ペレット燃焼装置、およびペレット燃焼装置を利用する暖房機並びにボイラー
【課題】燃焼性能の高いペレット燃焼装置を提供する。
【解決手段】燃焼室８０の下部に備えられた燃焼皿５に一次空気を供給して、燃焼皿５でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置１において、内側壁４１に設けた孔４７ａ〜４７ｄとルーバー４５とにより、燃焼室８０の内側壁４１から燃焼室８０内に二次空気を供給して、燃焼室８０内に周方向の旋回流を形成させると共に、燃焼室８０の中央に位置させた燃焼皿５の開口５７を囲み、燃焼室８０の上部側に向かうにつれて燃焼室８０の中心側に傾斜する傾斜面５１ａを有するガイド５１を設けて、ルーバー４５により旋回流とされた孔４７ｄから供給された二次空気が、傾斜面５１ａにより、燃焼室８０内部を周方向に旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにした。
【解決手段】燃焼室８０の下部に備えられた燃焼皿５に一次空気を供給して、燃焼皿５でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置１において、内側壁４１に設けた孔４７ａ〜４７ｄとルーバー４５とにより、燃焼室８０の内側壁４１から燃焼室８０内に二次空気を供給して、燃焼室８０内に周方向の旋回流を形成させると共に、燃焼室８０の中央に位置させた燃焼皿５の開口５７を囲み、燃焼室８０の上部側に向かうにつれて燃焼室８０の中心側に傾斜する傾斜面５１ａを有するガイド５１を設けて、ルーバー４５により旋回流とされた孔４７ｄから供給された二次空気が、傾斜面５１ａにより、燃焼室８０内部を周方向に旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木屑などを固めて形成されたペレットを燃焼させるペレット燃焼装置、およびペレット燃焼装置を利用する暖房機並びにボイラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、木材の切屑などを押し固めて形成されたペレットを燃焼させ、その熱を利用する装置として、たとえば特許文献１に開示されたものがある。
【特許文献１】特開昭５７−１９５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された装置では、ペレットの燃焼に直接関与する一次空気の他に、燃焼室内に旋回流を生じさせて未燃焼ガスを燃焼させる二次空気を利用して、燃焼性の向上を図っているが、二次空気のほとんどは、火炎の周囲を旋回するのみで燃焼に直接関与しておらず、さらなる燃焼性の向上が求められている。
【０００４】
そこで本発明は、簡単な構造で燃焼性能の高い燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃焼室の下部に備えられた燃焼皿に一次空気を供給して、燃焼皿でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置において、燃焼皿は上から見たとき燃焼室の中央に位置しており、燃焼室の周壁から燃焼室内に二次空気を供給して、燃焼室内に中心方向に向かう旋回流を形成させる旋回流形成手段を設けると共に、燃焼皿の上端開口を囲む傾斜面を、燃焼室の上部側に行くにつれて燃焼室の中心側に傾けて設け、旋回流が、傾斜面で、燃焼室内を中心方向に向けて旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、旋回上昇流は、燃焼皿内で燃焼するペレットの火炎の根本側から火炎周りを旋回しながら上昇するので、火炎にねじれが生じて乱流化し、未燃焼ガスと二次空気との混合が促進されて燃焼性が向上する。また、旋回上昇流が、火炎を燃焼室の中央に集中させると共に、未燃焼ガスを火炎側に導くので、未燃焼ガスの燃焼が促進されて、排熱温度が上昇すると共に、燃焼効率が向上する。よって、燃焼性能の高い燃焼装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、ペレット燃焼装置１の断面図である。図２の（ａ）は燃焼皿５の上面図であり、図２の（ｂ）は燃焼皿５の側壁孔周りの断面図である。
ペレット燃焼装置１は、燃焼装置本体１０と、燃焼装置本体１０に木質系のペレットを供給するペレット供給装置２と、燃焼装置本体１０に燃焼用空気を送り込むブロワー３とより構成される。
【０００８】
燃焼装置本体１０は、円筒形状の外側壁４２と、外側壁４２の上側開口部を覆う天井板４３と、外側壁４２の下側開口部を覆う底板４４とよりなる外側ケース４を備えている。
外側ケース４の内部は、中央の燃焼皿５を支持する隔壁１１により上下に区画され、上部空間には外側壁４２との間に間隙をおいて天井板４３から隔壁１１にわたって円筒形状の内側壁４１が設けられ、内側壁４１に囲まれた燃焼室８０を形成している。なお、内側壁４１と外側壁４２との間の空間は、後述する二次空気室８２となっている。
【０００９】
燃焼皿５は、円盤形状の火格子５４を底壁とし、火格子５４の外周縁から上方に行くにしたがって口径が広がる傾斜角で立ち上がる側壁５２を有して、側壁５２の上端外周縁で隔壁１１につながっている。側壁５２は上から見たときドーナツ形状を呈している。
【００１０】
隔壁１１には、燃焼皿５の側壁５２の上端の開口５７を囲み、上方向へ伸びるガイド５１が設けられている。
ガイド５１は、上方の燃焼室８０側から見てドーナツ形状を呈しており、燃焼室８０側の上面は、隔壁１１の上面１１ａに対して傾斜する傾斜面５１ａとされている。
ガイド５１の内周壁５１ｂは、開口５７を囲む筒状壁となっており、開口５７の直径Ｄ２よりも若干大きい径Ｄ１を有している。
【００１１】
傾斜面５１ａは、ガイド５１の径方向外側に位置する内側壁４１側から開口５７側に向かうにつれて隔壁１１からの高さが高くなっており、燃焼室８０の上部側に行くにつれて、燃焼室８０の中心側に傾斜している。後記する内側壁４１の孔４７ｄから傾斜面５１ａに向けて吹き出された二次空気の進行方向を、隔壁１１に対して平行な方向から、燃焼室８０の上部に向かう方向に変流させるためである。
【００１２】
実施の形態では、傾斜面５１ａの隔壁１１に対する傾斜角γは、４５°とされているが、二次空気の進行方向を、燃焼室８０の上部に向かう方向に変流できる角度範囲内であれば、４５°以下の任意の傾斜角に設定可能である。
【００１３】
ペレット燃焼装置１では、燃焼室８０内でペレットを燃焼させる構成であるため、燃焼皿５、隔壁１１、内側壁４１、外側壁４２、天井板４３、ガイド５１などの材質には耐熱性のある金属や耐火性のある煉瓦等耐熱材や耐火材が用いられる。
燃焼皿５、ガイド５１、さらには必要に応じて隔壁１１は、プレス加工した複数の部材を一体に組み合わることによって形成される。なお、切削加工等による一体物として形成しても良い。
【００１４】
隔壁１１により区画された外側ケース４の下部空間には、燃焼皿５を囲んで隔壁１１から底板４４にわたって円筒形状の区画壁５５が設けられ、区画壁５５の内側を一次空気室８１とし、区画壁５５の外側の外側壁４２との間の空間を空気導入室８３としている。
ペレット供給装置２は、ペレットを収容するホッパー２０と、ホッパー２０から外側壁４２と内側壁４１を貫通して燃焼室８０内に伸びる供給通路２１とより構成され、ホッパー２０から供給通路２１を通じて、燃焼皿５内にペレットが供給されるようになっている。
【００１５】
一次空気室８１には、ペレットが燃焼した後の灰を受ける灰受け６が底板４４上に載置して設けられている。灰受け６は、燃焼皿５の火格子５４と側壁孔６１の直下をカバーする広さをもたせるのが好ましい。
灰受け６は区画壁５５および外側壁４２に設けられた図示しない開閉可能な扉から、外側ケース４の外部に取り出し可能となっている。
【００１６】
ブロワー３は、外側壁４２を貫通する送風管３１Ａによって一次空気室８１に接続されている。
送風管３１Ａからは、燃焼装置本体１０の外部において送風管３１Ｂが分岐し、送風管３１Ｂは空気導入室８３に接続している。隔壁１１には、二次空気室８２と空気導入室８３とを連通させる導入孔５６が複数設けられている。
【００１７】
燃焼皿５の側壁５２は、燃焼皿５に入れられたペレットを効率よく中央に寄せ集めるため、図２の（ｂ）に示すように、火格子５４に対して傾斜角αとなっている。傾斜角αとしては４５〜６５°が望ましい。
火格子５４は、複数の格子孔６０を備え、また側壁５２には、火格子５４から所定高さの位置に周方向に複数の側壁孔６１が設けられている。側壁孔６１の高さ位置は、燃焼皿５に投入されるペレットの最小供給時の堆積高さ以下に設定され、例えば火格子５４から隔壁１１までの高さの下部から１／３までの範囲内が好ましい。
【００１８】
側壁孔６１の孔の向きは、図２の（ａ）に示すように、側壁５２の半径線Ｒに対して傾斜角βとなるように設けられるとともに、図２の（ｂ）に示すように、断面において側壁５２の面に対して直角となるように設定されているが、少なくとも側壁孔６１からの吹き出しが上向きになっていればよい。また、傾斜角βとしては４５°が好ましいが、少なくとも吹き出しが燃焼皿５の側壁５２にそって旋回流となるように吹き出るようであればよい。
これにより、ブロワー３から一次空気室８１に供給された一次空気は、格子孔６０から上方へ向けて吹き出して燃焼皿５内のペレットを上昇させるとともに、側壁孔６１からも燃焼皿５内に吹き出して、図２の（ａ）の例では反時計方向に旋回する旋回流を発生させる。なお、旋回する方向については、一次空気も強制旋回させるように供給される場合、一次空気と二次空気との旋回方向が同じであればよく、図２の（ａ）の例に限られず、時計方向でもよい。
図１、図２における実線矢印は一次空気の流れを示している。
【００１９】
つぎに、図１に示すように、内側に燃焼室８０を形成し外側に二次空気室８２を形成する内側壁４１には、上下方向に孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄを並べた空気孔組４７が、周方向の対向する位置に設けられている。空気孔組４７の各孔の向きは燃焼室８０の中心に向かっており、上下方向には内側壁４１の面に対して直角となっているが、少なくとも下向きでなければよい。
【００２０】
孔４７ａ〜４７ｄは、内側壁４１の上下方向で、等間隔で設けられている。孔４７ｄは、ガイド５１の隔壁１１からの突出高さｈの半分の高さ位置（１／２ｈ）に設けられており、ガイド５１の傾斜面５１ａに対向している。孔４７ｄから燃焼室８０内に吹き出された二次空気が、傾斜面５１ａの高さ方向の略中間部に吹き付けられるようにするためである。
なお、孔４７ａ〜４７ｃは、燃焼室８０内において、ガイド５１よりも上方に位置しており、孔４７ａ〜４７ｃから燃焼室８０内に吹き出された二次空気が、火炎の高さに合わせて供給されるようになっている。孔４７ａ〜４７ｃから吹き出された二次空気で、後記する旋回流を形成し、孔４７ｄから吹き出された二次空気で、後記する旋回上昇流を形成するようにするためである。
【００２１】
図３は、燃焼室８０内に形成される旋回流を説明する図であって、（ａ）は、図１における要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。なお、図３の（ａ）、（ｂ）では共に、一次空気の流れの図示を省略しており、さらに（ｂ）では、燃焼室８０の下部に位置する燃焼皿５および隔壁１１の図示を省略している。
図４は、燃焼室８０内に形成される旋回上昇流を説明する図であって、（ａ）は、図１における要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）におけるＹ−Ｙ矢視図である。なお、（ａ）、（ｂ）では共に、一次空気の流れの図示を省略している。
【００２２】
内側壁４１の内側には、空気孔組４７の孔列にそって、ルーバー４５が設けられている。図３の（ｂ）に示すように、ルーバー４５は、燃焼室８０を上側から見て、空気孔組４７にかぶさるように孔の向きに対して傾斜角δとなっている。ルーバー４５の傾斜方向は燃焼皿５における側壁孔６１の向きと同方向であり、傾斜角δとしては４５°が望ましい。空気孔組４７の孔数はペレット燃焼装置１の設計発熱量に合わせて設定される。
実施の形態では、ルーバー４５は、空気孔組４７毎に設けられているが、空気孔組４７を構成する孔４７ａ〜４７ｄ毎に設けていても良い。さらに、旋回流を形成する二次空気を吹き出す孔４７ａ〜４７ｃ用のルーバーと、旋回上昇流を形成する二次空気を吹き出す孔４７ｄ用のルーバーとを別々に設けるようにしても良い。
【００２３】
図１に示すように、送風管３１Ｂから空気導入室８３を経て、隔壁１１の導入孔５６から二次空気室８２に供給された二次空気は、空気孔組４７から燃焼室８０内に吹き出される。空気孔組４７から吹き出された二次空気は、ルーバー４５によってその傾斜にそった方向に変流される。
これにより、例えば図３の（ｂ）に示すように、孔４７ｂから吹き出された二次空気の流れ方向は、ルーバー４５により図中符号Ｂ１で示す方向に変流され、図３の（ａ）に示すように、燃焼室８０内において破線矢印Ｂで示すような反時計回りの旋回流を形成する。孔４７ａ、４７ｃから吹き出された二次空気についても、同様である。
【００２４】
一方、図４の（ｂ）に示すように、孔４７ｄから吹き出された二次空気の流れ方向は、ルーバー４５により、燃焼室８０内を反時計周りに旋回する旋回流を形成する方向Ｃ１に変流される
ここで、実施の形態では、符号Ｃ１で示す流れ方向は、燃焼室８０を上方から見て、ガイド５１の内周壁５１ｂが描く円の接線Ｌに沿う方向、またはこの接線Ｌに沿う方向よりも燃焼皿５の中心Ｏ側に向かう方向となるように設定されているので、符号Ｃ１で示す方向に変流された二次空気は、ガイド５１の傾斜面５１ａに吹き付けられる。
【００２５】
ここで、傾斜面５１ａは、燃焼室８０の中心に向かうにつれて、隔壁１１からの突出高さが高くなるように傾斜している。そのため、ルーバー４５により変流された二次空気の流れ方向Ｃ１は、傾斜面５１ａによりさらに変流されて、燃焼室８０内で中心方向に向かって反時計周りに方向に旋回しながら上昇する旋回上昇流Ｃとされる。
ここで、空気は面に沿って流れる性質があるため、傾斜面５１ａから離れた二次空気の一部は、内周壁５１ｂに沿って流れ、燃焼皿５の火炎の根元に旋回しながら流れ込むことになる。
したがって、孔４７ｄから吹き出されて旋回する二次空気は、火炎の根本側から火炎周りを旋回しながら、燃焼室８０の上部側に向けて上昇する。
【００２６】
図１に示すように、燃焼室８０の内部において、天井板４３には、熱取出孔４６と対向する位置に金属製のバッフル７が吊下部材７１によって取り付けられている。
バッフル７はプレス加工等によって円錐形状に形成され、円錐形状の先端側が燃焼皿５側を向くように配置されている。
【００２７】
つぎに、以上の構成になるペレット燃焼装置１の動作について説明する。
図５は、ペレットを燃焼させた際の模式図である。
【００２８】
図５に示すように、ペレット供給装置２から燃焼室に供給されたペレット１００は、燃焼皿５上で燃焼する。
燃焼皿５内には、火格子の格子孔６０および側壁の側壁孔６１から一次空気が吹き出されるので、ペレット１００が持ち上げられ、かつ吹き出された一次空気による旋回流Ａにより旋回させる力が作用して、攪拌状態が生成される。この際、側壁孔６１からの一次空気の吹き出し方向も水平方向ではなく上向きに傾斜しているので、ペレット持ち上げに貢献する。
【００２９】
これにより、燃焼皿５内のペレット１００には燃焼に必要な一次空気が偏りなく万遍に供給される。
燃焼するペレット１００の火炎は、燃焼皿５の上端開口縁近傍に設けられたガイド５１の内周壁５１ｂにより燃焼室８０の内側壁４１へ拡がって延びることが阻止され、燃焼室８０の中央へガイドされる。
【００３０】
また、孔４７ｄから吹き出された二次空気が、ガイド５１の傾斜面５１ａにより、火炎の根本側から上方に立ち上がる一次空気の旋回と同方向の旋回上昇流Ｃを形成し、さらにその一部が内周壁５１ｂに沿って燃焼皿５内に流れ込んで、火炎の根本から上方に立ち上がる旋回上昇流Ｃとなるので、これら旋回上昇流Ｃにより火炎にねじれが生じて、火炎が乱流化し、未燃焼ガスと二次空気との混合が促進されるので、燃焼性が向上する。
さらに、燃焼室８０には、二次空気が、内側壁４１の孔４７ａ〜４７ｃから一次空気の旋回と同方向の旋回流Ｂとして吹き出されるので、２つの旋回流による相乗効果で火炎が燃焼室中央に集中し、未燃焼ガスも火炎部に集中して燃焼効率が向上する。
【００３１】
また、図１に示した天井の熱取出孔４６に設けられたバッフル７により、燃焼ガスは直ちに外部へ排出されることなく、燃焼ガスの一部が再び火炎部に戻されるから、これらが相俟って未燃焼ガスが完全燃焼する。
燃焼皿５内でペレットが燃焼した後の灰は、格子孔６０および側壁孔６１を通して灰受け６に溜まる。
【００３２】
本実施の形態においては、内側壁４１が発明における燃焼室の周壁に該当し、開口５７が発明における上端開口に該当し、孔４７ａ〜４７ｄが発明における空気孔に該当する。また、孔４７ａ〜４７ｄとルーバー４５とで、発明における旋回流形成手段を構成している。
【００３３】
本実施の形態は以上のように構成され、燃焼室８０の下部に備えられた燃焼皿５に一次空気を供給して、燃焼皿５でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置１において、燃焼皿５を燃焼室８０の中央に位置させ、内側壁４１に設けた孔４７ｄとルーバー４５とにより、燃焼室８０の内側壁４１から燃焼室８０内に二次空気を供給して、燃焼室８０内に燃焼室の中心方向に向かう旋回流を形成させると共に、燃焼室８０の上部側に行くにつれて燃焼室８０の中心側に傾く傾斜面５１ａを、燃焼皿５の開口５７を囲むように設けて、旋回流が、傾斜面５１ａにより、燃焼室８０内部を燃焼室の中心方向に向けて旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにした。
これにより、燃焼室８０内に形成される旋回上昇流は、燃焼皿５内で燃焼するペレットの火炎の根本側から火炎周りを旋回しながら上昇するので、火炎にねじれが生じて乱流化し、未燃焼ガスと二次空気との混合が促進されて燃焼性が向上する。また、旋回上昇流が、火炎の高さ方向の全体をカバーして、火炎を燃焼室８０の中央に集中させると共に、未燃焼ガスを火炎側に導くので、未燃焼ガスの燃焼を促進されて、排熱温度が上昇すると共に、燃焼効率が向上する。
【００３４】
さらに、燃焼皿５の開口５７を囲む傾斜面５１ａの燃焼皿５側の内縁を、開口を囲む同一の径の内周壁５１ｂの上端に接続し、傾斜面５１ａに達した旋回流の一部が、内周壁５１ｂに沿って燃焼皿５の中心方向に旋回しながら流入するようにした。
これにより、旋回流の一部が、内周壁５１ｂに沿って流れて、燃焼皿５の火炎の根元に旋回しながら流れ込んだのち、火炎の根本から火炎周りを旋回しながら上昇する旋回上昇流を形成するので、未燃焼ガスと二次空気との混合が更に促進されて燃焼性が向上する。
【００３５】
ここで、傾斜面５１ａおよび内周壁５１ｂは、燃焼皿５の開口５７を囲んで上方に延びるガイド５１に設けられており、ガイド５１の内周壁５１ｂは、燃焼皿５の開口５７を囲む筒状壁となっている構成としたので、ペレットの火炎が横方向に広がって燃焼室８０の内側壁４１をなめることを防止し、火炎を中央に集中させて熱損失を低減することができる。
【００３６】
燃焼室８０の内側壁４１には、上下方向に複数の孔４７ａ〜４７ｄが設けられており、燃焼室８０の下部側に設けられた孔４７ｄのみを、ガイド５１の傾斜面５１ａに対向する位置に設けて、孔４７ｄから吹き出された二次空気により形成された旋回流のみが、傾斜面５１ａで旋回上昇流に変流されるようにした。
これにより、孔４７ａ〜４７ｃからの二次空気により形成される旋回流と、孔４７ｄからの二次空気により形成される旋回上昇流の両方が、燃焼室８０内に形成される。よって、旋回流と旋回上昇流の相乗効果により、火炎が燃焼室の中央に集中するので、未燃焼ガスの燃焼が促進されると共に、排熱温度が上昇して燃焼効率が向上する。
【００３７】
さらに、燃焼室８０の内側壁４１の上下方向に複数組設けられた孔４７ａ〜４７ｄから吹き出された二次空気を、内側壁４１に対して傾斜させたルーバー４５によって、ルーバー４５の傾斜に沿った方向に変流させて、燃焼室８０内を周方向に沿って流れる旋回流とするので、燃焼室８０内の未燃焼ガスを燃焼するペレットの火炎部に集中させて再燃焼させることができるとともに、燃焼温度を上昇させて熱交換効率を向上させることができる。
【００３８】
また、燃焼室８０の下部中央に位置させた燃焼皿５が、火格子５４と、火格子５４の外周縁から傾斜して立ち上がり上方に行くにしたがって口径を広げる側壁５２とからなり、火格子５４には複数の格子孔６０が設けられ、側壁５２には燃焼皿５を上から見たときに火格子５４の中心に向かう直線Ｒ（図２参照）に対して傾斜させた側壁孔６１が複数設けられ、燃焼皿５の下側に形成された一次空気室８１から格子孔６０および側壁孔６１を通して燃焼皿５内に一次空気を供給して、燃焼皿５内に、燃焼室８０内に形成される旋回流の旋回方向と同方向の旋回流を生成させる構成とした。
これにより、空気が行き渡りにくいペレットと燃焼皿５との接触部分にも空気を供給することができ、ペレットの燃焼効率を向上させることができる。
さらに、側壁孔６１により燃焼皿５内に旋回流を生成するように構成したので、ペレットの燃焼時に着火位置が中央位置からずれていたとしても、延焼過程におけるペレットの崩落により、燃焼皿５の中央に火炎を集中させ、高温化を維持することができる。
また、燃焼が進んでくるとペレットは灰となるが、同じく側壁孔６１による旋回流と格子孔６０からの吹き上げが燃焼皿５内の灰を浮かせて攪拌させるので、タール分などを含む灰が格子孔６０や側壁孔６１などに付着し固化して各孔を塞いでしまうことを防止することができる。
とくに、火格子５４は円盤状であって、側壁５２は火格子５４と同心の円錐面をなし、これに合わせてガイド５１の内周壁５１ｂも火格子５４と同心の円筒形状をなしている構成としたので、一次空気による滑らかな旋回流が得られる。
【００３９】
図６の（ａ）は、旋回流形成手段の変形例を説明する図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＺ−Ｚ矢視図である。
変形例にかかる旋回流形成手段は、燃焼室８０の内側壁４１に設けられた空気孔組４７’（４７ａ’〜４７ｄ’）から構成され、空気孔組４７’を構成する孔４７ａ’〜４７ｄ’の各々は、燃焼室８０の中心Ｏを通る半径線Ｒ２に対して、傾斜角δ’（例えば４５°）を持つように設けられている。ルーバー４５（図１参照）を設けずに、燃焼室８０内に旋回流を直接形成するためである。
【００４０】
空気孔組４７’を構成する孔４７ａ’〜４７ｄ’のうち、孔４７ｄ’のみが、ガイド５１の傾斜面５１ａに対向して設けられており、孔４７’から燃焼室８０内に吹き出させた二次空気のみが、傾斜面５１ａで変流されて、燃焼室８０内に旋回上昇流を形成し、他の孔４７ａ’〜４７ｃ’から吹き出させた二次空気は、燃焼室８０内に旋回流を形成するようになっている。
このようにすることによっても、燃焼室８０内に旋回上昇流と旋回流とが形成されるので、燃焼性と燃焼効率の向上などの前記実施の形態の場合と同様の効果が奏されることになる。
また、内側壁４１に設けていたルーバーを省略できるので、部品点数を減少させて、ペレット燃焼装置の作製コストの低減に寄与することができる。
【００４１】
なお、実施の形態における傾斜角α、β、γ、δ、δ’についてはとくに好ましい角度値を例示したが、本発明は例示の値に限定されず、状況に応じて任意の角度を選択することができる。
【００４２】
図７は、ガイドの変形例を説明する図である。
図７の（ａ）に示す変形例に係るガイド５８では、図１に示したガイド５１の内周壁５１ｂと異なり、内周壁５８ｂが上方に行くにしたがって口径を広げるように傾斜して設けられている。そして、この内周壁５１ｂの上端は、燃焼皿５の開口５７を囲む傾斜面５８ａと接続している。
かかる構成のガイド５８を採用すると、孔４７ｄから吹き出させた二次空気の流れ方向Ｃ１が、傾斜面５８ａで変流させられて、燃焼室８０内を中心に向かって旋回しながら上昇する旋回上昇流Ｃとされる。さらに、傾斜面５８ａから離れた二次空気の一部が、内周壁５８ｂに沿って流れ、燃焼皿５の火炎の根元に旋回しながら流れ込むことになる。
ここで、変形例に係るガイド５８の内周壁５８ｂは、図１に示したガイド５１の隔壁１１に対して垂直な内周壁５１ｂと異なり、隔壁１１に対して傾斜しているので、ガイド５１の場合よりも、傾斜面５８ａから離れた二次空気が燃焼皿５の火炎の根元に流れ込みやすくなる。
【００４３】
このように、変形例に係るガイド５８では、内周壁５８ｂが上方に行くにしたがって口径を広げるように傾斜して設けられている構成としたので、燃焼皿５の火炎の根元に、旋回しながら燃焼皿５の中心側に向かう二次空気を十分に供給することができ、火炎の根本から立ち上がる旋回上昇流がより大きな流れとなる。よって、未燃焼ガスと二次空気との混合が更に促進されて燃焼性が向上する。
【００４４】
さらに、図７（ｂ）に示す変形例では、ガイド５１の代わりにリング状のガイド５１Ａが、燃焼皿５の開口５７を所定間隔で囲むように設けられており、このガイド５１Ａの外周面に、燃焼室８０側の上面が傾斜面５９ａとされたリング状の傾斜部材５９が外挿して固定されている。
傾斜部材５９の傾斜面５９ａは、燃焼室８０の上側に向かうにつれて、燃焼室８０の中心側に傾斜している。
このようにすることによっても、孔４７ｄから吹き出させた二次空気の流れ方向Ｃ１を、傾斜面５９ａで変流させて、燃焼室８０内を旋回しながら上昇する旋回上昇流Ｃを形成することができるので、前記実施の形態の場合と同様の効果が奏されることになる。
【００４５】
また、傾斜面５９ａの隔壁１１に対する傾斜角γが異なる傾斜部材５９を複数用意しておくことで、傾斜部材５９を交換するだけで、燃焼室８０内の容積などに応じた最適な角度で、燃焼室８０内を上昇する旋回上昇流を形成することができる。
また、ペレットの火炎の広がりを防ぐことのみを目的として、傾斜面のないリング状のガイドのみが設けられたペレット燃焼装置であっても、傾斜部材５９をリング状のガイドに外挿して取り付けるだけで、燃焼室内に旋回上昇流を形成させて、燃焼効率を向上させることができるようになる。
【００４６】
また、実施の形態のように、燃焼皿の火格子は円盤状とし、側壁は円錐面、ガイドも円筒形状とするのが一次空気の滑らかな旋回流を得るのに最も好ましいが、製作の都合などによっては、火格子、側壁およびガイドのいずれかあるいはすべてを多角形状としてもよく、この場合にも相当程度の旋回流を得ることができる。
【００４７】
また、バッフル７については、吊下部材７１の長さを可変とするなどにより、バッフル７と天井板４３の隙間を調節できるようにすれば、熱取出孔４６を通って外部へ排出される燃焼ガスの流れを制御することができ、ペレットの燃焼特性などが異なる場合であっても最適な燃焼状態を得ることができる。
【００４８】
なお、本発明にかかるペレット燃焼装置は、ペレット燃焼装置を利用する種々の装置に適用可能であり、例えば、燃焼室８０内の上部に図示しないボイラー装置の熱交換器を設置したり、熱取出孔４６を図示しないボイラー装置の熱交換器に接続したりし、燃焼熱で水などの熱媒を加熱するようにしたボイラーに適用できる。また、燃焼装置本体１０の外形を必要に応じて長方形や小判形とし、燃焼室８０内の上部に図示しない室内空気との熱交換器を設け、熱交換された空気で室内を暖房するようにした暖房機などに好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ペレット燃焼装置を示す縦断面図である。
【図２】燃焼皿を示す図である。
【図３】燃焼室内に形成される旋回流を説明する図である。
【図４】燃焼室内に形成される旋回上昇流を説明する図である。
【図５】ペレットの燃焼状態を示す図である。
【図６】旋回流形成手段の変形例を説明する図である。
【図７】傾斜面の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ペレット燃焼装置
２ ペレット供給装置
３ ブロワー
４ 外側ケース
５ 燃焼皿
７ バッフル
１０ 燃焼装置本体
１１ 隔壁
２０ ホッパー
２１ 供給通路
３１Ａ、３１Ｂ 送風管
４１ 内側壁（周壁）
４２ 外側壁
４３ 天井板
４４ 底板
４５ ルーバー
４６ 熱取出孔
４７、４７’ 空気孔組
４７ａ〜４７ｄ、４７ａ’〜４７ｄ’ 孔（空気孔）
５１、５１Ａ、５８ ガイド
５１ａ、５８ａ 傾斜面
５１ｂ、５８ｂ 内周壁
５２ 側壁
５４ 火格子
５５ 区画壁
５６ 導入孔
５７ 開口
５９ 傾斜部材
５９ａ 傾斜面
６０ 格子孔
６１ 側壁孔
７１ 吊下部材
８０ 燃焼室
８１ 一次空気室
８２ 二次空気室
８３ 空気導入室
１００ ペレット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木屑などを固めて形成されたペレットを燃焼させるペレット燃焼装置、およびペレット燃焼装置を利用する暖房機並びにボイラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、木材の切屑などを押し固めて形成されたペレットを燃焼させ、その熱を利用する装置として、たとえば特許文献１に開示されたものがある。
【特許文献１】特開昭５７−１９５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された装置では、ペレットの燃焼に直接関与する一次空気の他に、燃焼室内に旋回流を生じさせて未燃焼ガスを燃焼させる二次空気を利用して、燃焼性の向上を図っているが、二次空気のほとんどは、火炎の周囲を旋回するのみで燃焼に直接関与しておらず、さらなる燃焼性の向上が求められている。
【０００４】
そこで本発明は、簡単な構造で燃焼性能の高い燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃焼室の下部に備えられた燃焼皿に一次空気を供給して、燃焼皿でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置において、燃焼皿は上から見たとき燃焼室の中央に位置しており、燃焼室の周壁から燃焼室内に二次空気を供給して、燃焼室内に中心方向に向かう旋回流を形成させる旋回流形成手段を設けると共に、燃焼皿の上端開口を囲む傾斜面を、燃焼室の上部側に行くにつれて燃焼室の中心側に傾けて設け、旋回流が、傾斜面で、燃焼室内を中心方向に向けて旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、旋回上昇流は、燃焼皿内で燃焼するペレットの火炎の根本側から火炎周りを旋回しながら上昇するので、火炎にねじれが生じて乱流化し、未燃焼ガスと二次空気との混合が促進されて燃焼性が向上する。また、旋回上昇流が、火炎を燃焼室の中央に集中させると共に、未燃焼ガスを火炎側に導くので、未燃焼ガスの燃焼が促進されて、排熱温度が上昇すると共に、燃焼効率が向上する。よって、燃焼性能の高い燃焼装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、ペレット燃焼装置１の断面図である。図２の（ａ）は燃焼皿５の上面図であり、図２の（ｂ）は燃焼皿５の側壁孔周りの断面図である。
ペレット燃焼装置１は、燃焼装置本体１０と、燃焼装置本体１０に木質系のペレットを供給するペレット供給装置２と、燃焼装置本体１０に燃焼用空気を送り込むブロワー３とより構成される。
【０００８】
燃焼装置本体１０は、円筒形状の外側壁４２と、外側壁４２の上側開口部を覆う天井板４３と、外側壁４２の下側開口部を覆う底板４４とよりなる外側ケース４を備えている。
外側ケース４の内部は、中央の燃焼皿５を支持する隔壁１１により上下に区画され、上部空間には外側壁４２との間に間隙をおいて天井板４３から隔壁１１にわたって円筒形状の内側壁４１が設けられ、内側壁４１に囲まれた燃焼室８０を形成している。なお、内側壁４１と外側壁４２との間の空間は、後述する二次空気室８２となっている。
【０００９】
燃焼皿５は、円盤形状の火格子５４を底壁とし、火格子５４の外周縁から上方に行くにしたがって口径が広がる傾斜角で立ち上がる側壁５２を有して、側壁５２の上端外周縁で隔壁１１につながっている。側壁５２は上から見たときドーナツ形状を呈している。
【００１０】
隔壁１１には、燃焼皿５の側壁５２の上端の開口５７を囲み、上方向へ伸びるガイド５１が設けられている。
ガイド５１は、上方の燃焼室８０側から見てドーナツ形状を呈しており、燃焼室８０側の上面は、隔壁１１の上面１１ａに対して傾斜する傾斜面５１ａとされている。
ガイド５１の内周壁５１ｂは、開口５７を囲む筒状壁となっており、開口５７の直径Ｄ２よりも若干大きい径Ｄ１を有している。
【００１１】
傾斜面５１ａは、ガイド５１の径方向外側に位置する内側壁４１側から開口５７側に向かうにつれて隔壁１１からの高さが高くなっており、燃焼室８０の上部側に行くにつれて、燃焼室８０の中心側に傾斜している。後記する内側壁４１の孔４７ｄから傾斜面５１ａに向けて吹き出された二次空気の進行方向を、隔壁１１に対して平行な方向から、燃焼室８０の上部に向かう方向に変流させるためである。
【００１２】
実施の形態では、傾斜面５１ａの隔壁１１に対する傾斜角γは、４５°とされているが、二次空気の進行方向を、燃焼室８０の上部に向かう方向に変流できる角度範囲内であれば、４５°以下の任意の傾斜角に設定可能である。
【００１３】
ペレット燃焼装置１では、燃焼室８０内でペレットを燃焼させる構成であるため、燃焼皿５、隔壁１１、内側壁４１、外側壁４２、天井板４３、ガイド５１などの材質には耐熱性のある金属や耐火性のある煉瓦等耐熱材や耐火材が用いられる。
燃焼皿５、ガイド５１、さらには必要に応じて隔壁１１は、プレス加工した複数の部材を一体に組み合わることによって形成される。なお、切削加工等による一体物として形成しても良い。
【００１４】
隔壁１１により区画された外側ケース４の下部空間には、燃焼皿５を囲んで隔壁１１から底板４４にわたって円筒形状の区画壁５５が設けられ、区画壁５５の内側を一次空気室８１とし、区画壁５５の外側の外側壁４２との間の空間を空気導入室８３としている。
ペレット供給装置２は、ペレットを収容するホッパー２０と、ホッパー２０から外側壁４２と内側壁４１を貫通して燃焼室８０内に伸びる供給通路２１とより構成され、ホッパー２０から供給通路２１を通じて、燃焼皿５内にペレットが供給されるようになっている。
【００１５】
一次空気室８１には、ペレットが燃焼した後の灰を受ける灰受け６が底板４４上に載置して設けられている。灰受け６は、燃焼皿５の火格子５４と側壁孔６１の直下をカバーする広さをもたせるのが好ましい。
灰受け６は区画壁５５および外側壁４２に設けられた図示しない開閉可能な扉から、外側ケース４の外部に取り出し可能となっている。
【００１６】
ブロワー３は、外側壁４２を貫通する送風管３１Ａによって一次空気室８１に接続されている。
送風管３１Ａからは、燃焼装置本体１０の外部において送風管３１Ｂが分岐し、送風管３１Ｂは空気導入室８３に接続している。隔壁１１には、二次空気室８２と空気導入室８３とを連通させる導入孔５６が複数設けられている。
【００１７】
燃焼皿５の側壁５２は、燃焼皿５に入れられたペレットを効率よく中央に寄せ集めるため、図２の（ｂ）に示すように、火格子５４に対して傾斜角αとなっている。傾斜角αとしては４５〜６５°が望ましい。
火格子５４は、複数の格子孔６０を備え、また側壁５２には、火格子５４から所定高さの位置に周方向に複数の側壁孔６１が設けられている。側壁孔６１の高さ位置は、燃焼皿５に投入されるペレットの最小供給時の堆積高さ以下に設定され、例えば火格子５４から隔壁１１までの高さの下部から１／３までの範囲内が好ましい。
【００１８】
側壁孔６１の孔の向きは、図２の（ａ）に示すように、側壁５２の半径線Ｒに対して傾斜角βとなるように設けられるとともに、図２の（ｂ）に示すように、断面において側壁５２の面に対して直角となるように設定されているが、少なくとも側壁孔６１からの吹き出しが上向きになっていればよい。また、傾斜角βとしては４５°が好ましいが、少なくとも吹き出しが燃焼皿５の側壁５２にそって旋回流となるように吹き出るようであればよい。
これにより、ブロワー３から一次空気室８１に供給された一次空気は、格子孔６０から上方へ向けて吹き出して燃焼皿５内のペレットを上昇させるとともに、側壁孔６１からも燃焼皿５内に吹き出して、図２の（ａ）の例では反時計方向に旋回する旋回流を発生させる。なお、旋回する方向については、一次空気も強制旋回させるように供給される場合、一次空気と二次空気との旋回方向が同じであればよく、図２の（ａ）の例に限られず、時計方向でもよい。
図１、図２における実線矢印は一次空気の流れを示している。
【００１９】
つぎに、図１に示すように、内側に燃焼室８０を形成し外側に二次空気室８２を形成する内側壁４１には、上下方向に孔４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄを並べた空気孔組４７が、周方向の対向する位置に設けられている。空気孔組４７の各孔の向きは燃焼室８０の中心に向かっており、上下方向には内側壁４１の面に対して直角となっているが、少なくとも下向きでなければよい。
【００２０】
孔４７ａ〜４７ｄは、内側壁４１の上下方向で、等間隔で設けられている。孔４７ｄは、ガイド５１の隔壁１１からの突出高さｈの半分の高さ位置（１／２ｈ）に設けられており、ガイド５１の傾斜面５１ａに対向している。孔４７ｄから燃焼室８０内に吹き出された二次空気が、傾斜面５１ａの高さ方向の略中間部に吹き付けられるようにするためである。
なお、孔４７ａ〜４７ｃは、燃焼室８０内において、ガイド５１よりも上方に位置しており、孔４７ａ〜４７ｃから燃焼室８０内に吹き出された二次空気が、火炎の高さに合わせて供給されるようになっている。孔４７ａ〜４７ｃから吹き出された二次空気で、後記する旋回流を形成し、孔４７ｄから吹き出された二次空気で、後記する旋回上昇流を形成するようにするためである。
【００２１】
図３は、燃焼室８０内に形成される旋回流を説明する図であって、（ａ）は、図１における要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。なお、図３の（ａ）、（ｂ）では共に、一次空気の流れの図示を省略しており、さらに（ｂ）では、燃焼室８０の下部に位置する燃焼皿５および隔壁１１の図示を省略している。
図４は、燃焼室８０内に形成される旋回上昇流を説明する図であって、（ａ）は、図１における要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）におけるＹ−Ｙ矢視図である。なお、（ａ）、（ｂ）では共に、一次空気の流れの図示を省略している。
【００２２】
内側壁４１の内側には、空気孔組４７の孔列にそって、ルーバー４５が設けられている。図３の（ｂ）に示すように、ルーバー４５は、燃焼室８０を上側から見て、空気孔組４７にかぶさるように孔の向きに対して傾斜角δとなっている。ルーバー４５の傾斜方向は燃焼皿５における側壁孔６１の向きと同方向であり、傾斜角δとしては４５°が望ましい。空気孔組４７の孔数はペレット燃焼装置１の設計発熱量に合わせて設定される。
実施の形態では、ルーバー４５は、空気孔組４７毎に設けられているが、空気孔組４７を構成する孔４７ａ〜４７ｄ毎に設けていても良い。さらに、旋回流を形成する二次空気を吹き出す孔４７ａ〜４７ｃ用のルーバーと、旋回上昇流を形成する二次空気を吹き出す孔４７ｄ用のルーバーとを別々に設けるようにしても良い。
【００２３】
図１に示すように、送風管３１Ｂから空気導入室８３を経て、隔壁１１の導入孔５６から二次空気室８２に供給された二次空気は、空気孔組４７から燃焼室８０内に吹き出される。空気孔組４７から吹き出された二次空気は、ルーバー４５によってその傾斜にそった方向に変流される。
これにより、例えば図３の（ｂ）に示すように、孔４７ｂから吹き出された二次空気の流れ方向は、ルーバー４５により図中符号Ｂ１で示す方向に変流され、図３の（ａ）に示すように、燃焼室８０内において破線矢印Ｂで示すような反時計回りの旋回流を形成する。孔４７ａ、４７ｃから吹き出された二次空気についても、同様である。
【００２４】
一方、図４の（ｂ）に示すように、孔４７ｄから吹き出された二次空気の流れ方向は、ルーバー４５により、燃焼室８０内を反時計周りに旋回する旋回流を形成する方向Ｃ１に変流される
ここで、実施の形態では、符号Ｃ１で示す流れ方向は、燃焼室８０を上方から見て、ガイド５１の内周壁５１ｂが描く円の接線Ｌに沿う方向、またはこの接線Ｌに沿う方向よりも燃焼皿５の中心Ｏ側に向かう方向となるように設定されているので、符号Ｃ１で示す方向に変流された二次空気は、ガイド５１の傾斜面５１ａに吹き付けられる。
【００２５】
ここで、傾斜面５１ａは、燃焼室８０の中心に向かうにつれて、隔壁１１からの突出高さが高くなるように傾斜している。そのため、ルーバー４５により変流された二次空気の流れ方向Ｃ１は、傾斜面５１ａによりさらに変流されて、燃焼室８０内で中心方向に向かって反時計周りに方向に旋回しながら上昇する旋回上昇流Ｃとされる。
ここで、空気は面に沿って流れる性質があるため、傾斜面５１ａから離れた二次空気の一部は、内周壁５１ｂに沿って流れ、燃焼皿５の火炎の根元に旋回しながら流れ込むことになる。
したがって、孔４７ｄから吹き出されて旋回する二次空気は、火炎の根本側から火炎周りを旋回しながら、燃焼室８０の上部側に向けて上昇する。
【００２６】
図１に示すように、燃焼室８０の内部において、天井板４３には、熱取出孔４６と対向する位置に金属製のバッフル７が吊下部材７１によって取り付けられている。
バッフル７はプレス加工等によって円錐形状に形成され、円錐形状の先端側が燃焼皿５側を向くように配置されている。
【００２７】
つぎに、以上の構成になるペレット燃焼装置１の動作について説明する。
図５は、ペレットを燃焼させた際の模式図である。
【００２８】
図５に示すように、ペレット供給装置２から燃焼室に供給されたペレット１００は、燃焼皿５上で燃焼する。
燃焼皿５内には、火格子の格子孔６０および側壁の側壁孔６１から一次空気が吹き出されるので、ペレット１００が持ち上げられ、かつ吹き出された一次空気による旋回流Ａにより旋回させる力が作用して、攪拌状態が生成される。この際、側壁孔６１からの一次空気の吹き出し方向も水平方向ではなく上向きに傾斜しているので、ペレット持ち上げに貢献する。
【００２９】
これにより、燃焼皿５内のペレット１００には燃焼に必要な一次空気が偏りなく万遍に供給される。
燃焼するペレット１００の火炎は、燃焼皿５の上端開口縁近傍に設けられたガイド５１の内周壁５１ｂにより燃焼室８０の内側壁４１へ拡がって延びることが阻止され、燃焼室８０の中央へガイドされる。
【００３０】
また、孔４７ｄから吹き出された二次空気が、ガイド５１の傾斜面５１ａにより、火炎の根本側から上方に立ち上がる一次空気の旋回と同方向の旋回上昇流Ｃを形成し、さらにその一部が内周壁５１ｂに沿って燃焼皿５内に流れ込んで、火炎の根本から上方に立ち上がる旋回上昇流Ｃとなるので、これら旋回上昇流Ｃにより火炎にねじれが生じて、火炎が乱流化し、未燃焼ガスと二次空気との混合が促進されるので、燃焼性が向上する。
さらに、燃焼室８０には、二次空気が、内側壁４１の孔４７ａ〜４７ｃから一次空気の旋回と同方向の旋回流Ｂとして吹き出されるので、２つの旋回流による相乗効果で火炎が燃焼室中央に集中し、未燃焼ガスも火炎部に集中して燃焼効率が向上する。
【００３１】
また、図１に示した天井の熱取出孔４６に設けられたバッフル７により、燃焼ガスは直ちに外部へ排出されることなく、燃焼ガスの一部が再び火炎部に戻されるから、これらが相俟って未燃焼ガスが完全燃焼する。
燃焼皿５内でペレットが燃焼した後の灰は、格子孔６０および側壁孔６１を通して灰受け６に溜まる。
【００３２】
本実施の形態においては、内側壁４１が発明における燃焼室の周壁に該当し、開口５７が発明における上端開口に該当し、孔４７ａ〜４７ｄが発明における空気孔に該当する。また、孔４７ａ〜４７ｄとルーバー４５とで、発明における旋回流形成手段を構成している。
【００３３】
本実施の形態は以上のように構成され、燃焼室８０の下部に備えられた燃焼皿５に一次空気を供給して、燃焼皿５でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置１において、燃焼皿５を燃焼室８０の中央に位置させ、内側壁４１に設けた孔４７ｄとルーバー４５とにより、燃焼室８０の内側壁４１から燃焼室８０内に二次空気を供給して、燃焼室８０内に燃焼室の中心方向に向かう旋回流を形成させると共に、燃焼室８０の上部側に行くにつれて燃焼室８０の中心側に傾く傾斜面５１ａを、燃焼皿５の開口５７を囲むように設けて、旋回流が、傾斜面５１ａにより、燃焼室８０内部を燃焼室の中心方向に向けて旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにした。
これにより、燃焼室８０内に形成される旋回上昇流は、燃焼皿５内で燃焼するペレットの火炎の根本側から火炎周りを旋回しながら上昇するので、火炎にねじれが生じて乱流化し、未燃焼ガスと二次空気との混合が促進されて燃焼性が向上する。また、旋回上昇流が、火炎の高さ方向の全体をカバーして、火炎を燃焼室８０の中央に集中させると共に、未燃焼ガスを火炎側に導くので、未燃焼ガスの燃焼を促進されて、排熱温度が上昇すると共に、燃焼効率が向上する。
【００３４】
さらに、燃焼皿５の開口５７を囲む傾斜面５１ａの燃焼皿５側の内縁を、開口を囲む同一の径の内周壁５１ｂの上端に接続し、傾斜面５１ａに達した旋回流の一部が、内周壁５１ｂに沿って燃焼皿５の中心方向に旋回しながら流入するようにした。
これにより、旋回流の一部が、内周壁５１ｂに沿って流れて、燃焼皿５の火炎の根元に旋回しながら流れ込んだのち、火炎の根本から火炎周りを旋回しながら上昇する旋回上昇流を形成するので、未燃焼ガスと二次空気との混合が更に促進されて燃焼性が向上する。
【００３５】
ここで、傾斜面５１ａおよび内周壁５１ｂは、燃焼皿５の開口５７を囲んで上方に延びるガイド５１に設けられており、ガイド５１の内周壁５１ｂは、燃焼皿５の開口５７を囲む筒状壁となっている構成としたので、ペレットの火炎が横方向に広がって燃焼室８０の内側壁４１をなめることを防止し、火炎を中央に集中させて熱損失を低減することができる。
【００３６】
燃焼室８０の内側壁４１には、上下方向に複数の孔４７ａ〜４７ｄが設けられており、燃焼室８０の下部側に設けられた孔４７ｄのみを、ガイド５１の傾斜面５１ａに対向する位置に設けて、孔４７ｄから吹き出された二次空気により形成された旋回流のみが、傾斜面５１ａで旋回上昇流に変流されるようにした。
これにより、孔４７ａ〜４７ｃからの二次空気により形成される旋回流と、孔４７ｄからの二次空気により形成される旋回上昇流の両方が、燃焼室８０内に形成される。よって、旋回流と旋回上昇流の相乗効果により、火炎が燃焼室の中央に集中するので、未燃焼ガスの燃焼が促進されると共に、排熱温度が上昇して燃焼効率が向上する。
【００３７】
さらに、燃焼室８０の内側壁４１の上下方向に複数組設けられた孔４７ａ〜４７ｄから吹き出された二次空気を、内側壁４１に対して傾斜させたルーバー４５によって、ルーバー４５の傾斜に沿った方向に変流させて、燃焼室８０内を周方向に沿って流れる旋回流とするので、燃焼室８０内の未燃焼ガスを燃焼するペレットの火炎部に集中させて再燃焼させることができるとともに、燃焼温度を上昇させて熱交換効率を向上させることができる。
【００３８】
また、燃焼室８０の下部中央に位置させた燃焼皿５が、火格子５４と、火格子５４の外周縁から傾斜して立ち上がり上方に行くにしたがって口径を広げる側壁５２とからなり、火格子５４には複数の格子孔６０が設けられ、側壁５２には燃焼皿５を上から見たときに火格子５４の中心に向かう直線Ｒ（図２参照）に対して傾斜させた側壁孔６１が複数設けられ、燃焼皿５の下側に形成された一次空気室８１から格子孔６０および側壁孔６１を通して燃焼皿５内に一次空気を供給して、燃焼皿５内に、燃焼室８０内に形成される旋回流の旋回方向と同方向の旋回流を生成させる構成とした。
これにより、空気が行き渡りにくいペレットと燃焼皿５との接触部分にも空気を供給することができ、ペレットの燃焼効率を向上させることができる。
さらに、側壁孔６１により燃焼皿５内に旋回流を生成するように構成したので、ペレットの燃焼時に着火位置が中央位置からずれていたとしても、延焼過程におけるペレットの崩落により、燃焼皿５の中央に火炎を集中させ、高温化を維持することができる。
また、燃焼が進んでくるとペレットは灰となるが、同じく側壁孔６１による旋回流と格子孔６０からの吹き上げが燃焼皿５内の灰を浮かせて攪拌させるので、タール分などを含む灰が格子孔６０や側壁孔６１などに付着し固化して各孔を塞いでしまうことを防止することができる。
とくに、火格子５４は円盤状であって、側壁５２は火格子５４と同心の円錐面をなし、これに合わせてガイド５１の内周壁５１ｂも火格子５４と同心の円筒形状をなしている構成としたので、一次空気による滑らかな旋回流が得られる。
【００３９】
図６の（ａ）は、旋回流形成手段の変形例を説明する図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＺ−Ｚ矢視図である。
変形例にかかる旋回流形成手段は、燃焼室８０の内側壁４１に設けられた空気孔組４７’（４７ａ’〜４７ｄ’）から構成され、空気孔組４７’を構成する孔４７ａ’〜４７ｄ’の各々は、燃焼室８０の中心Ｏを通る半径線Ｒ２に対して、傾斜角δ’（例えば４５°）を持つように設けられている。ルーバー４５（図１参照）を設けずに、燃焼室８０内に旋回流を直接形成するためである。
【００４０】
空気孔組４７’を構成する孔４７ａ’〜４７ｄ’のうち、孔４７ｄ’のみが、ガイド５１の傾斜面５１ａに対向して設けられており、孔４７’から燃焼室８０内に吹き出させた二次空気のみが、傾斜面５１ａで変流されて、燃焼室８０内に旋回上昇流を形成し、他の孔４７ａ’〜４７ｃ’から吹き出させた二次空気は、燃焼室８０内に旋回流を形成するようになっている。
このようにすることによっても、燃焼室８０内に旋回上昇流と旋回流とが形成されるので、燃焼性と燃焼効率の向上などの前記実施の形態の場合と同様の効果が奏されることになる。
また、内側壁４１に設けていたルーバーを省略できるので、部品点数を減少させて、ペレット燃焼装置の作製コストの低減に寄与することができる。
【００４１】
なお、実施の形態における傾斜角α、β、γ、δ、δ’についてはとくに好ましい角度値を例示したが、本発明は例示の値に限定されず、状況に応じて任意の角度を選択することができる。
【００４２】
図７は、ガイドの変形例を説明する図である。
図７の（ａ）に示す変形例に係るガイド５８では、図１に示したガイド５１の内周壁５１ｂと異なり、内周壁５８ｂが上方に行くにしたがって口径を広げるように傾斜して設けられている。そして、この内周壁５１ｂの上端は、燃焼皿５の開口５７を囲む傾斜面５８ａと接続している。
かかる構成のガイド５８を採用すると、孔４７ｄから吹き出させた二次空気の流れ方向Ｃ１が、傾斜面５８ａで変流させられて、燃焼室８０内を中心に向かって旋回しながら上昇する旋回上昇流Ｃとされる。さらに、傾斜面５８ａから離れた二次空気の一部が、内周壁５８ｂに沿って流れ、燃焼皿５の火炎の根元に旋回しながら流れ込むことになる。
ここで、変形例に係るガイド５８の内周壁５８ｂは、図１に示したガイド５１の隔壁１１に対して垂直な内周壁５１ｂと異なり、隔壁１１に対して傾斜しているので、ガイド５１の場合よりも、傾斜面５８ａから離れた二次空気が燃焼皿５の火炎の根元に流れ込みやすくなる。
【００４３】
このように、変形例に係るガイド５８では、内周壁５８ｂが上方に行くにしたがって口径を広げるように傾斜して設けられている構成としたので、燃焼皿５の火炎の根元に、旋回しながら燃焼皿５の中心側に向かう二次空気を十分に供給することができ、火炎の根本から立ち上がる旋回上昇流がより大きな流れとなる。よって、未燃焼ガスと二次空気との混合が更に促進されて燃焼性が向上する。
【００４４】
さらに、図７（ｂ）に示す変形例では、ガイド５１の代わりにリング状のガイド５１Ａが、燃焼皿５の開口５７を所定間隔で囲むように設けられており、このガイド５１Ａの外周面に、燃焼室８０側の上面が傾斜面５９ａとされたリング状の傾斜部材５９が外挿して固定されている。
傾斜部材５９の傾斜面５９ａは、燃焼室８０の上側に向かうにつれて、燃焼室８０の中心側に傾斜している。
このようにすることによっても、孔４７ｄから吹き出させた二次空気の流れ方向Ｃ１を、傾斜面５９ａで変流させて、燃焼室８０内を旋回しながら上昇する旋回上昇流Ｃを形成することができるので、前記実施の形態の場合と同様の効果が奏されることになる。
【００４５】
また、傾斜面５９ａの隔壁１１に対する傾斜角γが異なる傾斜部材５９を複数用意しておくことで、傾斜部材５９を交換するだけで、燃焼室８０内の容積などに応じた最適な角度で、燃焼室８０内を上昇する旋回上昇流を形成することができる。
また、ペレットの火炎の広がりを防ぐことのみを目的として、傾斜面のないリング状のガイドのみが設けられたペレット燃焼装置であっても、傾斜部材５９をリング状のガイドに外挿して取り付けるだけで、燃焼室内に旋回上昇流を形成させて、燃焼効率を向上させることができるようになる。
【００４６】
また、実施の形態のように、燃焼皿の火格子は円盤状とし、側壁は円錐面、ガイドも円筒形状とするのが一次空気の滑らかな旋回流を得るのに最も好ましいが、製作の都合などによっては、火格子、側壁およびガイドのいずれかあるいはすべてを多角形状としてもよく、この場合にも相当程度の旋回流を得ることができる。
【００４７】
また、バッフル７については、吊下部材７１の長さを可変とするなどにより、バッフル７と天井板４３の隙間を調節できるようにすれば、熱取出孔４６を通って外部へ排出される燃焼ガスの流れを制御することができ、ペレットの燃焼特性などが異なる場合であっても最適な燃焼状態を得ることができる。
【００４８】
なお、本発明にかかるペレット燃焼装置は、ペレット燃焼装置を利用する種々の装置に適用可能であり、例えば、燃焼室８０内の上部に図示しないボイラー装置の熱交換器を設置したり、熱取出孔４６を図示しないボイラー装置の熱交換器に接続したりし、燃焼熱で水などの熱媒を加熱するようにしたボイラーに適用できる。また、燃焼装置本体１０の外形を必要に応じて長方形や小判形とし、燃焼室８０内の上部に図示しない室内空気との熱交換器を設け、熱交換された空気で室内を暖房するようにした暖房機などに好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ペレット燃焼装置を示す縦断面図である。
【図２】燃焼皿を示す図である。
【図３】燃焼室内に形成される旋回流を説明する図である。
【図４】燃焼室内に形成される旋回上昇流を説明する図である。
【図５】ペレットの燃焼状態を示す図である。
【図６】旋回流形成手段の変形例を説明する図である。
【図７】傾斜面の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ ペレット燃焼装置
２ ペレット供給装置
３ ブロワー
４ 外側ケース
５ 燃焼皿
７ バッフル
１０ 燃焼装置本体
１１ 隔壁
２０ ホッパー
２１ 供給通路
３１Ａ、３１Ｂ 送風管
４１ 内側壁（周壁）
４２ 外側壁
４３ 天井板
４４ 底板
４５ ルーバー
４６ 熱取出孔
４７、４７’ 空気孔組
４７ａ〜４７ｄ、４７ａ’〜４７ｄ’ 孔（空気孔）
５１、５１Ａ、５８ ガイド
５１ａ、５８ａ 傾斜面
５１ｂ、５８ｂ 内周壁
５２ 側壁
５４ 火格子
５５ 区画壁
５６ 導入孔
５７ 開口
５９ 傾斜部材
５９ａ 傾斜面
６０ 格子孔
６１ 側壁孔
７１ 吊下部材
８０ 燃焼室
８１ 一次空気室
８２ 二次空気室
８３ 空気導入室
１００ ペレット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の下部に備えられた燃焼皿に一次空気を供給して、前記燃焼皿でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置において、
前記燃焼皿は上から見たとき前記燃焼室の中央に位置しており、
前記燃焼室の周壁から前記燃焼室内に二次空気を供給して、前記燃焼室内に中心方向に向かう旋回流を形成させる旋回流形成手段を設けると共に、
前記燃焼皿の上端開口を囲む傾斜面を、前記燃焼室の上部側に行くにつれて前記燃焼室の中心側に傾けて設け、
前記旋回流が、前記傾斜面で、前記燃焼室内を中心方向に向けて旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにしたことを特徴とするペレット燃焼装置。
【請求項２】
前記傾斜面の燃焼皿側の内縁を、前記上端開口を囲む内周壁の上端に接続し、前記傾斜面に達した旋回流の一部が、前記周壁に沿って前記燃焼皿の中心方向に旋回しながら流入するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のペレット燃焼装置。
【請求項３】
前記内周壁は、同一径、または上方に行くにしたがって口径を広げるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のペレット燃焼装置。
【請求項４】
前記傾斜面は、前記燃焼皿の上端開口を囲んで上方に延びるガイドに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項５】
前記旋回流形成手段は、前記燃焼室の周壁の上下方向で複数設けられており、
前記燃焼室の下部側に設けられた旋回流形成手段を、前記傾斜面に対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項６】
前記旋回流形成手段は、
前記燃焼室の周壁の周方向で複数設けられた空気孔と、
前記燃焼室の周壁に設けられ、前記空気孔を通って前記燃焼室内に吹き出される二次空気の向きを旋回方向に変流するルーバーと、を有することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項７】
前記旋回流形成手段は、
前記燃焼室の周壁の周方向で複数設けられた空気孔であり、
前記空気孔は、前記燃焼室の中心に向かう直線に対して所定角傾いて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項８】
前記燃焼皿は、火格子と、該火格子の外周縁から第１の傾斜角で立ち上がり上方に行くにしたがって口径を広げるように形成された側壁とからなり、
前記火格子には複数の格子孔が設けられ、前記燃焼皿の側壁には前記燃焼皿を上から見たときに前記火格子の中心に向かう直線に対して第２の傾斜角方向に向いた側壁孔が複数設けられ、
前記格子孔および側壁孔を通して前記燃焼皿内に一次空気を供給して、前記燃焼皿内に、前記旋回流の旋回方向と同方向の旋回流を生成するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載のペレット燃焼装置を利用する暖房機。
【請求項１０】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載のペレット燃焼装置を利用するボイラー。
【請求項１】
燃焼室の下部に備えられた燃焼皿に一次空気を供給して、前記燃焼皿でペレットを燃焼させるペレット燃焼装置において、
前記燃焼皿は上から見たとき前記燃焼室の中央に位置しており、
前記燃焼室の周壁から前記燃焼室内に二次空気を供給して、前記燃焼室内に中心方向に向かう旋回流を形成させる旋回流形成手段を設けると共に、
前記燃焼皿の上端開口を囲む傾斜面を、前記燃焼室の上部側に行くにつれて前記燃焼室の中心側に傾けて設け、
前記旋回流が、前記傾斜面で、前記燃焼室内を中心方向に向けて旋回しながら上昇する旋回上昇流に変流されるようにしたことを特徴とするペレット燃焼装置。
【請求項２】
前記傾斜面の燃焼皿側の内縁を、前記上端開口を囲む内周壁の上端に接続し、前記傾斜面に達した旋回流の一部が、前記周壁に沿って前記燃焼皿の中心方向に旋回しながら流入するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のペレット燃焼装置。
【請求項３】
前記内周壁は、同一径、または上方に行くにしたがって口径を広げるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のペレット燃焼装置。
【請求項４】
前記傾斜面は、前記燃焼皿の上端開口を囲んで上方に延びるガイドに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項５】
前記旋回流形成手段は、前記燃焼室の周壁の上下方向で複数設けられており、
前記燃焼室の下部側に設けられた旋回流形成手段を、前記傾斜面に対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項６】
前記旋回流形成手段は、
前記燃焼室の周壁の周方向で複数設けられた空気孔と、
前記燃焼室の周壁に設けられ、前記空気孔を通って前記燃焼室内に吹き出される二次空気の向きを旋回方向に変流するルーバーと、を有することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項７】
前記旋回流形成手段は、
前記燃焼室の周壁の周方向で複数設けられた空気孔であり、
前記空気孔は、前記燃焼室の中心に向かう直線に対して所定角傾いて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項８】
前記燃焼皿は、火格子と、該火格子の外周縁から第１の傾斜角で立ち上がり上方に行くにしたがって口径を広げるように形成された側壁とからなり、
前記火格子には複数の格子孔が設けられ、前記燃焼皿の側壁には前記燃焼皿を上から見たときに前記火格子の中心に向かう直線に対して第２の傾斜角方向に向いた側壁孔が複数設けられ、
前記格子孔および側壁孔を通して前記燃焼皿内に一次空気を供給して、前記燃焼皿内に、前記旋回流の旋回方向と同方向の旋回流を生成するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載のペレット燃焼装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載のペレット燃焼装置を利用する暖房機。
【請求項１０】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載のペレット燃焼装置を利用するボイラー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１３９１６７（Ｐ２０１０−１３９１６７Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６１４９（Ｐ２００８−３１６１４９）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００２１９２３３）東プレ株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００２１９２３３）東プレ株式会社 (91)
【Ｆターム（参考）】
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