JP2009041789A - 木質ペレット燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室に供給される空気流の静圧を検知することができると共に、装置の製造コストが増加することを抑制できる。
【解決手段】本ペレットストーブでは、排風機８４のモータ９２が作動すると、燃焼室の給気管から燃焼室内に流入して燃焼室の排気管８２から排気される空気流Ｆが発生する。ここで、例えば、燃焼室の扉が開いていると、空気流Ｆの静圧が低下して排風機８４の風量が増加し、モータ９２の回転数が低下する。この場合、制御装置１００は、ホールＩＣ９６からのパルス信号に基づいて排風機８４のモータ９２の回転数を算出し、この回転数に基づいて前記静圧の低下（すなわち燃焼室の扉が開いている可能性があること）を検知する。
【選択図】図４

Description

本発明は、間伐材などを粉砕圧縮加工して作った木質ペレットを燃焼させる木質ペレット燃焼装置に関する。

従来の木質ペレット燃焼装置（例えば、ペレットストーブ）では、給気口及び排気口を備え、内部で木質ペレットを燃焼させる燃焼室と、前記給気口から燃焼室内へ流入して前記排気口から排気される空気流を生じさせるファンとを備えたものがある。また、このようなペレットストーブは、燃焼室を装置外部に開放するための扉を備えており、この扉を開くことで燃焼室内を清掃できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
意匠登録第１２８０９８４号公報

ところで、上述の如きペレットストーブでは、燃焼室内の圧力（前記空気流の静圧など）を検出する圧力センサと、ファンが作動した状態における燃焼室内外の圧力差を、前記圧力センサの出力信号に基づいて検知する制御装置とを備えたものがある。このようなペレットストーブでは、制御装置は、前記圧力差が所定値以下の場合には、燃焼室の扉が開いていると判断し、ペレットストーブの運転を停止したり、警報を鳴らしたりするようになっている。これにより、燃焼室の扉が開いたままで木質ペレットの燃焼が開始されることを防止するようにしている。しかしながら、圧力センサは一般的に高価であり、装置の製造コストが増加する原因になっている。

本発明は上記事実を考慮し、燃焼室に供給される空気流の静圧を検知することができると共に、装置の製造コストが増加することを抑制できる木質ペレット燃焼装置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装置は、給気口及び排気口を備え、内部で木質ペレットを燃焼させる燃焼室と、モータによって羽根を回転させることで、前記給気口から前記燃焼室内へ流入して前記排気口から排気される空気流を生じさせるファンと、前記モータの作動状態を検出する作動状態検出手段と、を有することを特徴としている。

なお、請求項１に記載の「モータの作動状態」は、「モータの回転数」や「モータに供給されている電流の大きさ」などである。

請求項１に記載の木質ペレット燃焼装置では、ファンがモータで羽根を回転させると、燃焼室の給気口から燃焼室内に流入して燃焼室の排気口から排気される空気流が発生する。そして、作動状態検出手段がファンのモータの作動状態（例えば、回転数）を検出する。ここで、燃焼室に供給される空気流の静圧と、ファンのモータの作動状態との間には相関関係がある。このため、作動状態検出手段の検出結果に基づいて燃焼室に供給される空気流の静圧を検知することができる。しかも、例えば、作動状態検出手段によってモータの回転数を検出する場合には、圧力センサを用いて燃焼室内の圧力を検出する場合に比べて安価に構成することが可能である。したがって、装置の製造コストが増加することを抑制できる。

請求項２に記載の発明に係る木質ペレット燃焼装置は、請求項１に記載の木質ペレット燃焼装置において、前記作動状態検出手段の検出結果が入力されると共に、当該検出結果が予め設定された範囲から外れたときはエラー信号を出力する制御装置を有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装置では、作動状態検出手段の検出結果が制御装置に予め設定された範囲から外れたとき（例えば、燃焼室が装置外部に開放されることで、燃焼室に供給される空気流の静圧が低下し、ファンのモータの回転数が制御装置に予め設定された範囲以下に低下したときなど）には、制御装置がエラー信号を出力する。したがって、このエラー信号に基づいて警報を鳴らしたり、装置の運転を停止させたりすることが可能になる。

請求項３に記載の発明に係る木質ペレット燃焼装置は、請求項１又は請求項２に記載の木質ペレット燃焼装置において、前記作動状態検出手段は、前記モータの出力軸に取り付けられた磁石と、前記磁石によって生じる磁気を検知して、前記出力軸の回転数に応じたパルス信号を出力するホールＩＣとを有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装置では、モータの出力軸が回転すると、ホールＩＣが磁石によって生じる磁気を検知して、出力軸の回転数（モータの作動状態）に応じたパルス信号を出力する。このように、磁石とホールＩＣとによってモータの作動状態（回転数）を検出するため、安価な構成でモータの作動状態を検出することができる。

以上説明したように、本発明に係る木質ペレット燃焼装置では、燃焼室に供給される空気流の静圧を検知することができると共に、装置の製造コストが増加することを抑制できる。

図１及び図２には、本発明の実施形態に係る木質ペレット燃焼装置としてのペレットストーブ１０の斜視図が示されている。また、図３には、このペレットストーブ１０の縦断面図が示されている。なお、図１及び図２では、後述する灰受皿４８が筐体１２から引き出された状態が図示されている。また、図２では、説明の都合上、筐体１２の側壁の一部が除去された状態が図示されている。

本実施形態に係るペレットストーブ１０は、中空の直方体状に形成された筐体１２を備えている。筐体１２の内部は、区画壁１４によって区画されており、区画壁１４の装置前方側（図３では左側）が燃焼室１６とされ、区画壁１４の装置後方側（図３では右側）が機械室１８とされている。機械室１８の内部には、燃料タンクとされるホッパ２０が設けられている。このホッパ２０の内部には、間伐材を粉砕圧縮加工して作った加工燃料である木質ペレット２２が貯蔵されている。なお、本実施形態では、木質ペレット２２は、直径が４ミリ〜７ミリ程度、長さが５ミリ〜２０ミリ程度とされている。

ホッパ２０の下側には、燃料搬送装置２４が設けられている。燃料搬送装置２４は、上下２段の段違いに配置された上スクリュー２６と下スクリュー２８とを有している。これらの上スクリュー２６及び下スクリュー２８は、それぞれモータ３０、３２の駆動力によって回転されるようになっている。

また、ホッパ２０の下部には、燃料降下口３４が形成されており、ホッパ２０内に投入された木質ペレット２２は、この燃料降下口３４から上スクリュー２６によってかき出され、シュート３６へ搬送されて落下する。シュート３６から落下した木質ペレット２２は、燃料搬送装置２４の下段に配設された下スクリュー２８によって、燃焼室１６側へ押し出される。燃焼室１６には、上部に平板状のロストル３８（燃焼棚）が取り付けられた箱状の燃焼部４０が設けられており、燃焼室１６側へ押し出された木質ペレット２２は、ロストル３８の上面に供給される。

ロストル３８の下側には、点火装置としての棒状の点火ヒータ４２が設けられている。点火ヒータ４２は、本実施形態では所謂「セラミックヒータ」とされており、ロストル３８の板面に対して所定角度傾斜した状態でロストル３８の下面に固定されている。

点火ヒータ４２の先端部は、ロストル３８に形成された貫通孔に挿通されて、ロストル３８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３８の上面に木質ペレット２２が供給されると、点火ヒータ４２の先端部が木質ペレット２２によって覆われるようになっている。なお、ロストル３８には、複数の空気噴孔４４が形成されており、これらの空気噴孔４４を介して燃焼部４０の内側と燃焼室１６とが連通している。

また、燃料搬送装置２４の下側には、燃焼室１６の給気口を構成する円筒状の給気管４６が設けられている。給気管４６の軸線方向一端部は、区画壁１４に接続されて燃焼部４０の内側に連通しており、給気管４６の軸線方向他端部は、筐体１２の後壁１２Ｂに接続されて装置の外側に連通している。

一方、ロストル３８（燃焼部４０）の下方で、燃焼室１６の下部には、木質ペレット２２の燃えカス（灰）を収容するための灰受皿４８が配設されている。この灰受皿４８は、図１に示されるように、筐体１２から引き出せるようになっており、灰受皿４８内に溜まった灰を廃棄できるようになっている。

また、灰受皿４８の上側で筐体１２の前壁１２Ａには、開口部５０が形成されている。この開口部５０は、扉５２によって塞がれている。この扉５２は、開口部５０の幅方向一端側（図１では左側）で、図示しないヒンジを介して筐体１２に連結されており、幅方向他端側に取り付けられた取っ手５４が引っ張られることで図１の矢印Ａ方向へ回動される（開くことができる）。これにより、燃焼室１６の内部が開口部５０を介して装置外部に開放されるので、燃焼室１６の内部（ロストル３８の上面など）を清掃することができる。なお、扉５２の中央部には、耐熱ガラス５６が取り付けられており、扉５２が閉じた状態においても、耐熱ガラス５６を介して装置外部から燃焼室１６内を視認できるようになっている。

また一方、ロストル３８の上方で、燃焼室１６の上部には、熱交換部５８が設けられている。熱交換部５８は、燃焼室１６を上下に仕切る上下一対の仕切板６０、６２と、これらの仕切板６０、６２の間に設けられて両者を接続された複数の角筒状の放熱管６４とを備えている。これらの放熱管６４は、軸線方向が上下方向に沿う状態で配置されており、熱交換部５８の上側における燃焼室１６の空間と、熱交換部５８の下側における燃焼室１６の空間とが、各放熱管６４の内側を介して連通している。

また、一対の仕切板６０、６２の間の空間（複数の放熱管６４が配置された空間、以下「熱交換室６６」という）は、筐体１２の前壁１２Ａに形成された温風吹出口６８を介して装置外部に連通すると共に、区画壁１４に形成された空気供給口７０を介して空気供給管７２内に連通している。この空気供給管７２は、機械室１８内で区画壁１４に取り付けられて上下方向に延在している。この空気供給管７２の下端部には、筐体１２の下部に設置された送風機７４（本実施形態ではシロッコファン）が接続されている。

この送風機７４は、モータ７６（図２参照）によって回転される羽根車７８（図３参照）と、装置外部の空気を取り入れるための空気取入口８０（図２参照）とを備えており、羽根車７８を回転させることで装置外部の空気を空気供給管７２内へ送風するようになっている。空気供給管７２内へ送風された空気は、熱交換室６６を通って温風吹出口６８から装置外部へ排出される。

また、機械室１８には、前述したホッパ２０と区画壁１４との間において、燃焼室１６の排気口を構成する排気管８２が設けられている。排気管８２は、上下方向に延在しており、上端部が熱交換部５８の上方で区画壁１４の上部に接続されている。また、排気管８２の上端部は、区画壁１４の上部に形成された図示しない貫通孔を介して燃焼室１６の内部に連通している。

図２に示されるように、排気管８２の下端側は、ホッパ２０の下側へ延出されており、排気管８２の下端部には、ファンとしての排風機８４（本実施形態ではシロッコファン）が接続されている。この排風機８４は、図４に示されるように、ハウジング８６を備えており、このハウジング８６の内部は、排気管８２の内部に連通している。

ハウジング８６の一端部（図４では左側の端部）には、円筒状に形成された排気ガス排出口８８が設けられている。この排気ガス排出口８８は、筐体１２の後壁１２Ｂを貫通して装置外部へ突出しており、ハウジング８６の内部を装置外部に連通させている。

また、ハウジング８６の内部には、羽根車９０（シロッコファン羽根車）が設けられている。この羽根車９０は、ハウジング８６の下側に固定されたモータ９２の出力軸９４に連結されており、モータ９２が作動することで回転される。羽根車９０が回転されると、排気管８２内の空気がハウジング８６内に吸引され、排気ガス排出口８８から装置外部へ排出されるようになっている。

さらに、この排風機８４は、モータ９２の出力軸９４に対向する位置に配置されたホールＩＣ９６（回転数検出センサ）を備えている。このホールＩＣ９６は、磁気センサであるホール素子と、増幅・判別などの信号処理回路とをワンチップ化したものであり、磁気検知により非接触で回転数や位置などを計測することができるものである。なお、本実施形態に係るホールＩＣ９６は、ＧａＡｓ化合物半導体により製造され、２００℃程度の高温環境で使用することが可能な高温動作ＧａＡｓホールＩＣとされている。

このホールＩＣ９６は、出力軸９４に取り付けられた磁石９８に対応しており、出力軸９４が１回転するごとに、磁石９８によって生じる磁気を検知して１パルスの信号を制御装置１００に出力する。そして、ホールＩＣ９６から出力されたパルス信号は、図示しない配線を介して制御装置１００に入力されるようになっている。

制御装置１００は、ＣＰＵ及びドライバを含んで構成されている。この制御装置１００には、上述した燃料搬送装置２４のモータ３０、３２、点火ヒータ４２、送風機７４のモータ７６、及び排風機８４のモータ９２が図示しない配線を介して電気的に接続されている。

ここで、本ペレットストーブ１０では、図１に示される運転スイッチ１０２が「ＯＮ」にされると、制御装置１００が排風機８４のモータ９２を作動させる。これにより、排気管８２内の空気が排風機８４の排気ガス排出口８８から装置外部へ排出されると共に、装置外部の空気が給気管４６から装置内部へ取り入れられ、給気管４６→燃焼部４０内→ロストル３８の空気噴孔４４→燃焼室１６（複数の放熱管６４の内側を含む）→排気管８２の経路で流れる空気流Ｆが発生する。

そして、制御装置１００は、モータ９２の回転数が安定した段階で、ホールＩＣ９６からのパルス信号に基づいてモータ９２の回転数を算出する。この制御装置１００には、モータ９２の回転数の正常値の範囲（上限値と下限値）が予め設定（規定）されており、制御装置１００は、算出した回転数がこの範囲内にあるか否かを判断する。この判断が否定された場合、すなわちモータ９２の回転数が正常値の範囲から外れていると判断された場合には、制御装置１００は、所定の電気信号（以下、「エラー信号」という）を出力して、本ペレットストーブ１０の運転を停止させるようになっている。

一方、上述の判断が肯定された場合、すなわちモータ９２の回転数が正常値の範囲内にあると判断された場合には、制御装置１００は、モータ３０、３２を作動させて上スクリュー２６及び下スクリュー２８を回転させ、ホッパ２０内の木質ペレット２２をロストル３８の上面に供給する。またこのとき、制御装置１００は、点火ヒータ４２への通電を開始する。このため、ロストル３８の上面に供給された木質ペレット２２は、通電により発熱した点火ヒータ４２によって点火（着火）される。点火された木質ペレット２２は、排風機８４の作動によってロストル３８の上面側に供給される空気（燃焼用の１次空気）によって燃焼する。なお、制御装置１００は、点火ヒータ４２への通電を開始してから所定時間経過すると（木質ペレット２２が点火されてから暫くすると）、点火ヒータ４２への通電を遮断するようになっている。

そして、制御装置１００は、木質ペレット２２の燃焼によって、燃焼室１６上部の熱交換部５８が加熱されると、送風機７４を作動させるようになっている。排風機７４が作動すると、熱交換室６６内に装置外部の空気が供給され、当該空気と複数の放熱管６４との間で熱交換が行われる。そして、複数の放熱管６４の熱で加熱された空気（温風）が、筐体１２の温風吹出口６８から装置外部へと排出されるようになっている。

なお、制御装置１００は、ロストル３８の上面で木質ペレット２２が燃焼しているときには、モータ３０及びモータ３２を断続的に作動させて、ホッパ２０内の木質ペレット２２を順次ロストル３８の上面に搬送する。これにより、ロストル３８の上面における木質ペレット２２の燃焼状態が維持されるようになっている。

また、木質ペレット２２の燃焼によってロストル３８（燃焼部４０）の上面に発生した燃えカス（灰）は、下スクリュー２８によって新たにロストル３８の上面に補充される木質ペレット２２によって押し出され、灰受皿４８内に落下するようになっている。

次に、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、運転スイッチ１０２が「ＯＮ」にされると、制御装置１００が排風機８４のモータ９２を作動させる。これにより、給気管４６→燃焼部４０内→ロストル３８の空気噴孔４４→燃焼室１６→排気管８２の経路で流れる空気流Ｆが発生する。そして、制御装置１００は、モータ９２の回転数が安定した段階で、ホールＩＣ９６からのパルス信号に基づいてモータ９２の回転数を算出すると共に、算出した回転数が予め設定された正常値の範囲内にあるか否かを判断する。

ここで、例えば、燃焼室１６の扉５２が開いていたり、灰受皿４８が筐体１２から引き出されている場合には、燃焼室１６に供給される空気流Ｆの静圧が低下する。この場合、排風機８４の風量が増加し（羽根車９０の風圧抵抗が大きくなり）、モータ９２の回転数が上記正常値の範囲よりも低くなるので、制御装置１００は、空気流Ｆの静圧が低下した（扉５２などが開いている可能性がある）と判断し、エラー信号を出力して本ペレットストーブ１０の運転を停止させる。これにより、扉５２などが開いたままで木質ペレット２２の燃焼が開始されることが防止される。

このように、本実施形態では、制御装置１００は、ホールＩＣ９６からのパルス信号によって検知した排風機８４のモータ９２の回転数（モータ９２の作動状態）に基づいて、空気流Ｆの静圧を検知することができる。このため、制御装置が圧力センサを用いて燃焼室内の空気流の静圧を検知する場合に比べて安価に構成することができる。したがって、装置の製造コストが増加することを抑制できる。

しかも、本実施形態では、燃焼室１６に供給される空気流Ｆの流路に何らかの異常がある場合、例えば、熱交換部５８の放熱管６４内が灰や埃の堆積で詰まっている場合には、放熱管６４内を流れる空気流Ｆの静圧が上昇する。このため、排風機８４の風量が少なくなり（羽根車９０の風圧抵抗が小さくなり）、モータ９２の回転数が上昇する。そして、モータ９２の回転数が制御装置１００に設定された正常値の範囲の上限値よりも高くなると、制御装置１００は、空気流Ｆの流路に何らかの異常があると判断し、本ペレットストーブ１０の運転を停止させる。このように、空気流Ｆの流路に異常がある場合にも本ペレットストーブ１０の運転が停止されるので、木質ペレット２２が不完全燃焼することなどを防止又は抑制することができる。

さらに、本実施形態では、仮に本ペレットストーブ１０の運転中に排風機８４のモータ９２が故障した場合、すなわち木質ペレット２２の燃焼中に排風機８４のモータ９２が停止した場合でも、制御装置１００によって本ペレットストーブ１０の運転が停止される。したがって、木質ペレット２２が不完全燃焼することなどを防止又は抑制することができる。

なお、上記実施形態では、制御装置１００が出力するエラー信号によって本ペレットストーブ１０の運転が停止される構成にしたが、本発明はこれに限らず、制御装置１００が出力するエラー信号によってブザーが作動する（警報がなる）構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、作動状態検出手段としてホールＩＣ９６と磁石９８を適用し、排風機８４のモータ９２の回転数を検出する構成にしたが、本発明はこれに限らず、作動状態検出手段としてカレントセンサを適用し、モータ９２に供給される電流の大きさを検出する構成にしてもよい。

本発明の実施形態に係るペレットストーブを前側から見た斜視図である。 同装置を後側から見た斜視図である。 同装置を横側から見た縦断面図である。 同装置を構成する排風機周辺の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 木質ペレット燃焼装置
１６ 燃焼室
２２ 木質ペレット
４６ 給気管（給気口）
８２ 排気管（排気口）
８４ 排風機（ファン）
９０ 羽根車
９２ モータ
９４ 出力軸
９６ ホールＩＣ（作動状態検出手段）
９８ 磁石（作動状態検出手段）
１００ 制御装置
Ｆ 空気流

Claims (3)

1. 給気口及び排気口を備え、内部で木質ペレットを燃焼させる燃焼室と、
   モータによって羽根を回転させることで、前記給気口から前記燃焼室内へ流入して前記排気口から排気される空気流を生じさせるファンと、
   前記モータの作動状態を検出する作動状態検出手段と、
   を有する木質ペレット燃焼装置。
2. 前記作動状態検出手段の検出結果が入力されると共に、当該検出結果が予め設定された範囲から外れたときはエラー信号を出力する制御装置を有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装置。
3. 前記作動状態検出手段は、前記モータの出力軸に取り付けられた磁石と、前記磁石によって生じる磁気を検知して、前記出力軸の回転数に応じたパルス信号を出力するホールＩＣとを有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装置。

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