、排煙を含むものでないので、クリーンである。従って、燃焼炉２以外の受熱体にも、予熱空気そのものを有効に利用することが可能である。この場合も予熱空気を強制的に供給するために、前述したものと同様の送風機８７を使用している。この場合の送風機８７は他方の受熱体側に設けられる。

　燃焼用空気のための予熱構造は、実施の形態１のように、煙筒体５が燃焼炉２内を貫通し立設される構造であっても適用できる。この場合は、図１５に部分的な断面図で示すように、燃焼炉２から突き出た部分である上部の煙筒体７０に設けることができる。カバー体８０の構造は、前述した構造と同様になるので、その詳細な説明は省略する。但し、煙筒体５の高さが高くなることを考慮し、少しでも低くするために、この部分の煙筒体５を傾斜あるいは横方に向きを変える構造にしてもよい。

　燃焼炉２としての本体とその関連装置は、以上説明したような構成になっているが、この燃焼炉２は規模が小さいので、狭いスペース内で移動設置が可能である。このため、燃焼炉２の下部にキャスター８８を設けている。このキャスター８８を設けたことで、例えば、外でこの燃焼炉２を使用する際、排煙の流れに不測の事態が生じたときには直ちに支障のない位置に移動ができ、又、木材の置かれている場所まで移動することもでき、木材運搬の労力が軽減される。更に室内外への相互移動も可能である。

　（実施の形態４の変形例）
　図１６は、実施の形態４の変形例であり、煙筒体の外周にフィンを設けたものである。図１６は、煙筒体５，７０を直角方向を横切る部分断面図である。この変形例は、煙筒体５，７０からの排熱を更に有効に利用するためのものである。煙筒体５，７０の外周には、複数のフィン９０が配置されている。このフィン９０は、煙筒体５，７０と一体で、その半径方向である放射状に複数個配置され、かつカバー空隙８１の長さ方向に沿って設けられている。カバー空隙８１の空気は、このフィン９０からの排熱も加わってより温度が高められることになる。

　［実施の形態５］
　図１７ないし１８は、煙筒体の排熱を回収するバイオマスボイラーの実施の形態５である。このバイオマスボイラー１の基本構造は、実施の形態１のものと実質的に同一である。燃焼室９の天井部９ａ（図４参照）、即ち湯沸室９の底形状を波型（台形型、矩形、波形等）に変更し、表面積を本例では従来の同様の構造のものと比較して、約１０％増加させて熱効率を改善した。必要であれば、燃焼室９の全面を波型にしたものでも良い。また、煙筒体７０の外周に管状のカバー体９５が配置されている。カバー体９０を長くした管である点が前述した実施の形態４のものとは異なる。この実施の形態６のバイオマスボイラー１は、カバー体９５からの予熱空気は予熱空気供給管９６から送風機８５のみに戻される点で異なる。

　［その他の実施の形態］
　前述した実施の形態１は、蓄熱槽７を併設したものであったが、必ずしもこの蓄熱槽７を設置する必要はない。蓄熱容量不足するときは、潜熱を利用した蓄熱材を温水タンク３内に浸漬して投入したものでも良い。蓄熱材としては、例えば、市販されている糖アルコール類、酢酸ナトリウム等を主成分とする組成物等を用いると良い。前述した管体４は、断面形状が円筒の管であったが、矩形管、押出し成形される異形管等であっても良い。

１…バイオマスボイラー
２…燃焼炉
３…温水タンク
４…管体
５、７０…煙筒体
６…送風機
７…蓄熱槽
８…薪
９…燃焼室
１０…湯沸室
２０ａ、５０ａ…上縁部
２１、５０…排煙口
８５…送風機
８８…キャスター
９０…フィン
９５…カバー体

Claims (13)

1. 　バイオマス燃料を燃焼させる燃焼室（９）を有する燃焼炉（２）と、
   　前記燃焼炉（２）の側面、及び上部に配置され、前記燃焼室（９）内での前記燃焼により加熱して温水を作り、かつ温水を貯留する湯沸室（１０）を兼用する温水タンク（３）と、
   　前記燃焼室（９）へ前記バイオマス燃料を投入する焚口の背部（９ｄ）で、かつ前記燃焼室（９）の下部に配置され、開口の上縁部（２１ａ、５０ａ）が前記燃焼室（９）の高さの１/２以下の位置に配置され前記燃焼によって生じる排煙を排出するための開口である排煙口（２１、５０）と、
   　下部が前記排煙口（２１、５０）に接続して設けられ、前記湯沸室（１０）を貫通して上部に延設されている煙筒体（５、７０）と、
   　前記燃焼室（９）の上部に管形状で配置され、前記湯沸室（１０）に導通し、前記燃焼室（９）の熱で熱交換し温水を作る熱交換管体（４）と
   　からなるバイオマスボイラー。
2. 　請求項１に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記煙筒体（５，７０）の廃熱を利用するための構成で、前記煙筒体（５、７０）の外周に離間し空隙（８１，９６）を有して設けられるカバー体（８０，９５）と、
   　前記カバー体（８０，９５）に設けられ前記空隙（８１，９６）の空気により廃熱を回収して受熱体に供給する廃熱回収手段（８３，８７，８５，９６，９７）と
   　からなることを特徴とするバイオマスボイラー。
3. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記温水タンク（３）に付随して配置され、前記湯沸室（１０）の温水と前記熱交換管体（４）の温水を合流させ配管（１６）を介して貯留し、一定温度の温水として管理する蓄熱槽（７）とからなる、ことを特徴とするバイオマスボイラー。
4. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記熱交換管体（４）は、前記燃焼室の外壁近傍に配置された配管接続部（４ｃ，４ｄ）を介して、温水の供給管、及び排出管に着脱自在に接続され、前記焚口から外部に取り外し可能な構成である、ことを特徴とするバイオマスボイラー。
5. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記燃焼室（９）の天井部で、かつ前記湯沸室（１０）の底面部（１０ａ）は、前記燃焼室（９）側から凸形状をなす放物曲面、円筒面形状、及び波型から選択される１種の形状に形成されている、ことを特徴とするバイオマスボイラー。
6. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記燃焼炉（２）に付随して配置され、前記燃焼室（９）内の燃焼効果を高めるため強制的に空気を送り込み燃焼ガスの流れを生じさせる送風機（６）と、
   　前記送風機（８５）への空気の供給口と、前記回収手段（８３，９６）とを連結するダクト（９６，９７）と
   　とからなることを特徴とするバイオマスボイラー。
7. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記燃焼室（９）の外側、又は前記煙筒部（５）の外周に、熱交換のためのフィン（４０，４１）を設けたことを特徴とするバイオマスボイラー。
8. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記排煙口（５０）が前記燃焼室（９）の底面（９ｃ）に配置されていることを特徴とするバイオマスボイラー。
9. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
   　前記煙筒体（７０）の中心線は、前記排煙口（２１ａ）から鉛直方向に所定角度傾斜させて設置されていることを特徴とするバイオマスボイラー。
10. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
    　前記燃焼室（９）の底部（９ｃ）には、空隙を含む火山ガラス（７５）と石（７６）が配置されていることを特徴とするバイオマスボイラー。
11. 　請求項１又は２に記載のバイオマスボイラーにおいて、
    　前記温水タンク（３）及び前記蓄熱槽（７）の外壁は、空隙を含む火山ガラス（２４）で形成されていることを特徴とするバイオマスボイラー。
12. 　請求項３に記載のバイオマスボイラーにおいて、
    　前記温水タンク（３）と前記蓄熱槽（７）の温水を送水する送水ポンプ（１８，１９）を配管に設けたことを特徴とするバイオマスボイラー。
13. 　請求項９に記載のバイオマスボイラーにおいて、
    　前記煙筒体（７０）の中間部は分割され、その間に中間煙筒体（７２）が着脱自在に取り付けられた構成であり、
    　前記中間煙筒体（７２）には、排煙中の粉塵を捕集するフィルター（７４）を有していることを特徴とするバイオマスボイラー。

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