バイオマス燃料バーナ
【課題】二酸化炭素の排出量を効果的に削減でき、燃料費を削減でき、しかも、安定して被加熱媒体を供給できるバイオマス燃料バーナを提供すること。
【解決手段】
温水ボイラ１は、バーナ２と、バーナ２からの燃焼排ガスと水とを熱交換する第１熱交換器３１と、バーナ２に一体に形成された第２熱交換器３２と、燃料サイロ４と、燃料サイロ４の燃料をバーナ３に供給するスクリューコンベア５を備える。バーナ２で燃料が燃焼してなる燃焼排ガスを戻りダクト６２を介して排ガスブロワ８１で吸引し、排ガス分岐弁８５で分流する。分流した一方の燃焼排ガスを燃料供給管に供給して燃料の前加熱を行う。分流した他方の燃焼排ガスを空気と混合してバーナ２の燃焼室に供給して再燃焼させる。
【解決手段】
温水ボイラ１は、バーナ２と、バーナ２からの燃焼排ガスと水とを熱交換する第１熱交換器３１と、バーナ２に一体に形成された第２熱交換器３２と、燃料サイロ４と、燃料サイロ４の燃料をバーナ３に供給するスクリューコンベア５を備える。バーナ２で燃料が燃焼してなる燃焼排ガスを戻りダクト６２を介して排ガスブロワ８１で吸引し、排ガス分岐弁８５で分流する。分流した一方の燃焼排ガスを燃料供給管に供給して燃料の前加熱を行う。分流した他方の燃焼排ガスを空気と混合してバーナ２の燃焼室に供給して再燃焼させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば木屑等のバイオマス燃料を用いて水等の被加熱媒体を加熱するバイオマス燃料バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
水を加熱して温水や蒸気を生成するボイラでは、重油等の化石燃料が主に用いられてきたが、最近、地球温暖化等の環境問題や石油価格の高騰に対処するため、使用する燃料を化石燃料から代替燃料へ転換することが強く求められている。
【０００３】
ボイラのバーナに用いる代替燃料としては、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を削減できる点から、植物由来のバイオマス燃料が注目されている。植物由来のバイオマス燃料は、燃焼により発生する二酸化炭素の量が、材料に用いられた植物が成長過程において吸収した二酸化炭素の量と実質的に同じと考えられるため、大気の二酸化炭素量を増やさない所謂カーボンニュートラルであるとされている。
【０００４】
植物由来のバイオマス燃料をバーナの燃料に用いるボイラとしては、木質ペレットを用いるものが提案されている（例えば、特開２００８−０６４３７０号公報；特許文献１参照）。木質ペレットは、木質材料の粉末を円柱形に成形してなる固形燃料であり、木屑や樹皮等の木質材料を粉砕する粉砕工程と、粉砕された木質粉末を加熱乾燥させる乾燥工程と、乾燥した木質粉末を圧縮成形する成形工程とを経て製造される（例えば、特開２００７−２４６５７４号公報；特許文献２参照）。こうして製造された木質ペレットは、水分量が比較的少ないうえに水分量のばらつきが少ない。したがって、木質ペレットをバーナの燃料に使用した場合、燃焼状態が安定し、ボイラによる被加熱媒体の供給を安定にすることができる。
【特許文献１】特開２００８−０６４３７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、木質ペレットは、複数の工程を経て製造されるので、製造のために消費されたエネルギーを考慮すればカーボンニュートラルとみなすことはできない。したがって、木質ペレットをバーナの燃料とするボイラは、二酸化炭素の排出量削減効果が低いという問題がある。また、木質ペレットは、複数の工程を経て製造されるので製造コストが高く、したがって、ボイラの燃料費の上昇を招くという問題がある。
【０００６】
ここで、木質ペレットを用いないで、木屑チップのように、製造工程が少なくて製造のために消費されるエネルギーの少ないバイオマスを、バーナの燃料に用いることが考えられる。しかしながら、このようなバイオマスは、寸法のばらつきが大きく、また、水分量のばらつきが大きいので、従来のボイラのバーナの燃料として用いた場合、燃焼状態が不安定となり、被加熱媒体を安定して供給することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、二酸化炭素の排出量を効果的に削減でき、燃料費を削減でき、しかも、安定した温度及び量の熱を生成できるバイオマス燃料バーナを提供することにある。また、バイオマスの特性に対応できて実用性の高いバイオマス燃料バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のバイオマス燃料バーナは、
バイオマスを含む燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
燃料を燃焼する燃焼室を有するバーナ部と、
上記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料をバーナ部の燃焼室に搬送する燃料搬送部と、
上記燃料搬送部に設けられ、この燃料搬送部で搬送されている燃料を破砕する燃料破砕部と、
上記燃料破砕部で破砕された燃料の前加熱を行う燃料前加熱部と
を備えることを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、燃料貯蔵部に貯蔵されてバイオマスを含む燃料が、燃料搬送部によってバーナ部の燃焼室に搬送される。この燃料搬送部で搬送される燃料は、燃料破砕部によって破砕される。更に、燃料破砕部によって破砕された燃料が、燃料前加熱部によって前加熱される。破砕され、かつ、前加熱された燃料が、バーナ部の燃焼室で燃焼する。燃料の燃焼によって生成された熱は、例えば熱交換器や加熱炉や焼却炉等の種々の熱機器に利用される。
【００１０】
ここで、上記燃料貯蔵部に貯蔵される燃料に含まれるバイオマスが、寸法のばらつきが比較的大きいものであっても、燃料破砕部によって破砕されるので、寸法のばらつきが低減された燃料をバーナ部の燃焼室に供給することができる。したがって、燃焼室における燃焼状態を安定にすることができる。
【００１１】
また、上記燃料貯蔵部に貯蔵される燃料に含まれるバイオマスが、水分量のばらつきが比較的大きいものであっても、燃料前加熱部で前乾燥をするので、燃料の水分量を十分に低くした後に燃焼室で燃焼させることができる。したがって、このバイオマス燃料バーナは、例えば木屑チップのように、製造工程は簡易であるが寸法と水分量のばらつきが比較的大きいバイオマスを用いても、燃焼室の燃焼状態を安定にすることができて、安定した温度及び量の熱を生成することができる。その結果、木質ペレットを用いる従来のバーナよりも、燃料の製造に消費されたエネルギーを考慮してもカーボンニュートラルに近い程度に、二酸化炭素の排出量を削減できる。また、製造コストの安い燃料を用いることができるので、バイオマス燃料バーナの燃料費を効果的に低減することができる。
【００１２】
また、上記燃料破砕部によって燃料の寸法のばらつきを低減でき、かつ、燃料前加熱部によって水分量のばらつきを低減できるので、例えば伐採直後の間伐材や、伐採から時間が経過した製材端材等が混在するような、異なる種類の材料が混在するバイオマスを燃料に用いることができる。したがって、精製により品質が均一化される化石燃料と比較して品質にばらつきを有するというバイオマスの特性に対応でき、高い実用性を有するバイオマス燃料バーナが得られる。
【００１３】
また、本発明のバイオマス燃料バーナは、燃料破砕部によって燃料の寸法のばらつきを低減でき、かつ、燃料前加熱部によって水分量のばらつきを低減できるので、燃料貯蔵部に投入する燃料は、予め破砕や加熱等の処理が不要である。したがって、種々のバイオマスを収集し、そのまま燃料破砕部に投入するのみにより、バイオマス燃料バーナを安定して運転することができる。すなわち、燃料を燃料貯蔵部へ投入する前に、燃料に処理を行う手間が不要であるので、燃料の取り扱いを簡易にすることができる。なお、燃料破砕部や燃料前加熱部の能力に応じて、投入するバイオマスの寸法や水分量を制限してもよい。
【００１４】
また、本発明のバイオマス燃料バーナは、燃料破砕部が燃料搬送部に設けられているので、効果的に小型化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、バイオマスとは、生物由来の資源をいう。植物性のバイオマスとしては、草や穀物等の農業系資源と、木材、樹皮、製材端材、間伐材、剪定材及び伐根材等の林業系資源と、流木材及び建築廃材等の廃棄物系資源を例示することができる。
【００１６】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料搬送部は、回転駆動されて燃料を送る螺旋羽根と、この螺旋羽根を収容するケーシングとを有するスクリューコンベアを有し、
上記燃料破砕部は、上記スクリューコンベアの螺旋羽根の縁に設けられた切欠き部と、この切欠き部の回転経路に沿って上記ケーシングの内周面に設けられた突出部とを有する。
【００１７】
上記実施形態によれば、燃料搬送部のスクリューコンベアで燃料が送られるに伴い、スクリューコンベアが有する螺旋羽の切り欠き部と、ケーシングの突出部との相互作用によって燃料が破砕され、燃料の寸法のばらつきが低減される。このように、燃料搬送部が有するスクリューコンベアの構成部品に切り欠きと突出部とを設けることにより、破砕機能を付加しているので、燃料搬送部の大きさを変更することなく搬送機能と破砕機能とを両立することができる。
【００１８】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスを用いて燃料の前加熱を行う。
【００１９】
上記実施形態によれば、バーナ部の燃焼室で燃料が燃焼して生成されて排出された燃焼排ガスを用いて、燃料前加熱部で燃料の前加熱を行うので、熱源を別途設けることなく燃料の前加熱を行うことができる。このように、燃焼室で生成された熱を利用することにより、エネルギーの無駄な消費を防止できるので、バイオマス燃料バーナの効率を向上でき、また、二酸化炭素の排出量削減を行うことができる。
【００２０】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部に供給する燃焼排ガスの量を、上記燃焼室に供給される燃料の水分量に基づいて制御するガス量制御部を備える。
【００２１】
上記実施形態によれば、ガス量制御部により、燃料前加熱部に導かれる燃焼排ガス量が、燃焼室に供給される燃料の水分量に基づいて調節される。これにより、燃料に、燃料の水分量に応じた適切な量の燃焼排ガスを供給できるので、燃料を効果的に乾燥させて燃焼効率の低下を防止することができる。
【００２２】
ここで、上記ガス量制御部は、燃料の水分量が多い場合に燃焼排ガスの供給量を大きくする一方、燃料の水分量が少ない場合に燃焼排ガスの供給量を小さくするように調節するのが好ましい。燃料の水分量は、燃料供給管に設けた水分センサで検出することができる。
【００２３】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料搬送部は、燃料貯蔵部から燃料を搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアで搬送された燃料をバーナ部の燃焼室の下部に導入する燃料供給管を有し、
上記燃料前加熱部は、上記燃料搬送部の燃料供給管内に燃焼排ガスを供給するように形成されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、燃料が、燃料貯蔵部からスクリューコンベアによって搬送され、燃料供給管を通って燃焼室に供給されるとき、燃料前加熱部によって燃料供給管内に供給された燃焼排ガスで加熱される。
【００２５】
なお、上記燃料前加熱部は、燃焼室の下方の位置に燃料供給管を取り巻くように配置されるのが、バイオマス燃料バーナをコンパクトにできる点で好ましい。
【００２６】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記バーナ部の燃焼室に旋回流を形成するように燃焼用空気を供給する旋回空気供給部と、
上記旋回空気供給部に設けられ、上記燃焼室へ供給される燃焼用空気の前加熱を行う空気前加熱部とを備える。
【００２７】
上記実施形態によれば、旋回空気供給部によって燃焼室に旋回流を形成するように燃焼用空気を供給することにより、燃焼室内に燃焼用空気と燃焼ガスの流れの密度を増大でき、燃料を効率的に酸化して燃焼を促進することができる。また、空気前加熱部により、燃焼用空気の前加熱を行うことにより、燃焼室の燃焼温度を安定に高温に保つことができる。
【００２８】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記旋回空気供給部は、上記燃焼室の外周側に設けられた円筒環状の空気室と、この円筒環状の空気室に接線方向に燃焼用空気を導入する空気導入路と、上記空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有し、
上記旋回空気供給部の空気室が、内周側の燃焼室から伝わる熱で燃焼用空気の前加熱を行うように形成されて、上記空気前加熱部を兼ねている。
【００２９】
上記実施形態によれば、旋回空気供給部では、空気導入路から円筒環状の空気室に接線方向に燃焼用空気が導入され、これにより、空気室に燃焼用空気の旋回流が形成される。この空気室内を旋回状に流れる燃焼用空気が、空気導入路を経て燃焼室に導かれることにより、燃焼室に燃焼用空気と燃焼ガスの旋回流を形成することができる。
【００３０】
また、上記実施形態によれば、旋回空気供給部の空気室が燃焼室の外周側に設けられていることにより、空気室を流れる燃焼用空気が、内周側の燃焼室から伝わる熱で加熱される。このように、旋回空気供給部の空気室が空気前加熱部を兼ねることにより、熱源を別途設けることなく燃焼用空気の前加熱を行うことができる。このように、燃焼室で生成された熱を利用することにより、エネルギーの無駄な消費を防止できるので、バイオマス燃料バーナの効率を向上でき、また、二酸化炭素の排出量削減を行うことができる。また、旋回空気供給部の空気室が空気前加熱部を兼ねることにより、バーナ部の小型化を行うことができる。更に、燃焼室から放射される熱を燃焼用空気の前加熱に利用することにより、バーナ部の外への熱の放射を低減することができ、バーナ部の外壁の断熱材を省略することができる。
【００３１】
なお、上記旋回空気供給部の円筒環状の空気室は、円筒状の燃焼室の外周壁を取り囲むように形成されるのが好ましく、上記空気導入路は、燃焼室の外周壁の空気室と燃焼室とを隔てる部分に周方向に配列された複数の貫通穴によって形成されるのが好ましい。
【００３２】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室内に供給された燃料を、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスを含む加熱媒体によって燃焼室の底側から加熱するように形成されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、燃料室内に供給された燃料が、燃料加熱部により、燃料室の底側から加熱媒体で加熱される。これにより、燃焼室内の燃料が、底側から乾燥、炭化及び燃焼が促進される。したがって、燃料の燃焼効率を向上することができる。
【００３４】
また、燃焼排ガスを含む加熱媒体を燃焼室に戻すことにより、燃焼排ガスに残留する未燃成分を燃焼させることができるので、燃料の燃焼効率を向上することができる。
【００３５】
なお、上記加熱媒体は、例えば空気と燃焼排ガスとの混合気体や、燃焼排ガスのみを用いることができる。
【００３６】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部は、燃焼室内に供給された燃料を支持する燃料支持具を有し、この燃料支持具は、上記燃焼室内の底部に配置され、燃焼室の底から離れるにつれて拡径するテーパ形状を有すると共に上記加熱媒体の流通穴を有し、表面に支持する燃料に、上記流通穴を通して加熱媒体を供給するように形成されている。
【００３７】
上記実施形態によれば、燃料支持具が燃焼室の底から離れるにつれて拡径するテーパ形状を有することにより、燃焼室内に供給された燃料を中央部に集めることができる。また、燃料支持具の流通穴を通して、中央部に集めた燃料に加熱媒体を効果的に供給することができ、燃料の燃焼効率を効果的に向上することができる。特に、加熱媒体が燃焼排ガスのみで形成されて高温である場合、燃焼室に供給されて燃料支持具上に支持された燃料の下側から乾燥、炭化及び燃焼を促すことができるので、燃料の燃焼効率を効果的に高めることができる。
【００３８】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記加熱媒体は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスと空気との混合気体である。
【００３９】
上記実施形態によれば、高温であると共に未燃成分を含む燃焼排ガスと、空気とを混合することにより、空気のみを供給するよりも燃焼室の温度を高めると共に、燃焼室内に燃焼成分と酸素を供給することができ、したがって、燃焼室における燃料の燃焼効率を効果的に高めることができる。また、燃焼排ガスと空気との混合割合を適宜調整することにより、加熱媒体の温度と酸素量を適切に調整して、燃焼室の燃焼状態を制御することができる。
【００４０】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記混合気体の燃焼排ガスと空気との混合割合を、上記燃焼室から排出された燃焼排ガスの残留酸素量に基づいて制御する混合制御部を備える。
【００４１】
上記実施形態によれば、混合制御部により、混合気体の燃焼排ガスと空気の混合割合が、燃焼室から排出された燃焼排ガスの残留酸素量に基づいて調節される。これにより、残留酸素量に対応する未燃成分の量に応じた量の燃焼排ガスを燃焼室に戻して再燃焼させることができるので、燃焼排ガスに残留する燃料の未燃成分を適切に燃焼させて燃焼効率を向上でき、また、燃料の未燃成分の排出を防止して周辺環境の汚染を防止できる。
【００４２】
ここで、上記混合制御部は、燃焼排ガスの残留酸素量が多い場合、混合気体の空気に対する燃焼排ガスの割合を大きくする一方、燃焼排ガスの残留酸素量が少ない場合、混合気体の空気に対する燃焼排ガスの割合を小さくするように調節するのが好ましい。燃焼排ガスの残留酸素量は、例えば、燃焼排ガスと被加熱媒体との熱交換を行う熱交換器の排出口に設けた酸素センサで検出することができる。
【００４３】
上記バーナ部の燃焼室内に、この燃焼室内に供給された燃料の上方の内径側と外径側とから燃焼用空気を供給する補助燃焼用空気供給部を備える。
【００４４】
上記実施形態によれば、補助燃焼用空気供給部により、燃焼室内に供給された燃料の上方の内径側と外径側とから燃焼用空気を供給するので、燃料の燃焼効率を更に向上することができる。
【００４５】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記バーナ部の燃焼室に水を供給する給水部を備える。
【００４６】
上記実施形態によれば、給水部によって燃焼室に供給された水により、燃焼室内の燃料又は燃焼ガスを改質して燃焼効率を向上できる。また、燃焼室内の温度を調節して窒素酸化物の生成を抑制できる。
【００４７】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記バーナ部の燃焼室の外周側に配置され、燃焼用空気が導入されて燃焼用空気の前加熱を行う円筒環状の空気室と、この空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有する空気前加熱部を備え、
上記空気前加熱部の空気室の外周側を取り囲むように形成されて被加熱媒体としての水が導入される円筒環状の水室を有し、
上記給水部は、上記水室と、上記空気前加熱部の空気室との隔壁を貫通して設けられたバルブ装置を有し、このバルブ装置のバルブが開き駆動され、上記水室の水が空気室に導かれて空気導入路を通って燃焼室内に供給されるように形成されている。
【００４８】
上記実施形態によれば、バーナ部の燃焼室の外周側に空気前加熱部の空気室と水室とを配置すると共に、互いに隣接する空気室と水室との隔壁を貫通するバルブ装置を設置することにより、燃焼用空気の前加熱と被加熱媒体の加熱を行うことができ、しかも、燃焼室への水の供給により燃料の改質や窒素酸化物の低減を行うことができる。したがって、小型でありながら、熱効率の高いバイオマス燃料バーナが得られる。
【００４９】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料は、植物性のバイオマスを含む。
【００５０】
上記実施形態によれば、植物性のバイオマスを含む燃料を、寸法と水分量のばらつきを低減して燃焼することができるので、例えば木質チップのような、製造工程は簡易であるが寸法と水分量のばらつきが比較的大きい植物性のバイオマスを用いることができる。したがって、このバイオマス燃料バーナは、カーボンニュートラルに近い程度に二酸化炭素の排出量を削減できると共に、燃料費の効果的に削減でき、しかも、所定温度の熱を安定して供給できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明のバイオマス燃料バーナによれば、寸法と水分量のばらつきが比較的大きいバイオマスを含む燃料を用いても、バーナの燃焼室に安定した燃焼状態を形成することができ、安定した温度及び量の熱を生成することができる。したがって、例えば、水分量の多い伐採直後の間伐材のチップや、水分量の少ない製材端材のチップ等が混在するバイオマス燃料を用いても、燃焼室の燃焼状態を安定にして所定温度の熱を安定に供給できる。その結果、種類の異なる複数のバイオマスが混在する燃料を用いることができ、燃料の製造過程を考慮してもカーボンニュートラルに近い程度に二酸化炭素の排出量を削減でき、しかも、燃料費の削減を行うことができ、更に、安定して熱を供給することができる。したがって、精製により品質が均一化される化石燃料と比較して、種類や品質にばらつきが生じやすいというバイオマスの特性に対応でき、高い実用性を有するバイオマス燃料バーナが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５３】
図１は、本発明の実施形態のバイオマス燃料バーナを用いたボイラを示す模式図である。このボイラは、バーナの燃料として植物性のバイオマスを用いて、被加熱媒体としての水を加熱して温水を生成する温水ボイラである。
【００５４】
この温水ボイラ１は、図１に示すように、バイオマス燃料バーナとしてのバーナ２と、バーナ２から排出された燃焼排ガスと水とを熱交換する第１熱交換器３１と、バーナ２に一体に形成された第２熱交換器３２と、燃料貯蔵部としての燃料サイロ４を備える。燃料サイロ４の燃料は、スクリューコンベア５でバーナ２の下部に供給するように形成されている。第１熱交換器３１の燃焼排ガスの排出口には、燃焼排ガスから灰を除去するサイクロン装置６が接続されている。サイクロン装置６は、図示しないが、並列して２機設けられている。サイクロン装置６で分離された灰は、図示しない冷却集灰装置で収集されるようになっている。
【００５５】
一方、サイクロン装置６の排気管には、排気ダクト６１を介して排気ブロワ７が接続されていると共に、排気ダクト６１の途中に接続された戻りダクト６２を介して燃焼排ガスを吸引する排ガスブロワ８１が接続されている。サイクロン装置６から排ガスブロワ８１で吸引された燃焼排ガスを排ガス分岐弁８５で分流し、分流した一方の燃焼排ガスをバーナ２に直接供給する一方、分流した他方の燃焼排ガスを空気と混合してバーナ２に供給するように形成されている。バーナ２は、空気ブロワ８４で燃焼用空気が供給される。空気ブロワ８４で吸引した空気を空気分岐弁８３で分流して、分流した一方の空気を燃焼用空気としてバーナ２に供給する一方、分流した他方の空気を燃焼排ガスと混合してバーナ２に供給するように形成されている。バーナ２には、燃焼室に水を供給する給水部としてのバルブ装置９が設けられている。
【００５６】
この温水ボイラ１のバーナ２の燃料に用いられる植物性のバイオマスは、間伐材のチップと製材端材のチップと建築廃材のチップとが混合されたものである。間伐材のチップは、多種類の樹木が混在する間伐材を、５０〜１００ｍｍ程度の寸法に破砕してなる破砕片であり、樹皮や葉枝部分を含んでいる。製材端材のチップは、原木から角材等の製材が採取されたときに残る原木の外周部分や端面部分を、５０〜１００ｍｍ程度の寸法に破砕してなる破砕片であり、樹皮を含んでいる。また、建築廃材のチップは、建築物の取り壊しによって生じた廃材を、５０〜１００ｍｍ程度の寸法に破砕してなる破砕片である。間伐材のチップと製材端材のチップは、伐採から経過した時間や保存状態に応じて１０〜７０％の水分量を有する。建築廃材のチップは、保存状態が湿潤である場合を除いて、通常は１０〜２０％の比較的低い水分量を有する。このように、燃料としての植物性のバイオマスは、異なる種類の木から形成され、また、寸法と水分量にばらつきを有する状態で、燃料サイロ４に投入されて貯蔵される。
【００５７】
図２は、バーナ２を示す断面図である。このバーナ２は、燃料としての植物性のバイオマスを燃焼し、被加熱媒体としての水を加熱する熱を生成するものである。このバーナ２は概ね円筒形状の外観を有し、内側から外側に向かって順に、円筒形状の第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２と、円筒環状の第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２を有する。第２燃焼室Ｃ２の天面と第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２の側面及び天面を取り囲むように、第２熱交換器３２が形成されている。第１燃焼室Ｃ１の下方には、環状の底部空気室Ｒ３と加熱空気室Ｒ４が順に設けられている。底部空気室Ｒ３と加熱空気室Ｒ４の径方向内側には、上方に向かって拡径した管状の燃料供給管２８が設けられている。燃料供給管２８の下端は、スクリューコンベア５に連結されている。燃料供給管２８は、スクリューコンベア５と共に燃料搬送部を構成している。
【００５８】
第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２は、筒状の内壁２１内の下側部と上側部とで形成され、第１燃焼室Ｃ１の上部と第２燃焼室Ｃ２の下部が連なっていて、全体として円筒形状を有する。第１燃焼室Ｃ１の底面は、内壁２１の下端に固定された円形の底板２１０で画定されている。第２燃焼室Ｃ２の天面は、内壁２１の上端に固定された円形の内天板２１２で画定されている。第１燃焼室Ｃ１の底面を画定する底板２１０には、燃料供給管２８の上端部が突出している。この燃料供給管２８の周りを取り囲むように、燃料支持具２９が底板２１０上に配置されている。
【００５９】
内壁２１には、第１空気室Ｒ１から第１燃焼室Ｃ１に燃焼用空気を導入する第１空気導入路２１６と、第２空気室Ｒ２から第２燃焼室Ｃ２に燃焼用空気を導入する第２空気導入路２１８が設けられている。
【００６０】
第１燃焼室Ｃ１には、燃料支持具２９の上端から多少上方位置に開口する点検窓２１３が連通している。また、第１燃焼室Ｃ１には、バーナ２の起動時に燃料に着火する着火部２７の先端が連通している。
【００６１】
第２燃焼室Ｃ２の上部には、燃焼排ガスを排出する排気管２１５が接続されている。
【００６２】
なお、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２は、必ずしも、互いに継ぎ目無く連続する同一径の円筒形状に形成しなくてもよい。例えば、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２を異なる径の円筒形状に形成してもよい。また、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２との間の一部分を、環状の板状体等で仕切ってもよい。
【００６３】
第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２は、内壁２１と、この内壁２１と中心軸が一致する筒状の中間壁２２との間に形成された円筒環状の空間が、環状の仕切壁２１１で上下に仕切られて形成されている。第１空気室Ｒ１の底面は中間壁２２の下端に固定された底板２１０で画定されている。第２空気室Ｒ２の天面は中間壁２２の上端に固定された内天板２１２で画定されている。第１空気導入路２１６は内壁２１の下部に形成され、複数の貫通穴２１７が周方向に連なると共に軸方向に複数段配列されて形成されている。第１空気導入路２１６は、燃料供給管２８の上端よりも多少高い位置に形成されている。第２空気導入路２１８は内壁２１の上部に形成され、第１空気導入路２１６と同様に、複数の貫通穴２１９が周方向に連なると共に軸方向に複数段配列されて形成されている。なお、第１空気導入路２１６と第２空気導入路２１８は、貫通穴２１７，２１９にノズルや整流部材等を取り付けて形成してもよい。また、貫通穴２１７，２１９の形状は、円形以外に楕円形やスリット状や矩形などの種々の形状に設定できる。
【００６４】
底部空気室Ｒ３は、底板２１０の下側面に固定された円筒状のケーシング２４内に形成されており、ケーシング２４の底板に設けられた貫通穴に燃料供給管２８が貫通した状態で固定されている。底部空気室Ｒ３のケーシング２４は、中心軸が内壁２１の中心軸と一致するように配置されている。底部空気室Ｒ３には、後述のように、所定の基準に基づいて混合割合が調節された空気と混合排ガスとの混合気体が供給されるようになっている。
【００６５】
加熱空気室Ｒ４は、底部空気室Ｒ３のケーシング２４の底板の下側面に固定された円筒状のケーシング２５内に形成されており、ケーシング２５の底板に形成された貫通穴に燃料供給管２８が貫通した状態で固定されている。加熱空気室Ｒ４のケーシング２５は、中心軸が底部空気室Ｒ３のケーシング２４の中心軸と一致するように配置されている。加熱空気室Ｒ４には、サイクロン装置６で灰が除去された燃焼排ガスが、排ガス供給管２５１を介して供給されるようになっている。
【００６６】
図３は、第１及び第２空気室Ｒ１，Ｒ２と底部空気室Ｒ３を画定する部材を取り出して示した平面図である。図３に示すように、第１空気室Ｒ１の上部には、筒状の中間壁２２の接線方向に延びて燃焼用空気を導入する第１空気導入管２２１が連結されている。また、第２空気室Ｒ２の上部には、筒状の中間壁２２の接線方向に延びて燃焼用空気を導入する第２空気導入管２２２が連結されている。
【００６７】
上記第１空気導入管２２１から第１空気室Ｒ１内に接線方向に燃焼用空気が導入されることにより、燃焼用空気が第１空気室Ｒ１内を旋回状に下方に流れる。第１空気室Ｒ１の下部に達した燃焼用空気は、第１空気導入路２１６から第１燃焼室Ｃ１内に、径方向に対して傾斜する方向に供給され、第１燃焼室Ｃ１に燃焼用空気の旋回流を形成するようになっている。
【００６８】
また、上記第２空気導入管２２２から第２空気室Ｒ２内に接線方向に燃焼用空気が導入されることにより、燃焼用空気が第２空気室Ｒ２内を旋回状に下方に流れる。第２空気室Ｒ２の下部に達した燃焼用空気は、第２空気導入路２１８から第２燃焼室Ｃ２内に、径方向に対して傾斜する方向に供給され、第２燃焼室Ｃ２に燃焼用空気の旋回流を形成するようになっている。
【００６９】
このように、第１空気導入管２２１、第１空気室Ｒ１及び第１空気導入路２１６により、旋回空気供給部を構成している。また、第２空気導入管２２２、第２空気室Ｒ２及び第２空気導入路２１８により、旋回空気供給部を構成している。
【００７０】
更に、燃焼用空気が第１空気室Ｒ１内を流れる際、燃焼用空気は、第１燃焼室Ｃ１で生成されて内壁２１を通して伝達される熱を受けて前加熱される。また、燃焼用空気が第２空気室Ｒ２内を流れる際、第２燃焼室Ｃ２で生成されて内壁２１を通して伝達される熱を受けて前加熱される。このように、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２は、空気前加熱部としても機能する。第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２が前加熱部として機能することにより、前加熱を行いながらバーナ２の小型化を行うことができると共に、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２内を流れる燃焼用空気の断熱作用により、外壁２３の断熱材を削除できる。
【００７１】
図３には、底部空気室Ｒ３を画定するケーシング２４を重ねて示している。図３に示すように、ケーシング２４の側面には、円筒状のケーシング２４の側面の接線方向に延びて混合気体を供給する混合気体導入管２４１が連結されている。混合気体が混合気体導入管２４１を通ってケーシング２４内に接線方向に供給されることにより、ケーシング２４内の底部空気室Ｒ３に混合気体の旋回流を形成する。これにより、底板２１０の空気導入路２１０ａと燃料支持具２９の貫通穴２９３を経由して、第１燃焼室Ｃ１の燃料支持具２９の上方に、混合気体を旋回状に吹き出すようになっている。
【００７２】
第２熱交換器３２は、中間壁２２と、この中間壁２２と軸線が一致するように配置された筒状の外壁２３との間に形成された円筒環状の水室を有するジャケット式の熱交換器である。外壁２３の上端には第２熱交換器３２の天面を画定する外天板２３１が固定されている。外壁２３の下端は、底板２１０に固定されている。上記外壁２２、外天板２３１及び底板２１０の内側と、中間壁２２及び内天板２１２の外側の間に、円筒環状の水室を形成している。第２熱交換器３２は、下部に水供給口Ｗ２１が設けられていると共に上部に水排出口Ｗ２２が設けられており、水供給口Ｗ２１から供給された水を、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２で生成される熱で加熱して、水排出口Ｗ２２から排出するようになっている。また、排気管２１５の外側には、外壁２３に固定された排気外管２３５が取り囲んでおり、この排気管２１５と排気外管２３５との間の空間が第２熱交換器３２の一部を構成している。
【００７３】
燃料供給管２８は漏斗形状を有し、スクリューコンベア５のケーシング５４の上面に下端が連結された筒部２８ａと、この筒部２８ａの上端に連なって上方に向かうにつれて拡径する拡径部２８ｂとを有する。燃料供給管２８の拡径部２８ｂは、下側から順に加熱空気室Ｒ４と底部空気室Ｒ３とに取り囲まれており、底部空気室Ｒ３の天面を画定する底板２１０を貫通して上端部が第１燃焼室Ｃ１内に突出している。拡径部２８ｂの下部には、加熱空気室Ｒ４の燃焼排ガスを拡径部２８ｂ内に導く排ガス導入路２８１が形成されている。この排ガス導入路２８１は、周方向に連なると共に軸方向に複数段配列された複数の貫通穴２８２によって形成されている。燃料供給管２８の拡径部２８ｂの上部には、側面に周方向に形成された複数の台形の横排出穴２８３と、上端の排出開口２８４が形成されている。排出開口２８４の縁には環状フランジ２８５が設けられている。
【００７４】
図４Ａは、燃料支持具２９を示す平面図である。燃料支持具２９は、中央の貫通穴に向かって下方に緩やかに傾斜する円錐状の傾斜面部２９１と、傾斜面部２９１の外周に連なって下方に延びる筒部２９２を有する。傾斜面部２９１には、複数の細長矩形の貫通穴２９３が放射状に形成されている。図４Ｂは、傾斜面部２９１の貫通穴２９３の周辺部を、貫通穴２９３の短手方向に沿うＸ−Ｘ線で切断した様子を示す横断面図である。図４Ｃは、傾斜面部２９１の貫通穴２９３の周辺部を、貫通穴２９３の長手方向に沿うＹ−Ｙ線で切断した様子を示す縦断面図である。図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、貫通穴２９３の長手方向の２つの縁には、傾斜面部２９１の表面に対して略直角に屈曲した細長の立壁２９４が夫々設けられている。傾斜面部２９１の表面には、貫通穴２９３を覆うように半円筒状のカバー２９５が取り付けられている。カバー２９５は、長手方向に延びる２つの側縁が傾斜面部２９１に対して隙間を形成した状態で、両端が傾斜面部２９１に固定されている。このカバー２９５と立壁２９４により、傾斜面部２９１の表面に、貫通穴２９３を塞ぐことなく燃料を支持することができる。
【００７５】
底板２１０には、燃料供給管２８が貫通する貫通穴の周りに、底部空気室Ｒ３から第１燃焼室Ｃ１に空気を導入する空気導入路２１０ａが形成されている。底部空気室Ｒ３から空気導入路２１０ａを通して第１燃焼室Ｃ１内の燃料支持具２９の底面側に導入された空気は、燃料支持具２９の貫通穴２９３を通って第１燃焼室Ｃ１内の燃料支持具２９の表面側に導かれる。
【００７６】
点検窓２１３は矩形断面の管で形成され、第１空気室Ｒ１と第２熱交換器３２とを貫通して設置されている。点検窓２１３の外側の開口には蓋体２１４が設けられている。
【００７７】
着火部２７は、内壁２１と中間壁２２と外壁２３を貫通して設置されたケーシング２７１と、ケーシング２７１内に配置された燃料噴射ノズル２７２と、ケーシング２７１内に配置されたスパークプラグ２７３とを有する。燃料噴射ノズル２７２は、０．２〜０．３ＭＰａの圧力で供給された着火燃料としての灯油を、先端に設けられた噴口から噴射するように形成されている。スパークプラグ２７３は、先端の電極に数千〜１万ボルトの電圧を印加し、この電極とケーシング２７１との間に火花を生成して、燃料噴射ノズル２７２から噴射された灯油に着火するようになっている。なお、スパークプラグ２７３は、ケーシング２７１を接地電極としないで、中心電極と接地電極との２つの電極を有するものを用いてもよい。着火部２７は、第１燃焼室Ｃ１の中心軸に向かうにつれて下方に傾斜して固定されており、燃料噴射ノズル２７２の噴口とスパークプラグ２７３の電極とが、第１燃焼室Ｃ１の底部に供給される燃料に向かうように配置されている。
【００７８】
上記燃料サイロ４は、上端に投入開口４１ａを有すると共に下部の幅が下方に向かうにつれて狭まるように形成された箱体４１と、この箱体４１の下端に設けられて燃料を攪拌しながらスクリューコンベア５へ導く排出コンベア４２を備える。
【００７９】
図５は、燃料サイロ４とスクリューコンベア５とバーナ２の一部を示す模式図である。スクリューコンベア５は燃料破砕部を有し、燃料サイロ４からバーナ２へ燃料を搬送すると共に、搬送中の燃料を燃料破砕部で破砕するように形成されている。図１及び５に示すように、スクリューコンベア５は、モータＭで回転駆動される駆動軸５１及び螺旋羽根５２，５３を、筒状のケーシング５４内に収容して構成されている。スクリューコンベア５のケーシング５４の一端部には燃料の導入口５４ａが設けられており、この導入口５４ａに燃料サイロ４の排出コンベア４２の吐出口が連結されている。スクリューコンベア５のケーシング５４の他端部には燃料の排出口５４ｂが設けられており、この排出口５４ｂに燃料供給管２８の筒部２８ａの下端が連結されている。
【００８０】
スクリューコンベア５の駆動軸５１には、導入口５４ａから排出口５４ｂに向かって正方向に燃料を送る第１の螺旋羽根５２と、駆動軸５１のモータＭに連結された側と反対側の端から排出口５４ｂに向かって逆方向に燃料を送る第２の螺旋羽根５３とが固定されている。第１の螺旋羽根５２と第２の螺旋羽根５３の切り替わり位置は、排出口５４ｂの直下に配置されている。駆動軸５１が回転駆動されると、第１の螺旋羽根５２による正方向の送り動作と、第２の螺旋羽根５３による逆方向の送り動作により、第１の螺旋羽根５２と第２の螺旋羽根５３の切り替わり位置の上方の排出口５４ｂから燃料供給管２８に燃料を押し上げるようになっている。
【００８１】
スクリューコンベア５の導入口５４ａと排出口５４ｂとの間の一部の区間Ｌに、燃料破砕部が設けられている。図６はスクリューコンベアの燃料破砕部に用いられる螺旋羽根５２を示す斜視図であり、図７はスクリューコンベアの燃料破砕部における断面図である。図６に示すように、燃料破砕部の螺旋羽根５２は、外周縁が所定間隔をおいて切り欠かれたような形状を有し、すなわち、周方向に所定間隔ごとに所定距離にわたって径方向に突出した突出縁部５２ａが設けられている。燃料破砕部の螺旋羽根５２の突出縁部５２ａは、駆動軸５１周りに１２０°ごとに設けられている。燃料破砕部のケーシング５４の内周面には、複数の突出縁部５２ａの相互の間に対応する位置に、複数の突起５５が設けられている。上記燃料破砕部の螺旋羽根５２の突出縁部５２ａと、ケーシング５４の突起５５との作用により、搬送中の燃料を破砕するように形成されている。
【００８２】
図８は、バーナ２に設けられたバルブ装置９を示す断面図である。バルブ装置９は、第２熱交換器３２の水室の水を燃焼室に供給するものであり、第１燃焼室Ｃ１の上部に、中間壁２２と外壁２３とを貫通した状態で設置されている。なお、バルブ装置９は第２燃焼室Ｃ２に設置してもよい。このバルブ装置９は、中間壁２２の貫通穴と外壁２３の貫通穴に嵌合する連通管９１を有する。この連通管９１の周面には、連通管９１の内部と、中間壁２２と外壁２３との間の第２熱交換器３２とを連通する導水開口９１ａが設けられている。また、連通管９１の第１空気室Ｒ１に突出する先端には吐出口９４ｂが設けられており、この連通管９１の吐出口９１ｂを取り囲む端面が弁座として機能する。連通管９１の先端には、連通管９１の端面に対して接離駆動される弁体９２が設置されている。弁体９２は、連通管９１内に延びる駆動棒９３を介して外壁２３の外側に配置された弁駆動部９４に連結されている。弁駆動部９４は駆動棒９３を軸方向に駆動するソレノイドを有する。この弁駆動部９４が駆動棒９３を進退駆動するに伴い、弁体９２が連通管９１の端面に対して離れる方向又は接する方向に移動して、吐出口９１ｂを開閉するようになっている。バルブ装置９の弁体９２が連通管９１の端面から離れて吐出口９１ｂが開くと、第２熱交換器３２の水室の水が導水開口９１ａから連通管９１内を通り、吐出口９１ｂから第１空気室Ｒ１内に吐出されて霧状となり、霧状の水が第１空気導入路２１６の複数の貫通穴２１７を通って第１燃焼室Ｃ１に供給されるようになっている。弁駆動部９４は、後述する中央制御装置８０の制御により、弁体９２の弁位置を調節するようになっている。
【００８３】
図９は、第１熱交換器３１を示す断面図である。第１熱交換器３１は多管式の温水ボイラである。この第１熱交換器３１は、中心軸を水平方向に向けて配置された円筒形状のケーシング３１１と、このケーシング３１１内の中央を水平に横断する煙道３１２と、この煙道３１２の下側に配置された複数の下部煙管３１３と、煙道３１２の上側に配置された複数の上部煙管３１４と、上記煙道３１２と下部煙管３１３と上部煙管３１４との外側面とケーシング３１１の内側面との間に形成された水室３１５を有する。煙道３１２の下流端と下部煙管３１３の上流端は、ケーシング３１１の一端側の下部連通路３１６によって連なっている。下部煙管３１３の下流端と上部煙管３１４の上流端は、ケーシング３１１の他端側の上下連通路３１７によって連なっている。上部煙管３１４の下流端は、ケーシング３１１の一端側の上部通路３１８に連なっており、この上部通路３１８に排出管３１９が連なっている。ケーシング３１１の上部には、水供給口Ｗ１１と水排出口Ｗ１２が設けられており、水供給口Ｗ１１から供給された水を、煙道３１２から上部通路３１８までを流れる燃焼排ガスの熱で加熱して、水排出口Ｗ１２から排出するようになっている。
【００８４】
この第１熱交換器３１は、ケーシング３１１内で燃焼排ガスが流れる方向が２箇所で反転する３パス方式の温水ボイラである。すなわち、ケーシング３１１の他端にバーナ２から煙道３１２に燃焼排ガスが供給され（矢印Ｇ１）、この燃焼排ガスは煙道３１２を通って水室３１５内の水と熱交換を行った後に下部連通路３１６で流れが反転して（矢印Ｇ２）下部煙管３１３に導かれる。下部煙管３１３に導かれた燃焼排ガスは、水室３１５の水と熱交換を行った後に上下連通路３１７で流れが反転して（矢印Ｇ３）、上部煙管３１４に導かれる。この燃焼排ガスは上部煙管３１４で水室３１５の水と熱交換を行った後に上部通路３１８に導かれ、排出管３１９を通ってケーシング３１１外に排出される（矢印Ｇ４）。この第１熱交換器３１で加熱された水は、水排出口Ｗ１２から排出され、第２熱交換器３２の水供給口Ｗ２１に導かれて、第２熱交換器３２で再び加熱されるようになっている。
【００８５】
図１０は、サイクロン装置６及び冷却集灰装置７０を示す模式図である。サイクロン装置６は、第１熱交換器３１から排出された燃焼排ガスに含まれる灰を回収するものであり、集灰装置７０は、サイクロン装置６で回収された灰を冷却及び収集するものである。
【００８６】
図１０に示すように、サイクロン装置６は、上側に円筒部６３を有すると共に下側に逆円錐部６４を有するサイクロン本体と、サイクロン本体の逆円錐部６４内の上部に開口して円筒部６３の上端に向かって延びる排気筒６６と、排気筒６６に連なり、サイクロン本体の外部に延出する排気管６７を備え、排気管６７は排気ダクト６１を介してブロワ７に接続されている。サイクロン本体の円筒部６３の側面には導入管６５が接続されており、この導入管６５に、第１熱交換器３１の排気管３１９から燃焼排ガスが導入されるようになっている。サイクロン装置６は２機設けられており、２つのサイクロン本体の逆円錐部６４の下端が、１つの収集缶体６８の上端に連結されている。収集缶体６８は側面が台形の箱によって形成され、下端に冷却集灰装置７０が連結されている。冷却集灰装置７０は、収集缶体６８の下端面に沿って傾斜して配置されたスクリューコンベア７１と、スクリューコンベア７１のケーシング７２の外周に設けられて水冷ジャケットを形成するジャケット容器７４と、スクリューコンベア７１の終端に連なる排出管に介設されたロータリーバルブ７８と、排出管に接続された灰箱７９を有する。
【００８７】
サイクロン装置６及び冷却集灰装置７０は以下のように動作する。すなわち、ブロワ７の動作により、第１熱交換器３１で熱交換を行った燃焼排ガスが、矢印Ｇ５で示すように導入管６５からサイクロン本体の円筒部６３内に吸引され、サイクロン本体の逆円錐部６４内を流れるに伴って燃焼排ガスの旋回流が形成される。燃焼排ガスの旋回流によって生成される遠心力が、燃焼排ガスに含まれる灰粒子に作用して、この灰粒子が燃焼排ガスから分離されてサイクロン本体の下端から収集缶体６８内に落下する。灰粒子が分離除去された燃焼排ガスは、矢印Ｇ６に示すように、ブロワ７の吸引力により排気ダクト６１から排出される。収集缶体６８内に落下した灰は、スクリューコンベア７１のスクリュー７３の回転作用により、ケーシング７２内を傾斜した上側の終端に向かって送られる。ここで、ジャケット容器７４の給水口７５から導入される冷却水により、ケーシング７２内を送られる灰が冷却され、収集缶体６８内に集められた時点で２００℃程度の灰が約５０℃程度に降温する。冷却された灰は、ロータリーバルブ７８を通って灰箱７９に貯留される。ジャケット容器７４に導入されて灰を冷却した水は、排水口７６から排出される。サイクロン装置６及び冷却集灰装置７０のスクリューコンベア７１内は、ブロワ７の吸引によって内部が負圧とされるが、ロータリーバルブ７８により、灰箱７９内は常圧に保持される。
【００８８】
このように、サイクロン装置６で分離された灰は、冷却集灰装置７０のスクリューコンベア７１で冷却されつつ搬送され、常圧の灰箱７９内に貯留されるので、灰箱７９内の灰を容易に取り出して廃棄や所望の用途に供することができる。このボイラ装置の燃料は植物性のバイオマスであるので、灰箱７９に集められた灰は、植物由来の灰であるから無害である。したがって、この灰は、農作物の肥料や融雪剤として、環境に悪影響を与えることなく再利用することができる。
【００８９】
図１１は、バーナ２へ燃焼用空気と燃焼排ガスを供給する給気系統を示す模式図である。給気系統は、空気を燃焼用空気としてバーナ２へ供給する空気ブロワ８４と、バーナ２から排出された燃焼排ガスをバーナ２へ再び供給する排ガスブロワ８１を有する。空気ブロワ８４から吹き出された空気は、空気分岐弁８３で第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側と、底部空気室Ｒ３側に分流される。第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側に分流された空気は、更に分流されて第１空気室Ｒ１と第２空気室Ｒ２とに供給される。燃焼ガスブロワ８１からの燃焼排ガスは、排ガス分岐弁８５で底部空気室Ｒ３側と加熱空気室Ｒ４側に分流される。底部空気室Ｒ３側に分流された燃焼排ガスは、空気分岐弁８３で分流された空気と合流され、混合気体となって底部空気室Ｒ３に供給される。排ガス分岐弁８５で底部空気室Ｒ３側に分流された燃焼排ガスは、そのまま加熱空気室Ｒ４に供給される。
【００９０】
排ガスブロワ８１及び空気ブロワ８４は、いずれも遠心型送風機で形成されており、インバータ回路を有するブロワ制御部１８１，１８４により、羽根を回転駆動するモータの回転数を夫々制御して、燃焼用空気の供給量と燃焼排ガスの戻し量とを夫々制御するようになっている。
【００９１】
空気分岐弁８３及び排ガス分岐弁８５は、いずれも三方弁で形成されており、弁体がモータで駆動されて３つのポートの開度が調節される。空気分岐弁８３及び排ガス分岐弁８５は、各々の弁体を駆動するモータへの通電制御を行う弁制御部１８３，１８５により、各ポートの流量を制御するようになっている。
【００９２】
上記ブロワ制御部１８１，１８４及び弁制御部１８３，１８５は中央制御装置８０に接続されており、この中央制御装置８０から制御信号を受けて、各ブロワ８１，８４と各弁８３，８５の動作を制御するようになっている。中央制御装置８０には、第１熱交換器３１の排出管３１９に取り付けられた酸素センサ８８と、燃料供給管２８の筒部２８ａに取り付けられた水分センサ８９に接続されている。中央制御装置８０は、酸素センサ８８によって燃焼排ガス中の残留酸素を検知し、この残留酸素量に基づいて、底部空気室Ｒ３に供給する混合気体の燃焼排ガスの割合を制御するようになっている。このように、中央制御装置８０は混合制御部として機能する。また、中央制御装置８０は、上記水分センサ８９によって燃料に含まれる水分を検知し、この水分量に基づいて、加熱空気室Ｒ４に供給する燃焼排ガスの量を制御するようになっている。このように、中央制御装置８０は混合制御部及びガス量制御部として機能する。
【００９３】
なお、酸素センサ８８は、第１熱交換器３１の排出管３１９以外に、バーナ２の排気管２１５等の他の位置に取り付けてもよい。
【００９４】
上記構成の温水ボイラ１は、以下のように動作する。まず、燃料サイロ４の排出コンベア４２とスクリューコンベア５を起動し、燃料サイロ４の箱体４１の燃料をスクリューコンベア５からバーナ２に搬送する。ここで、燃料サイロ４に貯蔵された燃料は間伐材や製材端材や建築廃材のチップであり、材料の種類が異なることから寸法にばらつきがある。しかしながら、スクリューコンベア５で搬送される際に燃料破砕部で破砕されるので、寸法のばらつきが効果的に低減される。燃料破砕部で破砕された燃料は、スクリューコンベア５の排出口５４ｂから燃料供給管２８に送られ、第１の螺旋羽根５２と第２の螺旋羽根５３との押圧作用により、燃料供給管２８内を上方に搬送される。燃料は、燃料供給管２８の横排出穴２８３から排出されて燃料支持具２９の表面に受け取られると共に、燃料供給管２８の上端の排出開口２８４から排出されて、環状フランジ２８５上に裾野が位置する形状に山積みされる。排出開口２８４から排出されて溢れた燃料は、燃料支持具２９の表面に受け取られる。
【００９５】
バーナ２の燃焼状態が安定すると、燃料供給管２８の拡径部２８ｂの排ガス導入路２８１を通して加熱空気室Ｒ４から比較的高温の燃焼排ガスが供給される。これにより、燃料供給管２８を搬送される燃料は、燃焼排ガスの熱で乾燥する。後述するように、加熱空気室Ｒ４から燃料供給管２８に供給する燃焼排ガスの量を、燃料に含まれる水分量に応じて調節することにより、燃料の水分量にばらつきがあっても安定して燃料を乾燥させるようになっている。
【００９６】
燃料支持具２９の表面と燃料供給管２８の上端に支持された燃料は、着火部２７によって着火される。すなわち、着火部２７の燃料噴射ノズル２７２から燃料に向けて灯油を噴射すると共にスパークプラグ２７３に電圧を印加して火花を発生させて、灯油に点火して燃料に着火する。これと共に、空気ブロワ８４が起動して、空気が空気分岐弁８３を通って第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２に供給され、第１空気導入路２１６及び第２空気導入路２１８から第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２に燃焼用空気が供給される。燃焼用空気の供給が開始されることにより、着火した燃料が燃焼を開始する。
【００９７】
図１２は、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内の燃焼用空気と燃焼排ガスの流れを模式的に示した斜視図である。図１２において、燃料支持具２９の表面には燃料が配置されるが、燃料は図示していない。また、燃料供給管２８は図示していない。
【００９８】
図１２に示すように、第１燃焼室Ｃ１に第１空気導入路２１６の複数の貫通穴２１７から径方向に対して傾斜する方向に、矢印Ｓ１で示すように燃焼用空気が供給される。また、第２燃焼室Ｃ２に第２空気導入路２１８の複数の貫通穴２１９から径方向に対して傾斜する方向に、矢印Ｓ２で示すように燃焼用空気が供給される。また、燃料支持具２９の複数の貫通穴２９３から、矢印Ｄ１で示すように、燃料支持具２９の傾斜面部２９１の法線に対して傾斜する方向に混合気体が吹き出される。これらにより、矢印Ｆで示すように、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内に、燃焼用空気と燃焼ガスの上昇旋回流を形成することができる。この燃焼用空気と燃焼ガスの上昇旋回流により、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内の燃焼用空気と燃焼ガスの流れの密度を増大でき、燃料を効率的に酸化して燃焼を促進することができる。また、第１空気導入路２１６と第２空気導入路２１８から第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内に供給される燃焼用空気は前加熱されているので、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内の温度を高めて燃焼効率を向上できる。また、燃料支持具２９の貫通穴２９３から第１燃焼室Ｃ１に供給される混合気体は、空気と混合される燃焼排ガスによって予め温度が上昇しているので、第１燃焼室Ｃ１内の温度を高めて燃焼効率を向上できる。
【００９９】
また、燃焼排ガスが空気と混合されて燃料支持具２９の貫通穴２９３から第１燃焼室Ｃ１に供給されると共に、燃料の前加熱を行った後の燃焼排ガスが燃料供給管２８から第１燃焼室Ｃ１に供給される。こうして、一旦バーナ２で燃焼した燃焼排ガスが、第１燃焼室Ｃ１に戻されて再度燃焼するので、燃焼排ガスの未燃成分を燃焼させることができ、燃料の燃焼効率を全体として向上させることができる。
【０１００】
第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２で燃料が燃焼して生成された燃焼排ガスは、排気管２１５を通ってバーナ２から排出され、第１熱交換機３１で水と熱交換を行って水を加熱する。第１熱交換器３１から排出された燃焼排ガスは、サイクロン装置６で灰が除去された後、排ガスブロワ７で吸引されて大気に排出される。
【０１０１】
第１熱交換器３１で燃焼排ガスと熱交換して加熱された水は、第２熱交換器３２に導かれ、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２からの熱と熱交換して更に加熱される。第２熱交換器３２で加熱された水は、温水となって水排出口２２から排出される。
【０１０２】
この温水ボイラ１は、燃料の燃焼状態や燃料の水分量に基づいて、中央制御装置８０の制御により、燃焼用空気の供給量の制御と、燃焼排ガスの戻し量の制御を行う。
【０１０３】
バーナ２において、燃料の燃焼度が低い場合、酸素量が増大する。この燃焼排ガスに残留する酸素量を、第１熱交換器３１の排出管３１９に取り付けられた酸素センサ８８で検出する。酸素センサ８８の検出値が所定の基準値を超える場合、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８１に制御信号ａを出力して排ガスブロワ８１の送風量を増大させる。これと共に、中央制御装置８０は、弁制御部１８５に制御信号ｅを出力して、排ガス分岐弁８５の底部空気室Ｒ３側のポートの開度を増大させる。こうして、底部空気室Ｒ３に供給する混合気体の燃焼排ガスの割合を増大させて、第１燃焼室Ｃ１に戻す燃焼排ガスの量を増大させて、燃焼排ガスの未燃成分を第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２で燃焼させる。これにより、燃料の燃焼効率を向上させることができ、また、未燃成分を大気に放出することによる周辺環境の汚染を防止できる。
【０１０４】
ところで、バーナ２への酸素供給量が少ない場合、不完全燃焼が発生して燃焼排ガスに残留する酸素量が著しく減少する。酸素センサ８８の検出値が所定の基準値を下回る場合、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８４に制御信号ｂを出力して空気ブロワ８４の送風量を増大させると共に、ブロワ制御部１８１に制御信号ａを出力して排ガスブロワ８１の送風量を減少させる。更に、中央制御装置８０は、弁制御部１８３に制御信号ｄを出力して、空気分岐弁８３の底部空気室Ｒ３側のポートの開度を増大させる。また、中央制御装置８０は、弁制御部１８５に制御信号ｅを出力して、排ガス分岐弁８５の底部空気室Ｒ３側のポートの開度を減少させる。こうして、底部空気室Ｒ３に供給する混合気体の燃焼排ガスの割合を減少させると共に、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２に供給する燃焼用空気の量を増大させる。これにより、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２に供給する酸素量を増大させて、不完全燃焼を解消することができる。
【０１０５】
燃料サイロ４からスクリューコンベア５によってバーナ２に供給される燃料は、間伐材や製材端材や建築廃材のチップであり、材料の種類が異なることから水分量にばらつきがある。この燃料の水分量を、燃料供給管２８の筒部２８ａに取り付けられた水分センサ８９で検出する。水分センサ８９の検出値が所定の基準値を超える場合、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８１に制御信号ａを出力して排ガスブロワ８１の回転数を増大させる。これと共に、中央制御装置８０は、弁制御部１８５に制御信号ｅを出力して、排ガス分岐弁８５の加熱空気室Ｒ４側のポートの開度を増大させる。こうして、加熱空気室Ｒ４に供給する燃焼排ガス量を増大させ、加熱空気室Ｒ４から燃料供給管２８に導く燃焼排ガス量を増大させる。これにより、燃料供給管２８内の燃料に与える熱量を増大させて乾燥を促し、第１燃焼室Ｃ１に供給する燃料の水分量を低減させて、燃焼効率の低下を防止することができる。
【０１０６】
なお、空気分岐弁８３の下流側の第１空気室Ｒ１と第２空気室Ｒ２との分岐点に分岐弁を設け、この分岐弁により、第１空気室Ｒ１に供給する燃焼用空気の量と、第２空気室Ｒ２に供給する燃焼用空気の量の分配割合を調整してもよい。
【０１０７】
この温水ボイラ１のバーナ２は、バルブ装置９で第１燃焼室Ｃ１に水を供給することにより、燃焼排ガスの未燃成分の削減と、燃焼熱量の増大を行う。このバルブ装置９は中央制御装置８０の制御により、第１及び第２燃焼室Ｃ１，Ｃ２内の温度が十分に上昇した状態で作動する。すなわち、中央制御装置８０は、第１燃焼室Ｃ１に設けられた図示しない温度センサから検出信号を受け、第１燃焼室Ｃ１の温度が所定の基準温度を満たしていると判断すると、バルブ装置９に接続された図示しないバルブ制御部に制御信号を出力する。制御信号を受けたバルブ制御部は、弁駆動部９４に弁体９２を駆動させて、弁体９２の弁位置を第１燃焼室Ｃ１の温度に対応する位置に調節する。これにより、第２熱交換器３２の水が、連通管９１の吐出口９１ｂから第１空気室Ｒ１内に供給されて霧状となり、霧状の水分が第１空気導入路２１６を通して第１燃焼室Ｃ１に供給される。こうして、燃焼温度に応じた水分を第１燃焼室Ｃ１に供給することにより、第１燃焼室Ｃ１に水性ガスを生成し、燃焼反応を促進して燃焼排ガスの未燃成分を減少させると共に、生成熱量を増大することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態のボイラ１は、バーナ２にスクリューコンベア５で燃料を搬送する際に燃料の破砕を行うと共に、この燃料を燃料供給管２８で加熱して水分量を低減させた後、第１燃焼室Ｃ１に供給する。したがって、例えば伐採直後の間伐材や、伐採から時間が経過した製材端材等が混在するような、異なる種類の材料が混在する植物性バイオマスを燃料に用いても、第１及び第２燃焼室Ｃ１，Ｃ２に安定した燃焼状態を得ることができ、安定した温度と量の温水を供給することができる。その結果、このボイラ１は、木質ペレットを用いる従来のボイラよりも、燃料の製造に消費されたエネルギーを考慮してもカーボンニュートラルに近い程度に、二酸化炭素の排出量を削減できる。また、製造コストの安い燃料を用いることができるので、温水ボイラ１の燃料費を効果的に低減することができる。
【０１０９】
上記実施形態において、第１燃焼室Ｃ１に燃料を供給する燃料搬送部は、スクリューコンベア５と燃料供給管２８とで形成されたが、燃料搬送部は、燃料サイロ４から燃料を搬出する搬出用のスクリューコンベアと、この搬出用のスクリューコンベアで搬送された燃料を燃焼室に供給する供給用のスクリューコンベアとで形成されていてもよい。図１３は、供給用のスクリューコンベヤを適用した変形例のバーナ２の下部を示す断面図である。
【０１１０】
このバーナ２は、バーナ部２の下方に、スクリューコンベヤで形成された搬出コンベヤ５と、この搬出コンベヤ５の終端に接続されてスクリューコンベヤで形成された供給コンベヤ１０１を有する。供給コンベヤ１０１は、第１燃焼室Ｃ１の底面を画定する底板２１０を貫通して配置されており、上部が第１燃焼室Ｃ１の下部に突出している。供給コンベヤ１０１は、円筒状のケーシング１０２と、ケーシング１０２内に収容された回転軸１０４及びスクリュー羽根１０５を有する。ケーシング１０２は、下端部の側面に搬出コンベヤ５のケーシングが固定されていると共に、上端に燃料の排出開口が設けられている。ケーシング１０２の上端には、排出開口を取り囲むフランジ１０３が設けられている。供給コンベヤ１０１の回転軸１０４の下端は図示しない熱シールドで隔てられたモータＭに接続されている一方、回転軸１０４の上端には燃料の拡散棒１０６が固定されている。拡散棒１０６は、ケーシング１０２の上端の排出開口よりも多少上方の位置で回転駆動されるように形成されている。これにより、搬送コンベヤ５で搬送された燃料を、回転軸１０４及びスクリュー羽根１０５の回転動作でケーシング１０２内を上方へ送り、上端の排出開口から排出した後、回転軸１０４によって回転駆動される拡散棒１０６で第１燃焼室Ｃ１の底部に拡散させるように形成されている。供給コンベヤ１０１のケーシング１０２の排出開口は、第１燃焼室Ｃ１の第１空気導入路２１６を形成する貫通穴２１７よりも多少低い高さに位置している。
【０１１１】
供給コンベヤ１０１のケーシング１０２の外径側には、このケーシング１０２と同心に空気供給管１０７が設けられており、この空気供給管１０７の内側面とケーシング１０２の外側面との間に、第１補助空気供給路１０９が形成されている。第１補助空気供給路１０９は、空気供給管１０７の上端とケーシング１０２のフランジ１０３との間に形成された環状開口１０９ａから、燃焼用空気を供給するように形成されている。第１補助空気供給路１０９は、底板２１０の下側に供給コンベヤ１０１を取り囲むように形成された概ね環状の空気供給室Ｒ６から、燃焼用空気が供給される。
【０１１２】
また、第１補助空気供給路１０９以外に、第１燃焼室Ｃ１の下部の外径側に設けられた第２補助空気供給路１１０を通して、第１燃焼室Ｃ１の底部に燃焼用空気が供給されるようになっている。第２補助空気供給路１１０は、底板２１０上に配置された燃料支持具２９の外径面と内壁２１の内周面との間に形成されており、底板２１０の外径部に設けられた外径貫通穴２１０ｃを通して、空気供給室Ｒ６から燃焼用空気が供給されるようになっている。
【０１１３】
燃料支持具２９は、図４Ａの燃料支持具２９と同じ構成を有し、傾斜面部２９１と、筒部２９２と、貫通穴２９３と、立壁２９４と、カバー２９５とを有する。燃料支持具２９の底側に、底板２１０の径方向の中央に形成された貫通穴２１０ａを通して加熱媒体としての燃焼排ガスが導かれ、この燃焼排ガスが、燃料支持具２９上に支持された燃料に、貫通穴２９３を通して供給されるようになっている。また、底板２１０の内径部に形成された貫通穴２１０ｂを通して導かれた燃焼排ガスが、燃料支持具２９の内径部に形成された貫通穴と空気供給管１０７の外周面との間の環状の隙間から、空気供給管１０７の周囲に位置する燃料に供給されるようになっている。上記底板２１０の貫通穴２１０ｂの上方には、空気供給管１０７の外周面から径方向外側に突出する環状のじゃま板１０８が設けられており、このじゃま板１０８により、燃料が貫通穴２１０ｂを閉塞することを防止している。
【０１１４】
空気供給室Ｒ６は、底板２１０の下側面に固定された円筒状ケーシング１２４の内側に形成されている。空気供給室Ｒ６内の上部の内径側には、加熱媒体としての燃焼排ガスを第１燃焼室Ｃ１に供給するための排ガス供給室Ｒ５が設けられている。排ガス供給室Ｒ５は、空気供給室Ｒ６の円筒状ケーシング１２４と同心に配置された円筒状ケーシング１２５内に形成されており、この円筒状ケーシング１２５と、下端に固定された環状板とで空気供給室Ｒ６と区画されている。２つの円筒状ケーシング１２４，１２６には、図示しない導入管が夫々の接線方向を向いて取り付けられている。これらの導入管を通して、排ガス供給室Ｒ５には燃焼排ガスが、空気室Ｒ６には燃焼用空気が供給されることにより、排ガス供給室Ｒ５には燃焼排ガスの旋回流が形成され、空気室Ｒ６には燃焼用空気の旋回流が形成されるようになっている。これにより、排ガス供給室Ｒ５から燃料支持具２９の貫通穴２９３と燃料支持具２９の内径部の貫通穴を通して、高温の燃焼排ガスの旋回流を燃料に供給するように形成されている。また、空気室Ｒ６から第１補助空気供給路１０９と第２補助空気供給路１１０を通して、燃焼用空気の旋回流を燃料の上方の内径側と外径側とに供給するように形成されている。
【０１１５】
図１４は、変形例のバーナ２へ燃焼用空気と燃焼排ガスを供給する給気系統を示す模式図である。変形例の給気系統は、燃焼用空気と燃焼排ガスを混合することなく、互いに独立してバーナ２に供給する点が、図１１の給気系統と相違する。図１４に関し、図１１の給気系統と同一の部分には同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。変形例の給気系統は、空気ブロワ８４により吸引した空気を、空気分岐弁８３で第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側と、空気供給室Ｒ６側に分流する。空気分岐弁８３で第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側に分流された空気は、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２で旋回流になり、矢印Ｓ１及びＳ２で示すように、第１空気導入路２１６の複数の貫通穴２１７と、第２空気導入路２１８の複数の貫通穴２１９から、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２とに夫々旋回状に供給される。一方、空気分岐弁８３で空気供給室Ｒ６側に分流された空気は、空気供給室Ｒ６で旋回流になり、第１補助空気供給路１０９と第２補助空気供給路１１０を通して、矢印Ａ１及びＡ２で示すように、第１燃焼室Ｃ１の燃料の上方の内径側と外径側に旋回状に供給される。
【０１１６】
これと共に、変形例の給気系統は、排ガスブロワ８１で吸引した燃焼排ガスを、排ガス供給室Ｒ５に供給して排ガス供給室Ｒ５に燃焼排ガスの旋回流を形成する。この燃焼排ガスは、矢印Ｄ２で示すように、底板２１０の貫通穴２１０ａと燃料支持具２９の貫通穴２９３を通って傾斜面部２９１上の燃料に旋回状に供給される。これと共に、矢印Ｄ３で示すように、底板２１０の貫通穴２１０ｂを通して傾斜面部２９１上の燃料の内径側に旋回状に供給される。
【０１１７】
中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８４によるブロワ８４の風量と、弁制御部１８３による空気分岐弁８３の開度とを調節して、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２と、燃料の上方の内径側と外径側に供給される燃焼用空気の量を調整する。この燃焼用空気の量は、供給コンベヤ１０１の燃料の供給量と、第１燃焼室Ｃ１に設けられた図示しない温度センサで測定した燃焼室温度に基づいて制御する。これにより、燃焼温度に応じた量の燃焼用空気を、第１及び第２燃焼室Ｃ１，Ｃ２に供給することができ、燃料の燃焼状態を適切に調節することができる。
【０１１８】
また、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８１によりブロワ８１の風量を調節して、第１燃焼室Ｃ１の燃料支持具２９上の燃料に供給される燃焼排ガスの量を調整する。この燃焼排ガスの量は、第１熱交換器３１の排出管３１９に取り付けられた酸素センサ８８からの酸素濃度と、燃料供給管２８の筒部２８ａに取り付けられた水分センサ８９からの燃料の水分量とに基づいて制御する。これにより、燃焼排ガスに残留した未燃成分の量に応じて燃焼排ガスを第１燃焼室Ｃ１に戻して、未燃ガスを燃焼させることができると共に、燃料に含まれる水分量に応じて燃焼排ガスを燃料に供給して、燃料を適切に乾燥させ、更には炭化及び燃焼を促進することができる。
【０１１９】
このように、変形例の給気系統によれば、温度に応じた適切な燃焼用空気を燃焼室に供給することができると共に、燃焼排ガスの未燃成分を燃焼室に戻して燃焼させることができ、さらに、燃料を効果的に乾燥させることができ、したがって、燃料の水分量にばらつきが存在しても、燃焼室における燃焼状態を安定にすることができる。その結果、このバーナ２は、所定温度の燃焼排ガスを安定して生成することができ、ひいてはボイラの生成する温水の温度及び量を安定させることができる。
【０１２０】
また、この変形例のバーナ２によれば、空気供給管１０７の外周側及び燃料支持具２９の上方に供給された燃料に、高温の燃焼排ガスを燃料支持具２９の貫通穴２９３と内径部の貫通穴から燃焼排ガスを供給するので、第１燃焼室Ｃ１の燃焼に伴う熱が伝わり難い燃料の下側部分を効果的に加熱することができ、したがって、燃料を下側からも十分に乾燥及び炭化させることができる。また、燃焼排ガスに残留する未燃成分と酸素を燃料に供給することにより、燃料の燃焼を促進することができる。また、燃料の上方の内径側と外径側に、第１補助空気供給路１０９と第２補助空気供給路１１０を通して燃焼用空気を供給するので、燃料の燃焼を偏り無く促進させることができる。更に、燃焼排ガスの旋回流と燃焼用空気の旋回流を供給することにより、燃焼ガスと燃焼用空気を、燃料と燃料の上方に高密度に流して供給することができ、燃料の燃焼効率を向上させて燃料の完全燃焼に近づけることができる。
【０１２１】
また、このバーナ２は、第１燃焼室Ｃ１の下部に、スクリューコンベヤで形成された供給コンベヤ１０１で燃料を供給するので、第１燃焼室Ｃ１への燃料の供給を停止して燃焼を停止する場合、供給コンベヤ１０１の内部に燃料が残留することなく第１燃焼室Ｃ１に燃料を全て排出することができる。
【０１２２】
上記実施形態において、植物性のバイオマス燃料として、間伐材や製材端材や建築廃材のチップを用いたが、例えば剪定材や伐根材のチップや、麦わらやサトウキビ殻の破砕片や、草等の他の植物性のバイオマス燃料を用いることができる。
【０１２３】
上記実施形態において、ジャケット式の第１熱交換器Ｃ１と多管式の第２熱交換器Ｃ２を用いたが、熱交換器の種類はジャケット式や多管式に限定されない。また、バーナ２に第２熱交換器Ｃ２を設けなくてもよい。
【０１２４】
また、上記実施形態では、本発明のバーナを温水ボイラ１に適用した場合を例示したが、蒸気ボイラに適用することもできる。
【０１２５】
さらに、本発明は、温水ボイラや蒸気ボイラに限られず、暖房装置、冷房装置、温風機、乾燥機、焼却設備及び発電設備等における種々の熱源として用いられるバーナに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施形態としての温水ボイラの構成を示す模式図である。
【図２】バーナ２を示す断面図である。
【図３】第１及び第２空気室と底部空気室を画定する部材を取り出して示した平面図である。
【図４Ａ】燃料支持具２９を示す平面図である。
【図４Ｂ】傾斜面部の貫通穴の周辺部を示す横断面図である。
【図４Ｃ】傾斜面部の貫通穴の周辺部を示す縦断面図である。
【図５】燃料サイロとスクリューコンベアとバーナの一部を示す模式図である。
【図６】スクリューコンベアの燃料破砕部に用いられる螺旋羽根を示す斜視図である。
【図７】スクリューコンベアの燃料破砕部における断面図である。
【図８】バーナのバルブ装置を示す断面図である。
【図９】第１熱交換器を示す断面図である。
【図１０】サイクロン装置及び冷却集灰装置を示す模式図である。
【図１１】バーナへ燃焼用空気と燃焼排ガスを供給する給気系統を示す模式図である。
【図１２】第１燃焼室及び第２燃焼室内の燃焼用空気と燃焼排ガスの流れを模式的に示した斜視図である。
【図１３】変形例のバーナの下部を示す断面図である。
【図１４】変形例のバーナの給気系統を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 温水ボイラ
２ バーナ
４ 燃料サイロ
５ スクリューコンベア
７ 排気ブロワ
３１ 第１熱交換器
３２ 第２熱交換器
６２ 戻りダクト
８１ 排ガスブロワ
８５ 排ガス分岐弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば木屑等のバイオマス燃料を用いて水等の被加熱媒体を加熱するバイオマス燃料バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
水を加熱して温水や蒸気を生成するボイラでは、重油等の化石燃料が主に用いられてきたが、最近、地球温暖化等の環境問題や石油価格の高騰に対処するため、使用する燃料を化石燃料から代替燃料へ転換することが強く求められている。
【０００３】
ボイラのバーナに用いる代替燃料としては、温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を削減できる点から、植物由来のバイオマス燃料が注目されている。植物由来のバイオマス燃料は、燃焼により発生する二酸化炭素の量が、材料に用いられた植物が成長過程において吸収した二酸化炭素の量と実質的に同じと考えられるため、大気の二酸化炭素量を増やさない所謂カーボンニュートラルであるとされている。
【０００４】
植物由来のバイオマス燃料をバーナの燃料に用いるボイラとしては、木質ペレットを用いるものが提案されている（例えば、特開２００８−０６４３７０号公報；特許文献１参照）。木質ペレットは、木質材料の粉末を円柱形に成形してなる固形燃料であり、木屑や樹皮等の木質材料を粉砕する粉砕工程と、粉砕された木質粉末を加熱乾燥させる乾燥工程と、乾燥した木質粉末を圧縮成形する成形工程とを経て製造される（例えば、特開２００７−２４６５７４号公報；特許文献２参照）。こうして製造された木質ペレットは、水分量が比較的少ないうえに水分量のばらつきが少ない。したがって、木質ペレットをバーナの燃料に使用した場合、燃焼状態が安定し、ボイラによる被加熱媒体の供給を安定にすることができる。
【特許文献１】特開２００８−０６４３７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、木質ペレットは、複数の工程を経て製造されるので、製造のために消費されたエネルギーを考慮すればカーボンニュートラルとみなすことはできない。したがって、木質ペレットをバーナの燃料とするボイラは、二酸化炭素の排出量削減効果が低いという問題がある。また、木質ペレットは、複数の工程を経て製造されるので製造コストが高く、したがって、ボイラの燃料費の上昇を招くという問題がある。
【０００６】
ここで、木質ペレットを用いないで、木屑チップのように、製造工程が少なくて製造のために消費されるエネルギーの少ないバイオマスを、バーナの燃料に用いることが考えられる。しかしながら、このようなバイオマスは、寸法のばらつきが大きく、また、水分量のばらつきが大きいので、従来のボイラのバーナの燃料として用いた場合、燃焼状態が不安定となり、被加熱媒体を安定して供給することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、二酸化炭素の排出量を効果的に削減でき、燃料費を削減でき、しかも、安定した温度及び量の熱を生成できるバイオマス燃料バーナを提供することにある。また、バイオマスの特性に対応できて実用性の高いバイオマス燃料バーナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のバイオマス燃料バーナは、
バイオマスを含む燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
燃料を燃焼する燃焼室を有するバーナ部と、
上記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料をバーナ部の燃焼室に搬送する燃料搬送部と、
上記燃料搬送部に設けられ、この燃料搬送部で搬送されている燃料を破砕する燃料破砕部と、
上記燃料破砕部で破砕された燃料の前加熱を行う燃料前加熱部と
を備えることを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、燃料貯蔵部に貯蔵されてバイオマスを含む燃料が、燃料搬送部によってバーナ部の燃焼室に搬送される。この燃料搬送部で搬送される燃料は、燃料破砕部によって破砕される。更に、燃料破砕部によって破砕された燃料が、燃料前加熱部によって前加熱される。破砕され、かつ、前加熱された燃料が、バーナ部の燃焼室で燃焼する。燃料の燃焼によって生成された熱は、例えば熱交換器や加熱炉や焼却炉等の種々の熱機器に利用される。
【００１０】
ここで、上記燃料貯蔵部に貯蔵される燃料に含まれるバイオマスが、寸法のばらつきが比較的大きいものであっても、燃料破砕部によって破砕されるので、寸法のばらつきが低減された燃料をバーナ部の燃焼室に供給することができる。したがって、燃焼室における燃焼状態を安定にすることができる。
【００１１】
また、上記燃料貯蔵部に貯蔵される燃料に含まれるバイオマスが、水分量のばらつきが比較的大きいものであっても、燃料前加熱部で前乾燥をするので、燃料の水分量を十分に低くした後に燃焼室で燃焼させることができる。したがって、このバイオマス燃料バーナは、例えば木屑チップのように、製造工程は簡易であるが寸法と水分量のばらつきが比較的大きいバイオマスを用いても、燃焼室の燃焼状態を安定にすることができて、安定した温度及び量の熱を生成することができる。その結果、木質ペレットを用いる従来のバーナよりも、燃料の製造に消費されたエネルギーを考慮してもカーボンニュートラルに近い程度に、二酸化炭素の排出量を削減できる。また、製造コストの安い燃料を用いることができるので、バイオマス燃料バーナの燃料費を効果的に低減することができる。
【００１２】
また、上記燃料破砕部によって燃料の寸法のばらつきを低減でき、かつ、燃料前加熱部によって水分量のばらつきを低減できるので、例えば伐採直後の間伐材や、伐採から時間が経過した製材端材等が混在するような、異なる種類の材料が混在するバイオマスを燃料に用いることができる。したがって、精製により品質が均一化される化石燃料と比較して品質にばらつきを有するというバイオマスの特性に対応でき、高い実用性を有するバイオマス燃料バーナが得られる。
【００１３】
また、本発明のバイオマス燃料バーナは、燃料破砕部によって燃料の寸法のばらつきを低減でき、かつ、燃料前加熱部によって水分量のばらつきを低減できるので、燃料貯蔵部に投入する燃料は、予め破砕や加熱等の処理が不要である。したがって、種々のバイオマスを収集し、そのまま燃料破砕部に投入するのみにより、バイオマス燃料バーナを安定して運転することができる。すなわち、燃料を燃料貯蔵部へ投入する前に、燃料に処理を行う手間が不要であるので、燃料の取り扱いを簡易にすることができる。なお、燃料破砕部や燃料前加熱部の能力に応じて、投入するバイオマスの寸法や水分量を制限してもよい。
【００１４】
また、本発明のバイオマス燃料バーナは、燃料破砕部が燃料搬送部に設けられているので、効果的に小型化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、バイオマスとは、生物由来の資源をいう。植物性のバイオマスとしては、草や穀物等の農業系資源と、木材、樹皮、製材端材、間伐材、剪定材及び伐根材等の林業系資源と、流木材及び建築廃材等の廃棄物系資源を例示することができる。
【００１６】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料搬送部は、回転駆動されて燃料を送る螺旋羽根と、この螺旋羽根を収容するケーシングとを有するスクリューコンベアを有し、
上記燃料破砕部は、上記スクリューコンベアの螺旋羽根の縁に設けられた切欠き部と、この切欠き部の回転経路に沿って上記ケーシングの内周面に設けられた突出部とを有する。
【００１７】
上記実施形態によれば、燃料搬送部のスクリューコンベアで燃料が送られるに伴い、スクリューコンベアが有する螺旋羽の切り欠き部と、ケーシングの突出部との相互作用によって燃料が破砕され、燃料の寸法のばらつきが低減される。このように、燃料搬送部が有するスクリューコンベアの構成部品に切り欠きと突出部とを設けることにより、破砕機能を付加しているので、燃料搬送部の大きさを変更することなく搬送機能と破砕機能とを両立することができる。
【００１８】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスを用いて燃料の前加熱を行う。
【００１９】
上記実施形態によれば、バーナ部の燃焼室で燃料が燃焼して生成されて排出された燃焼排ガスを用いて、燃料前加熱部で燃料の前加熱を行うので、熱源を別途設けることなく燃料の前加熱を行うことができる。このように、燃焼室で生成された熱を利用することにより、エネルギーの無駄な消費を防止できるので、バイオマス燃料バーナの効率を向上でき、また、二酸化炭素の排出量削減を行うことができる。
【００２０】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部に供給する燃焼排ガスの量を、上記燃焼室に供給される燃料の水分量に基づいて制御するガス量制御部を備える。
【００２１】
上記実施形態によれば、ガス量制御部により、燃料前加熱部に導かれる燃焼排ガス量が、燃焼室に供給される燃料の水分量に基づいて調節される。これにより、燃料に、燃料の水分量に応じた適切な量の燃焼排ガスを供給できるので、燃料を効果的に乾燥させて燃焼効率の低下を防止することができる。
【００２２】
ここで、上記ガス量制御部は、燃料の水分量が多い場合に燃焼排ガスの供給量を大きくする一方、燃料の水分量が少ない場合に燃焼排ガスの供給量を小さくするように調節するのが好ましい。燃料の水分量は、燃料供給管に設けた水分センサで検出することができる。
【００２３】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料搬送部は、燃料貯蔵部から燃料を搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアで搬送された燃料をバーナ部の燃焼室の下部に導入する燃料供給管を有し、
上記燃料前加熱部は、上記燃料搬送部の燃料供給管内に燃焼排ガスを供給するように形成されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、燃料が、燃料貯蔵部からスクリューコンベアによって搬送され、燃料供給管を通って燃焼室に供給されるとき、燃料前加熱部によって燃料供給管内に供給された燃焼排ガスで加熱される。
【００２５】
なお、上記燃料前加熱部は、燃焼室の下方の位置に燃料供給管を取り巻くように配置されるのが、バイオマス燃料バーナをコンパクトにできる点で好ましい。
【００２６】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記バーナ部の燃焼室に旋回流を形成するように燃焼用空気を供給する旋回空気供給部と、
上記旋回空気供給部に設けられ、上記燃焼室へ供給される燃焼用空気の前加熱を行う空気前加熱部とを備える。
【００２７】
上記実施形態によれば、旋回空気供給部によって燃焼室に旋回流を形成するように燃焼用空気を供給することにより、燃焼室内に燃焼用空気と燃焼ガスの流れの密度を増大でき、燃料を効率的に酸化して燃焼を促進することができる。また、空気前加熱部により、燃焼用空気の前加熱を行うことにより、燃焼室の燃焼温度を安定に高温に保つことができる。
【００２８】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記旋回空気供給部は、上記燃焼室の外周側に設けられた円筒環状の空気室と、この円筒環状の空気室に接線方向に燃焼用空気を導入する空気導入路と、上記空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有し、
上記旋回空気供給部の空気室が、内周側の燃焼室から伝わる熱で燃焼用空気の前加熱を行うように形成されて、上記空気前加熱部を兼ねている。
【００２９】
上記実施形態によれば、旋回空気供給部では、空気導入路から円筒環状の空気室に接線方向に燃焼用空気が導入され、これにより、空気室に燃焼用空気の旋回流が形成される。この空気室内を旋回状に流れる燃焼用空気が、空気導入路を経て燃焼室に導かれることにより、燃焼室に燃焼用空気と燃焼ガスの旋回流を形成することができる。
【００３０】
また、上記実施形態によれば、旋回空気供給部の空気室が燃焼室の外周側に設けられていることにより、空気室を流れる燃焼用空気が、内周側の燃焼室から伝わる熱で加熱される。このように、旋回空気供給部の空気室が空気前加熱部を兼ねることにより、熱源を別途設けることなく燃焼用空気の前加熱を行うことができる。このように、燃焼室で生成された熱を利用することにより、エネルギーの無駄な消費を防止できるので、バイオマス燃料バーナの効率を向上でき、また、二酸化炭素の排出量削減を行うことができる。また、旋回空気供給部の空気室が空気前加熱部を兼ねることにより、バーナ部の小型化を行うことができる。更に、燃焼室から放射される熱を燃焼用空気の前加熱に利用することにより、バーナ部の外への熱の放射を低減することができ、バーナ部の外壁の断熱材を省略することができる。
【００３１】
なお、上記旋回空気供給部の円筒環状の空気室は、円筒状の燃焼室の外周壁を取り囲むように形成されるのが好ましく、上記空気導入路は、燃焼室の外周壁の空気室と燃焼室とを隔てる部分に周方向に配列された複数の貫通穴によって形成されるのが好ましい。
【００３２】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室内に供給された燃料を、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスを含む加熱媒体によって燃焼室の底側から加熱するように形成されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、燃料室内に供給された燃料が、燃料加熱部により、燃料室の底側から加熱媒体で加熱される。これにより、燃焼室内の燃料が、底側から乾燥、炭化及び燃焼が促進される。したがって、燃料の燃焼効率を向上することができる。
【００３４】
また、燃焼排ガスを含む加熱媒体を燃焼室に戻すことにより、燃焼排ガスに残留する未燃成分を燃焼させることができるので、燃料の燃焼効率を向上することができる。
【００３５】
なお、上記加熱媒体は、例えば空気と燃焼排ガスとの混合気体や、燃焼排ガスのみを用いることができる。
【００３６】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料前加熱部は、燃焼室内に供給された燃料を支持する燃料支持具を有し、この燃料支持具は、上記燃焼室内の底部に配置され、燃焼室の底から離れるにつれて拡径するテーパ形状を有すると共に上記加熱媒体の流通穴を有し、表面に支持する燃料に、上記流通穴を通して加熱媒体を供給するように形成されている。
【００３７】
上記実施形態によれば、燃料支持具が燃焼室の底から離れるにつれて拡径するテーパ形状を有することにより、燃焼室内に供給された燃料を中央部に集めることができる。また、燃料支持具の流通穴を通して、中央部に集めた燃料に加熱媒体を効果的に供給することができ、燃料の燃焼効率を効果的に向上することができる。特に、加熱媒体が燃焼排ガスのみで形成されて高温である場合、燃焼室に供給されて燃料支持具上に支持された燃料の下側から乾燥、炭化及び燃焼を促すことができるので、燃料の燃焼効率を効果的に高めることができる。
【００３８】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記加熱媒体は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスと空気との混合気体である。
【００３９】
上記実施形態によれば、高温であると共に未燃成分を含む燃焼排ガスと、空気とを混合することにより、空気のみを供給するよりも燃焼室の温度を高めると共に、燃焼室内に燃焼成分と酸素を供給することができ、したがって、燃焼室における燃料の燃焼効率を効果的に高めることができる。また、燃焼排ガスと空気との混合割合を適宜調整することにより、加熱媒体の温度と酸素量を適切に調整して、燃焼室の燃焼状態を制御することができる。
【００４０】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記混合気体の燃焼排ガスと空気との混合割合を、上記燃焼室から排出された燃焼排ガスの残留酸素量に基づいて制御する混合制御部を備える。
【００４１】
上記実施形態によれば、混合制御部により、混合気体の燃焼排ガスと空気の混合割合が、燃焼室から排出された燃焼排ガスの残留酸素量に基づいて調節される。これにより、残留酸素量に対応する未燃成分の量に応じた量の燃焼排ガスを燃焼室に戻して再燃焼させることができるので、燃焼排ガスに残留する燃料の未燃成分を適切に燃焼させて燃焼効率を向上でき、また、燃料の未燃成分の排出を防止して周辺環境の汚染を防止できる。
【００４２】
ここで、上記混合制御部は、燃焼排ガスの残留酸素量が多い場合、混合気体の空気に対する燃焼排ガスの割合を大きくする一方、燃焼排ガスの残留酸素量が少ない場合、混合気体の空気に対する燃焼排ガスの割合を小さくするように調節するのが好ましい。燃焼排ガスの残留酸素量は、例えば、燃焼排ガスと被加熱媒体との熱交換を行う熱交換器の排出口に設けた酸素センサで検出することができる。
【００４３】
上記バーナ部の燃焼室内に、この燃焼室内に供給された燃料の上方の内径側と外径側とから燃焼用空気を供給する補助燃焼用空気供給部を備える。
【００４４】
上記実施形態によれば、補助燃焼用空気供給部により、燃焼室内に供給された燃料の上方の内径側と外径側とから燃焼用空気を供給するので、燃料の燃焼効率を更に向上することができる。
【００４５】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記バーナ部の燃焼室に水を供給する給水部を備える。
【００４６】
上記実施形態によれば、給水部によって燃焼室に供給された水により、燃焼室内の燃料又は燃焼ガスを改質して燃焼効率を向上できる。また、燃焼室内の温度を調節して窒素酸化物の生成を抑制できる。
【００４７】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記バーナ部の燃焼室の外周側に配置され、燃焼用空気が導入されて燃焼用空気の前加熱を行う円筒環状の空気室と、この空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有する空気前加熱部を備え、
上記空気前加熱部の空気室の外周側を取り囲むように形成されて被加熱媒体としての水が導入される円筒環状の水室を有し、
上記給水部は、上記水室と、上記空気前加熱部の空気室との隔壁を貫通して設けられたバルブ装置を有し、このバルブ装置のバルブが開き駆動され、上記水室の水が空気室に導かれて空気導入路を通って燃焼室内に供給されるように形成されている。
【００４８】
上記実施形態によれば、バーナ部の燃焼室の外周側に空気前加熱部の空気室と水室とを配置すると共に、互いに隣接する空気室と水室との隔壁を貫通するバルブ装置を設置することにより、燃焼用空気の前加熱と被加熱媒体の加熱を行うことができ、しかも、燃焼室への水の供給により燃料の改質や窒素酸化物の低減を行うことができる。したがって、小型でありながら、熱効率の高いバイオマス燃料バーナが得られる。
【００４９】
一実施形態のバイオマス燃料バーナは、上記燃料は、植物性のバイオマスを含む。
【００５０】
上記実施形態によれば、植物性のバイオマスを含む燃料を、寸法と水分量のばらつきを低減して燃焼することができるので、例えば木質チップのような、製造工程は簡易であるが寸法と水分量のばらつきが比較的大きい植物性のバイオマスを用いることができる。したがって、このバイオマス燃料バーナは、カーボンニュートラルに近い程度に二酸化炭素の排出量を削減できると共に、燃料費の効果的に削減でき、しかも、所定温度の熱を安定して供給できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明のバイオマス燃料バーナによれば、寸法と水分量のばらつきが比較的大きいバイオマスを含む燃料を用いても、バーナの燃焼室に安定した燃焼状態を形成することができ、安定した温度及び量の熱を生成することができる。したがって、例えば、水分量の多い伐採直後の間伐材のチップや、水分量の少ない製材端材のチップ等が混在するバイオマス燃料を用いても、燃焼室の燃焼状態を安定にして所定温度の熱を安定に供給できる。その結果、種類の異なる複数のバイオマスが混在する燃料を用いることができ、燃料の製造過程を考慮してもカーボンニュートラルに近い程度に二酸化炭素の排出量を削減でき、しかも、燃料費の削減を行うことができ、更に、安定して熱を供給することができる。したがって、精製により品質が均一化される化石燃料と比較して、種類や品質にばらつきが生じやすいというバイオマスの特性に対応でき、高い実用性を有するバイオマス燃料バーナが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５３】
図１は、本発明の実施形態のバイオマス燃料バーナを用いたボイラを示す模式図である。このボイラは、バーナの燃料として植物性のバイオマスを用いて、被加熱媒体としての水を加熱して温水を生成する温水ボイラである。
【００５４】
この温水ボイラ１は、図１に示すように、バイオマス燃料バーナとしてのバーナ２と、バーナ２から排出された燃焼排ガスと水とを熱交換する第１熱交換器３１と、バーナ２に一体に形成された第２熱交換器３２と、燃料貯蔵部としての燃料サイロ４を備える。燃料サイロ４の燃料は、スクリューコンベア５でバーナ２の下部に供給するように形成されている。第１熱交換器３１の燃焼排ガスの排出口には、燃焼排ガスから灰を除去するサイクロン装置６が接続されている。サイクロン装置６は、図示しないが、並列して２機設けられている。サイクロン装置６で分離された灰は、図示しない冷却集灰装置で収集されるようになっている。
【００５５】
一方、サイクロン装置６の排気管には、排気ダクト６１を介して排気ブロワ７が接続されていると共に、排気ダクト６１の途中に接続された戻りダクト６２を介して燃焼排ガスを吸引する排ガスブロワ８１が接続されている。サイクロン装置６から排ガスブロワ８１で吸引された燃焼排ガスを排ガス分岐弁８５で分流し、分流した一方の燃焼排ガスをバーナ２に直接供給する一方、分流した他方の燃焼排ガスを空気と混合してバーナ２に供給するように形成されている。バーナ２は、空気ブロワ８４で燃焼用空気が供給される。空気ブロワ８４で吸引した空気を空気分岐弁８３で分流して、分流した一方の空気を燃焼用空気としてバーナ２に供給する一方、分流した他方の空気を燃焼排ガスと混合してバーナ２に供給するように形成されている。バーナ２には、燃焼室に水を供給する給水部としてのバルブ装置９が設けられている。
【００５６】
この温水ボイラ１のバーナ２の燃料に用いられる植物性のバイオマスは、間伐材のチップと製材端材のチップと建築廃材のチップとが混合されたものである。間伐材のチップは、多種類の樹木が混在する間伐材を、５０〜１００ｍｍ程度の寸法に破砕してなる破砕片であり、樹皮や葉枝部分を含んでいる。製材端材のチップは、原木から角材等の製材が採取されたときに残る原木の外周部分や端面部分を、５０〜１００ｍｍ程度の寸法に破砕してなる破砕片であり、樹皮を含んでいる。また、建築廃材のチップは、建築物の取り壊しによって生じた廃材を、５０〜１００ｍｍ程度の寸法に破砕してなる破砕片である。間伐材のチップと製材端材のチップは、伐採から経過した時間や保存状態に応じて１０〜７０％の水分量を有する。建築廃材のチップは、保存状態が湿潤である場合を除いて、通常は１０〜２０％の比較的低い水分量を有する。このように、燃料としての植物性のバイオマスは、異なる種類の木から形成され、また、寸法と水分量にばらつきを有する状態で、燃料サイロ４に投入されて貯蔵される。
【００５７】
図２は、バーナ２を示す断面図である。このバーナ２は、燃料としての植物性のバイオマスを燃焼し、被加熱媒体としての水を加熱する熱を生成するものである。このバーナ２は概ね円筒形状の外観を有し、内側から外側に向かって順に、円筒形状の第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２と、円筒環状の第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２を有する。第２燃焼室Ｃ２の天面と第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２の側面及び天面を取り囲むように、第２熱交換器３２が形成されている。第１燃焼室Ｃ１の下方には、環状の底部空気室Ｒ３と加熱空気室Ｒ４が順に設けられている。底部空気室Ｒ３と加熱空気室Ｒ４の径方向内側には、上方に向かって拡径した管状の燃料供給管２８が設けられている。燃料供給管２８の下端は、スクリューコンベア５に連結されている。燃料供給管２８は、スクリューコンベア５と共に燃料搬送部を構成している。
【００５８】
第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２は、筒状の内壁２１内の下側部と上側部とで形成され、第１燃焼室Ｃ１の上部と第２燃焼室Ｃ２の下部が連なっていて、全体として円筒形状を有する。第１燃焼室Ｃ１の底面は、内壁２１の下端に固定された円形の底板２１０で画定されている。第２燃焼室Ｃ２の天面は、内壁２１の上端に固定された円形の内天板２１２で画定されている。第１燃焼室Ｃ１の底面を画定する底板２１０には、燃料供給管２８の上端部が突出している。この燃料供給管２８の周りを取り囲むように、燃料支持具２９が底板２１０上に配置されている。
【００５９】
内壁２１には、第１空気室Ｒ１から第１燃焼室Ｃ１に燃焼用空気を導入する第１空気導入路２１６と、第２空気室Ｒ２から第２燃焼室Ｃ２に燃焼用空気を導入する第２空気導入路２１８が設けられている。
【００６０】
第１燃焼室Ｃ１には、燃料支持具２９の上端から多少上方位置に開口する点検窓２１３が連通している。また、第１燃焼室Ｃ１には、バーナ２の起動時に燃料に着火する着火部２７の先端が連通している。
【００６１】
第２燃焼室Ｃ２の上部には、燃焼排ガスを排出する排気管２１５が接続されている。
【００６２】
なお、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２は、必ずしも、互いに継ぎ目無く連続する同一径の円筒形状に形成しなくてもよい。例えば、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２を異なる径の円筒形状に形成してもよい。また、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２との間の一部分を、環状の板状体等で仕切ってもよい。
【００６３】
第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２は、内壁２１と、この内壁２１と中心軸が一致する筒状の中間壁２２との間に形成された円筒環状の空間が、環状の仕切壁２１１で上下に仕切られて形成されている。第１空気室Ｒ１の底面は中間壁２２の下端に固定された底板２１０で画定されている。第２空気室Ｒ２の天面は中間壁２２の上端に固定された内天板２１２で画定されている。第１空気導入路２１６は内壁２１の下部に形成され、複数の貫通穴２１７が周方向に連なると共に軸方向に複数段配列されて形成されている。第１空気導入路２１６は、燃料供給管２８の上端よりも多少高い位置に形成されている。第２空気導入路２１８は内壁２１の上部に形成され、第１空気導入路２１６と同様に、複数の貫通穴２１９が周方向に連なると共に軸方向に複数段配列されて形成されている。なお、第１空気導入路２１６と第２空気導入路２１８は、貫通穴２１７，２１９にノズルや整流部材等を取り付けて形成してもよい。また、貫通穴２１７，２１９の形状は、円形以外に楕円形やスリット状や矩形などの種々の形状に設定できる。
【００６４】
底部空気室Ｒ３は、底板２１０の下側面に固定された円筒状のケーシング２４内に形成されており、ケーシング２４の底板に設けられた貫通穴に燃料供給管２８が貫通した状態で固定されている。底部空気室Ｒ３のケーシング２４は、中心軸が内壁２１の中心軸と一致するように配置されている。底部空気室Ｒ３には、後述のように、所定の基準に基づいて混合割合が調節された空気と混合排ガスとの混合気体が供給されるようになっている。
【００６５】
加熱空気室Ｒ４は、底部空気室Ｒ３のケーシング２４の底板の下側面に固定された円筒状のケーシング２５内に形成されており、ケーシング２５の底板に形成された貫通穴に燃料供給管２８が貫通した状態で固定されている。加熱空気室Ｒ４のケーシング２５は、中心軸が底部空気室Ｒ３のケーシング２４の中心軸と一致するように配置されている。加熱空気室Ｒ４には、サイクロン装置６で灰が除去された燃焼排ガスが、排ガス供給管２５１を介して供給されるようになっている。
【００６６】
図３は、第１及び第２空気室Ｒ１，Ｒ２と底部空気室Ｒ３を画定する部材を取り出して示した平面図である。図３に示すように、第１空気室Ｒ１の上部には、筒状の中間壁２２の接線方向に延びて燃焼用空気を導入する第１空気導入管２２１が連結されている。また、第２空気室Ｒ２の上部には、筒状の中間壁２２の接線方向に延びて燃焼用空気を導入する第２空気導入管２２２が連結されている。
【００６７】
上記第１空気導入管２２１から第１空気室Ｒ１内に接線方向に燃焼用空気が導入されることにより、燃焼用空気が第１空気室Ｒ１内を旋回状に下方に流れる。第１空気室Ｒ１の下部に達した燃焼用空気は、第１空気導入路２１６から第１燃焼室Ｃ１内に、径方向に対して傾斜する方向に供給され、第１燃焼室Ｃ１に燃焼用空気の旋回流を形成するようになっている。
【００６８】
また、上記第２空気導入管２２２から第２空気室Ｒ２内に接線方向に燃焼用空気が導入されることにより、燃焼用空気が第２空気室Ｒ２内を旋回状に下方に流れる。第２空気室Ｒ２の下部に達した燃焼用空気は、第２空気導入路２１８から第２燃焼室Ｃ２内に、径方向に対して傾斜する方向に供給され、第２燃焼室Ｃ２に燃焼用空気の旋回流を形成するようになっている。
【００６９】
このように、第１空気導入管２２１、第１空気室Ｒ１及び第１空気導入路２１６により、旋回空気供給部を構成している。また、第２空気導入管２２２、第２空気室Ｒ２及び第２空気導入路２１８により、旋回空気供給部を構成している。
【００７０】
更に、燃焼用空気が第１空気室Ｒ１内を流れる際、燃焼用空気は、第１燃焼室Ｃ１で生成されて内壁２１を通して伝達される熱を受けて前加熱される。また、燃焼用空気が第２空気室Ｒ２内を流れる際、第２燃焼室Ｃ２で生成されて内壁２１を通して伝達される熱を受けて前加熱される。このように、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２は、空気前加熱部としても機能する。第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２が前加熱部として機能することにより、前加熱を行いながらバーナ２の小型化を行うことができると共に、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２内を流れる燃焼用空気の断熱作用により、外壁２３の断熱材を削除できる。
【００７１】
図３には、底部空気室Ｒ３を画定するケーシング２４を重ねて示している。図３に示すように、ケーシング２４の側面には、円筒状のケーシング２４の側面の接線方向に延びて混合気体を供給する混合気体導入管２４１が連結されている。混合気体が混合気体導入管２４１を通ってケーシング２４内に接線方向に供給されることにより、ケーシング２４内の底部空気室Ｒ３に混合気体の旋回流を形成する。これにより、底板２１０の空気導入路２１０ａと燃料支持具２９の貫通穴２９３を経由して、第１燃焼室Ｃ１の燃料支持具２９の上方に、混合気体を旋回状に吹き出すようになっている。
【００７２】
第２熱交換器３２は、中間壁２２と、この中間壁２２と軸線が一致するように配置された筒状の外壁２３との間に形成された円筒環状の水室を有するジャケット式の熱交換器である。外壁２３の上端には第２熱交換器３２の天面を画定する外天板２３１が固定されている。外壁２３の下端は、底板２１０に固定されている。上記外壁２２、外天板２３１及び底板２１０の内側と、中間壁２２及び内天板２１２の外側の間に、円筒環状の水室を形成している。第２熱交換器３２は、下部に水供給口Ｗ２１が設けられていると共に上部に水排出口Ｗ２２が設けられており、水供給口Ｗ２１から供給された水を、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２で生成される熱で加熱して、水排出口Ｗ２２から排出するようになっている。また、排気管２１５の外側には、外壁２３に固定された排気外管２３５が取り囲んでおり、この排気管２１５と排気外管２３５との間の空間が第２熱交換器３２の一部を構成している。
【００７３】
燃料供給管２８は漏斗形状を有し、スクリューコンベア５のケーシング５４の上面に下端が連結された筒部２８ａと、この筒部２８ａの上端に連なって上方に向かうにつれて拡径する拡径部２８ｂとを有する。燃料供給管２８の拡径部２８ｂは、下側から順に加熱空気室Ｒ４と底部空気室Ｒ３とに取り囲まれており、底部空気室Ｒ３の天面を画定する底板２１０を貫通して上端部が第１燃焼室Ｃ１内に突出している。拡径部２８ｂの下部には、加熱空気室Ｒ４の燃焼排ガスを拡径部２８ｂ内に導く排ガス導入路２８１が形成されている。この排ガス導入路２８１は、周方向に連なると共に軸方向に複数段配列された複数の貫通穴２８２によって形成されている。燃料供給管２８の拡径部２８ｂの上部には、側面に周方向に形成された複数の台形の横排出穴２８３と、上端の排出開口２８４が形成されている。排出開口２８４の縁には環状フランジ２８５が設けられている。
【００７４】
図４Ａは、燃料支持具２９を示す平面図である。燃料支持具２９は、中央の貫通穴に向かって下方に緩やかに傾斜する円錐状の傾斜面部２９１と、傾斜面部２９１の外周に連なって下方に延びる筒部２９２を有する。傾斜面部２９１には、複数の細長矩形の貫通穴２９３が放射状に形成されている。図４Ｂは、傾斜面部２９１の貫通穴２９３の周辺部を、貫通穴２９３の短手方向に沿うＸ−Ｘ線で切断した様子を示す横断面図である。図４Ｃは、傾斜面部２９１の貫通穴２９３の周辺部を、貫通穴２９３の長手方向に沿うＹ−Ｙ線で切断した様子を示す縦断面図である。図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、貫通穴２９３の長手方向の２つの縁には、傾斜面部２９１の表面に対して略直角に屈曲した細長の立壁２９４が夫々設けられている。傾斜面部２９１の表面には、貫通穴２９３を覆うように半円筒状のカバー２９５が取り付けられている。カバー２９５は、長手方向に延びる２つの側縁が傾斜面部２９１に対して隙間を形成した状態で、両端が傾斜面部２９１に固定されている。このカバー２９５と立壁２９４により、傾斜面部２９１の表面に、貫通穴２９３を塞ぐことなく燃料を支持することができる。
【００７５】
底板２１０には、燃料供給管２８が貫通する貫通穴の周りに、底部空気室Ｒ３から第１燃焼室Ｃ１に空気を導入する空気導入路２１０ａが形成されている。底部空気室Ｒ３から空気導入路２１０ａを通して第１燃焼室Ｃ１内の燃料支持具２９の底面側に導入された空気は、燃料支持具２９の貫通穴２９３を通って第１燃焼室Ｃ１内の燃料支持具２９の表面側に導かれる。
【００７６】
点検窓２１３は矩形断面の管で形成され、第１空気室Ｒ１と第２熱交換器３２とを貫通して設置されている。点検窓２１３の外側の開口には蓋体２１４が設けられている。
【００７７】
着火部２７は、内壁２１と中間壁２２と外壁２３を貫通して設置されたケーシング２７１と、ケーシング２７１内に配置された燃料噴射ノズル２７２と、ケーシング２７１内に配置されたスパークプラグ２７３とを有する。燃料噴射ノズル２７２は、０．２〜０．３ＭＰａの圧力で供給された着火燃料としての灯油を、先端に設けられた噴口から噴射するように形成されている。スパークプラグ２７３は、先端の電極に数千〜１万ボルトの電圧を印加し、この電極とケーシング２７１との間に火花を生成して、燃料噴射ノズル２７２から噴射された灯油に着火するようになっている。なお、スパークプラグ２７３は、ケーシング２７１を接地電極としないで、中心電極と接地電極との２つの電極を有するものを用いてもよい。着火部２７は、第１燃焼室Ｃ１の中心軸に向かうにつれて下方に傾斜して固定されており、燃料噴射ノズル２７２の噴口とスパークプラグ２７３の電極とが、第１燃焼室Ｃ１の底部に供給される燃料に向かうように配置されている。
【００７８】
上記燃料サイロ４は、上端に投入開口４１ａを有すると共に下部の幅が下方に向かうにつれて狭まるように形成された箱体４１と、この箱体４１の下端に設けられて燃料を攪拌しながらスクリューコンベア５へ導く排出コンベア４２を備える。
【００７９】
図５は、燃料サイロ４とスクリューコンベア５とバーナ２の一部を示す模式図である。スクリューコンベア５は燃料破砕部を有し、燃料サイロ４からバーナ２へ燃料を搬送すると共に、搬送中の燃料を燃料破砕部で破砕するように形成されている。図１及び５に示すように、スクリューコンベア５は、モータＭで回転駆動される駆動軸５１及び螺旋羽根５２，５３を、筒状のケーシング５４内に収容して構成されている。スクリューコンベア５のケーシング５４の一端部には燃料の導入口５４ａが設けられており、この導入口５４ａに燃料サイロ４の排出コンベア４２の吐出口が連結されている。スクリューコンベア５のケーシング５４の他端部には燃料の排出口５４ｂが設けられており、この排出口５４ｂに燃料供給管２８の筒部２８ａの下端が連結されている。
【００８０】
スクリューコンベア５の駆動軸５１には、導入口５４ａから排出口５４ｂに向かって正方向に燃料を送る第１の螺旋羽根５２と、駆動軸５１のモータＭに連結された側と反対側の端から排出口５４ｂに向かって逆方向に燃料を送る第２の螺旋羽根５３とが固定されている。第１の螺旋羽根５２と第２の螺旋羽根５３の切り替わり位置は、排出口５４ｂの直下に配置されている。駆動軸５１が回転駆動されると、第１の螺旋羽根５２による正方向の送り動作と、第２の螺旋羽根５３による逆方向の送り動作により、第１の螺旋羽根５２と第２の螺旋羽根５３の切り替わり位置の上方の排出口５４ｂから燃料供給管２８に燃料を押し上げるようになっている。
【００８１】
スクリューコンベア５の導入口５４ａと排出口５４ｂとの間の一部の区間Ｌに、燃料破砕部が設けられている。図６はスクリューコンベアの燃料破砕部に用いられる螺旋羽根５２を示す斜視図であり、図７はスクリューコンベアの燃料破砕部における断面図である。図６に示すように、燃料破砕部の螺旋羽根５２は、外周縁が所定間隔をおいて切り欠かれたような形状を有し、すなわち、周方向に所定間隔ごとに所定距離にわたって径方向に突出した突出縁部５２ａが設けられている。燃料破砕部の螺旋羽根５２の突出縁部５２ａは、駆動軸５１周りに１２０°ごとに設けられている。燃料破砕部のケーシング５４の内周面には、複数の突出縁部５２ａの相互の間に対応する位置に、複数の突起５５が設けられている。上記燃料破砕部の螺旋羽根５２の突出縁部５２ａと、ケーシング５４の突起５５との作用により、搬送中の燃料を破砕するように形成されている。
【００８２】
図８は、バーナ２に設けられたバルブ装置９を示す断面図である。バルブ装置９は、第２熱交換器３２の水室の水を燃焼室に供給するものであり、第１燃焼室Ｃ１の上部に、中間壁２２と外壁２３とを貫通した状態で設置されている。なお、バルブ装置９は第２燃焼室Ｃ２に設置してもよい。このバルブ装置９は、中間壁２２の貫通穴と外壁２３の貫通穴に嵌合する連通管９１を有する。この連通管９１の周面には、連通管９１の内部と、中間壁２２と外壁２３との間の第２熱交換器３２とを連通する導水開口９１ａが設けられている。また、連通管９１の第１空気室Ｒ１に突出する先端には吐出口９４ｂが設けられており、この連通管９１の吐出口９１ｂを取り囲む端面が弁座として機能する。連通管９１の先端には、連通管９１の端面に対して接離駆動される弁体９２が設置されている。弁体９２は、連通管９１内に延びる駆動棒９３を介して外壁２３の外側に配置された弁駆動部９４に連結されている。弁駆動部９４は駆動棒９３を軸方向に駆動するソレノイドを有する。この弁駆動部９４が駆動棒９３を進退駆動するに伴い、弁体９２が連通管９１の端面に対して離れる方向又は接する方向に移動して、吐出口９１ｂを開閉するようになっている。バルブ装置９の弁体９２が連通管９１の端面から離れて吐出口９１ｂが開くと、第２熱交換器３２の水室の水が導水開口９１ａから連通管９１内を通り、吐出口９１ｂから第１空気室Ｒ１内に吐出されて霧状となり、霧状の水が第１空気導入路２１６の複数の貫通穴２１７を通って第１燃焼室Ｃ１に供給されるようになっている。弁駆動部９４は、後述する中央制御装置８０の制御により、弁体９２の弁位置を調節するようになっている。
【００８３】
図９は、第１熱交換器３１を示す断面図である。第１熱交換器３１は多管式の温水ボイラである。この第１熱交換器３１は、中心軸を水平方向に向けて配置された円筒形状のケーシング３１１と、このケーシング３１１内の中央を水平に横断する煙道３１２と、この煙道３１２の下側に配置された複数の下部煙管３１３と、煙道３１２の上側に配置された複数の上部煙管３１４と、上記煙道３１２と下部煙管３１３と上部煙管３１４との外側面とケーシング３１１の内側面との間に形成された水室３１５を有する。煙道３１２の下流端と下部煙管３１３の上流端は、ケーシング３１１の一端側の下部連通路３１６によって連なっている。下部煙管３１３の下流端と上部煙管３１４の上流端は、ケーシング３１１の他端側の上下連通路３１７によって連なっている。上部煙管３１４の下流端は、ケーシング３１１の一端側の上部通路３１８に連なっており、この上部通路３１８に排出管３１９が連なっている。ケーシング３１１の上部には、水供給口Ｗ１１と水排出口Ｗ１２が設けられており、水供給口Ｗ１１から供給された水を、煙道３１２から上部通路３１８までを流れる燃焼排ガスの熱で加熱して、水排出口Ｗ１２から排出するようになっている。
【００８４】
この第１熱交換器３１は、ケーシング３１１内で燃焼排ガスが流れる方向が２箇所で反転する３パス方式の温水ボイラである。すなわち、ケーシング３１１の他端にバーナ２から煙道３１２に燃焼排ガスが供給され（矢印Ｇ１）、この燃焼排ガスは煙道３１２を通って水室３１５内の水と熱交換を行った後に下部連通路３１６で流れが反転して（矢印Ｇ２）下部煙管３１３に導かれる。下部煙管３１３に導かれた燃焼排ガスは、水室３１５の水と熱交換を行った後に上下連通路３１７で流れが反転して（矢印Ｇ３）、上部煙管３１４に導かれる。この燃焼排ガスは上部煙管３１４で水室３１５の水と熱交換を行った後に上部通路３１８に導かれ、排出管３１９を通ってケーシング３１１外に排出される（矢印Ｇ４）。この第１熱交換器３１で加熱された水は、水排出口Ｗ１２から排出され、第２熱交換器３２の水供給口Ｗ２１に導かれて、第２熱交換器３２で再び加熱されるようになっている。
【００８５】
図１０は、サイクロン装置６及び冷却集灰装置７０を示す模式図である。サイクロン装置６は、第１熱交換器３１から排出された燃焼排ガスに含まれる灰を回収するものであり、集灰装置７０は、サイクロン装置６で回収された灰を冷却及び収集するものである。
【００８６】
図１０に示すように、サイクロン装置６は、上側に円筒部６３を有すると共に下側に逆円錐部６４を有するサイクロン本体と、サイクロン本体の逆円錐部６４内の上部に開口して円筒部６３の上端に向かって延びる排気筒６６と、排気筒６６に連なり、サイクロン本体の外部に延出する排気管６７を備え、排気管６７は排気ダクト６１を介してブロワ７に接続されている。サイクロン本体の円筒部６３の側面には導入管６５が接続されており、この導入管６５に、第１熱交換器３１の排気管３１９から燃焼排ガスが導入されるようになっている。サイクロン装置６は２機設けられており、２つのサイクロン本体の逆円錐部６４の下端が、１つの収集缶体６８の上端に連結されている。収集缶体６８は側面が台形の箱によって形成され、下端に冷却集灰装置７０が連結されている。冷却集灰装置７０は、収集缶体６８の下端面に沿って傾斜して配置されたスクリューコンベア７１と、スクリューコンベア７１のケーシング７２の外周に設けられて水冷ジャケットを形成するジャケット容器７４と、スクリューコンベア７１の終端に連なる排出管に介設されたロータリーバルブ７８と、排出管に接続された灰箱７９を有する。
【００８７】
サイクロン装置６及び冷却集灰装置７０は以下のように動作する。すなわち、ブロワ７の動作により、第１熱交換器３１で熱交換を行った燃焼排ガスが、矢印Ｇ５で示すように導入管６５からサイクロン本体の円筒部６３内に吸引され、サイクロン本体の逆円錐部６４内を流れるに伴って燃焼排ガスの旋回流が形成される。燃焼排ガスの旋回流によって生成される遠心力が、燃焼排ガスに含まれる灰粒子に作用して、この灰粒子が燃焼排ガスから分離されてサイクロン本体の下端から収集缶体６８内に落下する。灰粒子が分離除去された燃焼排ガスは、矢印Ｇ６に示すように、ブロワ７の吸引力により排気ダクト６１から排出される。収集缶体６８内に落下した灰は、スクリューコンベア７１のスクリュー７３の回転作用により、ケーシング７２内を傾斜した上側の終端に向かって送られる。ここで、ジャケット容器７４の給水口７５から導入される冷却水により、ケーシング７２内を送られる灰が冷却され、収集缶体６８内に集められた時点で２００℃程度の灰が約５０℃程度に降温する。冷却された灰は、ロータリーバルブ７８を通って灰箱７９に貯留される。ジャケット容器７４に導入されて灰を冷却した水は、排水口７６から排出される。サイクロン装置６及び冷却集灰装置７０のスクリューコンベア７１内は、ブロワ７の吸引によって内部が負圧とされるが、ロータリーバルブ７８により、灰箱７９内は常圧に保持される。
【００８８】
このように、サイクロン装置６で分離された灰は、冷却集灰装置７０のスクリューコンベア７１で冷却されつつ搬送され、常圧の灰箱７９内に貯留されるので、灰箱７９内の灰を容易に取り出して廃棄や所望の用途に供することができる。このボイラ装置の燃料は植物性のバイオマスであるので、灰箱７９に集められた灰は、植物由来の灰であるから無害である。したがって、この灰は、農作物の肥料や融雪剤として、環境に悪影響を与えることなく再利用することができる。
【００８９】
図１１は、バーナ２へ燃焼用空気と燃焼排ガスを供給する給気系統を示す模式図である。給気系統は、空気を燃焼用空気としてバーナ２へ供給する空気ブロワ８４と、バーナ２から排出された燃焼排ガスをバーナ２へ再び供給する排ガスブロワ８１を有する。空気ブロワ８４から吹き出された空気は、空気分岐弁８３で第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側と、底部空気室Ｒ３側に分流される。第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側に分流された空気は、更に分流されて第１空気室Ｒ１と第２空気室Ｒ２とに供給される。燃焼ガスブロワ８１からの燃焼排ガスは、排ガス分岐弁８５で底部空気室Ｒ３側と加熱空気室Ｒ４側に分流される。底部空気室Ｒ３側に分流された燃焼排ガスは、空気分岐弁８３で分流された空気と合流され、混合気体となって底部空気室Ｒ３に供給される。排ガス分岐弁８５で底部空気室Ｒ３側に分流された燃焼排ガスは、そのまま加熱空気室Ｒ４に供給される。
【００９０】
排ガスブロワ８１及び空気ブロワ８４は、いずれも遠心型送風機で形成されており、インバータ回路を有するブロワ制御部１８１，１８４により、羽根を回転駆動するモータの回転数を夫々制御して、燃焼用空気の供給量と燃焼排ガスの戻し量とを夫々制御するようになっている。
【００９１】
空気分岐弁８３及び排ガス分岐弁８５は、いずれも三方弁で形成されており、弁体がモータで駆動されて３つのポートの開度が調節される。空気分岐弁８３及び排ガス分岐弁８５は、各々の弁体を駆動するモータへの通電制御を行う弁制御部１８３，１８５により、各ポートの流量を制御するようになっている。
【００９２】
上記ブロワ制御部１８１，１８４及び弁制御部１８３，１８５は中央制御装置８０に接続されており、この中央制御装置８０から制御信号を受けて、各ブロワ８１，８４と各弁８３，８５の動作を制御するようになっている。中央制御装置８０には、第１熱交換器３１の排出管３１９に取り付けられた酸素センサ８８と、燃料供給管２８の筒部２８ａに取り付けられた水分センサ８９に接続されている。中央制御装置８０は、酸素センサ８８によって燃焼排ガス中の残留酸素を検知し、この残留酸素量に基づいて、底部空気室Ｒ３に供給する混合気体の燃焼排ガスの割合を制御するようになっている。このように、中央制御装置８０は混合制御部として機能する。また、中央制御装置８０は、上記水分センサ８９によって燃料に含まれる水分を検知し、この水分量に基づいて、加熱空気室Ｒ４に供給する燃焼排ガスの量を制御するようになっている。このように、中央制御装置８０は混合制御部及びガス量制御部として機能する。
【００９３】
なお、酸素センサ８８は、第１熱交換器３１の排出管３１９以外に、バーナ２の排気管２１５等の他の位置に取り付けてもよい。
【００９４】
上記構成の温水ボイラ１は、以下のように動作する。まず、燃料サイロ４の排出コンベア４２とスクリューコンベア５を起動し、燃料サイロ４の箱体４１の燃料をスクリューコンベア５からバーナ２に搬送する。ここで、燃料サイロ４に貯蔵された燃料は間伐材や製材端材や建築廃材のチップであり、材料の種類が異なることから寸法にばらつきがある。しかしながら、スクリューコンベア５で搬送される際に燃料破砕部で破砕されるので、寸法のばらつきが効果的に低減される。燃料破砕部で破砕された燃料は、スクリューコンベア５の排出口５４ｂから燃料供給管２８に送られ、第１の螺旋羽根５２と第２の螺旋羽根５３との押圧作用により、燃料供給管２８内を上方に搬送される。燃料は、燃料供給管２８の横排出穴２８３から排出されて燃料支持具２９の表面に受け取られると共に、燃料供給管２８の上端の排出開口２８４から排出されて、環状フランジ２８５上に裾野が位置する形状に山積みされる。排出開口２８４から排出されて溢れた燃料は、燃料支持具２９の表面に受け取られる。
【００９５】
バーナ２の燃焼状態が安定すると、燃料供給管２８の拡径部２８ｂの排ガス導入路２８１を通して加熱空気室Ｒ４から比較的高温の燃焼排ガスが供給される。これにより、燃料供給管２８を搬送される燃料は、燃焼排ガスの熱で乾燥する。後述するように、加熱空気室Ｒ４から燃料供給管２８に供給する燃焼排ガスの量を、燃料に含まれる水分量に応じて調節することにより、燃料の水分量にばらつきがあっても安定して燃料を乾燥させるようになっている。
【００９６】
燃料支持具２９の表面と燃料供給管２８の上端に支持された燃料は、着火部２７によって着火される。すなわち、着火部２７の燃料噴射ノズル２７２から燃料に向けて灯油を噴射すると共にスパークプラグ２７３に電圧を印加して火花を発生させて、灯油に点火して燃料に着火する。これと共に、空気ブロワ８４が起動して、空気が空気分岐弁８３を通って第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２に供給され、第１空気導入路２１６及び第２空気導入路２１８から第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２に燃焼用空気が供給される。燃焼用空気の供給が開始されることにより、着火した燃料が燃焼を開始する。
【００９７】
図１２は、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内の燃焼用空気と燃焼排ガスの流れを模式的に示した斜視図である。図１２において、燃料支持具２９の表面には燃料が配置されるが、燃料は図示していない。また、燃料供給管２８は図示していない。
【００９８】
図１２に示すように、第１燃焼室Ｃ１に第１空気導入路２１６の複数の貫通穴２１７から径方向に対して傾斜する方向に、矢印Ｓ１で示すように燃焼用空気が供給される。また、第２燃焼室Ｃ２に第２空気導入路２１８の複数の貫通穴２１９から径方向に対して傾斜する方向に、矢印Ｓ２で示すように燃焼用空気が供給される。また、燃料支持具２９の複数の貫通穴２９３から、矢印Ｄ１で示すように、燃料支持具２９の傾斜面部２９１の法線に対して傾斜する方向に混合気体が吹き出される。これらにより、矢印Ｆで示すように、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内に、燃焼用空気と燃焼ガスの上昇旋回流を形成することができる。この燃焼用空気と燃焼ガスの上昇旋回流により、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内の燃焼用空気と燃焼ガスの流れの密度を増大でき、燃料を効率的に酸化して燃焼を促進することができる。また、第１空気導入路２１６と第２空気導入路２１８から第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内に供給される燃焼用空気は前加熱されているので、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２内の温度を高めて燃焼効率を向上できる。また、燃料支持具２９の貫通穴２９３から第１燃焼室Ｃ１に供給される混合気体は、空気と混合される燃焼排ガスによって予め温度が上昇しているので、第１燃焼室Ｃ１内の温度を高めて燃焼効率を向上できる。
【００９９】
また、燃焼排ガスが空気と混合されて燃料支持具２９の貫通穴２９３から第１燃焼室Ｃ１に供給されると共に、燃料の前加熱を行った後の燃焼排ガスが燃料供給管２８から第１燃焼室Ｃ１に供給される。こうして、一旦バーナ２で燃焼した燃焼排ガスが、第１燃焼室Ｃ１に戻されて再度燃焼するので、燃焼排ガスの未燃成分を燃焼させることができ、燃料の燃焼効率を全体として向上させることができる。
【０１００】
第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２で燃料が燃焼して生成された燃焼排ガスは、排気管２１５を通ってバーナ２から排出され、第１熱交換機３１で水と熱交換を行って水を加熱する。第１熱交換器３１から排出された燃焼排ガスは、サイクロン装置６で灰が除去された後、排ガスブロワ７で吸引されて大気に排出される。
【０１０１】
第１熱交換器３１で燃焼排ガスと熱交換して加熱された水は、第２熱交換器３２に導かれ、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２からの熱と熱交換して更に加熱される。第２熱交換器３２で加熱された水は、温水となって水排出口２２から排出される。
【０１０２】
この温水ボイラ１は、燃料の燃焼状態や燃料の水分量に基づいて、中央制御装置８０の制御により、燃焼用空気の供給量の制御と、燃焼排ガスの戻し量の制御を行う。
【０１０３】
バーナ２において、燃料の燃焼度が低い場合、酸素量が増大する。この燃焼排ガスに残留する酸素量を、第１熱交換器３１の排出管３１９に取り付けられた酸素センサ８８で検出する。酸素センサ８８の検出値が所定の基準値を超える場合、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８１に制御信号ａを出力して排ガスブロワ８１の送風量を増大させる。これと共に、中央制御装置８０は、弁制御部１８５に制御信号ｅを出力して、排ガス分岐弁８５の底部空気室Ｒ３側のポートの開度を増大させる。こうして、底部空気室Ｒ３に供給する混合気体の燃焼排ガスの割合を増大させて、第１燃焼室Ｃ１に戻す燃焼排ガスの量を増大させて、燃焼排ガスの未燃成分を第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２で燃焼させる。これにより、燃料の燃焼効率を向上させることができ、また、未燃成分を大気に放出することによる周辺環境の汚染を防止できる。
【０１０４】
ところで、バーナ２への酸素供給量が少ない場合、不完全燃焼が発生して燃焼排ガスに残留する酸素量が著しく減少する。酸素センサ８８の検出値が所定の基準値を下回る場合、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８４に制御信号ｂを出力して空気ブロワ８４の送風量を増大させると共に、ブロワ制御部１８１に制御信号ａを出力して排ガスブロワ８１の送風量を減少させる。更に、中央制御装置８０は、弁制御部１８３に制御信号ｄを出力して、空気分岐弁８３の底部空気室Ｒ３側のポートの開度を増大させる。また、中央制御装置８０は、弁制御部１８５に制御信号ｅを出力して、排ガス分岐弁８５の底部空気室Ｒ３側のポートの開度を減少させる。こうして、底部空気室Ｒ３に供給する混合気体の燃焼排ガスの割合を減少させると共に、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２に供給する燃焼用空気の量を増大させる。これにより、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２に供給する酸素量を増大させて、不完全燃焼を解消することができる。
【０１０５】
燃料サイロ４からスクリューコンベア５によってバーナ２に供給される燃料は、間伐材や製材端材や建築廃材のチップであり、材料の種類が異なることから水分量にばらつきがある。この燃料の水分量を、燃料供給管２８の筒部２８ａに取り付けられた水分センサ８９で検出する。水分センサ８９の検出値が所定の基準値を超える場合、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８１に制御信号ａを出力して排ガスブロワ８１の回転数を増大させる。これと共に、中央制御装置８０は、弁制御部１８５に制御信号ｅを出力して、排ガス分岐弁８５の加熱空気室Ｒ４側のポートの開度を増大させる。こうして、加熱空気室Ｒ４に供給する燃焼排ガス量を増大させ、加熱空気室Ｒ４から燃料供給管２８に導く燃焼排ガス量を増大させる。これにより、燃料供給管２８内の燃料に与える熱量を増大させて乾燥を促し、第１燃焼室Ｃ１に供給する燃料の水分量を低減させて、燃焼効率の低下を防止することができる。
【０１０６】
なお、空気分岐弁８３の下流側の第１空気室Ｒ１と第２空気室Ｒ２との分岐点に分岐弁を設け、この分岐弁により、第１空気室Ｒ１に供給する燃焼用空気の量と、第２空気室Ｒ２に供給する燃焼用空気の量の分配割合を調整してもよい。
【０１０７】
この温水ボイラ１のバーナ２は、バルブ装置９で第１燃焼室Ｃ１に水を供給することにより、燃焼排ガスの未燃成分の削減と、燃焼熱量の増大を行う。このバルブ装置９は中央制御装置８０の制御により、第１及び第２燃焼室Ｃ１，Ｃ２内の温度が十分に上昇した状態で作動する。すなわち、中央制御装置８０は、第１燃焼室Ｃ１に設けられた図示しない温度センサから検出信号を受け、第１燃焼室Ｃ１の温度が所定の基準温度を満たしていると判断すると、バルブ装置９に接続された図示しないバルブ制御部に制御信号を出力する。制御信号を受けたバルブ制御部は、弁駆動部９４に弁体９２を駆動させて、弁体９２の弁位置を第１燃焼室Ｃ１の温度に対応する位置に調節する。これにより、第２熱交換器３２の水が、連通管９１の吐出口９１ｂから第１空気室Ｒ１内に供給されて霧状となり、霧状の水分が第１空気導入路２１６を通して第１燃焼室Ｃ１に供給される。こうして、燃焼温度に応じた水分を第１燃焼室Ｃ１に供給することにより、第１燃焼室Ｃ１に水性ガスを生成し、燃焼反応を促進して燃焼排ガスの未燃成分を減少させると共に、生成熱量を増大することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態のボイラ１は、バーナ２にスクリューコンベア５で燃料を搬送する際に燃料の破砕を行うと共に、この燃料を燃料供給管２８で加熱して水分量を低減させた後、第１燃焼室Ｃ１に供給する。したがって、例えば伐採直後の間伐材や、伐採から時間が経過した製材端材等が混在するような、異なる種類の材料が混在する植物性バイオマスを燃料に用いても、第１及び第２燃焼室Ｃ１，Ｃ２に安定した燃焼状態を得ることができ、安定した温度と量の温水を供給することができる。その結果、このボイラ１は、木質ペレットを用いる従来のボイラよりも、燃料の製造に消費されたエネルギーを考慮してもカーボンニュートラルに近い程度に、二酸化炭素の排出量を削減できる。また、製造コストの安い燃料を用いることができるので、温水ボイラ１の燃料費を効果的に低減することができる。
【０１０９】
上記実施形態において、第１燃焼室Ｃ１に燃料を供給する燃料搬送部は、スクリューコンベア５と燃料供給管２８とで形成されたが、燃料搬送部は、燃料サイロ４から燃料を搬出する搬出用のスクリューコンベアと、この搬出用のスクリューコンベアで搬送された燃料を燃焼室に供給する供給用のスクリューコンベアとで形成されていてもよい。図１３は、供給用のスクリューコンベヤを適用した変形例のバーナ２の下部を示す断面図である。
【０１１０】
このバーナ２は、バーナ部２の下方に、スクリューコンベヤで形成された搬出コンベヤ５と、この搬出コンベヤ５の終端に接続されてスクリューコンベヤで形成された供給コンベヤ１０１を有する。供給コンベヤ１０１は、第１燃焼室Ｃ１の底面を画定する底板２１０を貫通して配置されており、上部が第１燃焼室Ｃ１の下部に突出している。供給コンベヤ１０１は、円筒状のケーシング１０２と、ケーシング１０２内に収容された回転軸１０４及びスクリュー羽根１０５を有する。ケーシング１０２は、下端部の側面に搬出コンベヤ５のケーシングが固定されていると共に、上端に燃料の排出開口が設けられている。ケーシング１０２の上端には、排出開口を取り囲むフランジ１０３が設けられている。供給コンベヤ１０１の回転軸１０４の下端は図示しない熱シールドで隔てられたモータＭに接続されている一方、回転軸１０４の上端には燃料の拡散棒１０６が固定されている。拡散棒１０６は、ケーシング１０２の上端の排出開口よりも多少上方の位置で回転駆動されるように形成されている。これにより、搬送コンベヤ５で搬送された燃料を、回転軸１０４及びスクリュー羽根１０５の回転動作でケーシング１０２内を上方へ送り、上端の排出開口から排出した後、回転軸１０４によって回転駆動される拡散棒１０６で第１燃焼室Ｃ１の底部に拡散させるように形成されている。供給コンベヤ１０１のケーシング１０２の排出開口は、第１燃焼室Ｃ１の第１空気導入路２１６を形成する貫通穴２１７よりも多少低い高さに位置している。
【０１１１】
供給コンベヤ１０１のケーシング１０２の外径側には、このケーシング１０２と同心に空気供給管１０７が設けられており、この空気供給管１０７の内側面とケーシング１０２の外側面との間に、第１補助空気供給路１０９が形成されている。第１補助空気供給路１０９は、空気供給管１０７の上端とケーシング１０２のフランジ１０３との間に形成された環状開口１０９ａから、燃焼用空気を供給するように形成されている。第１補助空気供給路１０９は、底板２１０の下側に供給コンベヤ１０１を取り囲むように形成された概ね環状の空気供給室Ｒ６から、燃焼用空気が供給される。
【０１１２】
また、第１補助空気供給路１０９以外に、第１燃焼室Ｃ１の下部の外径側に設けられた第２補助空気供給路１１０を通して、第１燃焼室Ｃ１の底部に燃焼用空気が供給されるようになっている。第２補助空気供給路１１０は、底板２１０上に配置された燃料支持具２９の外径面と内壁２１の内周面との間に形成されており、底板２１０の外径部に設けられた外径貫通穴２１０ｃを通して、空気供給室Ｒ６から燃焼用空気が供給されるようになっている。
【０１１３】
燃料支持具２９は、図４Ａの燃料支持具２９と同じ構成を有し、傾斜面部２９１と、筒部２９２と、貫通穴２９３と、立壁２９４と、カバー２９５とを有する。燃料支持具２９の底側に、底板２１０の径方向の中央に形成された貫通穴２１０ａを通して加熱媒体としての燃焼排ガスが導かれ、この燃焼排ガスが、燃料支持具２９上に支持された燃料に、貫通穴２９３を通して供給されるようになっている。また、底板２１０の内径部に形成された貫通穴２１０ｂを通して導かれた燃焼排ガスが、燃料支持具２９の内径部に形成された貫通穴と空気供給管１０７の外周面との間の環状の隙間から、空気供給管１０７の周囲に位置する燃料に供給されるようになっている。上記底板２１０の貫通穴２１０ｂの上方には、空気供給管１０７の外周面から径方向外側に突出する環状のじゃま板１０８が設けられており、このじゃま板１０８により、燃料が貫通穴２１０ｂを閉塞することを防止している。
【０１１４】
空気供給室Ｒ６は、底板２１０の下側面に固定された円筒状ケーシング１２４の内側に形成されている。空気供給室Ｒ６内の上部の内径側には、加熱媒体としての燃焼排ガスを第１燃焼室Ｃ１に供給するための排ガス供給室Ｒ５が設けられている。排ガス供給室Ｒ５は、空気供給室Ｒ６の円筒状ケーシング１２４と同心に配置された円筒状ケーシング１２５内に形成されており、この円筒状ケーシング１２５と、下端に固定された環状板とで空気供給室Ｒ６と区画されている。２つの円筒状ケーシング１２４，１２６には、図示しない導入管が夫々の接線方向を向いて取り付けられている。これらの導入管を通して、排ガス供給室Ｒ５には燃焼排ガスが、空気室Ｒ６には燃焼用空気が供給されることにより、排ガス供給室Ｒ５には燃焼排ガスの旋回流が形成され、空気室Ｒ６には燃焼用空気の旋回流が形成されるようになっている。これにより、排ガス供給室Ｒ５から燃料支持具２９の貫通穴２９３と燃料支持具２９の内径部の貫通穴を通して、高温の燃焼排ガスの旋回流を燃料に供給するように形成されている。また、空気室Ｒ６から第１補助空気供給路１０９と第２補助空気供給路１１０を通して、燃焼用空気の旋回流を燃料の上方の内径側と外径側とに供給するように形成されている。
【０１１５】
図１４は、変形例のバーナ２へ燃焼用空気と燃焼排ガスを供給する給気系統を示す模式図である。変形例の給気系統は、燃焼用空気と燃焼排ガスを混合することなく、互いに独立してバーナ２に供給する点が、図１１の給気系統と相違する。図１４に関し、図１１の給気系統と同一の部分には同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。変形例の給気系統は、空気ブロワ８４により吸引した空気を、空気分岐弁８３で第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側と、空気供給室Ｒ６側に分流する。空気分岐弁８３で第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２側に分流された空気は、第１空気室Ｒ１及び第２空気室Ｒ２で旋回流になり、矢印Ｓ１及びＳ２で示すように、第１空気導入路２１６の複数の貫通穴２１７と、第２空気導入路２１８の複数の貫通穴２１９から、第１燃焼室Ｃ１と第２燃焼室Ｃ２とに夫々旋回状に供給される。一方、空気分岐弁８３で空気供給室Ｒ６側に分流された空気は、空気供給室Ｒ６で旋回流になり、第１補助空気供給路１０９と第２補助空気供給路１１０を通して、矢印Ａ１及びＡ２で示すように、第１燃焼室Ｃ１の燃料の上方の内径側と外径側に旋回状に供給される。
【０１１６】
これと共に、変形例の給気系統は、排ガスブロワ８１で吸引した燃焼排ガスを、排ガス供給室Ｒ５に供給して排ガス供給室Ｒ５に燃焼排ガスの旋回流を形成する。この燃焼排ガスは、矢印Ｄ２で示すように、底板２１０の貫通穴２１０ａと燃料支持具２９の貫通穴２９３を通って傾斜面部２９１上の燃料に旋回状に供給される。これと共に、矢印Ｄ３で示すように、底板２１０の貫通穴２１０ｂを通して傾斜面部２９１上の燃料の内径側に旋回状に供給される。
【０１１７】
中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８４によるブロワ８４の風量と、弁制御部１８３による空気分岐弁８３の開度とを調節して、第１燃焼室Ｃ１及び第２燃焼室Ｃ２と、燃料の上方の内径側と外径側に供給される燃焼用空気の量を調整する。この燃焼用空気の量は、供給コンベヤ１０１の燃料の供給量と、第１燃焼室Ｃ１に設けられた図示しない温度センサで測定した燃焼室温度に基づいて制御する。これにより、燃焼温度に応じた量の燃焼用空気を、第１及び第２燃焼室Ｃ１，Ｃ２に供給することができ、燃料の燃焼状態を適切に調節することができる。
【０１１８】
また、中央制御装置８０は、ブロワ制御部１８１によりブロワ８１の風量を調節して、第１燃焼室Ｃ１の燃料支持具２９上の燃料に供給される燃焼排ガスの量を調整する。この燃焼排ガスの量は、第１熱交換器３１の排出管３１９に取り付けられた酸素センサ８８からの酸素濃度と、燃料供給管２８の筒部２８ａに取り付けられた水分センサ８９からの燃料の水分量とに基づいて制御する。これにより、燃焼排ガスに残留した未燃成分の量に応じて燃焼排ガスを第１燃焼室Ｃ１に戻して、未燃ガスを燃焼させることができると共に、燃料に含まれる水分量に応じて燃焼排ガスを燃料に供給して、燃料を適切に乾燥させ、更には炭化及び燃焼を促進することができる。
【０１１９】
このように、変形例の給気系統によれば、温度に応じた適切な燃焼用空気を燃焼室に供給することができると共に、燃焼排ガスの未燃成分を燃焼室に戻して燃焼させることができ、さらに、燃料を効果的に乾燥させることができ、したがって、燃料の水分量にばらつきが存在しても、燃焼室における燃焼状態を安定にすることができる。その結果、このバーナ２は、所定温度の燃焼排ガスを安定して生成することができ、ひいてはボイラの生成する温水の温度及び量を安定させることができる。
【０１２０】
また、この変形例のバーナ２によれば、空気供給管１０７の外周側及び燃料支持具２９の上方に供給された燃料に、高温の燃焼排ガスを燃料支持具２９の貫通穴２９３と内径部の貫通穴から燃焼排ガスを供給するので、第１燃焼室Ｃ１の燃焼に伴う熱が伝わり難い燃料の下側部分を効果的に加熱することができ、したがって、燃料を下側からも十分に乾燥及び炭化させることができる。また、燃焼排ガスに残留する未燃成分と酸素を燃料に供給することにより、燃料の燃焼を促進することができる。また、燃料の上方の内径側と外径側に、第１補助空気供給路１０９と第２補助空気供給路１１０を通して燃焼用空気を供給するので、燃料の燃焼を偏り無く促進させることができる。更に、燃焼排ガスの旋回流と燃焼用空気の旋回流を供給することにより、燃焼ガスと燃焼用空気を、燃料と燃料の上方に高密度に流して供給することができ、燃料の燃焼効率を向上させて燃料の完全燃焼に近づけることができる。
【０１２１】
また、このバーナ２は、第１燃焼室Ｃ１の下部に、スクリューコンベヤで形成された供給コンベヤ１０１で燃料を供給するので、第１燃焼室Ｃ１への燃料の供給を停止して燃焼を停止する場合、供給コンベヤ１０１の内部に燃料が残留することなく第１燃焼室Ｃ１に燃料を全て排出することができる。
【０１２２】
上記実施形態において、植物性のバイオマス燃料として、間伐材や製材端材や建築廃材のチップを用いたが、例えば剪定材や伐根材のチップや、麦わらやサトウキビ殻の破砕片や、草等の他の植物性のバイオマス燃料を用いることができる。
【０１２３】
上記実施形態において、ジャケット式の第１熱交換器Ｃ１と多管式の第２熱交換器Ｃ２を用いたが、熱交換器の種類はジャケット式や多管式に限定されない。また、バーナ２に第２熱交換器Ｃ２を設けなくてもよい。
【０１２４】
また、上記実施形態では、本発明のバーナを温水ボイラ１に適用した場合を例示したが、蒸気ボイラに適用することもできる。
【０１２５】
さらに、本発明は、温水ボイラや蒸気ボイラに限られず、暖房装置、冷房装置、温風機、乾燥機、焼却設備及び発電設備等における種々の熱源として用いられるバーナに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施形態としての温水ボイラの構成を示す模式図である。
【図２】バーナ２を示す断面図である。
【図３】第１及び第２空気室と底部空気室を画定する部材を取り出して示した平面図である。
【図４Ａ】燃料支持具２９を示す平面図である。
【図４Ｂ】傾斜面部の貫通穴の周辺部を示す横断面図である。
【図４Ｃ】傾斜面部の貫通穴の周辺部を示す縦断面図である。
【図５】燃料サイロとスクリューコンベアとバーナの一部を示す模式図である。
【図６】スクリューコンベアの燃料破砕部に用いられる螺旋羽根を示す斜視図である。
【図７】スクリューコンベアの燃料破砕部における断面図である。
【図８】バーナのバルブ装置を示す断面図である。
【図９】第１熱交換器を示す断面図である。
【図１０】サイクロン装置及び冷却集灰装置を示す模式図である。
【図１１】バーナへ燃焼用空気と燃焼排ガスを供給する給気系統を示す模式図である。
【図１２】第１燃焼室及び第２燃焼室内の燃焼用空気と燃焼排ガスの流れを模式的に示した斜視図である。
【図１３】変形例のバーナの下部を示す断面図である。
【図１４】変形例のバーナの給気系統を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 温水ボイラ
２ バーナ
４ 燃料サイロ
５ スクリューコンベア
７ 排気ブロワ
３１ 第１熱交換器
３２ 第２熱交換器
６２ 戻りダクト
８１ 排ガスブロワ
８５ 排ガス分岐弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを含む燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
燃料を燃焼する燃焼室を有するバーナ部と、
上記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料をバーナ部の燃焼室に搬送する燃料搬送部と、
上記燃料搬送部に設けられ、この燃料搬送部で搬送されている燃料を破砕する燃料破砕部と、
上記燃料破砕部で破砕された燃料の前加熱を行う燃料前加熱部と
を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料搬送部は、回転駆動されて燃料を送る螺旋羽根と、この螺旋羽根を収容するケーシングとを有するスクリューコンベアを有し、
上記燃料破砕部は、上記スクリューコンベアの螺旋羽根の縁に設けられた切欠き部と、この切欠き部の回転経路に沿って上記ケーシングの内周面に設けられた突出部とを有することを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項３】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスにより燃料の前加熱を行うことを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項４】
請求項３に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部に供給する燃焼排ガスの量を、上記燃焼室に供給される燃料の水分量に基づいて制御するガス量制御部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項５】
請求項３に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料搬送部は、燃料貯蔵部から燃料を搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアで搬送された燃料をバーナ部の燃焼室の下部に導入する燃料供給管を有し、
上記燃料前加熱部は、上記燃料搬送部の燃料供給管内に燃焼排ガスを供給するように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項６】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室に旋回流を形成するように燃焼用空気を供給する旋回空気供給部と、
上記旋回空気供給部に設けられ、上記燃焼室へ供給される燃焼用空気の前加熱を行う空気前加熱部と
を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項７】
請求項６に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記旋回空気供給部は、上記燃焼室の外周側に設けられた円筒環状の空気室と、この円筒環状の空気室に接線方向に燃焼用空気を導入する空気導入路と、上記空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有し、
上記旋回空気供給部の空気室が、内周側の燃焼室から伝わる熱で燃焼用空気の前加熱を行うように形成されて、上記空気前加熱部を兼ねていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項８】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室内に供給された燃料を、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスを含む加熱媒体によって燃焼室の底側から加熱するように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項９】
請求項８に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部は、燃焼室内に供給された燃料を支持する燃料支持具を有し、この燃料支持具は、上記燃焼室内の底部に配置され、燃焼室の底から離れるにつれて拡径するテーパ形状を有すると共に上記加熱媒体の流通穴を有し、表面に支持する燃料に、上記流通穴を通して加熱媒体を供給するように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１０】
請求項８に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記加熱媒体は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスと空気との混合気体であることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記混合気体の燃焼排ガスと空気との混合割合を、上記燃焼室から排出された燃焼排ガスの残留酸素量に基づいて制御する混合制御部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１２】
請求項８に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室内に、この燃焼室内に供給された燃料の上方の内径側と外径側とから燃焼用空気を供給する補助燃焼用空気供給部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１３】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室に水を供給する給水部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室の外周側に配置され、燃焼用空気が導入されて燃焼用空気の前加熱を行う円筒環状の空気室と、この空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有する空気前加熱部を備え、
上記空気前加熱部の空気室の外周側を取り囲むように形成されて被加熱媒体としての水が導入される円筒環状の水室を有し、
上記給水部は、上記水室と、上記空気前加熱部の空気室との隔壁を貫通して設けられたバルブ装置を有し、このバルブ装置のバルブが開き駆動され、上記水室の水が空気室に導かれて空気導入路を通って燃焼室内に供給されるように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料ボイラ。
【請求項１５】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料は、植物性のバイオマスを含むことを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１】
バイオマスを含む燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
燃料を燃焼する燃焼室を有するバーナ部と、
上記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料をバーナ部の燃焼室に搬送する燃料搬送部と、
上記燃料搬送部に設けられ、この燃料搬送部で搬送されている燃料を破砕する燃料破砕部と、
上記燃料破砕部で破砕された燃料の前加熱を行う燃料前加熱部と
を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料搬送部は、回転駆動されて燃料を送る螺旋羽根と、この螺旋羽根を収容するケーシングとを有するスクリューコンベアを有し、
上記燃料破砕部は、上記スクリューコンベアの螺旋羽根の縁に設けられた切欠き部と、この切欠き部の回転経路に沿って上記ケーシングの内周面に設けられた突出部とを有することを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項３】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスにより燃料の前加熱を行うことを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項４】
請求項３に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部に供給する燃焼排ガスの量を、上記燃焼室に供給される燃料の水分量に基づいて制御するガス量制御部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項５】
請求項３に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料搬送部は、燃料貯蔵部から燃料を搬送するスクリューコンベアと、このスクリューコンベアで搬送された燃料をバーナ部の燃焼室の下部に導入する燃料供給管を有し、
上記燃料前加熱部は、上記燃料搬送部の燃料供給管内に燃焼排ガスを供給するように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項６】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室に旋回流を形成するように燃焼用空気を供給する旋回空気供給部と、
上記旋回空気供給部に設けられ、上記燃焼室へ供給される燃焼用空気の前加熱を行う空気前加熱部と
を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項７】
請求項６に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記旋回空気供給部は、上記燃焼室の外周側に設けられた円筒環状の空気室と、この円筒環状の空気室に接線方向に燃焼用空気を導入する空気導入路と、上記空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有し、
上記旋回空気供給部の空気室が、内周側の燃焼室から伝わる熱で燃焼用空気の前加熱を行うように形成されて、上記空気前加熱部を兼ねていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項８】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部は、上記バーナ部の燃焼室内に供給された燃料を、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスを含む加熱媒体によって燃焼室の底側から加熱するように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項９】
請求項８に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料前加熱部は、燃焼室内に供給された燃料を支持する燃料支持具を有し、この燃料支持具は、上記燃焼室内の底部に配置され、燃焼室の底から離れるにつれて拡径するテーパ形状を有すると共に上記加熱媒体の流通穴を有し、表面に支持する燃料に、上記流通穴を通して加熱媒体を供給するように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１０】
請求項８に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記加熱媒体は、上記バーナ部の燃焼室から排出された燃焼排ガスと空気との混合気体であることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記混合気体の燃焼排ガスと空気との混合割合を、上記燃焼室から排出された燃焼排ガスの残留酸素量に基づいて制御する混合制御部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１２】
請求項８に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室内に、この燃焼室内に供給された燃料の上方の内径側と外径側とから燃焼用空気を供給する補助燃焼用空気供給部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１３】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室に水を供給する給水部を備えることを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記バーナ部の燃焼室の外周側に配置され、燃焼用空気が導入されて燃焼用空気の前加熱を行う円筒環状の空気室と、この空気室の燃焼用空気を燃焼室内に導く空気導入路とを有する空気前加熱部を備え、
上記空気前加熱部の空気室の外周側を取り囲むように形成されて被加熱媒体としての水が導入される円筒環状の水室を有し、
上記給水部は、上記水室と、上記空気前加熱部の空気室との隔壁を貫通して設けられたバルブ装置を有し、このバルブ装置のバルブが開き駆動され、上記水室の水が空気室に導かれて空気導入路を通って燃焼室内に供給されるように形成されていることを特徴とするバイオマス燃料ボイラ。
【請求項１５】
請求項１に記載のバイオマス燃料バーナにおいて、
上記燃料は、植物性のバイオマスを含むことを特徴とするバイオマス燃料バーナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１０７１６５（Ｐ２０１０−１０７１６５Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２０４９（Ｐ２００８−２８２０４９）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【Ｆターム（参考）】
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