JP2006003032A - 暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】 環境への有害度が低く構成が簡単で且つ熱交換率も高く、燃料消費コストも低減できる暖房システムを提供する。
【解決手段】 暖房システム６０は、暖房装置としてのペレットストーブ１と、該ペレットストーブ１の内部において燃焼炉の上部近傍に設けられ、ペレットストーブ１で加熱される熱交換器６１と、シスターンタンク６２と、床面パネル６３と、パイプ往路Ｒ１と、パイプ往路Ｒ２と、パイプ復路Ｒ３と、パイプ往路Ｒ１に設けられた燃料供給量調整手段としてのサーモスタット６４と、循環駆動源としての循環ポンプ６５を有している。床面パネル６３は、８枚のパネル本体６３ａと、これらのパネル本体６３ａの下面に折り返し状に配設された熱媒流路としての放熱パイプ６３ｂを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼系の暖房装置を有し、暖房装置自体による暖房機能に加え該暖房装置を熱源として床面や壁面等を同時に暖めることが可能な暖房システムに関する。

石油ストーブやファンヒータ等の燃焼系の暖房装置はその輻射熱や温風により室内を暖める道具として用いられているが、燃焼熱の利用効率は極めて低い。このため、暖房装置の本来の使用に加えて、暖房装置を熱源として床面や壁面、あるいは天井等を同時に暖める種々の暖房システムが提案されている。
特開昭６０−１５２８３１号公報には、暖房装置の燃焼熱（燃焼ガス）を有効に利用するために、燃焼部の上部近傍に熱交換器を配置して該熱交換器を直接加熱し、加熱された熱媒を床面等に配設された熱交換パネル（放熱手段）に送って循環させる暖房システムが記載されている。
この暖房システムでは、石油等の液体燃料の燃焼カロリーが大きいため、熱交換器の過熱を防止するために熱交換器の下面に円板状のダンパを設け、検知温度情報に基づいてダンパを変位させて熱交換器に対する燃焼炎の当たり具合を調整するようになっている。

近年、環境保護の観点から有害物質の発生が少ない木質系固形燃料を燃料とした暖房装置が普及している。木質系固形燃料としては、例えば木材の破片や紙等を圧縮して玉状ないし棒状に固めたペレットがあり、木質系ペレットを燃料とする室内用暖房装置として、いわゆるペレットストーブと呼ばれるものがある。
ペレットストーブは、内部に燃焼空間を有する筒状の燃焼筐体（ストーブ本体）と、該燃焼筐体の内部に燃料としての木質系ペレットを供給する燃料供給装置を有している。
燃焼筐体の内方底部には木質系ペレットを燃焼させる燃焼炉があり、該燃焼炉に燃焼用の空気を送り込みながら点火ヒータにより木質系ペレットに点火して燃焼させ、燃焼ガスは燃焼筐体の上方に接続された煙突を介して屋外に排出するようになっている。

特開昭６０−１５２８３１号公報 特開昭６１−５２１６４号公報 特開平１−９７１２０号公報 特開平１−１０９７１８号公報 特開昭６２−１９５１６号公報

特開昭６０−１５２８３１号公報に記載の暖房システムでは、熱交換器の過熱を防止するためのダンパ及び該ダンパを駆動する複雑な機構が必要であり、構造が複雑で製造コストが高くなるという問題があった。
また、ダンパで燃焼炎の当たり具合を調整した場合、炎の位置によっては煤が多く発生して熱交換器の表面に付着し、これが断熱層を形成して熱交換率を低下させるという問題があった。
また、石油などの液体燃料ストーブの燃焼部の上部近傍に熱交換器を配置して該熱交換器を直接加熱した場合、熱交換器の奪う熱量が多いためにストーブ本来の室内暖房機能が損なわれるという問題もあった。
このような状況から、実際には石油などの液体燃料ストーブを熱源として床面等を同時に暖める暖房システムは実用化に至っておらず、床暖房はボイラーを熱源として液体燃料ストーブとは独立して使用されている。
ペレットストーブを熱源として考えてみた場合、石油ストーブ等に比べて煤の発生量が多く、上記した煤の付着による熱交換率の低下問題に加え、煙突から燃焼熱が逃げる構造であるために熱効率がよいとは言い難い。

本発明は、環境への有害度が低く構成が簡単で且つ熱交換率も高い暖房システムの提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者らは、石油などの液体燃料ストーブに比べてペレットストーブでは煙突を介して外に出てしまう熱（暖房に直接寄与しない熱）が極めて多いことに着目した。すなわち、見方を変えれば、暖房に直接寄与しない熱が大量に出るということは、熱交換器に対する熱源としての潜在的な機能が石油などの液体燃料ストーブに比べて極めて大きいということを意味する。
換言すれば、ペレットストーブでは、煙突から熱が逃げる前の段階においては燃焼筐体の内部では余りある熱が利用可能な状態にあるということであり、熱交換器の熱源として利用しても、ストーブ本来の暖房機能もほとんど損なわれないことを意味する。
煤の発生量が多いという点については、燃焼炉の近傍における完全燃焼領域に熱交換器を配置することにより問題を解消できると予測される。
本発明は、このような考えの下、上記目的を達成できる暖房システムの実現を狙ったものである。

具体的には、請求項１記載の発明では、燃焼筐体の内部に燃焼炉を有し、加熱された上記燃焼筐体の放射熱により周囲を暖める暖房装置と、該暖房装置により加熱される熱交換器と、該熱交換器に接続された放熱手段と、上記熱交換器と放熱手段間において熱媒を循環させる循環駆動源を有する暖房システムにおいて、上記暖房装置が、燃料供給手段によりペレット状の固形燃料を供給しながら上記燃焼炉で燃焼させて上記燃焼筐体から排気する構成を有し、上記熱交換器が、上記燃焼筐体の内部における上記燃焼炉の上部近傍に配置されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、燃焼筐体の内部に燃焼炉を有し、加熱された上記燃焼筐体の放射熱により周囲を暖める暖房装置と、該暖房装置により加熱される熱交換器と、該熱交換器に接続された放熱手段と、上記熱交換器と放熱手段間において熱媒を循環させる循環駆動源を有する暖房システムにおいて、上記暖房装置が、燃料供給手段によりペレット状の固形燃料を供給しながら上記燃焼炉で燃焼させて上記燃焼筐体から排気する構成を有し、上記熱交換器が、上記燃焼筐体の内部における上記燃焼炉の上部近傍に配置され、上記燃焼筐体の内部における上記熱交換器のさらに上部に、上記燃焼筐体の内部へ室内の空気を上記燃焼筐体の内部空間とは遮断された状態で導入するとともに燃焼熱で暖められた空気を上記燃焼筐体の内部空間とは遮断された状態のまま上記燃焼筐体の外部に吐出させる室内空気導入・吐出手段を有していることを特徴とする。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の暖房システムにおいて、上記熱交換器が、上記熱媒を移動させる熱交換器本体と、該熱交換器本体の上面に一体に又は接触して設けられた集熱部材を有していることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項３記載の暖房システムにおいて、上記集熱部材が、金属製で両端が開放された中空状のパイプ材を複数並置した構成を有していることを特徴とする。

請求項５記載の発明では、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記暖房装置により加熱された上記熱媒の温度が所定値に達した場合、上記燃料供給手段の動作を停止する燃料供給量調整手段を有していることを特徴とする。

請求項６記載の発明では、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記暖房装置により加熱された上記熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段と、該熱媒温度検出手段からの温度情報に基づいて上記燃料供給手段を制御し燃料供給量を制御する制御手段を有していることを特徴とする。

請求項７記載の発明では、請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記燃焼炉に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段を有しているとともに、上記燃焼筐体に該燃焼筐体の内部に外部の空気を導入する空気導入口が形成されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明では、請求項７記載の暖房システムにおいて、上記空気導入口の開口面積を可変に設けられていることを特徴とする。

請求項９記載の発明では、請求項１乃至８のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記固形燃料が、木質系ペレットであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、請求項１乃至８のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記固形燃料が、コーヒー粕又はコーヒー粕を主成分とする原料を圧縮したものであることを特徴とする。

請求項１１記載の発明では、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記放熱手段が、床面に上記熱媒の流路を配設した構成を有していることを特徴とする。

請求項１２記載の発明では、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記放熱手段が、壁面に上記熱媒の流路を配設した構成を有していることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、燃焼筐体の内部に燃焼炉を有し、加熱された上記燃焼筐体の放射熱により周囲を暖める暖房装置と、該暖房装置により加熱される熱交換器と、該熱交換器に接続された放熱手段と、上記熱交換器と放熱手段間において熱媒を循環させる循環駆動源を有する暖房システムにおいて、上記暖房装置が、燃料供給手段によりペレット状の固形燃料を供給しながら上記燃焼炉で燃焼させて上記燃焼筐体から排気する構成を有し、上記熱交換器が、上記燃焼筐体の内部における上記燃焼炉の上部近傍に配置されていることとしたので、熱交換器の加熱効率を上げることができるとともに、煤が付きにくい状態を維持することができるので、熱交換率の低下を長期に亘って防止することができる。
また、ペレットストーブの煙突から無駄に排出されていた熱を利用して熱交換器を加熱するので、ペレットストーブ本来の暖房機能を損なうことなく床面等の暖房機能を同時に両立させることができ、ボイラー等を使用して床暖房等を別個独立に設ける場合に比べて大幅な設備コストダウンを図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、燃焼筐体の内部に燃焼炉を有し、加熱された上記燃焼筐体の放射熱により周囲を暖める暖房装置と、該暖房装置により加熱される熱交換器と、該熱交換器に接続された放熱手段と、上記熱交換器と放熱手段間において熱媒を循環させる循環駆動源を有する暖房システムにおいて、上記暖房装置が、燃料供給手段によりペレット状の固形燃料を供給しながら上記燃焼炉で燃焼させて上記燃焼筐体から排気する構成を有し、上記熱交換器が、上記燃焼筐体の内部における上記燃焼炉の上部近傍に配置され、上記燃焼筐体の内部における上記熱交換器のさらに上部に、上記燃焼筐体の内部へ室内の空気を上記燃焼筐体の内部空間とは遮断された状態で導入するとともに燃焼熱で暖められた空気を上記燃焼筐体の内部空間とは遮断された状態のまま上記燃焼筐体の外部に吐出させる室内空気導入・吐出手段を有していることとしたので、室内温度の急速な立ち上がりと、床暖房等の放熱手段の高い暖房機能を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の暖房システムにおいて、上記熱交換器が、上記熱媒を移動させる熱交換器本体と、該熱交換器本体の上面に一体に又は接触して設けられた集熱部材を有していることとしたので、熱交換器の加熱効率を高めることができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の暖房システムにおいて、上記集熱部材が、金属製で両端が開放された中空状のパイプ材を複数並置した構成を有していることとしたので、熱交換器の加熱効率を一層高めることができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記暖房装置により加熱された上記熱媒の温度が所定値に達した場合、上記燃料供給手段の動作を停止する燃料供給量調整手段を有していることとしたので、沸騰対策用のタンク等を設ける必要がなく、構成の簡易化を図ることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記暖房装置により加熱された上記熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段と、該熱媒温度検出手段からの温度情報に基づいて上記燃料供給手段を制御し燃料供給量を制御する制御手段を有していることとしたので、沸騰対策用のタンク等を設ける必要がなく、構成の簡易化を図ることができる。

請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記燃焼炉に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段を有しているとともに、記燃焼筐体に該燃焼筐体の内部に外部の空気を導入する空気導入口が形成されていることとしたので、簡単な構成で燃焼用空気を取り入れることができ、燃焼用空気供給手段の小型化に寄与でき、ひいては騒音低下に寄与できる。

請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の暖房システムにおいて、上記空気導入口の開口面積を可変に設けられていることとしたので、燃焼用空気供給手段の仕様、ユーザーの使用状況に応じて燃焼効率の最適化を図ることができる。

請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至８のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記固形燃料が、木質系ペレットであることとしたので、燃焼ガスによる環境への有害度を低減できるとともに燃料コストの低減を図ることができる。

請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至８のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記固形燃料が、コーヒー粕又はコーヒー粕を主成分とする原料を圧縮したものであることとしたので、燃焼ガスによる環境への有害度を低減できるとともに、廃棄物のリサイクルによって燃料コストを大幅に低減できる。

請求項１１記載の発明によれば、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記放熱手段が、床面に上記熱媒の流路を配設した構成を有していることとしたので、通常の暖房機能に加えて、燃費の低い床暖房機能を同時に得ることができる。

請求項１２記載の発明によれば、請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、上記放熱手段が、壁面に上記熱媒の流路を配設した構成を有していることとしたので、通常の暖房機能に加えて、燃費の低い壁面房機能を同時に得ることができる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図１３に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態における暖房システムの構成の概要を説明する。暖房システム６０は、暖房装置としてのペレットストーブ１と、該ペレットストーブ１の内部に設けられ、ペレットストーブ１で加熱される熱交換器６１と、熱媒としての不凍液を貯留するシスターンタンク６２と、放熱手段としての床面パネル６３と、熱交換器６１とシスターンタンク６２を結ぶ熱媒流路としてのパイプ往路Ｒ１と、シスターンタンク６２と床面パネル６３を結ぶ熱媒流路としてのパイプ往路Ｒ２と、床面パネル６３と熱交換器６１を結ぶ熱媒流路としてのパイプ復路Ｒ３と、パイプ往路Ｒ１に設けられた燃料供給量調整手段としてのサーモスタット６４と、パイプ往路Ｒ２に設けられ、熱交換器６１と床面パネル６３間において熱媒を循環させる循環駆動源としての循環ポンプ６５を有している。
床面パネル６３は、８枚のパネル本体６３ａと、これらのパネル本体６３ａの下面に折り返し状（蛇行状）に配設された熱媒流路としての放熱パイプ６３ｂを有している。放熱パイプ６３ｂの一端側はパイプ往路Ｒ２に接続され、他端側はパイプ復路Ｒ３に接続されている。
パイプ往路Ｒ１、パイプ往路Ｒ２、パイプ復路Ｒ３、放熱パイプ６３ｂは銅製のパイプ（熱伝導率の高い金属製パイプ）で構成されている。

次に、図２に基づいてペレットストーブ１の全体構成の概要を説明する。ペレットストーブ１は、床面Ｆに載置されるベース２と、該ベース２上に固定されたストーブ本体３と、同じくベース２上に固定され、ストーブ本体３に木質系固形燃料を供給する燃料供給手段としての木質系固形燃料供給装置４を有している。
ベース２は、ストーブ本体３を固定するための固定面２ａと、該固定面よりも低く、木質系固形燃料供給装置４を固定するための固定面２ｂを有する段差状に形成されており、内部には配管用の空間部を有している。符号２ｃは脚部を示す。

ストーブ本体３は、内部に燃焼空間５を有する箱状の鉄板製の燃焼筐体６と、燃焼筐体６の内部へ室内の空気を燃焼空間５とは遮断された状態で導入するとともに燃焼熱で直接加熱され、且つ、暖められた空気を燃焼空間５とは遮断された状態のまま燃焼筐体６の外部に吐出させる室内空気導入・吐出手段７の主要部と、木質系固形燃料としての木質系ペレット８を燃焼させるための燃焼炉９と、該燃焼炉９に入れられた木質系ペレット８に点火するための点火手段としてのセラミック棒ヒータ１０と、燃焼筐体６の底面側の固定面２ａに載置され、燃焼炉９を保持する燃焼炉保持ケース１２と、ベース２の内部空間に配設され、燃焼炉９の下面側から燃焼用空気を送る燃焼用空気供給パイプ１３と、上面が開口した箱状の灰取り出し用トレイ１４と、燃焼筐体６の木質系固形燃料供給装置４側を仕切る鉄板製の断熱壁１５等を有している。

熱交換器６１は、室内空気導入・吐出手段７の下方であって、燃焼炉９の上部近傍に配置されている。ここで「上部近傍」とは、燃焼炉９で生じる燃焼炎に直接包まれ得る位置であり、燃焼炎の煤が付きにくい位置である。
なお、各構成要素は厚みを有しているが、分かり易いように一部のものだけハッチング表示で区別している（他の図において同じ）。
図示しないが、燃焼筐体６の周囲（上・下面及び木質系固形燃料供給装置４側の側面を除く）は、燃焼筐体６に子供等が直接接触して火傷等をしないように、所定の間隔をおいて防護ネットで覆われている。防護ネットの材料としては強度が有り且つ熱伝導性の低い材料が好ましい。

燃焼用空気供給パイプ１３の先端部には灰等の侵入を防止するフィルタ５３が設けられている。燃焼筐体６は上面が開口した箱状になっており、上面は図示しない蓋で略密閉されて外気と遮断されている。蓋はメンテナンス時等に外される。底面は、燃焼用空気供給パイプ１３と対向する穴とセラミック棒ヒータ１０の配線が通る穴があいているだけであり、内部の灰や塵などが外に出ない構造となっている。
燃焼筐体６は鉄板で形成されているが、ステンレスなどの金属やセラミックなどの耐熱性且つ伝熱性を有する材料で形成してもよい（他の鉄板部材において同じ）。本実施形態では燃焼筐体６の放射熱を高めるために、特に、表面積の大きい「しま鋼板」で形成している。

燃焼炉９は、底面側へ向かって径が徐々に小さくなる椀状に形成されており、燃焼炉保持ケース１２の上面に形成された図示しない穴に挿入され、フランジ９ａで係止されて自重で保持されるようになっている。
フランジ９ａの上部には円筒部９ｃが形成されており、該円筒部９ｃの側面からセラミック棒ヒータ１０が挿入されている。
燃焼炉９の底部には燃焼用空気を取り込むための通気孔９ｂ（図３参照）が多数形成されている。燃焼炉９の椀形状により、木質系固形燃料供給装置４から落下・供給された木質系ペレット８は燃焼炉９の中央部に集まり、燃焼用空気供給パイプ１３により下側から供給される燃焼補助空気が燃焼炉９の底部中央で多くなることと相まって、燃焼は燃焼炉９の中央部で最も強くなる。通気孔９ｂはペレットストーブ１を停止したときや点火の時などに燃焼炉９内の灰を下方に落下させる機能も有している。

燃焼炉保持ケース１２は、上面に燃焼炉９の嵌る穴、底面に燃焼用空気供給パイプ１３と対向する穴があいているだけの箱状になっており、内部に落下した灰などが外にでない構造となっている。燃焼炉保持ケース１２は燃焼筐体６の前面側において燃焼炉９を保持したまま出し入れ可能になっている。断熱壁１５の下端側には灰を燃焼炉保持ケース１２の上面に落とすための傾斜板５０が固定されており、該傾斜板５０の下面には垂直なガイド板５１が形成されている。傾斜板５０の先端は灰を燃焼炉保持ケース１２の上面に確実に落とせるように、燃焼炉保持ケース１２の上面に入り込んでいる。燃焼筐体６の図中左側において生じる灰は灰取り出し用トレイ１４に収容される。
燃焼炉保持ケース１２は、灰取り出し用トレイ１４の側面１４ａとガイド板５１とによりガイドされて出し入れができるようになっている。
燃焼筐体６の前側板３０（図３参照）には、燃焼炉９の点火状態等を目視するためのガラス製の覗き窓１６が設けられている。図示しないが、覗き窓１６は、灰や煤で汚れた場合には拭き取ることができるように、ヒンジにより開閉可能になっている。

木質系固形燃料供給装置４は、角筒状をなす供給装置本体１７と、該供給装置本体１７の上部に設けられた燃料収容部としてのホッパ１８と、木質系ペレット８を燃焼筐体６の内部に導くためのパイプ状の燃料搬送路１９と、該燃料搬送路１９内に設けられた搬送部材２０と、該搬送部材２０を回転駆動する燃料供給用の駆動源としてのモータ２１等を有している。
モータ２１は、供給装置本体１７の内面に固定されたブラケット５２に支持されている。
供給装置本体１７の上面には、上方開口部を開閉する蓋２２がヒンジ２３を介して開閉自在に設けられている。木質系固形燃料供給装置４は、ホッパ１８内の木質系ペレット８が燃焼筐体６の放射熱により発火しないように、所定の間隔Ｗ離されて設置されている。上記断熱壁１５と間隔Ｗとによりホッパ１８に対する燃焼筐体６による過熱が良好に防止される。
ホッパ１８内の木質系ペレット８は多少暖まる方が燃焼炉９での着火がスムーズになるが、発火するような過熱を避け、安全性を確保しなければならない。間隔Ｗに断熱材を別途設けてもよい。

ホッパ１８の底部は燃料搬送路１９に連通している。燃料搬送路１９は耐熱性材料（例えばステンレス）で形成されており、略水平に延びてその先端部が燃焼炉９の上部近傍に達するように配置されている。燃料搬送路１９の先端部には、搬送された木質系ペレット８を燃焼炉９内に落下させるための樋状のシュート部１９ａが斜めに形成されている。
燃料搬送路１９の先端部から水平及び垂直方向に距離をおいて燃焼炉９に木質系ペレット８を落下させる方式であるので、燃料搬送路１９内にある供給前の木質系ペレット８への引火を防止することができる。落下方式の場合、燃料搬送路１９の先端部における搬送部材２０に対する木質系ペレット８の抵抗が小さくなるので、駆動源（モータ２１）を小型にでき、且つ省電力化を図れる利点がある。

搬送部材２０は、断面が円形状（楕円形の概念を含む）の金属線材でコイル状（螺旋状）に形成されており、搬送方向後端部のみをモータ２１の回転軸に固定されて支持されている。従って、搬送部材２０は片持ち方式で支持されており、コイル径よりも内径の大きい燃料搬送路１９内で軸方向の振れの自由度と、コイル形状に因る伸縮性の自由度を有している。
この特性により、圧力に対して脆性を有する木質系ペレット８をできるだけ粉砕することなく搬送することができる。
すなわち、コイル間で木質系ペレット８が圧縮されようとしても搬送部材２０の上記自由度により加圧状態がすぐに解消され、木質系ペレット８は破壊に至るほどの圧力は受けない。また、搬送部材２０の断面は円形状であるので、摩擦によって木質系ペレット８を削る作用は生じない。
図４に示すように、燃料搬送路１９は搬送部材２０の外径に対して余裕を持つ内径を有しており、木質系ペレット８は燃料搬送路１９内を満杯状態ではなく上部に隙間を有する状態の量を維持されて搬送される。

図２に示すように、供給装置本体１７の下部には、燃焼用の空気を送るための空気源としての電動ファン（シロッコファン）２４が設けられている。電動ファン２４は供給装置本体１７の下部に形成された図示しない空気取り入れ口から室内の空気を吸引し、送風する。本実施形態では、電動ファン２４を後述する室内空気導入・吐出手段７の空気源としても利用しているため、防塵フィルタ２５を介してクリーンな空気を送風するようになっている。上記燃焼用空気供給パイプ１３と電動ファン２４により燃焼用空気供給手段が構成される。

図３に示すように、室内空気導入・吐出手段７は、室内のクリーンな空気を燃焼筐体６の内部に導入するための空気導入部としての空気導入パイプ２７と、燃焼筐体６の内部において燃焼炉９の上方であって熱交換器６１の上方に配置され、燃焼熱で直接加熱されるとともに空気導入パイプ２７により導入された空気を加熱する被加熱体２８と、該被加熱体２８に対して空気導入パイプ２７と交差する方向の側面に設けられた空気吐出部２９を有している。
空気導入パイプ２７は空気流れの抵抗を少なくするために、直角ではなく緩い角度で配設されている。また、空気導入パイプ２７は断熱壁１５と燃焼筐体６の側面との間に配設されている（図２参照）。

燃焼用空気供給パイプ１３は、電動ファン２４に接続された空気導入パイプ２７から分岐されており、空気導入パイプ２７よりも細径に形成されている。これは燃焼補助のための最適な空気量と室内空気導入・吐出手段７における吐出用の空気量が異なるためである。
空気吐出部２９は、燃焼筐体６の前側板３０から突出し、これにより空気吹き出し口３１が形成されている。空気吹き出し口３１の設定位置及び個数は、燃焼筐体６の４側面において任意に設定できる。
本実施形態では、電動ファン２４によって吸引した室内の空気を強制的に被加熱体２８に導入する構成としたが、空気導入パイプ２７又は空気吐出部２９に独自の送風源又は吸引源を設ける構成としても同様の空気流を得ることができる。

被加熱体２８は、燃焼炉９の燃焼炎熱によって直接加熱され、内部に燃焼筐体６の燃焼空間とは遮断された昇温空間部３２を有するケーシング３３と、昇温空間部３２の遮断状態を維持したままケーシング３３を上下方向に貫通する複数の通気道としての通気パイプ３４を有している。
ケーシング３３は１〜２ｍｍ程度の厚みの鉄板で箱状に形成されており、通気パイプ３４は所定の位置に形成された穴に鉄製のパイプ材を挿入し、溶接等の手段により気密状態で固定することにより形成されている。通気パイプ３４は円筒形に限られないが、円筒形の方が製造が容易である。

空気導入パイプ２７と空気吐出部２９は、ケーシング３３内の昇温空間部３２にシールされて連通している。前側板３０と空気吐出部２９の間もシールされて燃焼筐体６の燃焼空間５とは遮断されている。
空気吐出部２９は前側板３０との間に長さを有しているが、前側板３０に直接接続する構成としてもよい。この場合空気吹き出し口３１自体が空気吐出部２９となる。
空気吹き出し口３１に、上下又は左右方向に風向を変える風向調節羽根を設けてもよい。

空気導入パイプ２７からケーシング３３内に導入された室内のクリーンな空気は、燃焼筐体６内の燃焼ガスとは完全に遮断された状態で昇温空間部３２で暖められるとともに、燃焼ガスが通過することによりより高温となる通気パイプ３４の表面に接触してさらに加熱され、燃焼ガスとの遮断状態を維持されたまま空気吹き出し口３１から吐出される。
図２に示すように、被加熱体２８と燃焼炉９との間隔Ｈは、燃焼熱による被加熱体２８に対する加熱効率が良く、且つ、被加熱体２８が存在することによる燃焼筐体６内の燃焼率の低下を来たさない観点から実験的に求められる値である。

通気パイプ３４は必ずしも設ける必要はないが、設けることにより昇温空間部３２内の空気を短時間に上昇させることができるとともに、燃焼筐体６内における燃焼効率を高めることができる。通気パイプ３４を上部が細径となったテーパ状のパイプにすると燃焼空気が上昇する流れをよくでき、燃焼効率を更に高められる。
通気パイプ３４を通過した燃焼ガス及び被加熱体２８の外を通った燃焼ガスは、燃焼筐体６の上部側面に設けられた排気パイプ３５により、室内の空気とは遮断された状態で屋外に排出される。排気パイプ３５はそれ自体が屋外に排気するための煙突の機能を有してもよく、既に設置されている煙突に接続するためのダクトのみの機能であってもよい。
排気パイプ３５は燃焼筐体６の上面に設けてもよいが、水平方向（横方向）に導くことで燃焼筐体６内の熱の滞留を長引かせることができ、熱の利用効率を高めることができる。

図３に示すように、燃焼炉保持ケース１２は、引き出し方向手前側に燃焼筐体６の前側板３０の一部をなす取手付きの側板１２ａを有する箱状に形成されている。セラミック棒ヒータ１０は、燃焼炉保持ケース１２の円筒部９ｃに引き出し方向奥側から円筒部９ｃに形成された穴９ｄに挿入されるようになっている。
燃焼炉保持ケース１２を手前に引き出すと、セラミック棒ヒータ１０はそのまま燃焼筐体６の内部に残る。灰取り出し用トレイ１４を取り出す場合には、燃焼炉保持ケース１２を引き出した後、その空間から手を差し伸べて矢印Ｒ方向（右方向）にずらしてから手前に引き出す。
灰処理をした後、燃焼炉保持ケース１２を燃焼筐体６に装着する場合、燃焼炉保持ケース１２はガイド板５１と灰取り出し用トレイ１４の側面１４ａとによりガイドされ、穴９ｄとセラミック棒ヒータ１０の位置が合致してセラミック棒ヒータ１０が穴９ｄに挿入される。
穴９ｄとセラミック棒ヒータ１０の位置がずれないように、燃焼炉９は燃焼炉保持ケース１２に対して所定の位置でのみセットできるようになっている。

燃焼炉保持ケース１２の側板１２ａには、燃焼筐体６の内部に外部の空気を導入する空気導入口１２ｂが複数形成されている。燃焼炉９での燃焼により燃焼筐体６の内部では上昇気流が発生し、これに伴って空気導入口１２ｂから外部空気が流入して燃焼を助長する。空気導入口１２ｂを設けることにより電動ファン２４の容量を小さくすることができ、電動ファン２４の騒音を低減することができる。
側板１２ａの内側又は外側に左右又は上下にスライドする板を設け、複数の空気導入口１２ｂのうちの幾つかを任意に開放するようにして流入空気量を調節するようにしてもよい。このようにした場合、電動ファン２４の容量に対応して最適な空気量を取り込むことができる。

セラミック棒ヒータ１０は、図５に示すように、燃焼筐体６の後側板６ｂに固定された灰落とし用の傾斜板５４及び該傾斜板５４に固定されたブラケット５５に支持されている。セラミック棒ヒータ１０は、ヒータ本体５６と、該ヒータ本体５６を保持するホルダ５７を有している。ホルダ５７の先端部は上半部が切り欠かれており、ヒータ本体５６が直接木質系ペレット８を加熱するようになっている。ホルダ５７は耐熱性材料（例えばステンレス材）で形成されている。
傾斜板５４の先端部は燃焼炉保持ケース１２の上面に入り込む長さを有し、灰が燃焼炉保持ケース１２の上面に確実に落とされるようになっている。

図６に示すように、空気導入パイプ２７から導入された空気が通気パイプ３４に少しでも多く接触して熱交換率が高まるように、通気パイプ３４は、列が重ならない交互配置パターンを有している。これにより昇温空間部３２では乱流となり、導入された室内空気の熱交換率が高められる。
本実施形態におけるケーシング３３の大きさは、上下面が１辺ｄ（約４０ｃｍ）の略正方形で、高さが約１５ｃｍである。各通気道３４の径ｄ１は約８ｍｍである。

図７に示すように、ペレットストーブ１は制御手段３６により制御される。制御手段３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を有するマイクロコンピュータであり、タイマー３７や操作パネル３８からの信号が入力され、モータ２１、ファン２４、セラミック棒ヒータ１０等を制御する。
操作パネル３８には、点火スイッチ（開始スイッチ）３９や停止スイッチ４０、強弱切替スイッチ等が設けられている。
操作パネル３８や制御手段３６等の電気系統（運転中表示ランプ等を含む）は熱による影響を回避するために木質系固形燃料供給装置４側に設けられている。

次に、本実施形態における暖房システム６０の使用動作を説明する。
点火スイッチ３９が押されると、制御手段３６はモータ２１、ファン２４を動作させるとともに、セラミック棒ヒータ１０に通電する。モータ２１の回転により搬送部材２０が回転し、木質系ペレット８が燃焼炉９に供給される。同時にファン２４の回転によって燃焼用空気供給パイプ１３から空気が供給され、セラミック棒ヒータ１０の点灯により点火可能な状態となる。

制御手段３６はタイマー３７を制御して、点火スイッチ３９がオンしてから確実に燃焼する時間（例えば２〜４分）経過したらセラミック棒ヒータ１０への通電を停止する。ここでの時間（２〜４分）は木質系ペレット８の燃焼が確実に始まる時間であり、実験的に求められる値である。
木質系ペレット８の燃焼が始まった後、ファン２４はオン状態を維持され、燃焼用空気は常時供給される。モータ２１はオン・オフ制御され、オン時間のみ木質系ペレット８が燃焼炉９に供給される。本実施形態では１〜６秒間オンされた後、約４０秒オフされる。この制御はタイマー３７を介して行われる。上記オン・オフ時間は燃料の過不足供給を来たさないようにするために、実験的に求められる値である。
上記オン時間は火力の強弱（燃料供給量の大小）と関係し、図示しない切り替えスイッチやボリュームスイッチで火力の強弱を調整できるようになっている。

木質系ペレット８の燃焼により、熱交換器６１、被加熱体２８及び燃焼筐体６が加熱される。被加熱体２８は燃焼筐体６よりも熱容量が小さく且つ燃焼筐体６とは独立して加熱されるので、燃焼筐体６に比べて急激に昇温し、空気吹き出し口３１から暖められたクリーンな空気が短時間で吐出される。
その後、燃焼筐体６の加熱も進行し、その放射熱によっても室内が暖められる。すなわち、本実施形態におけるペレットストーブ１では、点火してすぐに空気吹き出し口３１からの暖かい空気の吐出により室内が暖められるとともに、この温風による暖房が継続する上、燃焼筐体６の放射熱による暖房機能が徐々に得られる。

熱交換器６１も、燃焼筐体６よりも熱容量が小さく且つ燃焼筐体６とは独立して加熱される。熱交換器６１は燃焼炎に直接包まれ、煤が生じない加熱効率の高い位置で加熱される。
熱交換器６１の加熱により内部の熱媒が加熱される。図１に示すように、加熱された熱媒はパイプ往路Ｒ１を通ってシスターンタンク６２に溜められ、循環ポンプ６５によりパイプ往路Ｒ２へ導かれる。そして床面パネル６３の放熱パイプ６３ｂに導入され、パネル本体６３ａに熱を与えながらパイプ復路Ｒ３を通って熱交換器６１に戻される。
熱交換器６１及び熱交換器６１による床面パネル６３の放熱機能（床暖房機能）については後で詳細に述べる。

停止スイッチ４０を押すと、モータ２１が停止され、木質系ペレット８の燃焼炉９への供給が止められる。制御手段３６はモータ２１を停止した後、タイマー３７の制御により５〜１０分経過後にファン２４を停止させる。この時間は、燃焼炉９内の木質系ペレット８を完全に燃焼させるとともに、燃焼後の灰を空気流によって燃焼炉９から吹き飛ばすための時間であり、実験的に求められる値である。
本実施形態ではマイクロコンピュータによる制御としたが、単にタイマーを使った簡単なシーケンス制御としてもよい。

上述したように、使用後の灰の処理・清掃は、まず燃焼炉保持ケース１２を引き出した後、灰取り出し用トレイ１４を引き出すことにより行うことができる。
図１において燃焼筐体６の右側に生じた灰は傾斜板５０により燃焼炉保持ケース１２の上面に集められ、燃焼筐体６の奥側に生じた灰は傾斜板５４により集められる。燃焼筐体６の手前側で生じた灰は燃焼炉保持ケース１２の上面に直接落ち、燃焼筐体６の左側で生じた灰は灰取り出し用トレイ１４に収容される。
従って、燃焼炉保持ケース１２と灰取り出し用トレイ１４を取り出すことにより燃焼筐体６内で発生した灰を効率的に除去することができる。
また、燃焼炉保持ケース１２の引き出しにより燃焼炉９を同時に引き出すことができ、且つ、燃焼炉９は燃焼炉保持ケース１２に載せてあるだけであるので、燃焼炉９自体の取り出し・清掃も容易となる。

上述のように、本実施形態では、燃焼用空気と、早期暖気形成用の室内空気を１つのファン２４で送るようにしているので、送風源又は吸引源を個別に設ける方式に比べて構成の簡易化、低コスト化を図ることができる。
本実施形態では、昇温空間部３２及び通気パイプ３４を有する被加熱体２８を設ける構成としたが、単にパイプを燃焼筐体６の内部に導入し、これを外部に導く構成としてもよい。

熱交換器６１は、図８に示すように、水平面内において銅製のパイプを折り返し配設し、パイプ往路Ｒ１に接続される熱媒出口部６５ａと、パイプ復路Ｒ３に接続される熱媒入り口部６５ｂが略垂直に配設された熱交換器本体６５と、該熱交換器本体６５の上面に一体に又は接触して設けられた集熱部材６６を有している。
集熱部材６６は、熱交換器本体６５の銅製パイプに溶接等により固定された銅製の複数の垂直板６７と、これらの垂直板６７に貫通して保持され、熱交換器本体６５の銅製パイプに交差する方向（直交する方向）に配設された銅製の複数のパイプ材６８を有している。

パイプ材６８は、両端が開放された断面円形の中空パイプである。集熱部材６６は熱交換器本体６５の加熱効率を高めるために設けられている。熱交換器本体６５の空間部を抜ける燃焼炎により垂直板６７及びパイプ材６８が直接加熱され、この熱は熱交換器本体６５に伝導する。
パイプ材６８は中空で両端が開放されているので、パイプ材６８の中を熱流が移動し、加熱効率がさらに高められる。
集熱部材６６としては、熱交換器本体６５のパイプ表面に多数のフィンを設けて表面積を拡大する構成としてもよいが、この場合、煤が付着した場合の除去作業が面倒となる。
上述のように、熱交換器６１は燃焼炉９の上部近傍（完全燃焼領域）に配置されているので、燃焼炎による煤が付きにくく（断熱層が形成されにくく）、長期的に加熱効率の変動が生じない。

以下、図９乃至図１３に基づいて、暖房システム６０における床暖房機能の実験結果を説明する。
図９及び図１０は、モデルハウスに暖房システム６０を設置した概要平面図及び概要側面図である。図中の各寸法数値の単位はｍｍである。
符号ＣＰ１〜１０は、それぞれ温度測定位置（チェックポイント）を示しており、各チェックポイントには図示しないサーミスタが配置されている。
ＣＰ１は煙突の上部位置、ＣＰ２はペレットストーブ１の近傍の位置、ＣＰ３はパイプ往路Ｒ１の位置、ＣＰ４はパイプ復路Ｒ３の位置、ＣＰ５はペレットストーブ１から離れた床面位置、ＣＰ６〜１０は、ＣＰ５から所定距離離れた位置での床面パネル６３から上方向に間隔をおいたそれぞれの位置である。

上記各チェックポイントにおいて、冬季における日の夜の９時（２１時）から翌朝の１０時までの間（１３時間）連続して６０秒毎に温度を検知した。その結果を時間的に一部省略して図１１に示す。
図１１において、縦軸は温度（単位：°Ｃ）を、横軸は時間（単位：時）を示している。熱媒の上限温度は７０°Ｃに設定され、この所定の温度を超えるとサーモスタット６４が作動して木質系固形燃料供給装置４のモータ２１への通電を遮断し、木質系ペレット８の供給が停止される条件となっている。上述のように、木質系ペレット８は石油等の液体燃料に比べてカロリーが低いいため、燃料制御の応答性が良く、燃料供給のオン・オフ（モータ２１のオン・オフ）により素早く温度調整を行うことができる。
実際に運転したところ、夜９時の着火から約３０分だけ強燃焼（ペレット消費量大）で、以後は翌朝までの約１２時間は弱燃焼（最低量のペレット消費量）であった。
図１１に示すように、ペレットストーブ１の近傍の温度はスイッチオンから急速に立ち上がる。これは、輻射熱方式だけでなく室内空気導入・吐出手段７を有する構成によるものである。

ペレットストーブ１の近傍の温度は、点火から約１５分経過後は、８０°Ｃ前後で安定に推移している。床面上（ＣＰ５）の温度は３０度前後で一定し、高さ方向においては、ＣＰ６、７、８、９、１０のいずれにおいても差がなく、２０°Ｃ前後で安定し、外気温との差がほぼ一定している。これは石油ファンヒータ等のように強制的に温風を室内の下側から排出しないので、床面パネル６３上の空間での対流が生じないからである。
このことは、寒い夜でも少ないペレットで長時間の暖房が安定してできることを意味する。すなわち、着火から僅かの時間だけ強燃焼とし、その後は弱燃焼としても冬季において快適な空間を得ることができるとともに、燃料コストの低減を実現できる。熱媒の温度は５０°Ｃ〜６０°Ｃ程度でも良好な床暖房ができることが実験により確認された。
図１２は、温度での分解能を上げて示したＣＰ６、７、８、９、１０のグラフである。図１３は、ＣＰ２、３、４、５の関係のみを表示したグラフである。

上記実施形態では、熱媒の温度上限をサーモスタット６４で制限する構成としたが、図７に示すように、例えば熱媒温度検出手段としてのサーミスタ７０をシスターンタンク６２の中に設け、サーミスタ７０からの温度情報に基づいて制御手段３６が木質系固形燃料供給装置４のモータ２１への通電を遮断し、燃料供給量を制御するようにしてもよい（第２の実施形態）。
固形燃料としては、木質系ペレットの他に、焙煎・粉砕したコーヒー豆を熱水抽出した残渣であるコーヒー粕又はコーヒー粕を主成分とする原料を加熱・加圧したペレットを用いることができる（第３の実施形態）。
また、第１の実施形態では、床暖房としての構成を例示したが、放熱手段を、床面と異なる側面や天井等の壁面に熱媒の流路を配設した構成としても同様の暖房機能を得ることができる（第４の実施形態）。
また、第１の実施形態では、室内空気導入・吐出手段を設ける構成としたが、従来の輻射方式のみとしても良好な床暖房機能を得ることができる（第５の実施形態）。熱媒も不凍液の他に水を用いてもよい。

本発明の第１の実施形態における暖房システムの概要構成図である。 暖房装置としてのペレットストーブの概要正面図である。 ペレットストーブの要部斜視図である。 燃料搬送路における木質系ペレットの搬送状態を示す要部断面図である。 セラミック棒ヒータの取付構造を示す要部断面図である。 被加熱体における通気パイプの配置パターンを示す概要平面図である。 制御ブロック図である。 熱交換器の斜視図である。 温度測定実験を行ったモデルハウスの概要平面図である。 温度測定実験を行ったモデルハウスの概要側面図である。 全体の温度測定結果を示すグラフである。 床面の上下方向における各測定位置での温度測定結果を示すグラフである。 ストーブ位置と、熱媒の往路位置と、熱媒の復路位置と、床面位置での温度測定結果を示すグラフである。

符号の説明

４ 燃料供給手段としての木質系固形燃料供給装置
６ 燃焼筐体
７ 室内空気導入・吐出手段
８ 固形燃料としての木質系ペレット
９ 燃焼炉
１２ｂ 空気導入口
３６ 制御手段
６３ 放熱手段
６３ａ 床面としてのパネル本体
６３ｂ 熱媒の流路としての放熱パイプ
６４ 燃料供給量調整手段としてのサーモスタット
６５ 循環駆動源としての循環ポンプ
６６ 集熱部材
６８ パイプ材
７０ 熱媒温度検出手段としてのサーミスタ

Claims (12)

1. 燃焼筐体の内部に燃焼炉を有し、加熱された上記燃焼筐体の放射熱により周囲を暖める暖房装置と、該暖房装置により加熱される熱交換器と、該熱交換器に接続された放熱手段と、上記熱交換器と放熱手段間において熱媒を循環させる循環駆動源を有する暖房システムにおいて、
   上記暖房装置が、燃料供給手段によりペレット状の固形燃料を供給しながら上記燃焼炉で燃焼させて上記燃焼筐体から排気する構成を有し、上記熱交換器が、上記燃焼筐体の内部における上記燃焼炉の上部近傍に配置されていることを特徴とする暖房システム。
2. 燃焼筐体の内部に燃焼炉を有し、加熱された上記燃焼筐体の放射熱により周囲を暖める暖房装置と、該暖房装置により加熱される熱交換器と、該熱交換器に接続された放熱手段と、上記熱交換器と放熱手段間において熱媒を循環させる循環駆動源を有する暖房システムにおいて、
   上記暖房装置が、燃料供給手段によりペレット状の固形燃料を供給しながら上記燃焼炉で燃焼させて上記燃焼筐体から排気する構成を有し、上記熱交換器が、上記燃焼筐体の内部における上記燃焼炉の上部近傍に配置され、上記燃焼筐体の内部における上記熱交換器のさらに上部に、上記燃焼筐体の内部へ室内の空気を上記燃焼筐体の内部空間とは遮断された状態で導入するとともに燃焼熱で暖められた空気を上記燃焼筐体の内部空間とは遮断された状態のまま上記燃焼筐体の外部に吐出させる室内空気導入・吐出手段を有していることを特徴とする暖房システム。
3. 請求項１又は２記載の暖房システムにおいて、
   上記熱交換器が、上記熱媒を移動させる熱交換器本体と、該熱交換器本体の上面に一体に又は接触して設けられた集熱部材を有していることを特徴とする暖房システム。
4. 請求項３記載の暖房システムにおいて、
   上記集熱部材が、金属製で両端が開放された中空状のパイプ材を複数並置した構成を有していることを特徴とする暖房システム。
5. 請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
   上記暖房装置により加熱された上記熱媒の温度が所定値に達した場合、上記燃料供給手段の動作を停止する燃料供給量調整手段を有していることを特徴とする暖房システム。
6. 請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
   上記暖房装置により加熱された上記熱媒の温度を検出する熱媒温度検出手段と、該熱媒温度検出手段からの温度情報に基づいて上記燃料供給手段を制御し燃料供給量を制御する制御手段を有していることを特徴とする暖房システム。
7. 請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
   上記燃焼炉に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段を有しているとともに、
   上記燃焼筐体に該燃焼筐体の内部に外部の空気を導入する空気導入口が形成されていることを特徴とする暖房システム。
8. 請求項７記載の暖房システムにおいて、
   上記空気導入口の開口面積を可変に設けられていることを特徴とする暖房システム。
9. 請求項１乃至８のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
   上記固形燃料が、木質系ペレットであることを特徴とする暖房システム。
10. 請求項１乃至８のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
    上記固形燃料が、コーヒー粕又はコーヒー粕を主成分とする原料を圧縮したものであることを特徴とする暖房システム。
11. 請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
    上記放熱手段が、床面に上記熱媒の流路を配設した構成を有していることを特徴とする暖房システム。
12. 請求項１乃至１０のうちの何れか１つに記載の暖房システムにおいて、
    上記放熱手段が、壁面に上記熱媒の流路を配設した構成を有していることを特徴とする暖房システム。
    

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