JP4912003B2 - 木質ペレット燃料燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、木質ペレットを燃焼燃料として使用する暖房機等の耐熱ガラスへの灰やスス等の付着を防止する木質ペレット燃料燃焼装置に関する。

従来から暖房等の燃料として使用されている化石燃料の石炭や石油は、二酸化炭素等の温室効果ガスによる地球温暖化の問題で、それに代わる自然に優しい資源への転換が行われてきている。

今後期待される資源のうち、環境問題で有効であるとされるバイオマス燃料においては、籾殻又はそのペレット、藁等の燃料化が注目され、特に間伐材・大鋸屑・流木等の今まで焼却処分されていた木質材を木質ペレットとして粒状化し、暖房機等の燃焼燃料に利用され、実開昭５８−１９０３０１号公報（特許文献１）に記載する固形燃料ストーブのようにその装置が公知となっている。

木質ペレット燃料燃焼装置のうち、木質ペレットストーブにおいては、そのバイオマス燃料の有効利用のほか、燃焼中の炎の演出によって安らぎを与える効果があるとされ、特開２００４−２９３９３０号公報（特許公報２）のように燃焼室で燃焼する炎を外部から確認できる透明板を備えた木質ペレットストーブも公知となっている。

ところで前記木質ペレットを燃焼させた後に発生する灰量、例えば木の木部で形成された木質ペレットはその灰分を約０．５〜２．０％とされているが、樹皮で成形されるペレットにおいてはその灰分が約５〜７％と多くなり、ペレット化する木質によってその灰量は可変するものであって、当然樹皮で成形された木質ペレットの燃焼後に堆積する灰と、燃焼風と一緒に舞い上がる灰の量も多くなるものである。

また、木質ペレットへの着火性も木の質によって異なるものであって、樹皮で形成されたペレットにおける着火性も、木部から成形されたペレットよりも悪く着火時に多くの煙を排出してもなかなか着火しない傾向がある。

木の木部で形成した木質ペレットの燃焼においても、多少なりとも燃焼風と一緒に舞い上がる灰や、特に不完全燃焼、点火時のような時には煙と一緒にススが発生しやすく、燃焼室の炎が見えるように設けられた耐熱ガラスの覗き窓の内面にそれが付着し、特に前述の樹皮のペレットを燃焼させた場合においては、着火性の問題から特に覗き窓を曇らせ、そのストーブの管理者が頻繁に覗き窓を掃除する必要が発生している。

そのため、特開２００４−１９１０１７号公報（特許文献３）のように、覗き窓となる耐熱ガラスの内側表面に向けて空気を吹付ける吹付け部と外気を取り入れる空気供給部とその両者を繋げる空気通路を備えて、空気供給部から取り入れられた燃焼するための空気の一部を空気通路に導き、そして吹付け部から耐熱ガラスの内側に向けて空気を吹付けて、耐熱ガラスの内側表面に灰やススの付着を防止して、耐熱ガラスの汚れの防止を促し、定期的なガラス面の掃除をしなくて済む発明も公知となっている。

実開昭５８−１９０３０１号公報 特開２００４−２９３９３０号公報 特開２００４−１９１０１７号公報

木質ペレットを燃焼させた場合、前記の灰やススのほかタールが発生し、燃焼温度が１５０℃以下である場合にタールの発生が多くなる。特に前述の樹皮のペレットを燃焼させた場合においては、着火性の問題からタールの発生量が多くなる。

特許文献３において、耐熱ガラスの内側に空気供給部から外気の一部を吹付けてススや灰が耐熱ガラスの内側表面に付着するのを防止することは可能であるが、耐熱ガラスに向けて、常温の外気を吹付けているため耐熱ガラス付近の温度は低くなり、タールの発生環境の助長を促している。また、外気の燃焼室への取込は燃焼室の温度の上昇を妨げる事となり温度上昇を阻害し、効率のよい木質ペレットの燃焼を妨げている。

さらに、燃焼室内では燃焼部から燃焼風による上昇風が発生し、耐熱ガラス付近で燃焼風が落下する循環対流を形成した燃焼であるほうが、左右方向にばらつくまたは広がる現象を防止し、垂直方向に真直ぐ伸びる炎を形成することがわかっている。しかしながら特許文献３においては、耐熱ガラス内側表面に向けて上昇する気流を形成してしまうため、燃焼室内での循環対流は形成されず、燃焼炎が乱れやすい傾向が発生する。

そこで本発明では、熱交換部の放熱管内を強制的に流通する熱交換後の空気の一部を燃焼部内で耐熱ガラスの内側表面にその略全幅に渡り上端から斜め下方に向けて吹付けることによって、燃焼風に乗って燃焼室内の空間に飛散した灰やススを耐熱ガラスの内側表面に沿って吹き下ろして付着するのを防止すると共に、熱交換部で燃焼風と熱交換を行った高温の空気を吹付けているので、燃焼室内の温度低下を防止し、木質ペレット燃料の効率的な燃焼を促進させ、さらには燃焼室内の燃焼風の循環対流を良好に行わせて、整った炎で視覚的にも良好な燃焼を行うことが出来る木質ペレット燃料燃焼装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、請求項１記載の木質ペレット燃料燃焼装置を提案するものである。

即ち、請求項１記載の木質ペレット燃料燃焼装置は、木質ペレットを収納する燃焼タンクと、燃焼部と熱交換部を備えた燃焼室と、燃焼室の燃焼部に燃料タンクから木質ペレットを供給する燃料供給装置と、燃焼室の燃焼部で燃焼した燃焼風を排出する排気部とを具備した木質ペレット燃料燃焼装置であって、燃焼室の少なくとも前面側に配置した透明又は半透明の耐熱ガラスと、燃焼室内で耐熱ガラスの上端付近に隣接して耐熱ガラスの略全幅に渡って設けられていて耐熱ガラスの燃焼部内に面する内側表面の略全面に渡り上端から斜め下方に向けて空気を吹付ける吹出し部を備えると共に、熱交換部の数本の放熱管のうち耐熱ガラスまでの距離が短い放熱管を吹出し部と連通し、熱交換部に強制供給され燃焼風によって加熱した外気の温風を吹出し部から耐熱ガラスの内側表面に向けて上端から斜め下方に向け吹付けて耐熱ガラスの内側表面に沿って吹き下ろすことを特徴とするものである。

本発明によれば、熱交換部の放熱管内を強制的に流通する熱交換後の空気の一部を燃焼部内で耐熱ガラスの内側表面にその略全幅に渡り上端から斜め下方に向けて吹付けることによって、燃焼風に乗って燃焼室内の空間に飛散した灰やススを耐熱ガラスの内側表面に沿って吹き下ろして付着するのを防止すると共に、熱交換部で燃焼風と熱交換を行った高温の空気を吹付けているので、燃焼室内の温度低下を防止し、木質ペレット燃料の効率的な燃焼を促進させることが可能となる。

そして、燃焼室内で耐熱ガラスの内側表面に吹付ける風は上方から吹付けているので、燃焼室内で循環対流する空気即ち、燃焼部で上昇し耐熱ガラス付近で下降する流れを維持して、燃焼部の炎の形状を垂直的に形成し、横広がりを防止して視覚的に良好な炎の演出を維持する効果を有している。

本発明の木質ペレット燃料燃焼装置の例として、木質ペレットを燃料とするペレットストーブについて以下に説明を行う。

図１は本発明の実施の形態を示す木質ペレットストーブの側面断面略図である。図２は本発明の実施の形態を示す木質ペレットストーブの斜視図である。

図１において１は木質ペレットストーブである。ａは木質ペレットであって、木質ペレットストーブ１内には木質ペレットａが燃焼する燃焼室２と、その中間から上方には熱交換部５が設けられている。燃焼室２の上端には燃焼風排気口７が設けられ燃焼風を排風部６へ流通させている。燃焼室２には隣接して燃料タンク３を備え、燃料タンク３から燃焼室２へ木質ペレットａを供給する燃料供給装置４が燃料タンク３に密接して備えられている。３８は吸引風路であって、木質ペレットストーブ１内に外気を取り込む風路であり、この吸引風路３８から吸引された外気が各部の冷却や点火用の熱風及び燃焼風として利用される。図１に示す燃料タンク３は木質ペレットストーブ１の上端までの空間を有していて、木質ペレットストーブの上面が扉となって燃料タンク３内に木質ペレットａが投入できる構成であると良い（図示せず）。

燃料タンク３の下端を構成する底面板１０が燃料供給装置４方向に向かって傾斜し、燃料供給装置４のスクリューコンベア８の投入口９に木質ペレットａが漏れなく投入できるようになっている。スクリューコンベア８の上端には燃焼室２内へ木質ペレットａを投入する投入シュート１１と、投入シュート１１内に外気を通風させるための通気口１２が設けてあり、この通気口１２は投入シュート１１の途中に設けられていても良い。尚スクリューコンベア８の動力はモータ２４の回転によって得られる。

燃焼室２の後壁３４と燃料タンク３及び燃料供給装置４とは冷却空間１７を隔てて構成されていて、その冷却空間１７には吸引風路３８からの外気が流通するようになって、燃焼室２の燃焼熱を燃料タンク３及び燃料供給装置４に伝熱しないようになっている。

燃焼室２の下方には、燃焼部２６を有し、その燃焼部２６には、投入シュート１１より落下した木質ペレットａが堆積燃焼し、複数のスリット１４を備える燃焼皿１３と、燃焼皿１３の後面には長細の筒内にヒータ１６を備え、長細筒内を通過する空気をヒータ１６によって高温（約２５０℃以上）にしてその高温の空気を木質ペレットａに当てることによって着火する構造の点火装置１５が備えられている。

燃焼室２の前面には、燃焼部２６から熱交換部５にとどかない範囲で、燃焼皿１３で燃焼する木質ペレットの炎が外部から確認できる覗き窓を備えている。この覗き窓は透明もしくは半透明な耐熱ガラス２５で構成され、この覗き窓自体が開閉できるようになっていて燃焼後の燃焼部２６の掃除が出来る範囲の大きさであると良い。

燃焼皿１３のスリット１４は、投入された木質ペレットａが落下しない開口幅を保って燃焼皿１３の略全面に前後左右どちらかの方向に長細形状に開口しており、底面の水平スリットと側面の垂直スリットが同じ開口幅を保ちつながって設けられ、燃焼皿１３の下方には、燃焼皿１３上の燃焼によって発生した灰がスリット１４を通過して落下し、それを堆積させる灰回収容器２９が燃焼皿１３の設置面を覆う範囲で設けられている。２８は灰除去手段であって、回転軸にスリット１４の幅より薄い板状の凹凸板を設置し、凹凸板がスリット１４内に進入して、スリット１４上に堆積した固着した灰を強制的に灰回収容器２９内に掻き落すようになっている。

燃焼室２の上端の熱風排気口７には、排風部６が備えられ、吸引ファン２１の吸引作用によって燃焼風を吸引し、排気ダクト２２から機外に燃焼風を排気している。この排気ダクト２２は内側を排気ダクト２２とし、外側を吸引風路３８の二重筒として構成し、建物の外壁３３を貫通させる場合に貫通穴を一つとすることが出来るので外壁３３の貫通工事を簡略化すると共に、吸引風路３８内を流入する外気を排気ダクト２２の排気と熱交換することによって温め、温度上昇した吸引風の燃焼効率を上昇させる効果を有する。

燃焼室２の中間から上方にかけて木質ペレットストーブ１の本体を前後に縦断する熱交換部５は、放熱管１８と圧送ファン１９からなり、木質ペレットストーブ１の周囲に接する空気を取り入れる開口部２７から圧送ファン１９によって空気を強制的に複数の放熱管１８内に圧送し、放熱管１８で熱交換した温風若しくは熱風を温風吹出し口２０から木質ペレットストーブ１の周囲に吹出すようにしている。なお、木質ペレットストーブ１が設置される室内の空気圧力を調節するために熱交換部５のいずれかの場所と吸引風路３８とを連通する通気口３５が設けられていると室内の空気圧力を屋外の空気圧と同等に出来るので良い。

そして、少なくとも一本または数本の放熱管１８の温風吹出し口３２は燃焼室２内の耐熱ガラス２５の上端付近に隣接して設けられた吹出し部３０と接合されている。吹出し部３０は図２に示すように、耐熱ガラス２５の略全幅に渡ってその幅を有し、その底面に複数の孔がガラス面に対して平行に設けられており、その孔から吹出される空気は耐熱ガラス２５の内側表面に斜めの角度をもって吹付けられるようになっている。なお、燃焼室２に設けられた放熱管１８の中でも下端に配置されたものに温風吹出し口３２を有するようにすると、耐熱ガラス２５までの距離が短くまた吹出し部３０に簡単に接続できるので良い。

２３は温度センサであって、排気ダクト２２又は吸引ファン２１の出入口のどちらかに備えられ、モータ２４・ヒータ１６・圧送ファン１９・吸引ファン２１・灰除去手段２８は制御部３１に繋がれ、それぞれが制御されている。

吸引ファン２１の動作によって吸引風路３８から外気が直接又は冷却空間１７を経由して燃焼部２６のスリット１４及び点火装置１５の細長筒内を、そして若干の一部の外気が投入シュート１１を冷却しながら燃焼室２内に達する。燃料タンク３からスクリューコンベア８を経由して燃焼室２の燃焼部２６に木質ペレットａが投入され点火装置１５によって着火し、吸引ファン２１の吸引作用によってスリット１４からの通風されて木質ペレットａは安定して燃焼を続ける。その後この燃焼風は熱交換部５で熱交換され燃焼風排気口７から吸引ファン２１を通過し、排気ダクト２２から機外に排出される。

運転開始と共に、ヒータ１６に通電し、通電が規定時間経過後に予熱完了と判断してモータ２４に通電し燃料供給手段４を一定時間稼動させ、木質ペレットａを燃料タンク３内からスクリューコンベア８内を上昇させて燃焼皿１３に供給を行う。設定時間経過後に吸引ファン２１を起動させ、燃焼皿１３上に木質ペレットａの供給を設定時間内間欠的に行い、温度センサ２３で排気される温度が設定温度（４５℃）到達時に燃焼とみなし、圧送ファン１９を稼動すると共に、通常燃焼状態を判断し温度制御運転を開始して、設定された間隔と設定の時間の範囲でモータ２４に通電し、設定の燃焼量に応じた燃焼燃料の供給を間欠的におこない、その後温度センサ２３の温度が設定温度より下降しなければ安定燃焼と判断してヒータ１６への通電を停止する。

安定燃焼中の暖房の温度調節として、燃料供給を３段階に調節できるようになっており、その供給量の調節に伴って吸引ファン２１の風量も３段階に制御される。燃料供給「大」ではスリット１４を上昇する風速は約２〜３ｍ/ｓ、「中」での風速は「大」の風速の約８０％、「小」での風速は「大」の風速の約７０％となっている。

吸引ファン２１の稼動によって、燃焼部２６には吸引風路３８から建物の外壁３３の外、即ち屋外からの外気を吸引し、木質ペレットａの燃焼部２６での安定した燃焼を可能としてその燃焼風が熱交換部５を通過することで放熱管１８の加熱を行う。燃焼風によって加熱された放熱管１８は、圧送ファン１９から圧送される木質ペレットストーブ１の周囲に接する空気、即ち建物の外壁３３の内側である室内の空気を加熱して温風吹出し口Ａ２０から再び室内に開放し、その循環を繰り返すことによって室内の暖房を行う。

吹出し部３０は前述のように、耐熱ガラス２５の上端付近にそしてその幅も耐熱ガラス２５の略全幅に渡ってそれぞれの温風吹出し口Ｂ３２を繋ぐように設けられ、吹出し部３０の底面には耐熱ガラス２５から距離を同じくして複数の孔３６が均等な間隔を保って設けられている。一本または複数本の温風吹出し口３２を有する放熱管１８内を通過してきた室内の空気は、吹出し部３０に侵入した時点で吹出し部３０内に均等に広がり、吹出し部３０の底面にある複数の孔３６から下方向に吹出される。この孔３６から吹出される空気は耐熱ガラス２５の上端から下方に向かって吹付けられるものであって、耐熱ガラス２５の全幅及び全長に渡って全面を均等にその表面付近を通風することで、燃焼部２６で発生する灰やススを燃焼部の底面方向に落とし込み、耐熱ガラス２５に付着させることが無く、しかも耐熱ガラス２５表面に供給される空気は、熱交換後の加熱した空気であるため、燃焼室２の温度低下をまねくことなく良好な燃焼を可能とするものである。

そして、この耐熱ガラス２５の内側表面の上方から下方に下降する空気の流れを作り出すことによって、耐熱ガラス２５から距離を置いて燃焼室の略中央若しくは後方に配置されている燃焼部２６の上方に上昇する空気の流れを形成し、燃焼風の上昇気流を補助して炎の横への広がり特に耐熱ガラス２５方向への炎の靡き現象が抑制され、炎が垂直方向に立ち見栄えの良い整った炎の演出を可能とするものである。

吹出し部３０から吹出される空気は熱交換部５を通過した室内の空気であって、その空気は燃焼風排気口７から排風部６を経て、排気ダクトから屋外に排出されるため、木質ペレットストーブ１を設置する室内の密閉度が高い場合、室内の気圧が下がり吸引ファン２１の吸引作用が減少するので良好な燃焼が不可能になる場合があるが、吸引風路３８と熱交換部５の一部に設けられた通気口３５によって屋外の外気の一部を熱交換部５に流入させることによって、木質ペレットストーブ１を稼動させても、屋外と屋内の気圧を同じくして良好な燃焼を可能とするものである。

本発明の実施の形態を示す木質ペレットストーブの側面断面略図である。 本発明の実施の形態を示す木質ペレットストーブの斜視図である。

１ 木質ペレットストーブ
２ 燃焼室
３ 燃料タンク
４ 燃料供給手段
５ 熱交換部
６ 排風部
７ 燃焼風排気口
８ スクリューコンベア
９ 投入口
１０ 底面板
１１ 投入シュート
１２ 通気口
１３ 燃焼皿
１４ スリット
１５ 点火装置
１６ ヒータ
１７ 冷却空間
１８ 放熱管
１９ 圧送ファン
２０ 温風吹出し口
２１ 吸引ファン
２２ 排気ダクト
２３ 温度センサ
２４ モータ
２５ 耐熱ガラス
２６ 燃焼部
２７ 開口部
２８ 灰除去手段
２９ 灰回収容器
３０ 吹出し部
３１ 制御部
３２ 温風吹出し口
３３ 外壁
３４ 後壁
３５ 通気口
３６ 孔
３８ 吸引風路
ａ 木質ペレット

Claims (1)

1. 木質ペレットを収納する燃焼タンクと、燃焼部と熱交換部を備えた燃焼室と、燃焼室の燃焼部に燃料タンクから木質ペレットを供給する燃料供給装置と、燃焼室の燃焼部で燃焼した燃焼風を排出する排気部とを具備した木質ペレット燃料燃焼装置であって、
   燃焼室の少なくとも前面側に配置した透明又は半透明の耐熱ガラスと、燃焼室内で耐熱ガラスの上端付近に隣接して耐熱ガラスの略全幅に渡って設けられていて耐熱ガラスの燃焼部内に面する内側表面の略全面に渡り上端から斜め下方に向けて空気を吹付ける吹出し部を備えると共に、
   熱交換部の数本の放熱管のうち耐熱ガラスまでの距離が短い放熱管を吹出し部と連通し、
   熱交換部に強制供給され燃焼風によって加熱した外気の温風を吹出し部から耐熱ガラスの内側表面に向けて上端から斜め下方に向け吹付けて耐熱ガラスの内側表面に沿って吹き下ろすこと
   を特徴とする木質ペレット燃料燃焼装置。

Images