JP2010091245A - 高燃焼高効率薪ストーブ - Google Patents

Abstract

【課題】カラマツなどの針葉樹を燃料にして炉内で高効率燃焼させ、室内への熱放出効率を高め、かつ排煙を少なくし、煙突内のタール、煤などの付着を大幅に減少させ、着火を早めると同時に煙の室内漏出をなくし、かつ操作を簡便容易にしたストーブを使う暖房システムを提供する。
【解決手段】ストーブの壁材と燃焼炉の形状を工夫し、燃焼炉内で効率良く空気と燃料（薪）を接触させ、かつ煙突接続部に独自な形状を持たせることによって燃焼炉内の二次燃焼を加速させ、暖房効率を飛躍的に高める。また空気取り入れ口を工夫し、着火時間を大幅に短縮し操作を簡便にする。
【選択図】図３

Description

本発明は樹脂を多量に含む木材であるカラマツ、アカマツなど針葉樹を燃焼させることで高い熱量を発生させ、従来は煙突内に付着してストーブを閉塞させる原因となったタールを炉内の高温燃焼熱により燃焼させてしまうことができる木材燃焼ストーブである。このストーブは排煙部と煙突の接続部位を異径構造として炉内で二次燃焼を起こさせ、これによって樹脂も完全燃焼するため煙突内部へのタール付着が発生しない。従って従来は頻繁に必要とされた煙突掃除が大幅に軽減される。また着火が早く（薪への燃え付きが約１０秒から３０秒）着火時のストーブ本体外への煙の漏出は皆無であり、従来の薪ストーブでは着火に１０分から２０分を要し、煙がストーブ外へ漏出するという欠点を完全に克服している。また炉内に一切の付属装備を必要としない単純な筒型構造での二次燃焼を可能としたためストーブ本体の劣化も軽減され、長期の耐久性を持たせることができる。地球温暖化防止や治水の観点から日本全体での森林整備が急務とされている現状で、特に針葉樹人工林（ヒノキ、スギ、アカマツ、カラマツ）の間伐や広葉樹混交林化が進められているが、間伐などによる針葉樹材は利用用途が少なく切り捨て放置されることが常態化している。特に伐木中の小径木や曲がり材は、そのほとんどが未利用となっている。エネルギー資源の枯渇やＣＯ２の排出制御という喫緊の課題の前で、針葉樹材を薪として使える本発明は、これらの課題を解決する有効な手段である。

従来の薪を用いるストーブは着火に時間を要し、煙の排出が良くない等の問題を持っていた。また煙突内部へのタール・煤の付着が多く、頻繁に煙突掃除を行う必要があった。また炉内での薪の燃焼温度に対してストーブからの熱放出が少なかった。これは従来の薪ストーブでは炉壁に耐熱性の低い鋳鉄を用いているものがほとんどであることから、炉壁を高い燃焼熱から保護するために、薪が完全燃焼するに足る十分な高温度までストーブ内部の温度を上昇させることができず、これが要因となって煙突内壁に煤およびタールの付着が促進しさらに炉外への熱放出をも抑制する、といった致命的な欠点を持っていたことも理由の一つである。すなわち従来の薪ストーブには、樹脂類を多く含み燃焼時のエネルギーが大きい針葉樹類を薪として用いることができなかった。また従来の薪ストーブは炉内に、燃焼の促進や排煙を少なくするため等の目的で様々な装置を装備しているため、または構造上の欠陥から炉内の空気の流れが阻害され（排煙の引きが悪い）着火に時間がかかると同時に逆流による煙の漏出が多かった。

本発明は着火から燃焼に至る時間が従来の薪ストーブに比べて極めて短時間で済み、着火および燃焼時の室内への煙の漏出はほとんどなく、煙突から排出される薪の燃焼熱を大幅に減少させ、大部分の燃焼熱を利用することができる。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された発明は、図１および図２に記載されたストーブの形状と、それによって起こる燃焼対流によるものである。
同じく請求項２に記載された発明は、排煙部とそれを接続する煙突間の独自の形状によるものである。
請求項３に記載された発明は、図３に記載されたような空気取り入れ口の構造により、吸気の炉内への強い吹き込み（火吹き竹効果）を発生させることによって着火を早め、かつ煙の室内流出（逆流）を防止する。
請求項４に記載された発明は図１および図２、図３に記載された構造によって、炉内で効率良く二次燃焼を起こさせ、かつその高温燃焼によって樹脂などの煤やタールとなる物質を炉内で燃焼させる。この燃焼熱は更にストーブの燃焼を高め、ストーブからの放熱量を増加させる。

本発明は、従来の薪ストーブが持つ多くの欠点を克服しており、化石燃料を使わずにカーボンニュートラルな高効率薪ストーブを提供する。また、高燃焼、高効率の熱源として温水、空調、床暖房、発電等の応用用途を広げる。さらに間伐カラマツ材のような使途の少ない森林資源を有効に使うことができ、ＣＯ２排出の抑制および地球温暖化の抑制に大きく寄与することが可能であり、かつ森林業の活性化など第一次産業に対する新規事業展開の可能性を広げる等の社会への多大な波及効果を期待できる。

本発明は炉壁に建材用コラム鋼管を流用することにより溶接箇所を最小に抑え構造上の弱点を克服している。さらに同材が高温にも耐える特徴を生かし、かつ燃焼した高温ガスが効率良く炉内で自然対流するように奥行きの長い構造を取っている。また排煙部と煙突の接続部は煙突径に比べて細くなっており、燃焼ガスが煙突部に到達する際にガス流速および燃焼熱流に変化を与え、炉内での二次燃焼を促進させる。煙突部は従来の薪ストーブに比べて太いため排煙の効果（引きがよい）が大きい。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）

本発明を実施するために用いたストーブの薪投入口正面および背面を図１に示す。また側面および上面を図２に示す。ストーブ側面の長さは正面の薪投入部の縦・横長の平均より１．５〜２倍以上長く、炉内での燃焼ガスの横方向（薪投入口から向かって奥方向）への対流を促進する構造を実現している。
薪投入口に対して最後方上部には排煙部１を設置するが、ここの直径は１００ｍｍであるのに対し直上に接続する煙突は直径が１５０ｍｍないし２００ｍｍと直径比で１．５〜２倍程度の大きさで接続されている。従って排煙部と煙突部の断面積は４倍程度の差を持っていることになる。このことにより、炉内の燃焼ガスは再び炉内に還流し二次燃焼が促進されるが排気は排煙接続部より大きな煙突容積の吸引作用によって効率良く排出される。同時に排煙の持つ熱も、表面積の大きな煙突外面から室内に対して効率よく輻射される。
（実施例２）

図３には空気取り入れ口（吸気口）の構造を示す。空気取り入れ口は薪投入口の開閉蓋下部に装着し、その面積は燃焼炉正面断面積の３〜４％程度とし、かつその構造を横１０〜１５ｃｍ、縦２〜３ｃｍ程の穿形状とし、外気取り入れ面積を極限まで狭めたことにより、外気は高速で燃焼炉底面付近に向けて吹き込み、この吹き込み（火吹き竹効果）により薪への着火時間を驚異的に早めることができると同時に、燃焼炉内の空気流を加速して排煙部へ向かわせる効果を高める。また着火時および燃焼時の煙が薪投入口および空気取り入れ口から逆流漏出することをほぼ皆無とすることができる。また空気取り入れ口外面に図のような形状の箱型のカバーを設置し、その上面から空気を取り入れる構造とし、その上面に平鉄片による火力調節弁（開閉弁）を設置して火力調節を簡便容易なものとした。図４には本ストーブを屋内に設置して燃焼させた際の室温変化を示す。燃料となる薪にはアカマツ材を約０．０２３立方ｍ使用した。これはストーブ内容量の約６５％に相当する。測定に用いた家屋は木造で床面積約３９平方ｍ（天井までの高さ２．７０ｍ）で容量は１０５．３立方ｍである。また対流促進のための換気扇およびシーリングファン等の設置は無い。ストーブの燃焼条件は薪投入口下の吸気口を全開状態で使用した。測定時の室温は１６℃、外気温は１２℃であった。焚き付けから１０分の時点ではストーブから水平に１．５ｍ離れた点で室温は４℃、同じく４．５ｍ離れた点で３℃上昇した。その後、４０分から５０分にかけて最高温度に到達し先と同じ１．５ｍ点で４０℃、４．５ｍ点で３０℃になった。これ以降の室温は緩慢に下降し、８０分後には全測定点で（室内全体）３０℃から３６℃と平均化していった。この結果は着火より３０分から４０分の経過で、かつストーブ本体から水平に４ｍ以上離れた場所においてさえ室温が着火時よりも１０℃程度の上昇を示すことの証明である。このことは本ストーブが高い燃焼効率を持ち輻射熱の影響が十分に大きいことを示している。

本発明に適用するストーブ正面および背面図 本発明に適用するストーブ側面および上面図 本発明に適用するストーブの空気取り入れ口および火力調節弁断面図 本発明に適用するストーブを燃焼させた際の室温の時間変化

符号の説明

１ ストーブ排煙部および煙突接合部
２ ストーブ本体
３ 薪投入口
４ 空気取り入れ口
５ 火力調節弁
６ ストーブ固定用足
７ ストーブ背面

Claims (4)

1. 各種触媒や炉内へ装置を施すことなくストーブ炉内で二次燃焼を起こすことができる方法。
2. 二次燃焼が起こることによって、排煙が少なくなると同時に燃焼熱量及びストーブからの放熱量が飛躍的に大きくなる方法。
3. 空気取り入れ口（吸気口）の形状により、着火時間を大幅に短縮すると共に煙の室内への漏出を防止する方法。
4. 樹脂（ヤニ）を多量に含む針葉樹、特にカラマツやアカマツを請求項１と請求項２によって実現させる装置によって効率的に燃焼させ、かつ煙突内にタール、煤などが付着しない方法。

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