特許 7430919 固形燃料燃焼装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-05

(45)【発行日】2024-02-14

(54)【発明の名称】固形燃料燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23B 50/04 20060101AFI20240206BHJP

   F23L 1/00 20060101ALI20240206BHJP

【ＦＩ】

F23B50/04

F23L1/00 E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021026192

(22)【出願日】2021-02-22

(65)【公開番号】P2022127943

(43)【公開日】2022-09-01

【審査請求日】2023-03-14

(73)【特許権者】

【識別番号】500410123

【氏名又は名称】株式会社エルコム

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】相馬 督

【審査官】豊島 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１７６８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３４３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０８３６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３９１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－０３４３２９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－２６７６４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｂ １０／００ － ９９／００

Ｆ２３Ｌ １／００ － ９９／００

Ｆ２３Ｇ ５／００ － ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラスチックを含んだ固形燃料をその溶融温度以上の温度で燃焼させる装置であって、
燃焼室が内部に形成された燃焼部と、
前記固形燃料を空気と混合して斜め下方に向かって前記燃焼室内に噴射する噴射口を有する燃料噴射部と、
燃焼用の空気を前記燃焼室内に噴射する１又は複数の噴射口を有する燃焼空気噴射部とを備えており、
前記燃料噴射部の噴射口における前記固形燃料及び空気の噴射方向が、前記燃料噴射部の噴射口と前記燃焼室の内底面とを結ぶと共に前記燃料噴射部の噴射口と平面視における前記燃焼室の中心部とを結ぶ線分に沿っており、
前記燃焼空気噴射部における少なくともいずれかの噴射口である第１噴射口が、前記燃料噴射部の噴射口より下方に配置され、噴射範囲が前記燃焼室の内底面に掛かるように、平面視において前記燃焼室の中心部に向かう方向に対して傾斜した方向に空気を噴射することで、平面視において前記燃焼室の中心部の周囲を前記燃焼室の内底面の近傍で旋回する旋回気流を形成し、
前記燃焼空気噴射部における少なくともいずれかの噴射口である第２噴射口が、前記燃料噴射部の噴射口より下方に配置され、前記燃焼室の中心部に向かって空気を噴射し、
前記燃料噴射部が噴射した前記固形燃料が、前記内底面に到達する前に前記旋回気流に巻き込まれて前記内底面の上方で浮遊しつつ燃焼することを特徴とする固形燃料燃焼装置。

【請求項2】

前記旋回気流が、前記燃焼室からの排気における一酸化炭素の濃度が１２０ｐｐｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の固形燃料燃焼装置。

【請求項3】

前記第１噴射口が、鉛直方向に関して前記燃料噴射部の噴射口との間の距離と前記燃焼室の内底面との間の距離とが等しい位置又はそれより下方の位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の固形燃料燃焼装置。

【請求項4】

前記燃焼部の外側において一方向に沿った空気の供給管をさらに備えており、
前記燃焼空気噴射部が、
前記供給管から前記燃焼室の中心部に向かって直線状に延びた第１空気流路部と、前記第１噴射口と前記第１空気流路部を連結する流路部であって、前記第１空気流路部に沿って前記燃焼室の中心部に向かう空気の流れを、前記燃焼室の中心部の周囲を旋回する方向への流れに変更して前記第１噴射口から噴射されるように湾曲した第１湾曲流路部とを有しており、
前記供給管から前記燃焼室の中心部に向かって、前記第１空気流路部と平行に前記第２噴射口まで直線状に延びた第２空気流路部を有していることを特徴とする請求項１に記載の固形燃料燃焼装置。

【請求項5】

前記燃料噴射部が、前記燃焼部の外壁に挿入され、前記固形燃料と混合した空気が通過する燃料供給流路部と、前記燃料供給流路部の外表面に沿って冷却用の空気が通過する冷却空気流路部とを有していることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の固形燃料燃焼装置。

【請求項6】

前記燃料噴射部が、その噴射口と前記燃料供給流路部を連結する流路部であって、前記燃料供給流路部に沿った空気の流れを変更してその噴射口から噴射されるように湾曲した第２湾曲流路部を有しており、
前記冷却空気流路部が、前記第２湾曲流路部内に形成された開口を有し、当該開口を通じて前記冷却用の空気を前記第２湾曲流路部の内表面に当たるように流出させることを特徴とする請求項５に記載の固形燃料燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラスチックを含んだ固形燃料を燃焼させる固形燃料燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃焼室内に供給された固形燃料を燃焼させる特許文献１のような燃焼装置がある。本装置では、木屑チップからなる固形燃料を燃焼室の内底面に堆積させる。そして、堆積した固形燃料の周囲に配置されたノズルから燃焼用の空気を噴射し、旋回気流を形成しつつ固形燃料を燃焼させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１３４３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

固形燃料がプラスチックを含んでいる場合、高温の燃焼室内でプラスチックが溶融する。プラスチックを含んだ固形燃料に特許文献１のような従来の装置を適用すると、燃焼室の内底面において固形燃料が溶融して溜まる。溶融して溜まった固形燃料は、その内部まで燃焼が進みにくく、不完全燃焼が生じやすくなる。また、不完全燃焼によって燃え残りが生じたまま焼却処理を終了した場合、燃え残った燃料が冷えて固まる。固まった燃料は、焼却処理を再開しても燃えにくく、さらなる不完全燃焼の原因になる。このようにして、焼却処理を繰り返すほど、不完全燃焼の原因となる燃え残りが燃焼室内に増え続けてしまう。

【0005】

本発明の目的は、プラスチックを含んだ固形燃料を燃焼させても不完全燃焼が生じにくい固形燃料燃焼装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の固形燃料燃焼装置は、プラスチックを含んだ固形燃料をその溶融温度以上の温度で燃焼させる装置であって、燃焼室が内部に形成された燃焼部と、前記固形燃料を空気と混合して斜め下方に向かって前記燃焼室内に噴射する噴射口を有する燃料噴射部と、燃焼用の空気を前記燃焼室内に噴射する１又は複数の噴射口を有する燃焼空気噴射部とを備えており、前記燃焼空気噴射部における少なくともいずれかの噴射口である第１噴射口が、前記燃料噴射部の噴射口より下方に配置され、噴射範囲が前記燃焼室の内底面に掛かるように空気を噴射することで、平面視において前記燃焼室の中心部の周囲を前記燃焼室の内底面の近傍で旋回する旋回気流を形成し、前記燃料噴射部が噴射した前記固形燃料が、前記内底面に到達する前に前記旋回気流に巻き込まれて前記内底面の上方で浮遊しつつ燃焼する。

【0007】

これによると、燃料噴射部より下方に配置された第１噴射口から燃焼用の空気が噴射される。この空気の噴射により、燃焼室の内底面の近傍に旋回気流が形成される。燃料噴射部から噴射された固形燃料は燃焼室の内底面に向かって一旦落下するが、内底面に到達する前に内底面の近傍に形成された旋回気流に巻き込まれることで浮き上がり、内底面の上方で浮遊しつつ燃焼する。したがって、固形燃料が内底面に到達しにくく、溶融した固形燃料が内底面に付着しにくい。よって、プラスチックを含んだ固形燃料を燃焼させても、溶融した固形燃料が内底面において不完全燃焼を発生させることが抑制される。また、内底面に固形燃料の燃え残りが生じにくく、燃え残りによる不完全燃焼も生じにくい。

【0008】

また、本発明においては、前記旋回気流が、前記燃焼室からの排気における一酸化炭素の濃度が１２０ｐｐｍ以下となるように形成されることが好ましい。これによると、旋回気流が適切に形成された結果、溶融した固形燃料が内底面に付着が抑制され、排気中の一酸化炭素の濃度が１２０ｐｐｍ以下となるまで不完全燃焼が抑制される。

【0009】

また、本発明においては、前記第１噴射口が、鉛直方向に関して前記燃料噴射部の噴射口との間の距離と前記燃焼室の内底面との間の距離とが等しい位置又はそれより下方の位置に配置されていることが好ましい。これによると、燃焼室の内底面の近傍に適切に旋回気流を形成でき、もって、不完全燃焼を適切に抑制できる。

【0010】

また、本発明においては、前記燃料噴射部の噴射口における前記固形燃料及び空気の噴射方向が、前記燃料噴射部の噴射口と前記燃焼室の内底面とを結ぶ線分に沿っていることが好ましい。これによると、内底面に向けて固形燃料が噴射される。したがって、かかる内底面に向けて噴射された固形燃料は、その近傍に形成された旋回気流に速やかに巻き込まれ、これによって不完全燃焼が抑制されつつ適切に燃焼する。

【0011】

また、本発明においては、前記線分が前記燃料噴射部の噴射口と平面視における前記燃焼室の中心部とを結んでおり、前記燃焼空気噴射部における少なくともいずれかの噴射口である第２噴射口が、前記燃料噴射部の噴射口より下方に配置され、前記燃焼室の中心部に向かって空気を噴射することが好ましい。これによると、燃料噴射部から固形燃料が中心部に向けて噴射されたところに、第２噴射口からその中心部に向かって空気が噴射される。このため、燃料噴射部から噴射された固形燃料が第２噴射口からの空気によって巻き上げられる。よって、固形燃料が燃焼室の内底面により到達しにくく、溶融した固形燃料が内底面に付着して不完全燃焼の原因となるのがさらに抑制される。

【0012】

また、本発明においては、前記燃焼部の外側において一方向に沿った空気の供給管をさらに備えており、前記燃焼空気噴射部が、前記供給管から前記燃焼室の中心部に向かって直線状に延びた第１空気流路部と、前記第１噴射口と前記第１空気流路部を連結する流路部であって、前記第１空気流路部に沿って前記燃焼室の中心部に向かう空気の流れを、前記燃焼室の中心部の周囲を旋回する方向への流れに変更して前記第１噴射口から噴射されるように湾曲した第１湾曲流路部とを有しており、前記供給管から前記燃焼室の中心部に向かって、前記第１空気流路部と平行に前記第２噴射口まで直線状に延びた第２空気流路部を有していることが好ましい。これによると、１本の供給管から燃焼部の中心部に向けて第１空気流路部及び第２空気流路部を互いに平行に延びるように設けると共に、第１空気流路部からの空気の流れる方向を第１湾曲流路部によって変更している。これにより、空気の噴射方向の異なる２つの噴射口を簡易な構成で設けることが可能である。

【0013】

また、本発明においては、前記燃料噴射部が、前記燃焼部の外壁に挿入され、前記固形燃料と混合した空気が通過する燃料供給流路部と、前記燃料供給流路部の外表面に沿って冷却用の空気が通過する冷却空気流路部とを有していることが好ましい。燃焼室の熱が伝導することで燃料供給流路部が高温になると、プラスチックを含んだ固形燃料が燃料供給流路部と接触して溶融するおそれが高まる。かかる溶融した固形燃料は、焼却処理後に冷えて固まる。固まった固形燃料は、焼却処理を再開しても燃料供給流路部から移動しにくく、焼却処理を繰り返すほど、燃料供給流路部に固形燃料が溜まっていくおそれがある。これに対し、上記構成によると、冷却空気流路部を通過する空気によって燃料供給流路部が冷却される。このため、燃料供給流路部に固形燃料が溜まっていくことを抑制できる。

【0014】

また、本発明においては、前記燃料噴射部が、その噴射口と前記燃料供給流路部を連結する流路部であって、その噴射口からの空気の噴射方向を前記燃料供給流路部に沿った方向から変更するように湾曲した第２湾曲流路部を有しており、前記冷却空気流路部が、前記第２湾曲流路部内に形成された開口を有し、当該開口を通じて前記冷却用の空気を前記第２湾曲流路部の内表面に当たるように流出させることが好ましい。これによると、燃料供給流路部からの空気の流れる方向を第２湾曲流路部によって変更している。したがって、簡易な構成で燃料と空気の噴射方向を調整できる。また、冷却空気流路部が第２湾曲流路部内に開口しており、その開口から第２湾曲流路部の内表面に向けて空気が噴射される。したがって、燃料供給流路部に関する上記効果と同様、第２湾曲流路部に固形燃料が溜まっていくことも抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る燃焼装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】図１の燃焼装置のＩＩ－ＩＩ線断面に対応する模式図である。

【図3】図１の枠ＩＩＩで囲まれた領域の拡大図である。

【図4】図１の枠ＩＶで囲まれた領域の拡大図である。

【図5】図１の枠Ｖで囲まれた領域の拡大図である。

【図6】実施例の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の一実施形態に係る固形燃料燃焼装置１（以下、燃焼装置１という。）について図１～図５を参照しつつ説明する。燃焼装置１はプラスチックを主材料とする固形燃料を燃焼させる装置である。本実施形態の固形燃料は、いわゆる発泡スチロール（ポリスチレン）の廃材がペレット状に成形されたものからなる。なお、ポリスチレンの他、ポリエチレンやポリプロピレンの発泡材の廃材がペレット状に成形されたものが固形燃料として用いられてもよい。また、固形燃料の原料は発泡材の形態をしていなくてもよい。さらに、ペレット化されていない、例えば廃材が細かく破砕されただけのものが固形燃料とされてもよい。

【0017】

燃焼装置１は、図１及び図２に示すように、円柱状の空間である燃焼室１００ａが内部に形成された燃焼部１００と、固形燃料を貯留したホッパ２と、ホッパ２内の固形燃料を適宜の量で下方へと送出する燃料送出部３と、燃料送出部３からの固形燃料を燃焼室１００ａ内へと供給する燃料供給部２００と、燃焼用の空気を燃焼室１００ａ内に供給する燃焼空気供給部３００と、燃焼装置１の各部の動作を制御する制御部４００と、燃焼室１００ａ内の状況を監視する燃焼監視部４１０と、点火用のバーナ４とを備えている。これらの部材において、燃焼装置１における固形燃料の燃焼時に高温となるような部分は、高い耐熱性を有する金属やセラミックス等の材料から構成されている。以下、「円周方向」及び「径方向」は、燃焼室１００ａの中心軸Ｃ上の点を中心とする水平面に沿った円の円周方向及び径方向を示す。中心軸Ｃは鉛直方向に沿っている。また、径方向に沿って中心軸Ｃに向かう側を「内側」、中心軸Ｃから離隔する側を「外側」と規定する。なお、図１及び図２は、各部の位置関係を部分的に正確に反映しているが全ての位置関係を正確に反映しているわけではない。例えば、図１は、燃料噴射部２５０並びに燃焼空気噴射部３１０及び３２０の鉛直方向に関する位置関係を正しく示しているが、水平方向に関する正しい位置関係は示していない。一方、図２は、燃料噴射部２５０並びに燃焼空気噴射部３１０及び３２０の水平方向に関する位置関係を正しく示しているが、鉛直方向に関する正しい位置関係は示していない。

【0018】

燃焼部１００は、燃焼室１００ａを画定する外壁１０１と、燃焼室１００ａを外部と連通させる開口部１０２と、開口部１０２に設けられた扉１０３と、燃焼室１００ａからの排気が流出する排気口１０６とを有している。外壁１０１は円筒状の概略形状を有している。燃焼室１００ａ内は、固形燃料の燃焼時、固形燃料を構成するプラスチックの溶融温度以上の高温になる。このため、外壁１０１は、外側壁１０１ａ及び内側壁１０１ｂからなる２重壁の構造を有している。また、外側壁１０１ａ内には真空に維持された密閉空間が形成されている。内側壁１０１ｂは中実の壁部である。これらの構成により、高温の燃焼室１００ａから外壁１０１を通じて熱が放出されるのが抑制されている。開口部１０２は、外壁１０１を構成する側壁を水平方向に貫通している。扉１０３は、片開き方式で外壁１０１に取り付けられており、燃焼室１００ａと外部を連通させる開状態と、燃焼室１００ａと外部の連通を遮断した閉状態とを選択的に取ることができる。固形燃料の燃焼時には扉１０３が閉状態に維持される。排気口１０６は、燃焼室１００ａの上部に形成されており、固形燃料の燃焼によって熱せられた燃焼室１００ａ内の空気を燃焼部１００外に流出させる開口である。燃焼部１００外へと流出した排気は、図示しない配管系統を通り、給湯のために水を加熱したり暖房のために空気を加熱したり等、その熱が適宜利用された後、大気中に放出される。

【0019】

ホッパ２は、固形燃料を貯留する空間が内部に形成された容器である。ホッパ２には下端に開口が形成され、この開口を通じて燃料送出部３へと固形燃料が落下する。燃料送出部３はスクリューコンベア等の燃料の搬送機構を有し、ホッパ２からの固形燃料を、その送出量を調整しつつ下方の燃料供給部２００へと送出する。

【0020】

燃料供給部２００は、固形燃料の噴射用の気流を発生させる送風機２０１と、送風機２０１が発生させた気流が通る流路部２０２及び２０３と、流路部２０３と接続された燃料噴射部２５０と、冷却用の気流を発生させる送風機２６１とを有している。なお、以下において「気流」とは空気の流れを示す。流路部２０２及び２０３は気流の通路が内部に形成された管状の部材であり、パイプや継手等から構成されている。流路部２０２は、送風機２０１の気流の送出口から上方に向かって湾曲しつつ流路部２０３の外側の端部と繋がっている。流路部２０３は、流路部２０２との接続部から内側に向かって水平に延びている。流路部２０３の途中には上方から燃料送出部３が接続されている。これにより、燃料送出部３から送出された固形燃料が流路部２０３内を通過する気流と混合する。流路部２０３において内側の端部は燃料噴射部２５０と接続されている。

【0021】

燃料噴射部２５０は、図２及び図３に示すように、外壁１０１に挿入された直管部２５１と、円盤状のフランジ板２５６及び２５７からなるフランジ部２５５と、直管部２５１の先端に設けられたエルボ管２５４（本発明における第２湾曲流路部）とを有している。直管部２５１は円筒状の管部材によって構成されており、径方向に沿って直線状に延びている。直管部２５１は、外側壁１０１ａに挿入されたソケット部１０４を貫通しており、内側壁１０１ｂに形成された貫通孔１０５内まで延びている。直管部２５１は、内管２５２（本発明における燃料供給流路部）及び外管２５３からなる二重管の構造を有している。内管２５２は外管２５３内に、これらの間に円筒状のジャケット空間２５３ａが形成されるように挿入されている。ジャケット空間２５３ａは、直管部２５１の内側の端部において内側に向かって開口した開口２５３ｂを有している。ジャケット空間２５３ａ内には、送風機２６１が発生させた冷却用の気流が供給される。なお、送風機２０１が発生させた気流の一部が流路部２０２及び２０３から分岐した流路を通じてジャケット空間２５３ａ内に供給されてもよい。ジャケット空間２５３ａ内を内管２５２の外表面に沿って気流が通過することにより内管２５２が冷却される。このように内管２５２の冷却用の気流が通過するジャケット空間２５３ａを画定する内管２５２及び外管２５３の外壁は、本発明における冷却空気流路部に対応する。

【0022】

内管２５２内には流路部２０３からの気流が通過する流路２５２ａが形成されている。直管部２５１の端部にはフランジ板２５７が固定されている。フランジ板２５７は内管２５２の外側端部の外周面及び外管２５３の外側の端面に固定されている。これにより、フランジ板２５７は、ジャケット空間２５３ａの外側端部の開口を塞いでいる。フランジ板２５７は、流路部２０３の内側の端部に固定されたフランジ板２５６とボルト・ナット２５８で固定されている。これにより、流路部２０３と直管部２５１が接続されている。流路部２０３において固形燃料と混合した気流（以下、燃料混合気流という。）は、流路２５２ａの外側端部の開口から流路２５２ａ内に流入する。

【0023】

エルボ管２５４は、大きく開いたＶ字型の形状を有する管部材である。エルボ管２５４の一端には直管部２５１が挿入されており、他端は燃焼室１００ａ内において斜め下方（図１及び図３の矢印Ｐに示す方向）に向かって開口した開口２５４ａを形成している。矢印Ｐは、図１に示すように、エルボ管２５４の開口２５４ａの中心と燃焼室１００ａの内底面１００ｃの中心Ｃ１とを結ぶ線分に沿っている。エルボ管２５４は、直管部２５１が挿入された一端部から内側に向かって延び、そこから湾曲して、他端部の開口２５４ａに向かって斜め下方に延びている。エルボ管２５４内には、流路２５２ａの内側端部の開口及びジャケット空間２５３ａの開口２５３ｂが配置されている。

【0024】

流路２５２ａの外側端部の開口から流入した燃料混合気流は、流路２５２ａを通過し、流路２５２ａの内側端部の開口から、図３の矢印Ｑに沿ってエルボ管２５４内に流入する。また、ジャケット空間２５３ａ内に供給された冷却用の気流がジャケット空間２５３ａの内側端部の開口２５３ｂから図３の矢印Ｒに沿ってエルボ管２５４内に流入する。矢印Ｑ及びＲの両方とも、外側から内側へと向かって直進する方向を示す。流路２５２ａからエルボ管２５４内に流入した燃料混合気流は、エルボ管２５４の内表面２５４ｂに当たって方向を変え、エルボ管２５４の開口２５４ａから矢印Ｐに沿って燃焼室１００ａ内へと噴射される。これにより、燃料混合気流は、図２に示すように、燃焼室１００ａの中心部に向かって噴射される。中心部は、平面視において中心軸Ｃの周辺部に相当する。例えば、本実施形態における中心部は、平面視において中心軸Ｃを中心とし、半径が燃焼室１００ａの半径の３分の１である円Ｇの内部とする。以下、この中心部を「中心部Ｇ」とする。また、ジャケット空間２５３ａからエルボ管２５４内に流入した気流は、エルボ管２５４の内表面２５４ｂに当たって方向を変え、エルボ管２５４の開口２５４ａから矢印Ｐに沿って燃焼室１００ａ内へと燃料混合気流と共に噴射される。ジャケット空間２５３ａからの冷却用の気流がエルボ管２５４の内表面２５４ｂに当たることでエルボ管２５４が冷却される。

【0025】

なお、上記のように、エルボ管２５４の開口２５４ａは燃料混合気流の噴射口であり、本発明における燃料噴射部の噴射口に対応する。また、エルボ管２５４は、かかる噴射口と直管部２５１を連結する流路部（本発明における第２湾曲流路部）を構成している。

【0026】

燃焼空気供給部３００は、図１に示すように、燃焼用の空気を供給するための気流を発生させる送風機３０１と、送風機３０１が発生させた気流が通る流路部３０２及び３０３と、流路部３０２及び３０３と接続された燃焼空気噴射部３１０及び３２０とを有している。流路部３０２及び３０３は気流の通路が内部に形成された管状の部材であり、パイプや継手等から構成されている。流路部３０２は、送風機３０１の気流の送出口から、燃焼部１００の側壁の外表面に沿って鉛直上方に延びている。流路部３０３（本発明における供給管）は、流路部３０２の途中から分岐し、流路部３０２との間に燃焼部１００を挟む位置まで水平に延び、そこから燃焼部１００の側壁の外表面に沿って鉛直上方に延びている。

【0027】

燃焼空気噴射部３１０は、流路部３０２からの気流を燃焼室１００ａ内に噴射する部材である。燃焼空気噴射部３１０は、図１に示すように燃料噴射部２５０より下方において、図２に示すように円周方向に関して燃料噴射部２５０から時計回りに少し離隔した位置に配置されている。燃焼空気噴射部３１０は、図２及び図４に示すように、水平方向に沿って延びた直管部３１１及び３１２を有している。直管部３１１及び３１２は、いずれも、円筒状の管部材であり、その両端部に開口が形成されている。一方の端部は流路部３０２と接続されており、その開口を通じて流路部３０２からの気流が直管部３１１及び３１２内に流入する。他方の端部は外壁１０１に挿入されたソケット部１１０を通じて燃焼部１００内に挿入されている。ソケット部１１０は、外側壁１０１ａの外側の壁部に固定された平板部１１１と、平板部１１１から外側壁１０１ａを貫通し、内側壁１０１ｂに形成された貫通孔１１５内まで延びた円管部１１２及び１１３を有している。円管部１１２及び１１３は、図２及び図４に示す通り、円管部１１２が円管部１１３の上方に配置されるように互いに鉛直方向に並んでおり、互いに平行に延びている。円管部１１２及び１１３のそれぞれは、図２に示すように径方向に対して傾斜した方向に沿って直線状に水平に延びている。直管部３１１及び３１２は、円管部１１２及び１１３をそれぞれ貫通しており、円管部１１２及び１１３に沿ってそれぞれ延びている。直管部３１１及び３１２の燃焼室１００ａ側の開口３１１ａ及び３１２ａ（それぞれ本発明における第１噴射口）は貫通孔１１５内に配置されている。開口３１１ａ及び３１２ａからは、流路部３０２から直管部３１１及び３１２に流入した気流が、直管部３１１及び３１２に沿って、図２及び図４の矢印Ｓ１及びＳ２が示す方向に噴射される。この噴射方向は、開口３１１ａ及び３１２ａから内側に向かう方向に対して傾斜しており、開口３１１ａ及び３１２ａから内側に向かう径方向成分と、平面視において反時計回りに向かう円周方向成分とを含んでいる。

【0028】

直管部３１２から噴射される気流は、図１に示す円錐台状の領域Ｗの範囲に噴射される。つまり、開口３１１ａから遠いほど気流の到達範囲が、開口３１１ａの中心を通り矢印Ｓ２に沿った軸と直交する方向に広がるような領域に気流が噴射される。直管部３１２は、かかる領域Ｗが燃焼室１００ａの内底面１００ｃに掛かるように内底面１００ｃの充分近くに配置されている。直管部３１１も同様に、円錐台状の気流の噴射領域が内底面１００ｃに掛かるように内底面１００ｃの充分近くに配置されている。

【0029】

燃焼空気噴射部３２０は、流路部３０３からの気流を燃焼室１００ａ内に噴射する部材である。燃焼空気噴射部３２０は、図１に示すように燃料噴射部２５０より下方において、図２に示すように円周方向に関して燃焼空気噴射部３１０から半周ほど離隔した位置に配置されている。燃焼空気噴射部３２０は、図２及び図５に示すように、径方向に沿って延びた直管部３２１（本発明における第１空気流路部）及び３２２（本発明における第２空気流路部）並びに、直管部３２２の先端に設けられたエルボ管３２３（本発明における第１湾曲流路部）を有している。直管部３２１及び３２２は、いずれも、円筒状の管部材であり、その両端部に開口が形成されている。一方の端部は流路部３０３と接続されており、その開口を通じて流路部３０３からの気流が直管部３２１及び３２２内に流入する。他方の端部は外壁１０１に挿入されたソケット部１２０を通じて燃焼部１００内に挿入されている。ソケット部１２０は、外側壁１０１ａの外側の壁部に固定された平板部１２１と、平板部１２１から外側壁１０１ａを貫通し、内側壁１０１ｂに形成された貫通孔１２５内まで延びた円管部１２２及び１２３を有している。円管部１２２及び１２３は、図２及び図５に示す通り、円管部１２２が円管部１２３の上方に配置されるように互いに鉛直方向に並んでおり、互いに平行に延びている。円管部１２２及び１２３のそれぞれは、図２に示すように、径方向に沿って直線状に水平に延びている。直管部３２１及び３２２は、流路部３０３から中心部Ｇに向かって、円管部１２２及び１２３をそれぞれ貫通するように円管部１２２及び１２３に沿って水平且つ直線状に延びている。

【0030】

直管部３２１の燃焼室１００ａ側の開口３２１ａ（本発明における第２噴射口）は貫通孔１２５内に配置されている。開口３２１ａからは、流路部３０３から直管部３２１に流入した気流が、直管部３２１に沿って図２及び図５の矢印Ｔ１が示す方向に噴射される。矢印Ｔ１は、図２に示すように、平面視において開口３２１ａから内底面１００ｃの中心Ｃ１に向かう方向を示す。直管部３２１は、直管部３１２と同様に、円錐台状の気流の噴射領域が内底面１００ｃに掛かるように内底面１００ｃの充分近くに配置されている。

【0031】

エルボ管３２３は、図２に示すように、大きく開いたＶ字型の形状を有する管部材である。エルボ管３２３の一端には直管部３２２の内側の端部が挿入されている。エルボ管３２３の他端には、図２の矢印Ｔ２が示す方向に開口した開口３２３ａが形成されている。矢印Ｔ２は、図２に示すように、矢印Ｔ１が示す方向から平面視で時計回りに鋭角の角度で回転した方向を示す。エルボ管３２３は、直管部３２２が挿入された一端部から内側に向かって延び、そこから湾曲して、他端部の開口３２３ａに向かって延びている。直管部３２２からエルボ管３２３内に流入した気流は、エルボ管３２３の内表面３２３ｂに当たって方向を変え、エルボ管３２３の開口３２３ａから矢印Ｔ２が示す方向に燃焼室１００ａ内へと噴射される。この噴射方向は、開口３２３ａから内側に向かう径方向成分と、平面視において反時計回りに向かう円周方向成分を有している。このように、エルボ管３２３の開口３２３ａは燃焼用の空気の噴射口であり、本発明における第１噴射口に対応する。また、エルボ管３２３は、かかる噴射口と直管部３２２を連結する流路部（本発明における第１湾曲流路部）を構成している。エルボ管３２３は、直管部３１２と同様に、円錐台状の気流の噴射領域が内底面１００ｃに掛かるように内底面１００ｃの充分近くに配置されている。

【0032】

以上の構成において、燃焼空気噴射部３１０及び３２０における直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３から燃焼用の気流が噴射される際、その気流は、燃焼室１００ａの内底面１００ｃ近傍において、内側に向かう方向に対して傾斜した方向に噴射される。この方向は、上記の通り、円周方向に関し、平面視において反時計回りの方向に対応する成分を有している。これにより、燃焼室１００ａの内底面１００ｃ近傍には、平面視において反時計回りに中心部Ｇの周囲を旋回する旋回気流が発生する。かかる旋回気流は、後述の通り、燃料噴射部２５０から噴射された固形燃料を巻き込み、燃焼室１００ａ内で浮遊させ続ける程度の風速となるように形成される。なお、上記反時計回りの旋回気流に代えて、平面視で時計回りに中心部Ｇの周囲を旋回する旋回気流を発生させてもよい。

【0033】

燃焼監視部４１０は、燃焼室１００ａ内の燃焼状況を監視するための各種センサーを備えている。かかるセンサーには、燃焼室１００ａ内の温度を監視する燃焼温度センサーや燃焼室１００ａからの排気を監視する排気監視センサーが含まれている。燃焼温度センサーは、燃焼室１００ａ内の空気の温度を検出するセンサーであり、燃焼室１００ａ内に設けられている。排気監視センサーは、燃焼室１００ａ内の排気口１０６付近又は排気口１０６と接続された排気の流路に設けられ、排気口１０６を通じて燃焼部１００外へと流出する排気の温度や圧力、一酸化炭素濃度等を検出するセンサーである。これらのセンサーの検出方式はどのようなものであってもよい。例えば、一酸化炭素濃度の検出には、定電位電解式や非分散型赤外線式等の方式が用いられる。これらのセンサーの検出結果は制御部４００に送信される。

【0034】

制御部４００は、燃料送出部３、バーナー４並びに送風機２０１、２６１及び３０１等、燃焼装置１の各部の動作を制御するための各種の電子回路を有している。制御部４００は、各部の動作の制御により、燃焼室１００ａにおいて固形燃料を以下のように燃焼させる。まず、着火時、制御部４００は、燃料噴射部２５０から燃料混合気流を、燃焼空気噴射部３１０及び３２０から気流をそれぞれ噴射させつつバーナー４を駆動する。これにより、燃焼室１００ａ内で固形燃料が燃焼し始める。固形燃料の燃焼が安定すると、制御部４００はバーナー４の駆動を停止する。制御部４００は、安定な燃焼時、燃焼監視部４１０におけるセンサーの検出結果に基づいて、燃焼室１００ａ内の温度や圧力等の燃焼条件を所望の範囲に維持するように各部の動作を制御しつつ固形燃料を燃焼させる。特に、制御部４００による制御は、燃焼室１００ａにおける固形燃料の燃焼を良好な状態に維持した結果として排気口１０６からの排気中の一酸化炭素濃度が低くなるように調整されている。具体的には、排気口１０６からの排気中の一酸化炭素濃度が１２０ｐｐｍ以下となるように調整されていることが好ましい。

【0035】

排気中の一酸化炭素濃度を低くするには、燃焼室１００ａにおける固形燃料の不完全燃焼を抑制する必要がある。本実施形態のように固形燃料が主にプラスチックからなる場合、固形燃料は高温の燃焼室１００ａ内で溶融する。仮に、従来の燃焼装置のように燃焼室の内底面に固形燃料を堆積させて燃焼させる方式を適用すると、燃焼室の内底面において固形燃料が溶融して溜まる。溜まった固形燃料はその内部まで燃焼が進みにくく、不完全燃焼が生じやすくなる。不完全燃焼によって燃え残りが生じたまま焼却処理を終了した場合、燃え残った燃料が冷えて固まる。固まった燃料は、焼却処理を再開しても燃えにくく、さらなる不完全燃焼の原因になる。このようにして、焼却処理を繰り返すほど、不完全燃焼の原因となる燃え残りが燃焼室内に増え続けてしまう。

【0036】

これに対し、本実施形態によると、上記の通り、燃焼空気噴射部３１０及び３２０における直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３からの気流の噴射により燃焼室１００ａの内底面１００ｃの近傍に旋回気流が発生する。制御部４００は、かかる旋回気流が以下の通りに作用して不完全燃焼を抑制するように、燃焼装置１の各部、特に、送風機２０１、２６１及び３０１の動作を制御する。つまり、制御部４００がこれらの送風機の動作を制御することで、適切な強さの旋回気流が内底面１００ｃの近傍に形成されるように、燃焼空気噴射部３１０及び３２０における直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３から噴射される気流の風速を設定する。これによって、燃料噴射部２５０から噴射され、内底面１００ｃに向かって一旦降下した固形燃料が、内底面１００ｃに到達する前に旋回気流に巻き込まれることで浮き上がる。そして、燃焼室１００ａの中心部Ｇの周囲を旋回し続ける旋回気流に乗って内底面１００ｃの上方にて浮遊しつつ燃焼することになる。したがって、溶融した固形燃料が内底面１００ｃに付着するのが抑制され、もって、不完全燃焼が抑制される。

【0037】

本実施形態によると、直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３が、燃料噴射部２５０の下方であって、円錐台状の気流の噴射範囲が内底面１００ｃに掛かるほど内底面１００ｃに近い高さに配置されている。したがって、旋回気流は、内底面１００ｃへの固形燃料の付着を防ぐような、内底面１００ｃ近傍の適切な位置に形成されやすい。このことが、不完全燃焼を抑制する制御部４００による上記制御を実現しやすくさせている。なお、後述の実施例に示す通り、排気中の一酸化炭素濃度を低下させる観点では、直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３の噴射口（開口３１１ａ、３１２ａ及び３２３ａ）が内底面１００ｃに近いほど好ましい。例えば、排気中の一酸化炭素濃度を１２０ｐｐｍ以下とするために、内底面１００ｃを基準とした直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３の噴射口（以下、直管部３１１等の噴射口とする。）の高さが燃料噴射部２５０の噴射口の高さの１／２以下であることが好ましい。つまり、鉛直方向に関して直管部３１１等の噴射口と燃料噴射部２５０の噴射口との間の距離が直管部３１１等の噴射口と内底面１００ｃとの間の距離と等しくなるか、直管部３１１等の噴射口と内底面１００ｃとの間の距離より大きくなるように、直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３が配置されていることが好ましい。また、排気中の一酸化炭素濃度をさらに低水準とするために、直管部３１１等の噴射口の高さが燃料噴射部２５０の噴射口の高さの１／４以下であることがより好ましい。

【0038】

また、本実施形態によると、固形燃料が燃料噴射部２５０から矢印Ｐに沿って噴射される。矢印Ｐは、燃焼室１００ａの内底面１００ｃの中心Ｃ１に向かっている。したがって、内底面１００ｃに向けて噴射された固形燃料は、その近傍に形成された旋回気流に速やかに巻き込まれ、適切に燃焼する。さらに、燃焼室１００ａの内底面１００ｃの中心Ｃ１に向けて燃料噴射部２５０から固形燃料が噴射されたところに、燃焼空気噴射部３２０の直管部３２１から中心Ｃ１に向かって空気が噴射される。このため、燃料噴射部２５０から噴射された固形燃料が直管部３２１からの空気によって巻き上げられる。よって、固形燃料が内底面１００ｃに到達しにくく、溶融した固形燃料が内底面１００ｃに付着して不完全燃焼の原因となるのがさらに抑制される。

【0039】

また、本実施形態によると、燃焼空気噴射部３２０において、流路部３０３から燃焼室１００ａの中心部Ｇに向けて直管部３２１及び３２２を互いに平行に延びるように設けると共に、直管部３２２からの空気の流れる方向をエルボ管３２３によって変更している。直管部３２１からは中心部Ｇに向かって気流が噴射される。このような簡易な構成により、空気の噴射方向の異なる２つの噴射部を設けることが可能である。

【0040】

また、本実施形態によると、燃料噴射部２５０において、ジャケット空間２５３ａを通過する冷却用の気流によって内管２５２が冷却される。仮に、燃焼室１００ａの熱が伝導することで内管２５２が高温になると、内管２５２内の流路２５２ａを通過する固形燃料が流路２５２ａの壁面と接触して溶融するおそれが高まる。かかる溶融した固形燃料は、焼却処理後に冷えて固まる。固まった固形燃料は、焼却処理を再開しても流路２５２ａから移動しにくく、焼却処理を繰り返すほど、流路２５２ａに固形燃料が溜まっていくおそれがある。これに対し、上記の通り、ジャケット空間２５３ａを通過する空気によって内管２５２が冷却される。このため、流路２５２ａに固形燃料が溜まっていくことを抑制できる。さらに、内管２５２を含む直管部２５１の先端に設けられたエルボ管２５４内にジャケット空間２５３ａの開口２５３ｂが形成されており、その開口２５３ｂからエルボ管２５４の内表面２５４ｂに向けて空気が噴射される。したがって、流路２５２ａに関する上記効果と同様、エルボ管２５４の内表面２５４ｂに固形燃料が溜まっていくことも抑制できる。

【0041】

以下、上述の実施形態に係る実施例について説明する。本実施例では、上述の実施形態の通り、燃焼装置１を用いて固形燃料を燃焼させ、安定な燃焼時における排気口１０６からの排気中の一酸化炭素濃度を測定した。一酸化炭素濃度の測定は燃焼排ガス分析計ＨＴ－１３００Ｚ（ホダカ；定電位電解式）により行った。かかる燃焼実験を、燃焼空気噴射部３１０の高さを変えつつ２回行った。燃焼空気噴射部３２０の位置は変えていない。１回目の実験では、燃焼空気噴射部３１０の直管部３１１及び３１２（図６の直管部３１１Ｘ及び３１２Ｘに対応）を図６に示す範囲ｈ１に配置した。範囲ｈ１は、燃焼室１００ａの内底面１００ｃの位置を基準として１／４＊Ｈの高さから１／２＊Ｈの高さまでの範囲である。Ｈは燃料噴射部２５０の噴射口の高さである。２回目の実験では、直管部３１１及び３１２（図６の直管部３１１Ｙ及び３１２Ｙに対応）を図６に示す範囲ｈ２に配置した。範囲ｈ２は、燃焼室１００ａの内底面１００ｃの高さから１／２＊Ｈの高さまでの範囲である。なお、２回の燃焼実験のいずれにおいても、安定な燃焼時、燃料噴射部２５０からの固形燃料の噴射量は約２５ｋｇ／時間、燃料噴射部２５０からの空気の噴射速度は約１０ｍ／秒、燃焼空気噴射部３１０の直管部３１１及び３１２からの空気の噴射速度はそれぞれ約２０ｍ／秒、燃焼空気噴射部３２０の直管部３２１及びエルボ管３２３からの空気の噴射量はそれぞれ約２０ｍ／秒とした。また、固形燃料には、発泡ポリスチレンからなる、直径８ｍｍ、長さ約１０～２０ｍｍの円柱状のペレットを用いた。この固形燃料の比重は約０．３ｇ／ｃｍ³であり、発熱量は約９６００ｋｃａｌ／ｋｇである。

【0042】

その結果、１回目の実験では、排気口１０６からの排気中の一酸化炭素濃度が１２０ｐｐｍ以下となった。一方、２回目の実験では、排気口１０６からの排気中の一酸化炭素濃度が４～７ｐｐｍとなった。これにより、排気中の一酸化炭素濃度を低下させる観点では、燃料の噴射量や空気の噴射量が同じである条件で比較すると、直管部３１１及び３１２並びにエルボ管３２３の噴射口（開口３１１ａ、３１２ａ、３２３ａ）が内底面１００ｃに近いほど好ましいことが示される。また、排気中の一酸化炭素濃度を１２０ｐｐｍにするためには、内底面１００ｃを基準としたこれらの噴射口の高さが燃料噴射部２５０の噴射口の高さの１／２以下であることが好ましく、さらに一酸化炭素濃度を低水準にするためには燃料噴射部２５０の噴射口の高さの１／４以下であることがより好ましいことが示される。

【0043】

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

【0044】

例えば、上述の実施形態では、燃焼空気噴射部３１０及び３２０の直管部３１１、３１２及び３２１並びにエルボ管３２３から円錐台状の気流が噴射される。しかし、円錐台状の気流を噴射するこれらの部材の代わりに、ストレート状の気流を噴射する部材が採用されてもよい。この場合でも、噴射された気流の範囲は、噴射方向と直交する断面に関して噴射口の径より大きく広がることになる。したがって、かかる部材を内底面１００ｃの近傍に配置することで、その気流が内底面１００ｃに掛かるように部材の位置を調整することが可能である。内底面１００ｃに掛かるように燃焼空気噴射部から気流を噴射させることで、上記の通り、燃焼室１００ａにおいて固形燃料を適切に燃焼させることができるような旋回気流を内底面１００ｃの近傍に形成しやすい。

【0045】

また、上述の実施形態では、燃焼空気噴射部３１０及び３２０において、内底面１００ｃを基準とした空気の噴射口の高さが燃料噴射部２５０の高さの１／２以下であることが好ましいとしている。しかし、燃料噴射部２５０の噴射口より低い位置であれば、燃焼空気噴射部３１０及び３２０の噴射口の高さが燃料噴射部２５０の高さの１／２より大きくてもよい。この場合、燃焼空気噴射部３１０及び３２０からの空気の噴射方向や風速を適宜調整することにより、不完全燃焼を抑制するのに充分な強さの旋回気流が内底面１００ｃの近傍に適切に形成されればよい。

【0046】

また、上述の実施形態では、燃料噴射部２５０において、燃料混合気流がエルボ管２５４の開口２５４ａから矢印Ｐに沿って燃焼室１００ａ内へと噴射される。矢印Ｐは、図１に示すように、エルボ管２５４の開口２５４ａの中心と燃焼室１００ａの内底面１００ｃの中心Ｃ１とを結ぶ線分に沿っている。しかし、燃料混合気流の噴射方向が、エルボ管２５４の開口２５４ａの中心と燃焼室１００ａの内底面１００ｃにおける中心Ｃ１とは異なる点とを結ぶ線分に沿っていてもよい。この場合でも、固形燃料は、開口２５４ａから内底面１００ｃに向かって噴射され、その近傍に形成された旋回気流に速やかに巻き込まれ、適切に燃焼する。

【0047】

また、上述の実施形態では、燃焼空気噴射部３１０及び３２０からの気流の噴射方向がいずれも水平に沿っている。しかし、噴射方向が水平方向以外の方向であってもよい。例えば、直管部３１１の開口３１１ａからの気流の噴射方向が斜め上方であってもよい。かかる場合であっても、開口３１１ａから気流が噴射される領域が燃焼室１００ａの内底面１００ｃに掛かっていれば、内底面１００ｃの近傍に適切に旋回気流を形成できる。

【0048】

また、上述の実施形態では、固形燃料として、発泡スチロール（ポリスチレン）の廃材等のプラスチックを主材料とするものが想定されている。しかし、プラスチックを一部でも含んだ固形燃料について本実施形態の燃焼装置１が用いられてよい。プラスチックを一部でも含んでいれば、そのプラスチックが不完全燃焼の原因となるおそれがある。しかしながら、燃焼装置１は、かかるプラスチックの不完全燃焼を上記の通り抑制し、固形燃料を適切に燃焼させることが可能である。

【符号の説明】

【0049】

１ 燃焼装置
１００ 燃焼部
１００ａ 燃焼室
１００ｃ 内底面
１０１ 外壁
２００ 燃料供給部
２５０ 燃料噴射部
３００ 燃焼空気供給部
３１０、３２０ 燃焼空気噴射部
４００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】