Fuel supply device for a furnace below the minimum output 1kW

小粒状のもの（small portions）、したがって木質ペレット、木質チップ、小さな木片又は乾燥トウモロコシ等の粒状燃料（firing products：燃焼物）を燃焼させることは、処理が経済的であると共に実用的であることが分っている。 大きな扱いにくい木片を運搬及び貯蔵する必要がなく、大きな丸太を火炎に供給する必要がない。 しかしながら、炉の出力（furnace capacity：炉の能力）を低い値に下げることは問題を呈する。 木質ペレット利用の炉等の適した炉を、粒状燃料を用いて１ｋＷ未満の出力で運転する場合、かかる弱火を連続的に確実に維持するのに適した燃料供給装置は現在のところ存在しない。 かかる低出力の場合では、第１の困難は火炎の燃焼を確実に保つことである。 第２の困難は灰を絶えず除去することであり、第３の困難は火炎が燃料の供給流に達しないようにすることである。

連続的に又は必要な場合にのみ木質ペレットを火炎に供給する、木質ペレット利用の炉用のコンベアスクリューが既に存在している。 また、これらのコンベアスクリューは、さらにより高い炉出力用にも設計されており、単にコンベアスクリューのサイズを小さくするか又はその回転速度を低くすることによって、コンベアスクリューを用いて出力を１ｋＷ未満に下げることが可能である。 従来のコンベアスクリューは通常、斜めに取り付けられ、アルキメディアン・スクリューのように機能する。 また、利用可能なペレットコンベアスクリューは小型寸法のコンパクトな木質ペレット利用の炉には適していない。 観察される別の問題は、ペレットが底部から火炎に低速で供給される場合、火炎が低速で下方に広がってコンベアスクリューに入り込む危険があることである。

この状況に基づき、本発明の目的は、出力１ｋＷ未満の炉用の改良型の粒状燃料（充填物）供給装置を開発することである。 この炉により、供給される粒状燃料の連続供給及び連続燃焼が確実となり、また、灰の連続除去が確実となるため、炉を監視なしに長期間運転することができ、炉は、燃料リザーバ及び灰捕集器（ash collector：集塵機）が自動的に満杯及び空にならない場合にこれらの燃料リザーバ及び灰捕集器のサイズによってのみ制限される。

この目的は、粒状燃料を搬送するように管内に配置されているコンベアスクリューを有する、出力１ｋＷ未満の炉用の粒状燃料供給装置であって、外壁に回転面（volution：螺旋状の回転面）が取り付けられていると共にコンベアスクリューと一緒に回転することができるように管内に配置されている、コンベアの中央スクリュー軸筒が、上記管の直径の少なくとも４分の１を占めることを特徴とする、炉用の粒状燃料供給装置によって達成される。 さらに、このスクリュー軸筒は頂部が円錐状であり、この頂部に、中央円形穴と外側領域に給気口とを有する円形の火格子が水平に取り付けられ、その穴はコンベアスクリューの直径よりも小さく、円錐状に拡径している壁が、供給すべき燃料のための摺動壁として縁から下方に延び、スクリュー軸筒の上端の円錐部に対しておよそ又はちょうど平行である。

粒状燃料供給装置を図面によって示すと共に以下に記載し、それらの機能を説明する。

火格子が上端に配置されている供給装置の縦断面図である。

上から見たコンベアスクリューの横断面図である。

側面から見たコンベアスクリュー全体の縦断面図である。

厚み約６ｍｍ及び長さ最大５０ｍｍの円筒状の木質ペレットから概して作製されるが搬送中に破砕してより小さな粒子となる粒状燃料を低速で上方に搬送することは、予想するよりも困難であることが分っている。 頂部が火格子で終端している従来のコンベアスクリューの場合では、以下の問題が観察される：まず、ペレットどうしがコンベアスクリュー内で共に動けなくなり、いわば塊状態となるという大きな危険性がある。 その後、モノリシックな外観の塊（monolithic looking mass）が或る程度形成され、この塊は、詰まることで栓のように作用し、コンベアスクリューが高トルクで駆動されている場合であってもその妨げとなる。 コンベアスクリューでは、搬送される充填物の下側で回転面が可能な限り十分に回転し、充填物が著しく回転することなく搬送管（conveyor pipe）の頂部に搬送されねばならないことが重要である。 このことは、いわゆるペレット又は同様の粒状燃料を短い搬送距離にわたって使用することで非常に良好に達成することができる。 しかしながら、コンベアスクリューが例えば４００ｍｍであり、コンベアの適切な高さに対してより長い場合、燃料の重量に起因して燃料が動けずに塊状態となることが観察される。 これは、コンベアスクリューの回転速度及び寸法、粒状燃料のサイズ及びその木質タイプ等、種々の要因に応じて決まり、ただ単に湿度にのみ応じて決まるのではない。 加熱出力が低い炉の設計を望む場合、燃料の非常に低速なコンベア速度を達成せねばならない。 例えば、直径６ｍｍ及び長さ１０ｍｍ〜２５ｍｍの木質ペレットが４００ｍｍを超える高さにわたって可能な限り低速で垂直方向に供給されることになる場合、上述の問題が非常に頻繁に起こる。 したがって、使用することでこれらの問題を確実に回避することができる粒状燃料供給装置を設計することが重要である。

図１は、出力１ｋＷ未満用に設計されている炉用のかかる粒状燃料供給装置を示す。 燃料は、木質ペレット、並びに木質チップ、小さな木片又は乾燥トウモロコシ及び他の穀粒から構成することができる。 炉の火格子１は供給装置と協働し、コンベアスクリュー２が取り付けられている。 例に示すコンベアスクリュー２は火格子面に対して垂直に配置されており、外壁４に回転面５が取り付けられていると共にコンベアスクリュー２と一緒に回転することができるように搬送管８内に取り付けられている中央スクリュー軸筒３が、コンベアスクリュー２全体を包囲している搬送管８の相当な部分を占めている。 搬送管８をコンベアスクリュー２と共に垂線に対して斜めに配置することもできる。 これにより、下側の燃料と搬送管８との付加的な摩擦が確実となり、この摩擦が搬送動作に役立つ。 図示の例では、スクリュー軸筒３の筒の直径はコンベアスクリューの直径又は搬送管の直径の３分の１であり、これは例えば寸法が６０ｍｍである。 スクリュー軸筒３の直径はコンベアスクリューの直径の少なくとも４分の１であるものとし、そのため、十分なトルクを実際のスクリュー２及び螺旋状の滑らかな搬送面５に伝達することができ、この搬送面５はスクリュー軸筒３の周りにループ状になっている。 １本の木質ペレット１８がおよその寸法比較を示すためにスクリュー２の搬送面５上に描かれている。 このスクリュー軸筒３は頂部が円錐部１０のような形状となっており、この頂部に、中央円形穴６を有する火格子１がスクリュー２よりも上に配置される。 火格子は、搬送スクリュー軸管８の頂端にぴったりとフィットし、そこに固定される。

火格子１は好ましくは図示のように円形設計を有し、外表面上に給気口７を有する。 火格子１の円形穴６は寸法が搬送管の直径の約半分である。 漏斗状の縁９がこの円形穴６から下方に突出し、その底部がホッパーとして開口している。 ホッパーの壁はスクリュー軸筒３の円錐部１０に対しておよそ又はちょうど平行である。 図示の例では、円錐部１０はホッパーの内壁の流れ方向と共に鋭角を形成し、その角度の先端は上向きである。 この角度は非常に小さく維持されるものとし、さもなければ、円錐部１０とホッパーの内壁との間の領域での燃料の詰まりにつながる可能性がある。 実際のスクリュー２及びそのループ状の搬送面５は、火格子面に対して概ね垂直に延びる延長部１１で終端する。 延長部の外側は回転軸に関して穴６の内縁に当接している。 ここに示すコンベアスクリュー２は上から見ると動作時に時計回りに回転する。 このコンベアスクリュー２は反時計回りの方向に搬送するように設計することもできる。 搬送すべき燃料がその回転位置に関して搬送管８内のほぼ同じ位置にあるまま、スクリュー２の搬送面５が燃料の下側で摺動し、燃料は最終的に穴６の頂部に達するまで搬送管８内を上方に押される。 燃料をコンベアスクリューにより確実に搬送するために、管８の内側には好ましくは軸方向の複数の段（plateaus）又はリッジ１４が設けられており、これらを通って回転面が最小距離で回転し、段又はリッジの頂部と管８の内壁との間にクリアランスを残すことが重要である。 このため、管８の内壁には粗面も設けられていてもよい。

コンベアスクリュー２は非常に低速で回転し、回転速度が１分あたり１回転未満である。 頂部に達した燃料は延長部１１によって回収され、上から見ると時計回りの方向にシフトされる。 延長部が穴６の縁と接触する地点では、その絶対速度は約１．５ｍｍ／秒〜２．０ｍｍ／秒にすぎない。 しかしながら、延長部１１のこの低速回転により、径方向に作用する力によって燃料が外方に押されて最終的に火格子１の領域１２に達することが確実となる。 火格子１の穴６につながる同心リングであるこの領域にはいかなる給気口７もない。 したがって、そこでは燃料はあまり燃焼しないため、径方向外方に押される必要がある。 これは延長部１１の次回の行程で行われ、その際に燃料が火格子上へわずかに押し出される。 このようにして、燃料は延長部１１の各動作によって毎分ごとに非常に低速で火格子上へ押し出され、その後、給気口７が設けられている燃焼区域（領域１３で表す）に移動する。 火格子１全体の直径は搬送管８の直径の約２倍である。 この搬送管８の直径が６０ｍｍである場合、火格子１は直径が約１２０ｍｍである。 新たな燃料の段階式の連続的な供給により、良好で高い規則的な火炎面が火格子１で達成され、不安定な揺れはない。

図２はコンベアスクリュー２及び搬送管８の横断面を示す。 搬送管８の内側のリッジ及び隆起１４、並びに実際のスクリュー２の一部分（この外縁がこれらの隆起１４の近くを通る）が見られる。 燃料粒子はこれらのリッジ又は隆起によって支持され、これらのリッジ又は隆起は燃料粒子がコンベアスクリュー２と一緒に回転しないようにするのに役立つ。 燃料の下側で摺動するコンベアスクリュー２の回転により、径方向外方に作用する力成分が生じる。 これに応じて、燃料が搬送管８の内壁に押し付けられ、隆起によって支持される。 燃料が木質ペレット、木質チップ、小さな木片若しくは乾燥トウモロコシ穀粒から構成されるのか又は同様の何かから構成されるのかにかかわらず、燃料の最外粒子がそこで支持され、次にこれらの最外粒子が内側の隣接した粒子を支持するといったふうにすることで、燃料の回転を効果的に回避する。

図３は完全なコンベアスクリュー２を示す。 コンベアスクリュー２は高さが２００ｍｍ〜８００ｍｍ、直径が５５ｍｍ〜８５ｍｍである。 コンベアスクリューの軸筒３は直径がコンベアスクリュー２の直径の４分の１〜３分の１よりも若干大きく、一回転あたりの回転面のピッチはコンベアスクリューの直径の約半分である。 底部にて、搬送管８は、供給ホッパーとしての傾斜面１６の上から又は傾斜面１６にわたって燃料を充填することができる、燃料粒子のパイル又はボックス１５に立設することができる。 搬送管８は底部の一方の側が開いており、この例では円筒状の木質ペレットである燃料片が搬送管８のこの開口１７を通ってスクリュー２へ少しずつ入る。

出力１ｋＷ未満のかかる木質ペレット利用の炉用の燃料供給装置は、ステップダウンギアを使用してスクリュー２を駆動する電気モータを備える。 電気モータの電圧依存制御に応じて、コンベアスクリュー２の回転速度を１分あたり０．５回転〜２回転に調整することができ、したがって、燃料の供給量、したがって加熱出力を単位時間あたりで制御することができる。