JP2009300045A - 木質バイオマス暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、簡易な構成でありながら火力を調整することができる木質バイオマス燃料暖房装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記の目的を解決するために、本発明の木質バイオマス燃料暖房装置１は、木質バイオマス燃料２４を燃焼させる燃焼室２を有する下部容器３と、下部容器３の内周面に設けられた不燃性綿状部材４と、下部容器３の上方に設けられた上部容器５と、上部容器７から空気を排出する排出口８と、排出口８に接続された吸引装置１０を有し、吸引装置１０によって空気を外部から導入し不燃性綿状部材４中を通過させて燃焼室２に送るようになしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、薪や木材チップなど木質バイオマスを熱分解・燃焼させる暖房装置に関する。

古来より、暖炉で薪を燃やして屋内を加温することは行われてきた。しかし、灯油など化石燃料を使用する暖房装置の普及とともに、薪など木質バイオマスを燃料とする暖房は使用されなくなった。

特許文献１には、下部炉体に薪を収容することが記載されている。下部炉体を加熱することにより発生する可燃性ガスなどは暖房に使用されるが、薪の大部分は木炭として残る。また、特許文献２には、木質バイオマスを無煙で燃焼させる熱発生装置が記載されている。非特許文献１には一酸化炭素の発生を防止するための触媒を設けることが記載されており、非特許文献２および非特許文献３には、ファンを設けて空気を導入することが記載されている。
特開昭６０−１８５００３号公開特許公報 特開２００４−２４５５６３号公開特許公報 尾上清利・杉浦銀治・鶴見武道・小林修、（２００５）、第３回木質炭化学会研究発表会講演要旨集、ｐ１１−１４ 尾上清利・杉浦銀治・鶴見武道・小林修、（２００６）、第４回木質炭化学会研究発表会講演要旨集、ｐ１１−１２ 尾上清利・杉浦銀治・鶴見武道・小林修、（２００７）、木質炭化学会第５回研究発表会ｉｎ２００７講演要旨、ｐ６５−６８

特許文献１に記載された発明においては、薪から発生する可燃性ガスなどが暖房に使用されるが、それ以外の薪の成分のほとんどは木炭として残り、この木炭は次回の暖房時に加熱燃料として使用される。したがって、特許文献１に記載された暖房装置は木炭を加熱燃料として使用するものである。また、下部炉体より上昇する可燃性木ガスを完全に無煙で燃焼させることはできない。また、加熱燃料より大量の一酸化炭素が発生する。

一方、特許文献２に記載された熱発生装置は、木質バイオマスの上部に着火材および点火材を設け、木質バイオマスを上から下に向けてゆっくりと燃焼させることによって、無煙で発熱させることができる。しかし、ビニールハウスなどの加温に使用する場合、気温の低い夜間においては昼間よりも強く加熱できることが好ましい。ところが、薪などの木質バイオマス燃料を使用する暖房装置は、灯油やガスのように簡単に火力を調整できなかった。さらに、一酸化炭素の発生をより効果的に防止できることが好ましい。

非特許文献１には、空気の強制導入についての記載はないが、非特許文献２および非特許文献３には、ファンを設けて空気を導入することが記載されている。しかし、これらの熱発生装置において、燃焼室および不燃性綿状部材の上部よりそのまま空気を外部へ引き出す構造である。したがって、ファンによって熱発生装置に導入される空気のうち、相当な部分が燃焼室に導入されることなく排出される。また、燃焼室の上から空気が燃焼部位に向かって入るので、燃焼によって発生したガスが上部の高熱の灰で分解されて無煙化されるという作用が十分に行われないおそれもある。
この発明は、簡易な構成でありながら火力を調整することができる木質バイオマス燃料暖房装置を提供することを目的とする。

上記の目的を解決するために、本発明の木質バイオマス燃料暖房装置は、木質バイオマス燃料を燃焼させる燃焼室を有する下部容器と、下部容器の内周面に設けられた不燃性綿状部材と、下部容器の上方に設けられた上部容器と、上部容器から空気を排出する排出口と、排出口に接続された吸引装置を有し、吸引装置によって空気を外部から導入し不燃性綿状部材中を通過させて燃焼室に送るようになしたものである。不燃性綿状部材と燃焼室を仕切る不燃性綿状部材保持部材と、上部容器に設けられ不燃性綿状部材保持部材の上端部まで伸びる仕切部材を設けてもよい。

この発明は、排出口に接続された吸引装置を有し、吸引装置によって空気を外部から導入し不燃性綿状部材中を通過させて燃焼室に送るようになしたことによって、燃焼部の側部または底部から空気を導入し、燃焼部位を通過した空気が上部の灰を通過しながら上昇した後に外部に排出されるような流れを形成し、無煙で効率のよい燃焼が実現できる。特に、不燃性綿状部材と燃焼室を仕切る不燃性綿状部材保持部材と、上部容器に設けられ不燃性綿状部材保持部材の上端部まで伸びる仕切部材を設けることによって、下部容器の構造が簡易なものとなり、装置全体も簡易で低コストなものとなる。

この発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明を適用した木質バイオマス暖房装置の第１の例を示す断面図である。

この木質バイオマス暖房装置１は、木質バイオマス燃料を燃焼させる燃焼室２を有する下部容器３と、下部容器３の内周面に設けられた不燃性綿状部材４と、下部容器３の上方に設けられた上部容器５と、下部容器３の下部にあるロストル空間と、下部容器３へ空気を供給する空気取り入れ口７と、上部容器５から空気を排出する排出口８と、上部容器５内に設けられた触媒９と、排出口８に接続された吸引装置１０を有する。そして、上部容器３の外周近くには、不燃性綿状部材保持部材４の上端部まで伸びる仕切部材１１が設けられている。

下部容器３は薪や木材チップなどの木質バイオマス燃料を必要量収容できるものであればよい。ここでは、使用済みのドラム缶をリサイクルで使用する。この下部容器３の内周面および底面には、不燃性綿状部材４が設けられている。ここで、不燃性綿状部材４は木質バイオマスの燃焼による熱に耐えるものであり、しかも、ある程度空気が通過することができるようなものである。たとえば、セラミックウールやグラスウールなどの市販の材料を使用できる。ここでは、下部容器３の側面内部に沿って、セラミックウールを５０ｍｍ程度の厚さで設けている。また、底面付近にも同様に設けている。この不燃性綿状部材４は断熱材として機能し、表面温度を低く保ち、接触による火傷の発生を防止する。さらに、後述するように、空気取り入れ口７から燃焼室２への空気の通路としても機能する。

不燃性綿状部材４の内側には、パンチングメタルや金網などで形成された内部容器１２が設けられている。この内部容器１２は、下部容器３に対して着脱可能になっている。この内部容器１２の内部が燃焼室２となる。したがって、この内部容器の側壁が、不燃性綿状部材４と燃焼室２を仕切る不燃性綿状部材保持部材として機能する。

下部容器３の底部にはロストル支持部材１３が置かれ、その上にロストル１４が置かれている。このロストル１４と下部容器３の底面の間にロストル空間６が形成されている。ロストル１４と内部容器１２の底面の間には不燃性綿状部材４が充填されている。

上部容器５は、略円錐状の天井１５と、円筒状の側板１６を有する。側板１６の径は、下部容器３の外径とほぼ同じであるが、わずかに大きい。また、側板１６の下端付近には、下部容器３にかぶせたときに下部容器３の上端と接する位置に、耐熱ガスケット１７が設けられている。

円筒状の側板１６の内側に、これと同心円状に円筒状の仕切部材１１が設けられている。上部容器５を下部容器３にかぶせたときに、仕切部材１１の下端が内部容器１２の上端に接するようになっている。仕切部材１１の下端には環状の溝１８が形成されている。この仕切部材によって、上部容器５の空間は、仕切部材１１の内部の空間と、仕切部材１１と側板１６の間の空間に区切られる。

上部容器５は、下部容器３の上部を覆うように取り付けられるが、完全には密閉されておらず、空気取り入れ口７が形成されている。この空気取り入れ口７より入った空気は、仕切部材１１と側板１６の間の空間を通り、不燃性綿状部材４に入り、内部容器１２の側面または底面より燃焼室２に供給される。

上部容器５の天井１５には断熱材としてセラミックウールなどの不燃性綿状部材４が取り付けられており、その下のセラミックウール受け網によって支えられている。この断熱材によって、上部容器５の上表面の温度を下げ、触れたときの火傷の発生を防止する。

上部容器５の中心部には排気口８が設けられており、ここに円筒状の触媒支持部材２０がはめ込まれている。触媒支持部材２０は金網やパンチングメタルなど多数の孔を有する素材で形成されており、側面および底面を空気が通過できるようになっている。触媒支持部材２０の内部には触媒９が入れられる。触媒９は、一酸化炭素を二酸化炭素に変える反応を促進するものであり、白金（Ｐｔ）などの貴金属やゼオライトなどが使用できる。

触媒支持部材２０の下方には、前処理材層２１が設けられており、燃焼室２を通過して上昇する空気は、触媒９に入る前にこの前処理材層２１を通過するようになっている。この前処理材層２１は燃焼によって生じたガスよりタール分や水分などを除去するものであり、触媒９を保護する。たとえば、グラスウールなどが使用できる。触媒支持部材２０の上部には、吸引装置として電動のファン１０が設けられており、触媒９を通過した空気は木質バイオマス暖房装置１の外に排出される。ファン１０は下部容器３および外部容器５の外にあるためあまり高温にならず、劣化しにくいが、ファン１０と触媒支持部材２０の間にダクトを設けて、燃焼室２から離れた場所にファン１０を配置することによって、熱によるファンへ１０の影響をさらに軽減することもできる。

ファン１０にはパソコンなどの制御装置（図示省略）が接続されており、ファン１０の作動・停止および風量を制御できるようになっている。

また、下部容器３の下に車輪２２を付けることによって、移動可能にすることもできる。さらに、設置する室内にレール２３を設け、車輪２２によってこのレール２３上を移動するようにすれば、夏場など暖房を必要としない時期には、室内の隅に移動させることができる。

つぎに、この木質バイオマス暖房装置１の作用および木質バイオマス暖房装置を使用した暖房方法について説明する。木質バイオマス暖房装置１をビニールハウスなど暖房が必要な室内に設置する。内部容器１２の中に、木質バイオマス燃料２４を入れる。木質バイオマス燃料として間伐材などを利用した薪、木材チップ、木の皮などが使用できる。また、これらと籾殻を混合しても良い。

ついで、木質バイオマス燃料２４の上に木炭などの点火材２５をのせる。この点火材２５に点火したら、上部容器５を下部容器３の上にのせる。また、ファン１０を作動させる。

点火材２５に点火すれば加熱が開始される。燃焼は上部から下部へ向かってゆっくりと進行する。したがって、燃焼している場所の上部には、すでに燃焼によって生じた灰がのっている。燃焼によって発生した煙やガスはこの灰の層を通って上昇するので、煙成分は高温灰の層で再燃焼され、無煙での燃焼が実現される。

ファンによる吸引によって、空気は上部容器３と下部容器５の間に設けられた空気取り入れ口７より流入する。この空気は、仕切部材１１と側板１６の間の空間を通り、不燃性綿状部材４に入いる。空気は不燃性綿状部材４を通りながら、内部容器１２の側面または底面より燃焼室２に供給される。下部容器５の内部側面に設けられた不燃性綿状部材４は空気を通すことができるので、燃焼点が下に進行しても、酸素を十分に供給でき、ほとんど全ての木質バイオマス燃料２４を最後まで燃焼させることができる。また、不燃性綿状部材４は断熱材としても作用し、下部容器３の側面を比較的低温に保ち接触による火傷を防止する。

燃焼室２より上部容器５の仕切部材１１の内側の空間へ上昇した空気は、前処理材２１へ流入する。この空気は燃焼室２内の灰の層を通過しているのでほとんど無煙状態であるが、残存している煙などが前処理材２１によって除去される。前処理材２１を通過した後は、触媒９の中を通り、一酸化炭素が含まれていても二酸化炭素に変換され、外部に一酸化炭素が排出されることを防止する。

ファンの風量を変えることによって、火力を調整することができる。夜間など、気温が低いときに火力を上げる場合は、ファン１０の風量を上げる。これによって、より多くの空気を燃焼室２に送り込むことができる。一方、ファン１０の風量を下げると、火力が低下し、長時間の燃焼ができる。

図２はファンの風量と温度の関係を示すグラフである。横軸は時間である。温度は、ファン取り付け場所の外部で噴出し直後の位置にて測定した値である。風量が多い状態からその５０％に下げることによって温度は低下する。この状態を維持することによって、温度は７３℃程度で安定する。その後、風量を上げることによって温度は上昇し、８５℃程度になった。以上、ファンの風量によって、温度のコントロールができることが確認される。

この木質バイオマス暖房装置１においては、内部容器１２に入れられた木質バイオマス燃料２４のほとんどが燃えつくすまで燃焼が継続する。したがって、資源の利用効率が高い。燃焼が終了したときには、内部容器１２には少量の灰が残る。内部容器１２は下部容器３から取り外すことができるので、残った灰は簡単に排出することができる。次回分の木質バイオマス燃料２４を再充填して点火すれば、再度暖房を開始できる。

この木質バイオマス暖房装置の例においては、空気は上部容器５と下部容器３の間に形成された空気取り入れ口７より流入する。したがって、下部容器３に空気取り入れ口を設けるような特別な加工を行う必要がない。下部容器３の外容器としてドラム缶などをそのまま利用することができる。資源の有効な再利用ができるとともに、装置全体の構造も簡単になる。

木質バイオマス暖房装置の第２の例について説明する。図３は木質バイオマス暖房装置の第２の例を示す断面図である。この例においては、下部容器２の下側側面に空気取り入れ口７が設けられている。ファン１０による吸引によって、空気は空気取り入れ口７より、ロストル空間６に流入する。そして、不燃性綿状部材４中を通過し、内部容器１２の底面または側面より燃焼室２へ入る。

木質バイオマス暖房装置の第１の例を示す断面図である。 ファンの風量と温度の関係を示すグラフである。 木質バイオマス暖房装置の第２の例を示す断面図である。

符号の説明

１．木質バイオマス暖房装置
２．燃焼室
３．下部容器
４．不燃性綿状部材
５．上部容器
６．ロストル空間
７． 空気取り入れ口
８．排出口
９．触媒
１０．ファン
１１．仕切部材
１２．内部容器
１３．ロストル支持部材
１４．ロストル
１５．天井
１６．側板
１７．耐熱ガスケット
１８．環状の溝
２０．触媒支持部材
２１．前処理材
２２．車輪風量調整弁
２３．レール
２４．バイオマス燃料
２５．点火材

Claims (2)

1. 木質バイオマス燃料を燃焼させる燃焼室を有する下部容器と、下部容器の内周面に設けられた不燃性綿状部材と、下部容器の上方に設けられた上部容器と、上部容器から空気を排出する排出口と、排出口に接続された吸引装置を有し、吸引装置によって空気を外部から導入し不燃性綿状部材中を通過させて燃焼室に送るようになした木質バイオマス暖房装置。
2. 不燃性綿状部材と燃焼室を仕切る不燃性綿状部材保持部材と、上部容器に設けられ不燃性綿状部材保持部材の上端部まで伸びる仕切部材を有する請求項１に記載の木質バイオマス暖房装置。

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