JP6484663B2 - ボイラ装置 - Google Patents

Description

この発明は、焼却対象材料を上部の投入口から投入し、底部から堆積して貯留するための１次燃焼室である貯留槽を有する燃焼炉を用いて湯沸しを行うボイラ装置に関し、小型でありながら効率良く湯沸を行うことが可能なボイラ装置に関するものである。

燃焼炉の煙突に熱交換器を有し、熱交換器で沸かしたお湯を温水タンクに蓄える排熱温水タンクが、特許文献１に示されている。上記温水タンクは、上記燃焼炉の天井部に配置されている。

特許文献２には、熱交換部を複数有し、蒸気を発生させるタイプのボイラが開示されている。この方式のボイラは大型となり、しかも、焼却対象材料を上部から供給し堆積して貯留するものでない。

特許文献３には、複数の熱交換器を縦方向に積層したタイプのボイラが開示されている。このボイラは、縦型であり、ガスを用いている大型の装置であり、焼却対象材料を上部から供給し堆積して貯留するものではない。

特開平８−１７８４２５号公報 特開２００５−２４１０７５号公報 特開２００２−１８１３０３号公報

上記のように従来のボイラ装置にあっては、焼却対象材料を堆積して貯留するタイプの燃焼炉部分を有するものは少ない。そして、焼却対象材料を堆積して貯留するタイプの燃焼炉部分を有するボイラ装置にあって、効率良く燃焼熱を利用する工夫を行っているものは見受けられない。

本発明は上記のようなボイラ装置が有している問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、焼却対象材料を堆積して貯留するタイプの燃焼炉部分を有しており、効率良く燃焼熱を利用して温水を得ることが可能なボイラ装置を提供することである。

本発明に係るボイラ装置は、焼却対象材料を上部の投入口から投入し、底部から堆積して貯留するための１次燃焼室である貯留槽と、前記貯留槽に貯留された前記焼却対象材料の底部に着火する着火バーナと、前記貯留槽の底部側の側壁に形成された連絡口を介して前記貯留槽と結合され、前記貯留槽において前記焼却対象材料の燃焼により発生する可燃ガスを燃焼させ、上方の煙突方向へ導く２次燃焼室と、前記連絡口の底部に下方から接する底部位部分と、前記連絡口の天井部に上方から接する中部位部分と、前記中部位部分の更に上側に設けられた上部位部分とを有すると共に前記上部位部分の前記貯留槽側の側壁が上記貯留槽の外壁に接して設けられ、給水口から供給される水を加熱して排出する湯沸室と、前記煙突の外側に接する貯水室を有し、入口から供給される水を加熱して出力する熱交換器とを具備することを具備することを特徴とする。

本発明に係るボイラ装置では、前記熱交換器は、その下部に水の入口が設けられ、その上部に水の出口が設けられており、前記湯沸室は、その下部に給水口が設けられ、その上部に排水口が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るボイラ装置では、前記湯沸室の前記排水口に第１の配管が接続され、前記熱交換器の出口には第２の配管が接続され、前記第１の配管と前記第２の配管とが結合されて湯水が供給先へ導かれることを特徴とする。

本発明に係るボイラ装置では、前記２次燃焼室は、
前記貯留槽の底部側の側壁に形成された連絡口を介して前記貯留槽と結合され、前記貯留槽において前記焼却対象材料の燃焼により発生する可燃ガスを燃焼させる下部２次燃焼室と、前記下部２次燃焼室の上部に設けられ、２次燃焼を行うと共に前記下部２次燃焼室までに発生する可燃ガスを、底部の外周側から取り入れ、上方へ向かわせて天井部へ衝突させて下降させた後に前記天井部の中央口から上方の煙突方向へ導く上部２次燃焼室と、により構成されることを特徴とする。

本発明に係るボイラ装置では、焼却バーナが設けられていることを特徴とする。

本発明に係るボイラ装置では、前記煙突内に空気を送り込むためのブロアを具備することを特徴とする。

本発明に係るボイラ装置では、貯留槽の底部側の側壁に形成された連絡口を介して上記貯留槽と結合され、上記貯留槽において焼却対象材料の燃焼により発生する可燃ガスを燃焼させる２次燃焼室が設けられている。また、前記連絡口の底部に下方から接する底部位部分と、前記連絡口の天井部に上方から接する中部位部分と、前記中部位部分の更に上側に設けられた上部位部分とを有し、前記連絡口の外側に接すると共に前記上部位部分の前記貯留槽側の側壁が上記貯留槽の外壁に接して設けられ、給水口から供給される水を加熱して排出する湯沸室が設けられている。更に、前記煙突の外側に接する貯水室を有し、入口から供給される水を加熱して出力する熱交換器を備える。即ち、湯沸室と熱交換器により、効率良く燃焼熱を利用して温水を得ることが可能である効果がある。

本発明に係るボイラ装置の実施形態を側方から見た断面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における上部２次燃焼室を側方から見た断面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における貯留槽を上方から見た断面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における下部２次燃焼室を上方から見た断面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における上部２次燃焼室を上方から見た断面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における外気取込口の正面図。 図６のＡ−Ａ断面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における燃焼炉に関する動作の概要を示すフローチャート。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における湯沸室の側面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における湯沸室の正面図。 本発明に係るボイラ装置の実施形態における湯沸動作の概要を示すフローチャート。

以下添付図面を参照して、本発明に係るボイラ装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態に係るボイラ装置は、図１に示すように構成される。即ち、本実施形態に係るボイラ装置は、焼却対象材料１１を上部の投入口２２から投入し、底部２３から堆積して貯留するための１次燃焼室である貯留槽２１を備える。

焼却対象材料１１は、木材チップやもみ殻などが好的であるが、水分量が約３０％以下のものであれば、ゴミ（廃棄物）などを許容する。貯留槽２１は、投入口２２の開口が底部２３の底面積より遥かに大きく形成されており、投入口２２の開口面積は底部２３の底面積の４倍程度とすることができる。

投入口２２には、平面形状が四角形の蓋２４が設けられている。蓋２４の奥側の一辺にはヒンジ２８が設けられ、奥側の一辺と直交する２辺には、ワイヤ３１を固定する耳状片３２が形成されている。ワイヤ３１はボイラ装置の側部の外側に立設された２本の支柱間に設けられパイプに結合されたプーリ３３を介してモータ３４により回転させられる巻取棒３５に巻回されている。このような構成を有するため、図示しないコントローラによりモータ３４をワイヤ３１が巻取棒３５に巻き取られる方向へ回転させると、耳状片３２がワイヤ３１に引っ張られて、ヒンジ２８が設けられている蓋２４の一辺を中心に矢印Ｘに示すように回転し、投入口２２が開口される。逆に、図示しないコントローラによりモータ３４をワイヤ３１が巻取棒３５から引き出される方向へ回転させると、蓋２４の耳状片３２側が上記矢印Ｘとは逆方向に下降し、投入口２２を閉じる。このように、本実施形態では、蓋２４を開閉するための蓋開閉手段が設けられている。

貯留槽２１の正面側の底部２３には、着火バーナ３８が挿抜可能に設けられている。着火バーナ３８は、貯留槽２１に貯留された焼却対象材料１１の底部に着火させるものである。着火後には、着火バーナ３８を貯留槽２１内から退避させるためのスライド台３９に着火バーナ３８が載置されている。着火バーナ３８の先端を貯留槽２１内に挿抜する穴には、着火バーナ３８を貯留槽２１内から退避させた後に上記穴を閉成するための、シャッタが設けられている。

上記貯留槽２１における底部２３側の側壁には連絡口４１が形成されている。連絡口４１は、横方向に例えば四角筒状に形成することができる。貯留槽２１には連絡口４１を介して、下部２次燃焼室４２が結合されている。連絡口４１には、焼却対象材料１１の貯留槽２１から下部２次燃焼室４２への移動を妨げる火格子が設けられている。下部２次燃焼室４２は上方へ向かって延びる四角筒形状の側壁によって形成される。このような構成により、下部２次燃焼室４２には、火格子を介して貯留槽２１側から燃焼に必要な熱と可燃ガスが到来し、下部２次燃焼室４２において可燃ガスの一部が燃焼する。

上記下部２次燃焼室４２の上部には、上記下部２次燃焼室４２までに発生する可燃ガスを、取り入れ、上方へ向かわせる上部２次燃焼室４３が設けられている。上部２次燃焼室４３は、図２に断面図を示すように、四角筐体形状であり、底板４４と天井板４５とを有する。

天井板４５における中央部には、円形状の開口４６が形成されており、この開口４６の周縁部から上部２次燃焼室４３の内側へ向かって突出した円筒状のスリーブ４７が形成されている。一方、底板４４の外周部分には、可燃ガスを取り込むための穴４８が形成されている。この構成によって、上部２次燃焼室４３は、上記下部２次燃焼室４２までに発生する可燃ガスを、底板４４の外周側の穴４８から取り入れ、上方へ向かわせて天井板４５へ衝突させて下降させた後に上記天井板４５の中央口である開口４６から上方の煙突方向へ導くように機能する。即ち、可燃ガスは矢印Ｙに示されるように導かれる。穴４８は、底板４４の外周部分に複数形成されていても良い。

上部２次燃焼室４３は、下部２次燃焼室４２の上部の２次燃焼室の機能を有する。このため、上部２次燃焼室４３の側壁には、焼却用バーナ５１の先端部を挿入する穴５２が形成され、この穴５２から外側の外壁にはフランジ５３が設けられている。

上部２次燃焼室４３における天井板４５の開口４６の外側には、煙突６１を載置して結合するための台座５４が取り付けられている。本実施形態では、上部２次燃焼室４３を一層とするが、複数層とする場合には、下層となる上部２次燃焼室４３において、台座５４を左右の側壁近くの天井板４５における上面へ配置する。これによって、上層と下層の間には、台座５４により空室ができ、下層の上部２次燃焼室４３の天井板４５の中央口である開口４６から上記空室へ可燃ガスが到達する。更に、この空室から可燃ガスは、上層の上部２次燃焼室４３における底板４４の外周側の穴４８から上層の上部２次燃焼室４３内部へ取り入れられる。

以上のように、下部２次燃焼室４２と上部２次燃焼室４３とは、上記貯留槽２１の底部側の側壁に形成された連絡口４１を介して上記貯留槽２１と結合され、上記貯留槽２１において上記焼却対象材料１１の燃焼により発生する可燃ガスを燃焼させ、上方の煙突６１方向へ導く２次燃焼室として機能する。

前述の通り、上部２次燃焼室４３における天井板４５の開口４６の外側には、台座５４が取り付けられている。この台座５４には、煙突６１が結合されている。上部２次燃焼室４３の天井板４５における上面から煙突６１の上部の所定距離の位置には、水平方向に広がる載置台６２が設けられている。この載置台６２は、前述のプーリ３３を貫通するパイプを支持する２本の柱及びこの２本の柱に対し煙突６１を介して反対側にこの載置台６２上であって煙突６１から熱的に離れた位置には、ブロア６５が取り付けられている。ブロア６５からはパイプ６６が上方向へ延びており、煙突６１内に入り込んでいる。この構成によって、ブロア６５は、煙突６１内において約８００℃の排ガスを約２００℃以下まで急冷させる空気流を送出する。

貯留槽２１の上方から底部２３側を目視した断面図である図３に示すように、貯留槽２１の底部に近い位置であって、正面中央を挟んで左右の２か所と左壁の中央部と右壁の中央部とには、外気を取り込む外気取込口７１〜７４が設けられている。下部２次燃焼室４２の上方から底部側を目視した断面図である図４に示すように、下部２次燃焼室４２の底部に近い位置であって、左壁の中央部と右壁の中央部とには、外気を取り込む外気取込口７５〜７６が設けられている。また、上部２次燃焼室４３の上方から底部側を目視した断面図である図５に示すように、上部２次燃焼室４３の左壁の中央部と右壁の中央部とには、外気を取り込む外気取込口７７〜７８が設けられている。これらの外気取込口７１〜７８は、同様の構成とすることができる。

外気取込口７１〜７８について、図６と図７を参照して、外気取込口７１を代表として構成を説明する。外気取込口７１の開口部８１は、外側へ突出し、端面がフランジに形成されている。開口部８１のフランジには、回転軸により回動自在に蓋体８２が設けられている。蓋体８２には、蓋体８２を回転軸８８を中心として回動させるための把手８３が設けられている。開口部８１から貯留槽２１内または下部２次燃焼室４２内または上部２次燃焼室４３内へ僅かに（例えば、５０ｍｍ〜８０ｍｍ）進んだ位置には、室の壁の内側から突出するように設けられたスタッド８４に平板８５が固着されている。平板８５には、空気を流すための貫通口８６が形成されている。平板８５は、室の壁面より小さく構成されている。このため、外気は、正面に設けられた直接流入防止手段である平板８５へ一度当ててから内部へ流入させるように構成されている。

なお、貯留槽２１、下部２次燃焼室４２、上部２次燃焼室４３には、温度計や炭酸ガスやダイオキシンのセンサなどを設けて温度を外部から確認できるようにすることが好的である。また、貯留槽２１、下部２次燃焼室４２、上部２次燃焼室４３には、内部を覗くための窓や点検用扉が設けられると好的である。

９０は、湯沸室を示す。湯沸室９０は、上記連絡口４１の外側に接すると共に上記連絡口４１側において上記貯留槽２１の外壁に接して設けられ、給水口９１から供給される水を加熱して排出するものである。湯沸室９０は、図９と図１０に示すように、連絡口４１の底部に下方から接する底部位部分９２と、連絡口４１の天井部に上方から接する中部位部分９３と、中部位部分９３の更に上側に設けられた上部位部分９４とを有する。

底部位部分９２内には、給水口９１から延びるパイプ９５が設けられている。給水口９１から供給された水はパイプ９５へ到り、パイプ９５の上部に長手方向に並んで形成された孔から底部位部分９２内へ流れ出る。底部位部分９２内へ流れ出た水は、連絡口４１の側部に位置する流路部９６を介して上方の中部位部分９３へ到る。

中部位部分９３と上部位部分９４との間には、孔が形成された仕切板９７が設けられている。従って、中部位部分９３が水で満たされると、上記仕切板９７の孔を介して上部位部分９４へ水が流入し、その後に上部位部分９４が水によって満たされる。

上部位部分９４における天井部の排出口には、３本のパイプ９８が上方へ延びるように連結されている。３本のパイプは横方向へ延びる排水パイプ９９へつながっている。このため、上部位部分９４が水で満たされると、水は、３本のパイプ９８及び排水パイプ９９を介して排出される。

図１の１００は、熱交換器である。熱交換器１００は、煙突６１の外側に接する円筒状の貯水室１０１を有し、入口１０２から供給される水を加熱して出力するものである。熱交換器１００は、煙突６１の内部に円柱状の加熱部１０３を備える。加熱部１０３と貯水室１０１とは、上部において上部連絡管１０４、１０４によって連絡されており、また、下部において下部連絡管１０５、１０５によって連絡されている。

貯水室１０１の上部の出口には、排出パイプ１０６が接続されており、貯水室１０１の温水は排出パイプ１０６へ排出される。以上の構成を有する熱交換器１００では、入口１０２から水が供給されると、貯水室１０１の下部へ蓄積され、下部連絡管１０５、１０５を介して加熱部１０３の下部にも水が蓄積されて行く。水の供給が進むと、水は貯水室１０１内と加熱部１０３内に蓄積されて水位が上昇して行き、貯水室１０１の最上部へ到ると、排出パイプ１０６へ排出される。

上記排水パイプ１０６はパイプ１０７を介して結合部１０８において湯沸室９０側の排水パイプ９９と結合される。結合部１０８にはパイプ１０９が接続され、パイプ１０９にはパイプ１１０が接続され排出側共通結合部１１１を介して湯水が供給先へ導かれる。

即ち、上記湯沸室９０の排水口に第１の配管であるパイプ９８及び排水パイプ９９が接続され、上記熱交換器１００の出口には第２の配管である排水パイプ１０６及びパイプ１０７が接続され、上記第１の配管であるパイプ９８及び排水パイプ９９と上記第２の配管である排水パイプ１０６及びパイプ１０７とが結合部１０８において結合されて湯水が供給先へ導かれる。

排出側共通結合部１１１に隣接して供給側共通結合部１１２が設けられ、例えば水道水が供給側共通結合部１１２に供給されている。供給側共通結合部１１２からはパイプ１１３、１１４を介して熱交換器１００の入口１０２まで水が供給される。また、供給側共通結合部１１２からはパイプ１１５、１１６を介して給水口９２まで水が供給される。

以上のように構成されたボイラ装置は、図７のフローチャートに示す手順で燃焼が進められる。投入口２２の蓋２４を開けて焼却対象材料１１を貯留槽２１に投入し、例えば満杯とした後に蓋２４を閉成する（Ｓ１１）。外気取込口７１〜７８の開口度を調整し、ブロア６５による送気開始し、着火バーナ３８を点火し、焼却用バーナ５１を点火する（Ｓ１２）。温度計などにより焼却対象材料１１に着火し下部２次燃焼室４２などにおける燃焼の確認ができると、着火バーナ３８を退避させる（Ｓ１３）。

以下、温度計などにより燃焼状態を確認し、必要があれば外気取込口７１〜７５の開口度を調整しても良く、また、必要があれば投入口２２の蓋２４を開けて焼却対象材料１１を貯留槽２１に投入しても良い。更に、燃焼を終了するときには、焼却対象材料１１が完全に燃焼して自然に消火するのを待つか、外気取込口７１〜７５の開口度を完全に閉じて焼却用バーナ５１を消火し、温度計などにより確認しながら完全に消火するのを待つようにすることができる（Ｓ１４）。

上記に対し、湯沸室９０と上記熱交換器１００に対する水の供給及び供給停止の制御は、図１１のフローチャートに示されるように行われる。即ち、着火バーナ３８による点火が行われる所定時間前に、所定量ずつ水の供給を開始する（Ｓ２１）。そして、燃焼炉側において消火がなされるのを待つ（Ｓ２２）。

ステップＳ２２において消火がなされたことが検出されると、このときから所定時間の経過を待って水の供給を停止する（Ｓ２３）。

以上の通り、貯留槽２１、下部２次燃焼室４２、上部２次燃焼室４３、煙突６１、ブロア６５、外気取込口７１〜７５の位置と構成によって、貯留槽２１において発生した可燃ガスは、勢い良く下部２次燃焼室４２と上部２次燃焼室４３へ進み燃焼されて排ガスとなって煙突６１からは排出される。貯留槽２１において生じる可燃ガスが投入口２２へ流れることを防止し、小型でありながら高効率で燃焼の途中で新たな焼却対象材料１１を供給する作業を容易にできる。

また、外気取込口７１〜７５の構成が、外気を、該外気取込口７１〜７５の正面に設けられた直接流入防止手段である平板８５へ一度当ててから内部へ流入させるように構成されているので、内部の暖められている平板８５へ当たって暖められる。この暖められた外気が室内に入ることになるので、取り入れた外気が温度を低下させることがなく、効率的な燃焼を確保することができる。

更に、湯沸室９０と上記熱交換器１００とを用いて温水を得るようにしており、無駄のない熱利用を図ることができる。特に、貯留槽２１と２次燃焼室との連絡口４１の部分から湯沸室９０により熱を得て湯沸しを行うので極めて効率的である。

また、湯沸室９０の排水口に第１の配管であるパイプ９８及び排水パイプ９９が接続され、熱交換器１００の出口には第２の配管である排水パイプ１０６及びパイプ１０７が接続され、上記第１の配管と上記第２の配管とが結合されて湯水が供給先へ導かれるので、熱交換器１００により得られる高温の温水と湯沸室９０において得られる熱交換器１００よりも低温の温水を混合して適当な温度とすることも可能となっている。

１１ 焼却対象材料
２１ 貯留槽
２２ 投入口
２３ 底部
２４ 蓋
３１ ワイヤ
３２ 耳状片
３３ プーリ
３４ モータ
３５ 巻取棒
３８ 着火バーナ
３９ スライド台
４１ 連絡口
４２ 下部２次燃焼室
４３ 上部１次燃焼室
４４ 底板
４５ 天井板
４６ 開口
４７ スリーブ
４８ 穴
５１ 焼却用バーナ
５２ 穴
５３ フランジ
５４ 台座
６１ 煙突
６２ 載置台
６５ ブロア
６６ パイプ
７１ 外気取込口
８１ 開口部
８２ 蓋体
８３ 把手
８４ スタッド
８５ 平板
８６ 貫通口
９０ 湯沸室
１００ 熱交換器
１０１ 貯水室

Claims (6)

1. 焼却対象材料を上部の投入口から投入し、底部から堆積して貯留するための１次燃焼室である貯留槽と、前記貯留槽に貯留された前記焼却対象材料の底部に着火する着火バーナと、
   前記貯留槽の底部側の側壁に形成された連絡口を介して前記貯留槽と結合され、前記貯留槽において前記焼却対象材料の燃焼により発生する可燃ガスを燃焼させ、上方の煙突方向へ導く２次燃焼室と、
   前記連絡口の底部に下方から接する底部位部分と、前記連絡口の天井部に上方から接する中部位部分と、前記中部位部分の更に上側に設けられた上部位部分とを有すると共に前記上部位部分の前記貯留槽側の側壁が上記貯留槽の外壁に接して設けられ、給水口から供給される水を加熱して排出する湯沸室と、
   前記煙突の外側に接する貯水室を有し、入口から供給される水を加熱して出力する熱交換器と
   を具備することを特徴とするボイラ装置。
2. 前記熱交換器は、その下部に水の入口が設けられ、その上部に水の出口が設けられており、
   前記湯沸室は、その下部に給水口が設けられ、その上部に排水口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボイラ装置。
3. 前記湯沸室の前記排水口に第１の配管が接続され、
   前記熱交換器の出口には第２の配管が接続され、
   前記第１の配管と前記第２の配管とが結合されて湯水が供給先へ導かれることを特徴とする請求項２に記載のボイラ装置。
4. 前記２次燃焼室は、
   前記貯留槽の底部側の側壁に形成された連絡口を介して前記貯留槽と結合され、前記貯留槽において前記焼却対象材料の燃焼により発生する可燃ガスを燃焼させる下部２次燃焼室と、
   前記下部２次燃焼室の上部に設けられ、２次燃焼を行うと共に前記下部２次燃焼室までに発生する可燃ガスを、底部の外周側から取り入れ、上方へ向かわせて天井部へ衝突させて下降させた後に前記天井部の中央口から上方の煙突方向へ導く上部２次燃焼室と、
   により構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のボイラ装置。
5. 前記上部２次燃焼室には、焼却バーナが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のボイラ装置。
6. 前記煙突内に空気を送り込むためのブロア
   を具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のボイラ装置。

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