JP2008267709A - 木質ペレット燃焼器及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でクリンカーの発生を抑制することができる。
【解決手段】ペレットストーブ１０では、制御装置３８がロストル３２への燃料供給量と空気供給量のバランスを周期的に変化させることで、ロストル３２の上面側を一定時間おきに空気過剰状態にする。これにより、ロストル３２の上面側でクリンカーになりかけていた木質ペレット１４の燃焼残渣が燃焼を促進されて灰になる。
【選択図】図４

Description

本発明は、木質ペレット燃焼器及びその運転方法に関する。

従来の木質燃料暖房装置（例えば、特許文献１参照）では、木質固形燃料（木質ペレット）に使用されている樹皮成分の含有率を判断し、その燃焼に最適な燃料供給量及び空気供給量に調節することで、クリンカー（灰やすすなどの燃焼残渣が固まったもの）の発生を抑制するようにしている。

しかしながら、上述の木質燃料暖房装置では、木質固形燃料表面の光学特性を測定するための光学特性測定装置を必要とするため、装置の全体構成が複雑になっている。

一方、木質ペレットを燃焼させる燃焼皿に取り付けた羽根を回転させることで、燃焼皿にこびりついたクリンカーを粉砕するようにしたペレットストーブが考案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上述のペレットストーブにおいても、羽根を回転させるためのモータが必要であるため、装置の全体構成が複雑になっている。
特開２００５−２５７１２１号公報 特開２００５−２０１５７５号公報

本発明は上記事実を考慮し、簡単な構成でクリンカーの発生を抑制することができる木質ペレット燃焼器及びその運転方法を得ることが目的である。

請求項１に記載の発明に係る木質ペレット燃焼器は、木質ペレットを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部へ木質ペレットを供給する燃料供給装置と、前記燃焼部へ空気を供給する送風機と、前記燃料供給装置及び前記送風機の少なくとも一方の作動を制御して、前記燃焼部を周期的に空気過剰状態にする制御装置と、を有することを特徴としている。

なお、請求項１に記載の「空気過剰状態」は、燃焼部に供給された木質ペレットを最適に燃焼させるために必要な空気量よりも多量の空気が燃焼部に供給されている状態をいう。この点は以下に説明する請求項４においても同様である。

また、請求項１に記載の「周期的に空気過剰状態にする」は、一定時間おきに空気過剰状態にする場合の他、空気過剰状態にする時間及び空気過剰状態にしない時間の少なくとも一方が一定でない（周期的に変化する）場合も含む。この点は以下に説明する請求項４においても同様である。

請求項１に記載の木質ペレット燃焼器では、燃料供給装置及び送風機の少なくとも一方の作動を制御する制御装置が、燃焼部を周期的に空気過剰状態にする。これにより、燃焼部での木質ペレットの燃焼が周期的に促進されるので、燃焼部でクリンカーになりかけていた燃焼残渣を灰にすることができる。したがって、簡単な構成でクリンカーの発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明に係る木質ペレット燃焼器は、請求項１に記載の木質ペレット燃焼器において、前記制御装置は、前記送風機による前記燃焼部への空気供給量を増加させることで前記空気過剰状態にすることを特徴としている。

請求項２に記載の木質ペレット燃焼器では、制御装置が送風機による燃焼部への空気供給量を周期的に増加させることで、燃焼部が周期的に空気過剰状態になる。これにより、燃焼部での木質ペレットの燃焼が周期的に促進されるので、燃焼部でクリンカーになりかけていた燃焼残渣を灰にすることができる。

請求項３に記載の発明に係る木質ペレット燃焼器は、請求項１又は請求項２に記載の木質ペレット燃焼器において、前記制御装置は、前記燃料供給装置による前記燃焼部への木質ペレット供給量を減少させることで前記空気過剰状態にすることを特徴としている。

請求項３に記載の木質ペレット燃焼器では、制御装置が燃料供給装置による燃焼部への木質ペレットの供給量を周期的に減少させることで、燃焼部が周期的に空気過剰状態になる。これにより、燃焼部での木質ペレットの燃焼が周期的に促進されるので、燃焼部でクリンカーになりかけていた燃焼残渣を灰にすることができる。

請求項４に記載の発明に係る木質ペレット燃焼器の運転方法では、木質ペレットを燃焼させる燃焼部と、前記燃焼部へ木質ペレットを供給する燃料供給装置と、前記燃焼部へ空気を供給する送風機と、を備えた木質ペレット燃焼器の運転方法であって、前記燃料供給装置及び前記送風機の少なくとも一方の作動を制御して、前記燃焼部を周期的に空気過剰状態にすることを特徴としている。

請求項４に記載の木質ペレット燃焼器の運転方法では、燃料供給装置及び送風機の少なくとも一方の作動を制御して、燃焼部を周期的に空気過剰状態にする。これにより、燃焼部での木質ペレットの燃焼が周期的に促進されるので、燃焼部でクリンカーになりかけていた燃焼残渣を灰にすることができる。したがって、簡単な構成でクリンカーの発生を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係る木質ペレット燃焼器及びその運転方法では、簡単な構成でクリンカーの発生を抑制することができる。

図１には、本発明の実施形態に係る木質ペレット燃焼器としてのペレットストーブ１０の構成が側断面図にて示されている。また、図２には、図１の２−２線断面図が示されている。

ペレットストーブ１０は、筐体１２を備えている。筐体１２の内部には、燃料タンクとされるホッパ１６が配設されている。このホッパ１６の内部には、間伐材を粉砕圧縮加工して作った木質固形燃料である木質ペレット１４が貯蔵されている。なお、本実施形態では、木質ペレット１４は、例えば、円柱状に加工成形されており、直径が４ミリ乃至５ミリ程度、長さが５ミリ乃至６ミリ程度とされている。

ホッパ１６の下方には、燃料供給装置１８（燃料搬送装置）が設けられている。燃料供給装置１８は、上下２段の段違いに配置された上スクリュー２０と下スクリュー２２とを有している。この上スクリュー２０と下スクリュー２２とは、モータ２４の動力によって回転するようになっている。このモータ２４は、ペレットストーブ１０に配設された図示しない配線を介して制御装置３８に接続されている。

また、ホッパ１６の下部には、燃料降下口２６が形成されており、ホッパ１６内に投入された木質ペレット１４は、この燃料降下口２６から上スクリュー２０によってかき出され、シュート２８へ搬送されて落下する。シュート２８から落下した木質ペレット１４は、燃料供給装置１８の下段に配された下スクリュー２２によって、燃焼室３０側へ押し出される。燃焼室３０には、燃焼部を構成する燃焼棚としての平板状のロストル３２が配置されており、燃焼室３０側へ押し出された木質ペレット１４は、ロストル３２の上面に供給される（図１の矢印Ａ参照）。

図３に示されるように、ロストル３２の下方には、棒状の点火ヒータ３４が設けられている。点火ヒータ３４は、所謂「セラミックヒータ」であり、ロストル３２の板面に対して所定角度傾斜した状態で配置されている。この点火ヒータ３４は、ロストル３２の下面にネジにより固定されたステー３５、及びナット３７によってロストル３２に下面に固定されている。

点火ヒータ３４の先端部は、ロストル３２に形成された貫通孔３６に挿通されて、ロストル３２の上面から所定量突出している。このため、上述の如くロストル３２の上面に木質ペレット１４が供給されると、点火ヒータ３４の先端部が、木質ペレット１４によって覆われるようになっている。この点火ヒータ３４は、ペレットストーブ１０に配設された図示しない配線を介して制御装置３８に接続されている。

一方、ロストル３２には、複数の通気孔４０が形成されており、燃料供給装置１８の下方に設置された送風機４２から、図１の矢印Ｂ方向へ進行し、空気取入室４４に送気された空気（１次空気）が、通気孔４０を通過してロストル３２の上側へ供給（送風）されるようになっている。この送風機４２は、ペレットストーブ１０に配設された図示しない配線を介して制御装置３８に接続されている。

また、送風機４２から送気された空気は、空気通路４６にも流入し（図１の矢印Ｃ参照）、仕切板４８に形成された空気墳孔５０から燃焼室３０内へ噴出される（２次空気）。さらに、空気通路４６に流入した空気は、燃料供給装置１８側へ分岐した空気戻通路５２へも流入し、燃料供給装置１８のシュート２８上方から噴出されるようになっている。

ここで、本ペレットストーブ１０では、上述した燃料供給装置１８のモータ２４、点火ヒータ３４及び送風機４２は、前記制御装置３８によって集中制御される構成になっている。制御装置３８は、ＣＰＵ及びドライバを含んで構成されており、ペレットストーブ１０に搭載された図示しない電源スイッチが「ＯＮ」にされると、燃料供給装置１８のモータ２４及び送風機４２を作動させると共に、点火ヒータ３４に所定時間だけ通電するようになっている。

通電により点火ヒータ３４が発熱すると、点火ヒータ３４の先端部を覆っている木質ペレット１４が加熱されて点火する。このとき、上述したように送風機４２から空気取入室４４へ送気された１次空気（図１の矢印Ｂ参照）が、ロストル３２の通気孔４０を通過して燃焼室３０へ通風され、ロストル３２の上面に供給（搬送）された木質ペレット１４を燃焼させるようになっている。ロストル３２上面の木質ペレット１４が燃焼しているときには、ホッパ１６内の木質ペレット１４が、燃料供給装置１８の上スクリュー２０及び下スクリュー２２によって順次ロストル３２上に補充され燃焼する。

ロストル３２の燃料供給装置１８とは反対側には、灰受皿大５８が配設されており、燃焼された木質ペレット１４の燃えカス（灰）は、上スクリュー２０及び下スクリュー２２によって新たにロストル３２上に補充される木質ペレット１４によって押し出され、灰受皿大５８内に落下する。

なお、木質ペレット１４は、燃え尽きても粉末状にはならず、原形を少し残した形で灰になるので、ロストル３２の通気孔４０から落下する灰は僅かであるが、ロストル３２下方の空気取入室４４には灰受皿小６０が配設されており、ロストル３２の通気孔４０から空気取入室４４内に落下した木質ペレット１４の灰は、灰受皿小６０内に落下するようになっている。

一方、木質ペレット１４の燃焼により燃焼室３０内に乾溜可燃性ガスが充満し、木質ペレット１４の燃焼を阻害することがあるが、送風機４２から送気され、仕切板４８の空気墳孔５０から燃焼室３０内へ噴出される前述した２次空気により、前記乾溜可燃性ガスの燃焼が促進されるようになっている。

なお、送風機４２から送気され、空気通路４６及び空気戻通路５２を通って燃料供給装置１８のシュート２８上方から噴出される空気は、燃焼室３０内に発生した排気ガスが、燃料供給装置１８側へ逆流することを防止する。

また、燃焼室３０の上方において、筐体１２の上面には筒状の煙道６２が設けられており、この煙道６２の下方の燃焼室３０内部には、バッフルプレート６４が、燃焼室３０の壁面に固定されている。バッフルプレート６４には、複数の通気孔６６が形成されており、上記木質ペレット１４の燃焼により燃焼室３０内に発生した排気ガスは、このバッフルプレート６４の通気孔６６及び煙道６２の筒内を通過して、煙道６２に接続された図示しない排気管からペレットストーブ１０の外部に排出される構成である（図１の矢印Ｄ参照）。

一方、空気通路４６とホッパ１６との間において、仕切板５４には燃焼室３０内の温度を検出するサーモスタット５６が固定されている。このサーモスタット５６は、ペレットストーブ１０に配設された図示しない配線を介して制御装置３８に接続されている。制御装置３８は、サーモスタット５６の検出結果に基づいて燃焼室３０の温度を検知すると共に、当該検知結果に基づいて燃料供給装置１８及び送風機４２の作動を制御するようになっている。

また、制御装置３８は、ペレットストーブ１０に搭載された図示しない温度調節スイッチの操作状態（例えば、弱、中、強の何れかが選択された状態）に応じて、燃料供給装置１８によるロストル３２への木質ペレット１４の供給量（以下、燃料供給量という）を増減させると共に、この燃料供給量に応じて、送風機４２によるロストル３２への１次空気（燃焼用空気）の供給量を増減させる。これにより、制御装置３８は、通常運転時においては、ロストル３２の上面に供給した木質ペレット１４を燃焼させるために最適な量の空気を、ロストル３２の上面側へ供給するようになっている。

さらに、この制御装置３８は、上述の如き通常運転時には、ロストル３２への燃料供給量と空気供給量のバランスを周期的に変化させることで、ロストル３２の上面側を周期的に空気過剰状態（ロストル３２の上面に供給された木質ペレット１４を最適に燃焼させるために必要な空気量よりも多量の空気がロストル３２の上面側に供給されている状態）にするようになっている。

なお、制御装置３８には、ペレットストーブ１０に搭載された図示しない周期設定ダイヤルが電気的に接続されており、この周期設定ダイヤルを操作することで、上述の周期（以下、設定時間１という）を任意に変更できるようになっている。また、制御装置３８には、ペレットストーブ１０に搭載された図示しない動作時間設定ダイヤルが電気的に接続されており、この動作時間設定ダイヤルを操作することで、上記空気過剰状態の継続時間（以下、設定時間２という）を任意に変更できるようになっている。

次に、図４に示されるフローチャートに従って本実施形態の作用について説明する。

上記構成のペレットストーブ１０では、制御装置３８は、ペレットストーブ１０に搭載された図示しない電源スイッチが「ＯＮ」に操作されると、通常運転を開始する（ステップ１００）。このステップ１００では、制御装置３８は、ロストル３２上面の木質ペレット１４を点火ヒータ３４によって点火すると共に、燃料供給装置１８及び送風機４２の作動を制御して、木質ペレット１４を最適な状態で燃焼させる。このステップ１００での処理が終了すると、ステップ１０２に移行する。

ステップ１０２では、制御装置３８は、通常運転を開始してから所定の設定時間１（例えば、２時間）が経過したか否かを判断する。このステップ１０２での判断が否定された場合には、制御装置３８は、ステップ１００に戻って通常運転を続行する。

一方、ステップ１０２での判断が肯定された場合には、ステップ１０４に移行する。ステップ１０４では、制御装置３８は、送風機４２によるロストル３２への空気供給量を増加させると共に、燃料供給装置１８によるロストル３２への燃料供給量を減少させる。このため、ロストル３２の上面側が空気過剰状態になり、木質ペレット１４の燃焼が促進される。なお、この場合、制御装置３８は、空気供給量過剰によって木質ペレット１４が立ち消えしないように、送風機４２の風量を調節する。このステップ１０４での処理が終了すると、ステップ１０６に移行する。

ステップ１０６では、制御装置３８は、ステップ１０４での処理を開始してから所定の設定時間２（例えば、２０分〜３０分）が経過したか否かを判断する。このステップ１０６での判断が否定された場合には、制御装置３８は、ステップ１０４に戻って前記空気過剰状態を持続させる。

一方、ステップ１０６での判断が肯定された場合には、制御装置３８は、ステップ１００に戻って上述した如き処理を繰り返す。

このように、本ペレットストーブ１０では、制御装置３８が一定時間おきにロストル３２（燃焼部）の上面側を空気過剰状態にして木質ペレット１４の燃焼を促進させる。このため、ロストル３２の上面にクリンカーが発生することが抑制される。

すなわち、長時間の木質ペレット１４の燃焼によってロストル３２上面の灰の量が多くなると、灰に含まれる酸化ケイ素成分がクリンカーと呼ばれるガラス状物質に変質することがある。特に樹木の皮部を用いた木質ペレット１４は、樹木の芯部を用いた木質ペレット１４に比べて灰成分を多く含むため、燃焼させた場合の灰の生成量が多くなり、クリンカーの発生量も多くなる。このようなクリンカーは、ロストル３２上の灰の堆積を誘発すると共に、通気孔４０を塞ぐことで燃焼用空気の供給を妨げることがあり、長時間の安定燃焼が困難になってしまう。

この点、本ペレットストーブ１０では、上述の如くロストル３２の上面側が一定時間おきに空気過剰状態とされるので、ロストル３２の上面でクリンカーになりかけていた木質ペレット１４の燃焼残渣が燃焼を促進されて灰になる。したがって、クリンカーの発生を抑制できると共に、仮にクリンカーが発生した場合でも、このクリンカーが肥大化することを防止できる。

しかも、このペレットストーブ１０では、制御装置３８がロストル３２の上面側を空気過剰状態にする際には、ロストル３２への空気供給量（送風量）が増加される。このため、ロストル３２上面の灰が吹き飛ばされるので、ロストル３２の上面に灰が滞留することが抑制される。したがって、これによってもクリンカーの発生を抑制できると共に、ロストル３２の上面が清掃されることによって木質ペレット１４の燃焼状態を安定させることができる。

さらに、このペレットストーブ１０では、制御装置３８がロストル３２の上面側を空気過剰状態にする際には、ロストル３２への燃料供給量が減少される。このため、木質ペレット１４が燃焼を促進されることで、燃焼部の温度（燃焼室３０の温度）が高くなりすぎることを抑制できる。

以上説明したように、本実施形態に係るペレットストーブ１０では、ロストル３２の上面側を周期的に空気過剰状態にするだけのシンプルな制御方法（運転方法）で、クリンカーの発生を抑制する。このため、簡単で安価な構成でクリンカーの発生を抑制することができると共に、装置の全体構成が大型化することがない。

なお、上述したように、樹木の皮部を用いた木質ペレット１４は、灰の生成量（クリンカーの発生量）が多くなるため、ステップ１０６における設定時間２を長め（例えば３０分程度）に設定することが好ましい。また、樹木の芯部を用いた木質ペレット１４は、灰の生成量が少ないため、ステップ１０６における設定時間２を短め（例えば２０分程度）に設定することが好ましい。

また、上記実施形態では、ステップ１０４において、空気供給量の増加と燃料供給量の減少との両方が実施される構成にしたが、本発明はこれに限らず、ステップ１０４において、空気供給量の増加と燃料供給量の減少のうち何れか一方だけが実施される構成にしてもよい。

さらに、上記実施形態では、燃焼部としてのロストル３２が平板状に形成された構成にしたが、本発明はこれに限らず、燃焼部の形状は適宜設定変更することができるものであり、例えば燃焼部が皿状に形成された構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、木質ペレットを燃料とするペレットストーブに対して本発明が適用された場合について説明したが、本発明は、木質ペレットを燃料とするボイラー等に対しても適用することができる。

本発明の実施形態に係るペレットストーブの構成を示す側断面図である。 図１の２−２線断面図である。 図１の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るペレットストーブを構成する制御装置の制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ペレットストーブ（木質ペレット燃焼器）
１８ 燃料供給装置
３２ ロストル（燃焼部）
４２ 送風機

Claims (4)

1. 木質ペレットを燃焼させる燃焼部と、
   前記燃焼部へ木質ペレットを供給する燃料供給装置と、
   前記燃焼部へ空気を供給する送風機と、
   前記燃料供給装置及び前記送風機の少なくとも一方の作動を制御して、前記燃焼部を周期的に空気過剰状態にする制御装置と、
   を有する木質ペレット燃焼器。
2. 前記制御装置は、前記送風機による前記燃焼部への空気供給量を増加させることで前記空気過剰状態にすることを特徴とする請求項１に記載の木質ペレット燃焼器。
3. 前記制御装置は、前記燃料供給装置による前記燃焼部への木質ペレット供給量を減少させることで前記空気過剰状態にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木質ペレット燃焼器。
4. 木質ペレットを燃焼させる燃焼部と、
   前記燃焼部へ木質ペレットを供給する燃料供給装置と、
   前記燃焼部へ空気を供給する送風機と、
   を備えた木質ペレット燃焼器の運転方法であって、
   前記燃料供給装置及び前記送風機の少なくとも一方の作動を制御して、前記燃焼部を周期的に空気過剰状態にすることを特徴とする木質ペレット燃焼器の運転方法。

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