特許 6207279 熱交換器一体型燃焼炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6207279

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】熱交換器一体型燃焼炉

(51)【国際特許分類】

   F23B 60/02 20060101AFI20170925BHJP

   F23B 40/02 20060101ALI20170925BHJP

   F23L 1/00 20060101ALI20170925BHJP

   F23L 9/02 20060101ALI20170925BHJP

   F23N 3/08 20060101ALI20170925BHJP

   F24H 1/24 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   F23B60/02

   F23B40/02

   F23L1/00 D

   F23L9/02

   F23N3/08

   F24H1/24 Z

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-157164(P2013-157164)

(22)【出願日】2013年7月29日

(65)【公開番号】特開2015-25642(P2015-25642A)

(43)【公開日】2015年2月5日

【審査請求日】2016年5月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】591119624

【氏名又は名称】株式会社御池鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】100138896

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 淳

(72)【発明者】

【氏名】小林 由和

(72)【発明者】

【氏名】小林 秀匡

【審査官】 青木 良憲

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第４９０３６１６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１０５２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４５２８９１７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７５１５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｂ ６０／０２

Ｆ２３Ｂ ４０／０２

Ｆ２３Ｌ １／００

Ｆ２３Ｌ ９／０２

Ｆ２３Ｎ ３／０８

Ｆ２４Ｈ １／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形断面を有する直方体の燃焼室と、
上記燃焼室にバイオマス燃料を供給する燃料供給部と、
上記燃焼室の下部に燃焼空気を供給する第１燃焼空気供給部と、
上記燃焼室の上部に、この燃焼室内の上方に向かう燃焼ガスの流れを乱すように燃焼空気を供給する第２燃焼空気供給部と、
上記燃焼室の上方に連なり、この燃焼室から燃焼ガスが導かれる燃焼ガス室と、この燃焼ガス室を取り巻くように配置されて上記燃焼ガスと熱交換する水が供給される水ジャケットとを有する第１熱交換部と、
上記水ジャケットで熱交換された水が導かれ、上記第１熱交換部の燃焼ガス室に隣接するように配置された水室と、この水室内に配列され、上記第１熱交換部の燃焼ガス室から導かれた燃焼ガスが流通する煙管とを有する第２熱交換部と
を備えることを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記第２燃焼空気供給部は、上記燃焼室の壁面に配列され、上記燃焼室の底側に向かって傾斜した方向に燃焼空気を吹出す複数の吹出口を有することを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記第２燃焼空気供給部は、
上記燃焼室の壁面に配列され、上記燃焼室の軸直角平面内に壁面の法線に対して傾斜した方向に燃焼空気を吹き出す複数の第１吹出口と、
上記燃焼室の壁面に、上記第１の吹出口よりも上記燃焼室の底から遠い側に配列され、上記燃焼室の底側に向かって傾斜した方向、かつ、上記燃焼室の壁面の法線に対して上記第１の吹出口とは反対側に傾斜した方向に燃焼空気を吹き出す複数の第２吹出口と
を有することを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項4】

請求項３に記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記第２燃焼空気供給部は、上記燃焼室の外側を取り囲むように配置されると共に上記第１吹出口に連通し、上記第１吹出口が上記燃焼室へ燃焼空気を吹き出す壁面の法線に対する傾斜方向と同じ方向に燃焼空気を旋回させる空気室を備えることを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記燃料供給部は、上記燃焼室の壁面に設けられた燃料供給口を有することを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記第１燃焼空気供給部は、上記燃焼室の底から上方に向かって燃焼空気を供給する底部吹出口を有することを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかに記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記第２熱交換部の水室の底を形成する底部材が、上記第１熱交換部の燃焼ガス室の天井を形成する天井部材を兼ねていることを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれかに記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記第２熱交換部は、３パスの多管式熱交換器であることを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれかに記載の熱交換器一体型燃焼炉において、
上記燃料供給部と、上記燃焼室に燃焼空気を供給する送風機とを制御する制御部を備え、
上記制御部は、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を制御して、上記燃焼室で生成すべき熱量を調節する燃焼モードと、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を上記燃焼モードにおけるよりも少ない量に制御して、上記燃焼室に種火を保持する待機モードとを有することを特徴とする熱交換器一体型燃焼炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木質チップ等のバイオマス燃料を燃焼させて温水を生成する熱交換器一体型燃焼炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、木質チップや木質ペレット等のバイオマス燃料を燃焼して温水を生成するボイラ装置としては、熱源として、円筒形状の燃焼室内に燃焼ガスの旋回流を形成するように構成された燃焼炉を用いたものがある。

【0003】

この種の従来の燃焼炉としては、図１３に示すように、円筒形状の第１の燃焼室２０２と第２の燃焼室２０３を軸方向に連ね、第１の燃焼室２０２を画定する内壁２２１と、第２の燃焼室２０３を画定する内壁２２２に、各燃焼室２０２，２０３へ燃焼空気を供給する複数の空気通路２０７，２０８を備えた燃焼炉２０１がある（特許文献１参照）。各燃焼室２０２，２０３を画定する内壁２２１，２２２の外側には外壁２４１，２４２が各々配置され、内壁２２１，２２２と外壁２４１，２４２の間に、空気通路２０７，２０８へ導く燃焼空気を予熱する円筒環状の空気室２０４，２０５が形成されている。

【0004】

上記第１の燃焼室２０２には、燃焼室２０２の中心軸に沿って略鉛直に設置されたスクリューコンベヤ２０９により燃料２１０が供給される。スクリューコンベヤ２０９の先端は、燃焼室２０２の円錐形状に形成された底面の頂部に臨んで開口した供給口２９１になっている。スクリューコンベヤ２０９の燃料供給口２９１には、スクリューコンベヤ２０９の駆動軸２９２に連結されて回転駆動される燃料拡散棒２９３が設けられている。

【0005】

上記内壁２２１，２２２に形成された空気通路２０７，２０８は、第１及び第２燃焼室２０２，２０３の径方向内側に向かって、水平面に対して上向きに傾斜するように形成されている。また、第１及び第２燃焼室２０２，２０３の径方向に対して傾斜するように形成されている。

【0006】

上記スクリューコンベヤ２０９で導いて燃料供給口２９１から吐出した燃料２１０を、燃料拡散棒２９３で燃焼室２０２の底面に分散させることにより、燃料を燃焼室２０２内で偏り無く燃焼させるようにしている。また、上記空気通路２０７，２０８から燃焼空気を水平面及び径方向に対して傾斜方向に吹き出すことにより、第１及び第２燃焼室２０２，２０３内に旋回流を形成し、燃料を２段の燃焼室２０２，２０３で順次燃焼させている。これらにより、化石燃料よりも燃焼し難い木質チップ等のバイオマス燃料を、安定に燃焼させるようにしている。

【0007】

上記燃焼炉２０１を用いて構成されたボイラ装置は、上記燃焼炉２０１で生成した燃焼ガスをガス排出管２４５から排出し、図示しない熱交換器に導いて水と熱交換を行い、温水を生成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００９−１６２４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上記従来の燃焼炉２０１は、２段の燃焼室２０２，２０３を燃焼ガスが流れる間に燃焼ガスの温度が低下するので、熱交換器での温水の生成能力が比較的低いという問題がある。

【0010】

また、上記従来の燃焼炉２０１は、燃料２１０である木質チップや木質ペレットが間伐材や建築廃材等から形成される。したがって、燃料２１０に、砂や建築金物の破片等のような不燃物が混入していることが多い。これらの不燃物は、略鉛直のスクリューコンベヤ２０９内を燃料２１０が通過するに伴って重力により分離し、スクリューコンベヤ２０９の下端に滞留して、スクリューコンベヤ２０９の搬送羽根２９４やケーシング２９５の内側面の摩耗を促進するという不都合がある。

【0011】

そこで、本発明の課題は、バイオマス燃料を燃焼する燃焼炉とこの燃焼炉を熱源とする熱交換器に関し、温水の生成能力を高めることができる熱交換器一体型燃焼炉を提供することにある。また、燃料の供給に伴う部品の劣化を防止できて、良好な耐久性を有する熱交換器一体型燃焼炉を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明の熱交換器一体型燃焼炉は、燃焼室と、
上記燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、
上記燃焼室の下部に燃焼空気を供給する第１燃焼空気供給部と、
上記燃焼室の上部に、この燃焼室内の上方に向かう燃焼ガスの流れを乱すように燃焼空気を供給する第２燃焼空気供給部と、
上記燃焼室の上方に連なり、この燃焼室から燃焼ガスが導かれる燃焼ガス室と、この燃焼ガス室を取り巻くように配置されて上記燃焼ガスと熱交換する水が供給される水ジャケットとを有する第１熱交換部と、
上記水ジャケットで熱交換された水が導かれ、上記第１熱交換部の燃焼ガス室に隣接するように配置された水室と、この水室内に配列され、上記第１熱交換部の燃焼ガス室から導かれた燃焼ガスが流通する煙管とを有する第２熱交換部と
を備えることを特徴としている。

【0013】

上記構成によれば、燃焼室内に燃料供給部によって燃料が供給され、上記燃焼室の下部に第１燃焼空気供給部によって燃焼空気が供給される。燃焼室で燃料が燃焼すると、燃焼室内に燃焼ガスが上昇する流れが生じるが、この燃焼室の上部に第２燃焼空気供給部によって供給された燃焼空気により、上記燃焼室内の上方に向かう燃焼ガスの流れが乱される。これにより、燃焼空気と燃焼ガスが撹拌混合され、燃焼ガスの未燃成分が燃焼して燃料が完全燃焼する。この燃焼室内の燃焼ガスが、燃焼室の上方に連なる燃焼ガス室に導かれ、この燃焼ガス室を取り巻くように配置された第１熱交換部の水ジャケットにより上記燃焼ガスと水の熱交換が行われる。この第１熱交換部の水ジャケットで熱交換された水が、上記第１熱交換部の燃焼ガス室に隣接するように配置された第２熱交換部の水室に導かれ、この第２熱交換部の水室内に配列された煙管を流通する燃焼ガスと熱交換すると共に、この第２熱交換部の水室に隣接する第１熱交換部の燃焼ガス室の熱と熱交換する。このように、第２燃焼空気供給部で供給された燃焼空気による燃焼ガスの乱れによって完全燃焼が促されるので、燃焼効率が向上し、従来よりも良好な効率で水を加熱できる。

【0014】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記第２燃焼空気供給部は、上記燃焼室の壁面に配列され、上記燃焼室の底側に向かって傾斜した方向に燃焼空気を吹出す複数の吹出口を有する。

【0015】

上記実施形態によれば、燃焼室内の燃焼ガスの流れに対して、燃焼室の壁面に配列された吹出口から、上記燃焼室の底側に向かって傾斜した方向に燃焼空気が吹き出されるので、上記燃焼室内の上方に向かう燃焼ガスの流れが効果的に乱される。これにより、燃焼ガスと燃焼空気を撹拌混合し、燃焼ガスに含まれる未燃成分の燃焼を促して完全燃焼させることができ、燃焼ガスの温度を効果的に上昇させることができる。ここで、第２燃焼空気供給部の吹出口が燃焼空気を吹き出す方向は、燃焼室の中心軸の直角面に対して底側に傾斜していればよく、燃焼室の壁面の法線に対する角度は限定されない。すなわち、第２燃焼空気供給部の吹出口は、燃焼室の壁面の法線向に燃焼空気を吹き出してもよく、或いは、燃焼室の壁面の法線方向に対して傾斜した方向に燃焼空気を吹き出してもよい。第２燃焼空気供給部の吹出口が燃焼室の壁面の法線方向に燃焼空気を吹き出す場合、吹き出された燃焼空気と燃焼室を上昇する燃焼ガスとが衝突して生成される乱れは、中心軸回り方向に実質的に停止する。一方、第２燃焼空気供給部の吹出口が燃焼室の壁面の法線方向に対して傾斜した方向に燃焼空気を吹き出す場合、吹き出された燃焼空気と燃焼室を上昇する燃焼ガスとが衝突して生成される乱れは、吹出口からの流れが傾斜した方向に旋回する。

【0016】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記第２燃焼空気供給部は、
上記燃焼室の壁面に配列され、上記燃焼室の軸直角平面内に壁面の法線に対して傾斜した方向に燃焼空気を吹き出す複数の第１吹出口と、
上記燃焼室の壁面に、上記第１の吹出口よりも上記燃焼室の底から遠い側に配列され、上記燃焼室の底側に向かって傾斜した方向、かつ、上記燃焼室の壁面の法線に対して上記第１の吹出口とは反対側に傾斜した方向に燃焼空気を吹き出す複数の第２吹出口と
を有する。

【0017】

上記実施形態によれば、第２燃焼空気供給部の複数の第１吹出口から、燃焼室の軸直角平面内に、壁面の法線に対して傾斜した方向に燃焼空気が吹き出され、旋回流れが形成される。上記第１吹出口よりも燃焼室の底から遠い側に配置された第２吹出口から、上記燃焼室の底側に向かって傾斜した方向、かつ、上記燃焼室の壁面の法線に対して上記第１の吹出口とは反対側に傾斜した方向に燃焼空気が吹き出され、上記第１吹出口からの燃焼空気による旋回流と衝突して、燃焼空気の乱れが形成される。これにより、燃焼室内を上昇する燃焼ガスと燃焼空気とが効果的に撹拌混合され、燃料の未燃成分の燃焼が促進され、燃料が完全燃焼して、効果的に燃焼温度が上昇する。

【0018】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記第２燃焼空気供給部は、上記燃焼室の外側を取り囲むように配置されると共に上記第１吹出口に連通し、上記第１吹出口が上記燃焼室へ燃焼空気を吹き出す壁面の法線に対する傾斜方向と同じ方向に燃焼空気を旋回させる空気室を備える。

【0019】

上記実施形態によれば、燃焼室の外周側を取り囲むように配置された空気室内を、燃焼空気が、第１吹出口が燃焼室へ燃焼空気を吹き出す壁面の法線に対する傾斜方向と同じ方向に旋回する。これにより、燃焼室内に、乱れを形成して燃焼室内の燃焼ガスに燃焼空気を効果的に撹拌混合しながら、第１熱交換部へ向かう旋回流を形成することができる。

【0020】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記燃料供給部は、上記燃焼室の壁面に設けられた燃料供給口を有する。

【0021】

上記実施形態によれば、燃料供給部が、燃焼室の壁面に設けられた燃料供給口から燃料を供給するので、従来のように燃料を鉛直方向に送らなくてよいから、バイオマス燃料に含まれる不燃物によって燃料供給部が損傷する不都合を防止できる。

【0022】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記第１燃焼空気供給部は、上記燃焼室の底から上方に向かって燃焼空気を供給する底部吹出口を有する。

【0023】

上記実施形態によれば、第１燃焼空気供給部が有する底部吹出口により、燃焼室の底から上方に向かって燃焼空気が供給されるので、燃焼室に上昇方向の流れを形成できる。ここで、底部吹出口は、燃焼室の底に分散して複数個配置するのが好ましい。

【0024】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記第２熱交換部の水室の底を形成する底部材が、上記第１熱交換部の燃焼ガス室の天井を形成する天井部材を兼ねている。

【0025】

上記実施形態によれば、第２熱交換部の水室の底部材が、第１熱交換部の燃焼ガス室の天井部材を兼ねているので、第２熱交換部の水室で、煙管に導かれる燃焼ガスと熱交換を行う水を、第１熱交換部の燃焼ガス室の燃焼ガスの熱によっても加熱できるので、第２熱交換部における水の加熱効率を向上できる。また、通常の熱交換器の水室のように、水室の底部材が外気に接して形成された場合のような外気への放熱を防止できるので、第２熱交換部の加熱効率を向上できる。また、燃焼ガス室と第２熱交換部とを分離して設置した場合に必要なダクトを削除できるので、ダクトによる熱損失を削減して熱効率を向上できると共に、部品点数を小なくできる。

【0026】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記第２熱交換部は、３パスの多管式熱交換器である。

【0027】

上記実施形態によれば、第２熱交換部を３パスの多管式熱交換器で形成することにより、小型化を図ることができる。

【0028】

一実施形態の熱交換器一体型燃焼炉は、上記燃料供給部と、上記燃焼室に燃焼空気を供給する送風機とを制御する制御部を備え、
上記制御部は、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を制御して、上記燃焼室で生成すべき熱量を調節する燃焼モードと、上記燃料供給部による燃料供給量と上記送風機による送風量を上記燃焼モードにおけるよりも少ない量に制御して、上記燃焼室に種火を保持する待機モードとを有する。

【0029】

上記実施形態によれば、制御部により、燃焼室に燃料を供給する燃料供給部の動作と、燃焼室に燃焼空気を供給する送風機の動作が制御される。制御部は、燃焼モードにおいて、燃料供給部による燃料供給量と送風機による送風量を制御して、燃焼室で生成される熱量を所定の熱量に調節する。これにより、燃焼室で生成する熱を、第１熱交換部及び第２熱交換部で所定の温度が得られる量に調節し、第２熱交換部から排出される温度を所定の温度に制御する。一方、待機モードにおいて、制御部は、燃料供給部による燃料供給量と送風機による送風量を燃焼モードよりも少ない量に制御して、燃焼室に種火を保持する。この待機モードにおいて、燃焼室への燃焼空気の送風量と燃料の供給量を増大させれば、迅速に所定の熱量が得られるので、迅速に燃焼モードに移ることができる。したがって、化石燃料と比較して着火しにくいバイオマス燃料を用いるにもかかわらず、速やかに再起動できる熱交換器一体型燃焼炉が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施形態の熱交換器一体型燃焼炉を示す正面縦断面図である。

【図2】実施形態の熱交換器一体型燃焼炉を示す側面縦断面図である。

【図3】上部空気室及び下部空気室を示す平面図である。

【図4】底面板を示す斜視図である。

【図5】第２吹出口を形成する空気供給管の配置を示す縦断面図である。

【図6】第２燃焼空気供給部を構成する下段空気供給管の配置を示す平断面図である。

【図7】第２燃焼空気供給部を構成する上段空気供給管の配置を示す平断面図である。

【図8】空気室及び燃焼室の下段空気供給管の配置位置における平断面図である。

【図9】空気室及び燃焼室の上段空気供給管の配置位置における平断面図である。

【図10】他の空気供給管の配置を示す縦断面図である。

【図11】他の空気供給管の配置を示す平断面図である。

【図12】ボイラ装置を示す模式図である。

【図13】従来の燃焼炉を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

【0032】

図１は、本発明の実施形態の熱交換器一体型燃焼炉を示す正面縦断面図であり、図２は、図１の正面縦断面図を示す切断面に対して燃焼室の中心軸回りに９０°をなす切断面における側面縦断面図である。本実施形態の熱交換器一体型燃焼炉１は、バイオマス燃料である木質チップを燃料とし、水を加熱して温水を生成するものである。ここで、燃焼室の中心軸とは、燃焼室の平断面において対角線の交点を通り、燃焼室の上下方向に延びる軸をいう。

【0033】

この熱交換器一体型燃焼炉１は、燃料を燃焼する燃焼部２と、燃焼部２の上に連なり、燃焼部２で生成された燃焼ガスと水を熱交換する第１熱交換部３と、第１熱交換部３の上に連なり、第１熱交換部３で熱交換した水を更に熱交換する第２熱交換部４とで大略構成されている。

【0034】

燃焼部２は、箱状の燃焼室ケーシング５と、燃焼室ケーシング５の内側に設けられた断熱材６及びキャスタブル耐火物７とで形成された壁本体９の内側に、矩形断面を有する直方体の燃焼室８が形成されている。断熱材６は、例えばセラミックボードで形成されたものを用いることができ、キャスタブル耐火物７は、例えばアルミナコンクリートで形成されたものを用いることができる。燃焼室８の壁面に耐火物を用いることにより、蓄熱を行うと共に輻射熱を放出することができ、燃料の燃焼を促進できる。したがって、燃焼室８内の燃料を速やかに燃焼させることができる。なお、不定形のキャスタブル耐火物７に替えて、耐火レンガ等の定型の耐火物を用いてもよい。また、耐火物としては、アルミナ以外に、例えばシリカ、ジルコニア、マグネシア及び石灰等で形成されたものを用いることができる。

【0035】

燃焼部２は、燃焼室８内に燃料の木質チップを供給する燃料供給部としてのスクリューコンベヤ１８と、燃焼室８の底面から燃焼空気を供給する第１燃焼空気供給部を形成する底面板１０の貫通孔１１及び底部空気室１３と、第２燃焼空気供給部の第１吹出口を形成する下段空気供給管２５と、第２燃焼空気供給部の第２吹出口を形成する上段空気供給管２６と、上記下段空気供給管２５に燃焼空気を供給する下側空気室２８ａと、上記上段空気供給管２６に燃焼空気を供給する上側空気室２８ｂとを有する。上記下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６と、上記下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂとで、第２燃焼空気供給部を形成している。

【0036】

第２燃焼空気供給部を形成する下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６は、内部に燃焼室８を形成する壁本体９の上部に貫通して固定されている。下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６は、内部に燃焼空気の通路が形成され、燃焼室８に臨む開口が吹出口になっている。後に詳述するように、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６は、燃焼室８の壁面の法線方向又は軸方向に対して傾斜して固定されている。下側空気室２８ａと上側空気室２８ｂは、燃焼室ケーシング５の周面を取り囲むように設置された空気室壁２７の内側に形成され、この空気室壁２７に接続された下側給気管２９ａと上側給気管２９ｂを通して、矢印Ａ２とＡ３で示すように燃焼空気が夫々供給される。下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂに供給された燃焼空気は、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６を通って燃焼室８に供給され、燃焼室８の下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６で取り囲まれた領域に、燃焼空気の乱れを形成する。燃焼室８内で燃料が燃焼して生成された高温の燃焼ガスは、燃焼室８の下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６に取り囲まれた領域で燃焼空気によって流れが乱れて撹拌され、燃焼が促進される。この後、燃焼室８の上に連なる第１熱交換部３の燃焼ガス室３５に流れる。

【0037】

燃焼室８の底面には、壁本体９の下端に内嵌する矩形の板状の底面板１０が配置され、この底面板１０の下方に底部空気室１３が配置されている。底部空気室１３は、箱状の底部ケーシング１４内に形成されている。底面板１０には、燃焼空気を底部空気室１３から燃焼室８に導く複数の貫通孔１１，１１，・・・が、全面に分散して形成されている。底面板１０の貫通孔１１の燃焼室８に臨む開口が、底部吹出口として機能する。底部空気室１３には、底部ケーシング１４に接続された下部給気管１５を通して、矢印Ａ１で示すように燃焼空気が供給される。

【0038】

上記下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂと底部空気室１３には、下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂに接続された下側給気管２９ａ及び上側給気管２９ｂと、底部空気室１３に接続された下部給気管１５とを通して、これらの下側給気管２９ａ及び上側給気管２９ｂと下部給気管１５の上流側に接続された送風機６４により、燃焼空気が供給される、

【0039】

図４は、底面板１０を示す斜視図である。底面板１０は、キャスタブル耐火物を矩形の板状に成型してなり、平面視において全面に複数の貫通孔１１，１１，・・・が形成されている。この底面板１０の表面に、燃料供給部としてのスクリューコンベヤ１７から供給され、燃料供給口２１から排出された燃料が、図１の矢印Ｆで示されるように落下して受け取られる。底面板１０は、燃焼モードの運転を行う場合に、燃焼する燃料を保持する。一方、待機モードの運転を行う場合に、着火した状態の燃料を種火として保持する。待機モード時に底面板１０が種火を保持することにより、燃焼室８への燃料と燃焼空気の供給量が増大すれば、迅速に通常モードに移行することができる。

【0040】

燃焼室８の側面には、燃料を供給する燃料供給部としてのスクリューコンベヤ１７が設置されている。スクリューコンベヤ１７は、筒状のケーシング１８と、ケーシング１８内に配置されて回転駆動される搬送スクリュー１９で形成され、燃料が導かれる投入管２０に一端が接続されている。投入管２０は、燃料の貯留及び供給を行う定量供給機の供給コンベヤに、遮断弁を介して接続されている。スクリューコンベヤ１７の他端には、燃焼室８の側面に開口する燃料供給口２１が設けられている。燃料供給口２１の高さ方向の中心は、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６が配列された領域よりも低い位置に設置されている。なお、燃料供給口２１の高さ方向の中心は、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６が配列された領域の高さ方向の中心よりも低い位置に設置されていればよい。ここで、高さ方向とは、燃焼室８の中心軸の延在方向と実質的に同じであり、高さの低い側は底部ケーシング１４の底面に近い側であり、また、高さの高い側は第１熱交換部３に近い側である。上記スクリューコンベヤ１７は、一端から他端に向かうにつれて位置が高くなるように傾斜しており、これにより、高温の燃焼空気がスクリューコンベヤ１７の内部を逆流し難くなっている。燃焼室８の壁面の燃料供給口２１の近傍には、燃料供給口２１と略同じ高さに設けられた着火口２３が設けられている。着火口２３は図示しない着火バーナの吹出口に接続されており、熱交換器一体型燃焼炉１の作動時に、図示しない着火バーナによって生成された炎が上記着火口２３から放射されるようになっている。

【0041】

図５は、燃焼室８の側面に設置された下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６の配置状況を示す縦断面図である。図５は、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６の設置位置において、壁本体９を、燃焼室８の中心軸を含む面内で切断した様子を示す断面図である。なお、図５では、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６の壁面の法線方向に対する傾斜は表現していない。

【0042】

図５に示すように、本実施形態の熱交換器一体型燃焼炉１には、燃焼室８の中心軸の延在方向に２段の空気供給管２５，２６が配列されている。これらの空気供給管２５,２６のうち、燃焼室８の底側に位置する下段空気供給管２５は、燃焼室８の中心軸と直角をなす面と平行を向いている。この下段空気供給管２５は、図６の平断面図に示すように、燃焼室８の中心軸方向視において、壁面の法線Ｒに対して時計回りに傾斜角αを成して配置されている。これにより、下側空気室２８ａから下段空気供給管２５を通って導かれた燃焼空気は、燃焼室８側の開口から、燃焼室８内に壁面の法線Ｒに対して傾斜した方向に吹き出される。このように、下段空気供給管２５の燃焼室８側の開口は、第１吹出口として機能する。

【0043】

上記下段空気供給管２５に対して第１熱交換部３側に位置する上段空気供給管２６は、燃焼室８の中心軸の直角面に対して、燃焼室８に臨む側が燃焼室８の底面に向かって傾斜している。この上段空気供給管２６は、図５の縦断面図に示すように、燃焼室８の軸直角方向線Ｈに対して傾斜角θを成して配置されていると共に、図７の平断面図に示すように、燃焼室８の中心軸方向視において、壁面の法線Ｒに対して反時計回りに傾斜角βを成して配置されている。上段空気供給管２６の壁面の法線Ｒに対する傾斜角βは、下段空気供給管２５の壁面の法線Ｒに対する傾斜角αと、壁面の法線方向に関して逆向きである。これにより、上側空気室２８ｂから上段空気供給管２６を通って導かれた燃焼空気は、燃焼室８内に、壁面の法線Ｒに関して下段空気供給管２５と逆向きの傾斜方向に吹き出される。このように、上段空気供給管２６の燃焼室８側の開口は、第２吹出口として機能する。

【0044】

図８は、下段空気供給管２５の配置位置における下側空気室２８ａ及び燃焼室８の平断面図である。図８に示すように、下側空気室２８ａの一辺と平行に延在する下側給気管２９ａを通して矢印Ａ２で示すように供給された燃焼空気は、下側空気室２８ａ内で、矢印Ａ４で示すような反時計回りに旋回する。この旋回する燃焼空気が、矢印Ａ５で示すように、複数の下段空気供給管２５，２５，・・・を通して中心軸直角平面内に、壁面の法線方向に関して時計回りの偏心方向に吹き出される。複数の下段空気供給管２５，２５，・・・から吹き出された燃焼空気は、図８に示すように、燃焼室８の中心軸に関して反時計回りに流れる。

【0045】

図９は、上段空気供給管２６の配置位置における上側空気室２８ｂ及び燃焼室８の平断面図である。図９に示すように、上側空気室２８内を矢印Ａ６で示すような反時計回りに旋回する燃焼空気が、矢印Ａ７で示すように、複数の上段空気供給管２６，２６，・・・を通して底面側に、壁面の法線方向に関して反時計回りの偏心方向に吹き出される。複数の上段空気供給管２６，２６，・・・から吹き出された燃焼空気は、図９に示すように、燃焼室８の中心軸に関して時計回りに流れる。

【0046】

上記下段空気供給管２５を通って軸直角平面内に反時計回りに吹き出した燃焼空気に、上記上段空気供給管２６を通って底面方向に時計回りに吹き出した燃焼空気が衝突して、燃焼室８の下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６で取り囲まれた領域とその周辺に、燃焼空気の乱れが形成される。燃焼室８内に燃焼空気の乱れを形成することにより、燃焼室８内に旋回流のみを形成する場合や上昇流のみを形成する場合と比較して、燃焼ガスに燃焼空気を効果的に撹拌混合することができる。これにより、燃焼ガスの未燃成分の燃焼を促進して燃焼室８内の燃焼温度を上昇させると共に、燃料を完全燃焼させることによって一酸化炭素や煤の発生を少なくできる。したがって、一酸化炭素が漏洩する危険や、煤が熱交換部３，４に蓄積して熱交換能力が低下する不都合を防止できる。

【0047】

ここで、壁面の法線方向に関して時計回りに偏心した上記下段空気供給管２５は、下側空気室２８ａにおける燃焼空気の旋回方向と鈍角をなす一方、壁面の法線方向に関して反時計回りに偏心した上記上段空気供給管２６は、上側空気室２８ｂにおける燃焼空気の旋回方向と鋭角をなす。これにより、上段空気供給管２６から吹き出す燃焼空気の流量は、下段空気供給管２５から吹き出す燃焼空気の流量よりも少ないので、燃焼室８内に形成される乱れは、下段空気供給管２５から軸直角平面内に吹き出す燃焼空気が卓越して矢印Ａ５の反時計回りに旋回する。また、底面板１０の貫通孔１１から燃焼室８内に吹き出される燃焼空気により、燃焼室８内には上昇流が生成される。これにより、底面板１０の貫通孔１１からの燃焼空気で燃料が燃焼して生成された燃焼ガスが、上段空気供給管２６と下段空気供給管２５からの燃焼空気による乱れによって燃焼室８の上部で効果的に燃焼空気と撹拌混合され、未燃成分の燃焼が促進されて燃料が完全燃焼する。これにより、燃焼ガスの温度が十分に上昇した後に、旋回状に流れる乱れを経て燃焼ガスが燃焼室８から上方の燃焼ガス室３５に導かれる。

【0048】

ここで、第１吹出口を提供する下段空気供給管２５の壁面の法線方向に対する傾斜角αは、０°よりも大きく５０°以下であり、好ましくは、１°以上３０°以下である。また、第２吹出口を提供する上段空気供給管２６の軸直角平面に対する傾斜角θは、０°よりも大きく５０°以下であり、好ましくは、１°以上３０°以下である。また、上段空気供給管２６の壁面の法線方向に対する傾斜角βは、０°よりも大きく５０°以下であり、好ましくは、１°以上３０°以下である。

【0049】

なお、上記下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６で第２燃焼空気供給部を構成したが、図１０に示すように、１段の空気供給管１２６で第２燃焼空気供給部を構成してもよい。この空気供給管１２６は、図１０の縦断面図に示すように、燃焼室８の軸直角方向線Ｈに対して傾斜角θを成して配置されていると共に、図１１の平断面図に示すように、燃焼室８の中心軸方向視において、壁面の法線Ｒを向いて配置されている。この空気供給管１２６から燃焼室８の底側に向かって吹き出された燃焼空気は、燃焼室８内を上方に向かう燃焼ガスと衝突して乱れが形成される。これにより、燃焼ガスの未燃成分を効果的に完全燃焼させることができ、燃焼ガスの温度を上昇させることができる。

【0050】

また、第２燃焼空気供給部を構成した２段の空気供給管２５，２６は、下段の空気供給管が、中心軸直角面と平行を向くと共に、上段の空気供給管が、中心軸直角面に対して燃焼室８の底面に向かって傾斜したが、下段の空気供給管を燃焼室８の底面に向けて傾斜し、上段の空気供給管を中心軸直角面と平行に向けてもよい。また、下段の空気供給管を燃焼室８の天井側に向けて傾斜し、上段の空気供給管を中心軸直角面と平行に向けてもよい。また、第２燃焼空気供給部の下段空気供給管２５の中心軸方向視における傾斜方向が壁面の法線Ｒに対して時計回りであり、上段空気供給管２６の中心軸方向視における傾斜方向が壁面の法線Ｒに対して反時計回りであったが、下段空気供給管２５の中心軸方向視における傾斜方向を反時計回りとし、上段空気供給管２６の中心軸方向視における傾斜方向を時計回りとしてもよい。

【0051】

また、燃焼室８の上部に設置する空気供給管の段数は、燃焼室８内に形成すべき流れに応じて適宜設定できる。また、空気供給管の段数は２段や１段以外の何段でもよい。

【0052】

また、燃焼空気の吹出口は、空気供給管を用いて形成するほか、厚みのある壁体に貫通孔を設けて形成してもよい。この場合、貫通孔の延在方向を、燃焼室８の中心軸と直角の面や、中心軸を通る面に対して傾斜させ、あるいは、壁面の法線方向に向けて、傾斜通路や旋回通路を形成することができる。

【0053】

第１熱交換部３は、燃焼部２の燃焼室８に連なる直方体の燃焼ガス室３５と、燃焼ガス室３５を取り囲む水ジャケット３２を備える。燃焼ガス室３５と水ジャケット３２の間は内壁３１で区画され、水ジャケット３２の外側は外壁３０で区画される。外壁３０には、加熱すべき水が矢印Ｗ１で示すように供給されて水ジャケット３２に導く水供給管３３が設けられている。上記燃焼ガス室３５は、上方に位置する第２熱交換部３の水室４２と隣接しており、水室４２の底部材５３が、燃焼ガス室３５の天井部材を兼ねている。

【0054】

燃焼部２の燃焼室８で生成された高温の燃焼ガスは、燃焼室８の上に連なる燃焼ガス室３５に流入し、水ジャケット３２の水と熱交換を行う。水ジャケット３２の水は、燃焼ガス室３５の燃焼ガスとの熱交換により温度が上昇した後、第２熱交換部４に導かれる。燃焼ガス室３５の燃焼ガスは、水ジャケット３２の水と熱交換すると共に、燃焼ガス室３５の天井部材を兼ねる第２熱交換部４の水室４２の底部材５３を介して、第２熱交換部４の水室４２内の水と熱交換を行う。燃焼ガス室３５を流れた燃焼ガスは、第２熱交換部４の第１煙室４５に流入する。本実施形態の熱交換器一体型燃焼炉１は、燃焼室８の上に燃焼ガス室３５を連ね、この燃焼ガス室３５を取り囲む水ジャケット３２を設け、この水ジャケット３２で熱交換を行った燃焼ガスを多管式水熱交換器である第２熱交換部４に供給している。したがって、燃焼室８から多管式水熱交換器に直接燃焼ガスを供給する場合と比較して、燃焼室８の燃焼温度を１００℃程度高めることができる。したがって、燃焼室８に、温度を低下させるための余剰の燃焼空気を供給する必要が無いので、燃料の燃焼効率を高めることができる。

【0055】

第２熱交換部４は、幅方向（図１の紙面の左右方向）の寸法が、奥行き方向（図２の紙面の左右方向）の寸法よりも大きい略直方体のケーシング４０と、ケーシング４０内の幅方向の左右両側に配置されて管板を兼ねる水室仕切り板４１，４１と、ケーシング４０内の左右の水室仕切り板４１，４１の間に形成された水室４２と、水室仕切り板４１，４１に支持されて水室４２内に配置された複数の煙管４３，４３，・・・と、水室４２内を仕切って水の流れを蛇行させる２つの流路仕切り板４４，４４を有する。正面視において左側の水室仕切り板４１の水室４２の反対側には、水室仕切り板４１に支持された煙管４３に連なる第１煙室４５と、第３煙室４７とが設けられている。正面視において右側の水室仕切り板４１の水室４２の反対側には、第２煙室４６と、ガス排出口５３とが設けられている。第１煙室４５と、第２煙室４６と、第３煙室４７の表面には、断熱材４８とキャスタブル耐火物４９とが設けられている。断熱材４８は、例えばセラミックボードで形成されたものを用いることができ、キャスタブル耐火物４９は、例えばアルミナコンクリートで形成されたものを用いることができる。

【0056】

第１煙室４５と第２煙室４６との間は、複数の煙管４３，４３，のうちの複数の第１経路煙管４３ａ，４３ａ，・・・が接続している。第２煙室４６と第３煙室４７との間は、複数の煙管４３，４３，のうちの複数の第２経路煙管４３ｂ，４３ｂ，・・・が接続している。第３煙室４７とガス排出口５３との間は、複数の煙管４３，４３，のうちの複数の第３経路煙管４３ｃ，４３ｃ，・・・が接続している。第１煙室４５は、第１熱交換部３の燃焼ガス室３５に連通し、燃焼ガス室３５の燃焼ガスが導かれる。第１煙室４５に導かれた燃焼ガスは、第１経路煙管４３ａ，４３ａ，・・・を流れて第２煙室４６に導かれ、第２煙室４６に導かれた燃焼ガスは、第２経路煙管４３ｂ，４３ｂ，・・・を流れて第３煙室４７に導かれ、第３煙室４７に導かれた燃焼ガスは、第３経路煙管４３ｃ，４３ｃ，・・・を流れてガス排出口５３に導かれ、ガス排出口５３から外部に排出される。このように、第２熱交換部４は、燃焼ガスが３つの方向に流れる３パスの熱交換器を構成している。なお、第２熱交換部４は、燃焼ガスが２つの方向に流れる２パスの熱交換器を構成してもよく、必要な能力に応じてパスの数は適宜設定できる。

【0057】

第２熱交換部４の水室４２は、図２に示すように、連絡管５０を介して第１熱交換部３の水ジャケット３２と連通している。連絡管５０は、第１熱交換部３の水ジャケット３２の上部に一端が接続され、第２熱交換部４の水室４２の下部の流入口５１に他端が接続されている。第１熱交換部３の水ジャケット３２で熱交換を行った水は、矢印Ｗ２で示すように連絡管５０を通り、流入口５１から第２熱交換部４の水室４２に流入する。水室４２に流入した水は、流路仕切り板４４，４４で仕切られた流路を矢印Ｗ３，Ｗ４で示すように蛇行して流れる過程で、煙管４３，４３，・・・を通る燃焼ガスと熱交換する。熱交換により加熱された水は、水室４２の流出口５２を通って水室４２から流出し、流出口５２に連なる流出管５４を通って外部に排出される。ケーシング４０上端部には、水室４２内に過剰な圧力がかからないように、図示しない大気開放口が設けられている。

【0058】

上記燃焼部２及び第１熱交換部３は実質的に同じ断面の直方体に形成され、上記第２熱交換部４は、奥行き方向の寸法が第１熱交換部３の寸法よりも多少大きく、かつ、幅方向の寸法が第１熱交換部３の寸法の１．５倍程度の直方体形状に形成されている。上記燃焼部２、第１熱交換部３及び第２熱交換部４は、鉛直方向の下側から上側に向かって順次連なるように配置されている。これにより、熱交換器一体型燃焼炉１は、燃焼部と熱交換部を分離して形成するよりも少ないスペースに設置できるようになっている。

【0059】

図１２は、実施形態の熱交換器一体型燃焼炉１を用いて構成されたボイラ装置を示す模式図である。このボイラ装置は、熱交換器一体型燃焼炉１と、熱交換器一体型燃焼炉１で加熱された高温水を貯留する貯湯タンク６８と、熱交換器一体型燃焼炉１から排出された燃焼ガスである排気の集塵を行うサイクロン集塵装置７４と、サイクロン集塵装置７４の排気口に連なる誘引ファン７５を備える。

【0060】

熱交換器一体型燃焼炉１の燃焼部２には、燃料としての木質チップが定量供給機６０の供給コンベヤ６１から巻き出され、燃焼部２の燃焼室８内からの逆火を防止するための遮断弁６２を介してスクリューコンベヤ１７に供給される。定量供給機６０は、撹拌羽根が内蔵されたホッパーを有する。撹拌羽根は、ホッパー内の供給コンベヤ６１の上方に配置され、定量供給機６０の側部に設置された駆動手段で回転駆動されて、燃料の木質チップを撹拌してブリッジの形成を防止する。定量供給機６０のホッパーには、貯留する燃料の表面位置を検出して残量を検知するレベルセンサＬ１が設けられている。スクリューコンベヤ１７には温度センサＴ１が設けられており、温度センサＴ１の検出温度に基づいて、スクリューコンベヤ１７の搬送する燃料が燃焼室８からの高温空気によって着火していないかを監視している。温度センサＴ１が異常温度を検出して燃料の着火を検知すると、スクリューコンベヤ１７に接続された給水管の開閉バルブＶ１を開いて消火を行うようになっている。

【0061】

燃焼室８から第１熱交換部３に送られる燃焼ガスの温度は、第１煙室４５に配置されたガス温度センサＴ２で検出される。

【0062】

第２熱交換部４の水室４２には、内部の水量を検出する水位センサＬ３と、水の温度を検出する温度センサＴ３が設けられている。貯湯タンク６８には、貯留される水の温度を検出する温度センサＴ４と、内部の水量を検出する水位センサＬ２が設けられている。

【0063】

貯湯タンク６８は、第２熱交換部４の水室４２から延びる加熱戻り管７１と、循環ポンプ６９に介設されて第１熱交換部３の水ジャケット３２に延びる加熱送り管７０に接続されている。第１熱交換部３の水ジャケット３２と、第２熱交換部４の水室４２と、貯湯タンク６８とで水の循環経路を構成している。この循環経路上に、加熱送り管７０に温水の入口温度を測定する温度センサＴ５が設けられていると共に、加熱戻り管７１に温水の出口温度を測定する温度センサＴ６が設けられている。上記第１煙室４５のガス温度センサＴ２と、上記加熱送り管７０及び加熱戻り管７１の温度センサＴ５，Ｔ６の検出値に基づいて、燃焼空気及び燃料の供給量が制御される。

【0064】

サイクロン集塵装置７４は、側面に燃焼ガスの吸入口が設けられた円筒部と、円筒部の下方に連なって内部に旋回流が形成される逆円錐形の分離部と、円筒部内から上方に突出して配置された排気筒を有する。このサイクロン集塵装置７４は、第２熱交換部４で熱交換を終えた燃焼ガスを円筒部の吸入口から吸入し、円筒部と分離部で燃焼ガスの旋回流を形成し、この旋回流の遠心力により燃焼ガスに含まれる粉塵を分離する。粉塵が分離された燃焼ガスは、誘引ファン７５に吸引され、大気に開放される。誘引ファン７５としては、遠心式送風機を用いることができる。

【0065】

このボイラ装置は、上記レベルセンサＬ１、温度センサＴ１、ガス温度センサＴ２、水位センサＬ２，Ｌ３及び温度センサＴ３，Ｔ４の検出情報に基づいて、供給コンベヤ６１、遮断弁６２、スクリューコンベヤ１７、開閉バルブＶ１、誘引ファン７５、送風機６４の動作を制御する制御部８０を備える。この制御部８０により、貯湯タンク６８の温度が所定温度となるように、燃焼室８で生成される熱量と、第１熱交換部３の水ジャケット３２と第２熱交換部４の水室４２と貯湯タンク６８の水の循環量が制御される。

【0066】

上記構成の熱交換器一体型燃焼炉１及びボイラ装置は、次のように動作する。まず、水位センサＬ２，Ｌ３の検出情報により、水室４２及び貯湯タンク６８内の水位を確認する。水室４２及び貯湯タンク６８内の水位が基準値よりも少ない場合は、貯湯タンク６８に水を供給する。水室４２及び貯湯タンク６８内の水位が基準値を満たす場合は、誘引ファン７５と送風機６４を起動すると共に、遮断弁６２を開いて供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７を起動する。送風機６４を起動して、下側給気管２９ａ及び上側給気管２９ｂを通して下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂに燃焼空気を供給すると共に、下部給気管１５を通して底部空気室１３に燃焼空気を供給する。なお、図１２において、下側給気管２９ａ及び上側給気管２９ｂは、まとめて符号２９で示しており、下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂは、まとめて符号２８で示している。遮断弁６２を開いて供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７を起動し、定量供給機６０から供給コンベヤ６１で燃料の木質チップを巻き出して、スクリューコンベヤ１７により燃焼室８へ燃料を投入する。

【0067】

熱交換器一体型燃焼炉１では、下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂに供給された燃焼空気が、下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６を通って燃焼室８に供給される。このとき、下段空気供給管２５から燃焼室８の中心軸と直角をなす面内かつ中心軸の偏心方向に吹き出される燃焼空気と、上段空気供給管２６から燃焼室８の底側に、中心軸に関して下段空気供給管２５と逆向きの偏心方向に吹き出された燃焼空気とが混合して、燃焼室８の上部に燃焼空気の乱れが形成される。この乱れが形成される領域の下部に位置する燃料供給口２１から、矢印Ｆで示すように、スクリューコンベヤ１７で供給された燃料が燃焼室８内に投入され、投入された燃料は燃焼室８の底面板１０の上に保持される。

【0068】

底面板１０の上に保持された燃料は、石油燃料で作動する図示しないバーナで着火され、底部空気室１３から底面板１０の貫通孔１１，１１，・・・を通して供給される１次燃焼空気と、下側空気室２８ａ及び上側空気室２８ｂから下段空気供給管２５及び上段空気供給管２６を通して供給される２次燃焼空気を受けて燃焼を開始する。燃料の燃焼に伴って生成された燃焼ガスは、燃焼室８内の乱流が生成される領域の上方から第１熱交換部３の燃焼ガス室３５を旋回状に流れる。燃料は、燃焼に伴う燃焼ガスが、燃焼室８内を乱流及び旋回流を形成して流れる過程で、貫通孔１１及び空気供給管２５，２６により十分に燃焼空気が供給されて撹拌混合されるので、完全燃焼をして高温となる。したがって、バイオマス燃料である木質チップを用いながら、安定して高温の燃焼ガスが得られる。燃焼室８で燃料が燃焼して生成された燃焼ガスは、第１熱交換部３の燃焼ガス室３５に流れる。

【0069】

燃焼ガス室３５に流れた燃焼ガスは、水ジャケット３２内の水と熱交換を行い、燃焼ガス室３５の天井部材を兼ねる第２熱交換部４の水室４２の底部材５３を介して、第２熱交換部４の水室４２内の水と熱交換を行う。燃焼ガス室３５で水ジャケット３２内の水と水室４２内の水と熱交換を行った燃焼ガスは、第２熱交換部４の第１煙室４５に流れる。

【0070】

第２熱交換部４の第１煙室４５に流れた燃焼ガスは、第１経路煙管４３ａ，４３ａ，・・・を通って第２煙室４６に導かれ、第２経路煙管４３ｂ，４３ｂ，・・・を通って第３煙室４７に導かれ、更に、第３経路煙管４３ｃ，４３ｃ，・・・を通ってガス排出口５３に導かれる。上記第１経路煙管４３ａ，４３ａ，・・・、第２経路煙管４３ｂ，４３ｂ，・・・及び第３経路煙管４３ｃ，４３ｃ，・・・を通る間に、水室４２内の水と熱交換を行う。ガス排出口５３に達した燃焼ガスは、サイクロン集塵装置７４に導かれる。サイクロン集塵装置７４では、円筒部の吸入口から流入した燃焼ガスが分離部に導かれ、分離部内を旋回状に流れる際の遠心力で塵が分離する。燃焼ガスから分離した塵は、サイクロン集塵装置の下部に配置された塵収容器に集められる。塵が分離された燃焼ガスは排気筒を通り、排気塔に連なる排気管を通して誘引ファン７５に吸引され、大気に排気される。なお、誘引ファン７５の下流側に、燃焼ガスに含まれる微細な粒子を除去するバグフィルタを接続してもよい。

【0071】

貯湯タンク６８内の水は、循環ポンプ６９によって加熱送り管７０を通して熱交換器一体型燃焼炉１の水ジャケット３２に送られる。水ジャケット３２で燃焼ガス室３５から伝わる熱を受けて加熱された水は、連絡管５０を通って第２熱交換部４の水室４２に導かれ、水室４２で燃焼ガスと熱交換を行って更に加熱される。水室４２で加熱された水は、流出管５４に接続された加熱戻り管７１を通って貯湯タンク６８に戻される。

【0072】

制御部８０は、ガス温度センサＴ２で検出された燃焼ガスの温度と、温度センサＴ５，Ｔ６で検出された温水の入口温度及び出口温度に基づいて、供給コンベヤ６１、遮断弁６２及びスクリューコンベヤ１７の動作を制御し、燃焼室８に供給する燃料の量を制御すると共に、誘引ファン７５と送風機６４の動作を制御し、燃焼室８に供給する燃焼空気の量を制御する。温水の入口温度が基準値よりも低いと、制御部８０は、水の温度を上昇させる燃焼モードの制御を行う。すなわち、遮断弁６２を開き、供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７による燃料の供給量を増大すると共に、送風機６４の送風量を増大して燃焼室８への燃焼空気の供給量を増大する。また、誘引ファン７５の吸引量を増大してサイクロン集塵装置７４の第２熱交換部４から吸引する燃焼ガス量を増大する。これにより、燃焼室８内で燃料が燃焼して生成される熱量が増大し、水ジャケット３２及び水室４２で水と熱交換する熱量が増大し、循環する水の温度が上昇して、入口温度が上昇する。こここで、ガス温度センサＴ２で検出される第１煙室４５の燃焼ガスの温度が異常高温に達していないかを確認し、温度センサＴ６で検出される第２熱交換部４からの出口温度が異常高温に達していないかを確認する。温度センサＴ５で検出される入口温度が所定温度に達すると、制御部８０は、供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７による燃料の供給量を減少させると共に、送風機６４の送風量を減少させて燃焼室８への燃焼空気の供給量を減少させ、誘引ファン７５の吸引量を減少させて第２熱交換部４から吸引する燃焼ガス量を減少させ、循環ポンプ６９の送水量を減少させる。供給コンベヤ６１からスクリューコンベヤ１７への燃料の供給を停止する場合は、遮断弁６２を閉じて燃焼室８からの燃焼ガスや燃焼空気の逆流を防止する。

【0073】

温水の利用が停止したこと等により、第１熱交換部３及び第２熱交換部４による水の加熱動作を停止する場合、制御部８０は、燃焼モードの制御を停止して待機モードの制御を行う。すなわち、供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７による燃料供給量を、燃焼モードにおけるよりも少なくすると共に、誘引ファン７５の吸引量と送風機６４の送風量を燃焼モードにおけるよりも少なくする。これにより、第１熱交換部３及び第２熱交換部４への熱の供給を実質的に停止した状態で、燃焼室８に種火を保持する。このように、燃焼室８に臨む底面板１０に最小限の燃料を保持し、この燃料に種火を残すことにより、温水の使用が再開して第１熱交換部３及び第２熱交換部４の動作が求められた場合に、供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７による燃料供給量と、送風機６４の送風量を増大すれば、燃料を迅速に着火させて燃焼室８で生成する熱量を迅速に回復することができる。すなわち、待機モードから燃焼モードに迅速に移ることができ、温水の需要に迅速に対応することができる。なお、待機モードでは、供給コンベヤ６１及びスクリューコンベヤ１７による燃料の供給は、連続的に行ってもよく、あるいは、断続的に行ってもよい。要は、種火を保持できる程度の燃料を供給できればよい。

【0074】

上記実施形態において、バイオマス燃料として、木質チップからなる燃料を用いたが、木質ペレット等のように、植物系の材料を成型した再生燃料を用いてもよい。植物系の材料としては、オガ屑、木屑、間伐材及び剪定材等の木質系材料や、稲藁、籾殻、雑草及びバガス等の農業系材料や、建設廃材等の廃棄物系材料や、古紙や廃パルプ等の紙系材料がある。また、植物系再生燃料は、例えばＲＰＦ（Refuse Paper and Plastic Fuel；古紙及び廃プラスチックを主原料とする固形燃料）のように、植物系の材料にプラスチック等の植物系以外の材料を混合して作成した燃料であってもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ 熱交換器一体型燃焼炉
２ 燃焼部
３ 第１熱交換部
４ 第２熱交換部
８ 燃焼室
１０ 底面板
１１ 底面板の貫通孔
１３ 底部空気室
１７ スクリューコンベヤ
２５ 下段空気供給管
２６ 上段空気供給管
２８ａ 下側空気室
２８ｂ 上側空気室
３２ 水ジャケット
３５ 燃焼ガス室
４２ 水室
４３ａ 第１経路煙管
４３ｂ 第２経路煙管
４３ｃ 第３経路煙管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】