JP2013231525A - 固形燃料暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な機構を用いずに長時間一定温度で燃焼させることができる固形燃料暖房装置を提供することにある。
【解決手段】塊状の固形燃料を燃焼することで暖房を行う固形燃料暖房装置であって、新鮮な燃焼用の空気を供給するための空気供給口１０、及び燃焼ガスを外部へ排出するための排気口２０を備え、固形燃料が閉ざされた空間内で燃焼されるように、固形燃料が上下方向に積み重ねられて収納される筒体状の燃焼室４０と、燃焼室４０の底面及び側面を覆うように断熱材が設けられた燃焼室本体部４０Ａと、燃焼室本体部４０Ａ内に収納された燃料収納カゴ４５と、燃焼用の空気が流通するように燃焼室本体部４０Ａの内面と燃料収納カゴ４５の外面との間に設けられた燃焼室内側空隙４６と、排気口２０に連続して設けられた排気路部２１内に酸化触媒体２５とを具備する。
【選択図】図２

Description

この発明は、塊状の固形燃料を燃焼することで暖房を行う固形燃料暖房装置に関する。

農業用ハウスや、老人などの介護を必要とする家などでは、着火してすぐに高い発熱量を必要としないが、手間をかけずに長時間一定の温度を保ち、安価で安全な暖房装置が求められている。

木質ペレット、薪などの固形燃料は原料に間伐材や廃材となった木材を使うことができるため、暖房装置の比較的安価な燃料として用いられている（特許文献１第１頁、要約参照）。

しかしながら、このような燃料を用いる場合、燃料を供給する機構とロストルなどの燃焼部を必要とし、暖房装置全体が大きなものになり、暖房空間を圧迫してしまう。また、継続して確実に燃料を燃焼部に供給するための機構と、その機構と燃焼部とを適切に分断して燃料収容部に着火（逆火）しない仕組みが求められる。さらに、温度を一定に保つには燃焼部の空気と固形燃料の供給量との調整が複雑な機構を必要とする。

実用新案登録第３１７３４０１号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、固形燃料を、複雑な機構を用いずに長時間にわたって所要の発熱温度で燃焼させることができる固形燃料暖房装置を提供することを目的とする。

本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、塊状の固形燃料を燃焼することで暖房を行う固形燃料暖房装置であって、新鮮な燃焼用の空気を供給するための空気供給口、及び燃焼ガスを外部へ排出するための排気口を備え、前記固形燃料が閉ざされた空間内で燃焼されるように、該固形燃料が上下方向に積み重ねられて収納される筒体状の燃焼室と、該燃焼室の上面を除く本体を形成するポット状の形態であって、該燃焼室の底面及び側面を覆うように断熱材が設けられた燃焼室本体部と、前記固形燃料が収納されるように上面が開放されると共に通気性の高い部材で設けられたカゴ状の容器であって、前記燃焼室本体部内に収納された燃料収納カゴと、前記燃焼用の空気が流通するように前記燃焼室本体部の内面と前記燃料収納カゴの外面との間に設けられた燃焼室内側空隙と、前記排気口に連続して設けられた排気路部内に、通過する前記燃焼ガスを浄化するために設けられた酸化触媒体とを具備する。

また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、前記排気路部の排出開口に、前記固形燃料の燃焼を調整できるように、排気量の調整を行う開閉調整器が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、燃焼室本体部が収納されるように、該燃焼室本体部の底面及び側面を覆うように設けられた外壁カバー部と、前記燃焼室本体部の外面と前記外壁カバー部の内面との間に設けられて前記空気供給口に連通された燃焼室外側空隙と、該燃焼室外側空隙へ外気を導入できるように前記外壁カバー部の底部に設けられている空気導入開口とを具備することを特徴とすることができる。

また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、前記固形燃料の点火部が筒体状の燃焼室の上部になっており、前記排気口が前記燃焼室の天井部に設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、前記空気供給口に連通して前記燃焼用の有圧空気を供給する共に、該有圧空気の供給を調整することができる有圧空気供給装置を具備することを特徴とすることができる。

また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、前記有圧空気供給装置が、前記燃焼室内の温度を検知することで有圧空気の供給を制御するように設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、前記固形燃料が、表面多孔質化の処理をした炭であることを特徴とすることができる。
また、本発明に係る固形燃料暖房装置の一形態によれば、前記固形燃料が入った前記燃焼室を含む装置の重量を検知することで前記固形燃料の交換時期を知らせる固形燃料交換報知機構を備えることを特徴とすることができる。

本発明に係る固形燃料暖房装置によれば、固形燃料を、複雑な機構を用いずに長時間にわたって所要の発熱温度で燃焼させることができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る固形燃料暖房装置の形態例を示す断面図である。 本発明に係る固形燃料暖房装置の他の形態例を示す断面図である。

以下、本発明に係る固形燃料暖房装置の形態例を、添付図面（図１）に基づいて詳細に説明する。
この固形燃料暖房装置は、図１に示すように、新鮮な燃焼用の有圧空気を供給するための空気供給口１０、及び燃焼ガスを外部へ排出するための排気口２０を備え、固形燃料３０が閉ざされた空間内で燃焼されるように、固形燃料３０が上下方向に積み重ねられて収納される筒体状の燃焼室４０と、空気供給口１０に連通して燃焼用の有圧空気を供給する共に、有圧空気の供給を調整することができる有圧空気供給装置５０と、排気口に連続して設けられた排気路部２１内に、通過する燃焼ガスを浄化するために設けられた酸化触媒体２５とを具備する。

空気供給口１０は、図１に示す形態例では、燃焼室４０の上部に設けられている。また、固形燃料３０の点火部４２が、筒体状の燃焼室４０の上部になっており、排気口２０が燃焼室４０の天井部４１に設けられている。本形態例の空気供給口１０は、固形燃料３０に着火された初期の段階から固形燃料３０の上部へ有圧空気を供給できるように、燃焼室４０の胴部（燃焼室本体部４０Ａ）上端部に設けられている。また、本形態例の空気供給口１０の開口（及び有圧空気の供給管の内径）は、例えば１０ｍｍとすることができる。この空気供給口１０を用い、燃焼室４０の容積が８０リットルで、２４ｋｇの多孔質化の処理をした炭（固形燃料３０）を燃焼させる場合、１時間当たり１２０〜２００リットルの新鮮な空気を供給することで、その固形燃料３０を好適に延焼させて、一定の発熱温度（例えば燃焼ガスの温度が２７０〜３６０℃）を維持することができた。

なお、この空気供給口１０は、複数設けることも可能である。例えば図1に示すように、燃焼室４０の底部に、空気供給口１０Ａを設けてもよい。複数の空気供給口１０、１０Ａを用いることで、新鮮な空気をより多く供給すれば、発熱量を高めることができ、燃焼ガスの温度を高めることができる。例えば、コークスを燃料として使用する場合は、新鮮な空気をより多く必要とし、高い発熱量や高い温度（例えば７００℃）を得ることができる。このように供給する新鮮な空気量を調整することで、発熱量や燃焼ガスの温度を調整することができる。

排気口２０は、図１に示すように、燃焼室４０の天井部４１を構成するようにその燃焼室４０の上面を覆う蓋部４１ａに設けられている。この排気口２０に連続して設けられた排気路部２１内に、通過する燃焼ガスを浄化するために酸化触媒体２５が設けられている。本形態例の排気路部２１は、側方へ燃焼ガスを排出するように水平方向へ延長された形態に設けられている。酸化触媒体２５としては、例えば既存のハニカム構造のものを用いることができる。この酸化触媒体２５は、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素とする他、各種の臭い成分を含むガスを酸化して無害化や脱臭化をでき、燃焼によって生じる燃焼ガスを浄化する。なお、この酸化触媒体２５は、既存の保持構造によって交換可能に固定することができる。

燃焼室４０は、固形燃料３０を収納するため、有底の円筒状や四角筒状などの筒体状に形成されており、上面が蓋部４１ａによって開閉可能に設けられている。この燃焼室４０は、耐熱材料で構成され、空気供給口１０によってのみ新鮮な空気が取り込まれる閉じられた空間を形成している。この燃焼室４０には、着火段階では固形燃料３０が略一杯に充填される。
また、この燃焼室４０は、その燃焼室４０の底面及び側面を覆うように断熱材が設けられた燃焼室本体部４０Ａを構成要素として形成されている。このように断熱材が設けられることによって、燃焼室４０内の燃焼温度を好適に維持することができ、所定の温度範囲による連続的な固形燃料３０の燃焼が実現できる。

固形燃料３０は、多孔質化の処理をした炭やコークスなどの塊状の形態になっている。このように塊状であるため、燃焼室４０に充填された際には、固形燃料３０同士の間に空間が好適に形成され、燃焼用の空気が好適に通過できる。特に、炭やコークスの形態は、通常不揃いであり、燃焼のための空隙が好適に形成される。これにより、固形燃料３０が好適に延焼され、長時間の継続的な燃焼が可能となる。また、固形燃料３０として多孔質化の処理をした炭やコークスを採用した場合、煙がほとんど発生せず、火が消えにくい状態で、好適に燃焼できる。多孔質化の処理としては、例えば活性炭を製造する際のように蒸し焼きにする工程によることができる。

この固形燃料３０は、上面が開放されると共に通気性の高い部材で設けられたカゴ状の容器である燃料収納カゴ４５を介して燃焼室４０内に収納することができる。通気性の高い部材としては、網状や有孔板状などの均一に高い通気性のあるものを用いることができる。なお、燃焼室４０に充填する固形燃料３０の量に応じて、燃料収納カゴ４５を、複数（本形態例では二段）に重ねて使用することもできる。
また、燃焼室内側空隙４６が、燃焼用の空気が流通するように燃焼室本体部４０Ａの内面と燃料収納カゴ４５の外面との間に設けられている。このため、燃焼用の新鮮な空気が燃焼室４０内の全体に渡って好適に回ることができ、固形燃料３０を安定的に燃焼させることができる。なお、燃焼室内側空隙４６は例えば１０〜１５ｍｍ程度とすることができる。

有圧空気供給装置５０は、温度センサ５１、送風ファン５２、制御部５３、空気取り入れ口５４、パイプ状の管路を構成する空気供給管５５を備えている。
温度センサ５１は、燃焼室４０内の温度（燃焼ガスの温度）を検知することで、有圧空気の供給を制御するための検知信号出力を得ることができるよう設けられている。例えば、熱電対などによって構成することができる。

本形態例の送風ファン５２は、温度センサ５１が検知した温度に対応して制御部５３の制御によって、その送風ファン５２用モータの回転について、ＯＮ・ＯＦＦが制御される。すなわち、送風ファン５２は、燃焼室４０内の温度が設定温度より高くなったときに停止し、その温度が設定温度をより低くなったときに作動するように制御される。送風ファン５２が作動すると、空気取り入れ口５４より外気の新鮮な空気が取り入れられる。この空気は、有圧空気となって空気供給管５５を経て、空気供給口１０より燃焼室４０に供給される。これによって、固体燃焼３０の燃焼が促進される。送風ファン５２が停止すると有圧空気の供給は停止され、燃焼が抑制される。なお、新鮮な空気が供給されないことで、炭などの固体燃焼３０は、その燃焼が弱まるが直ちに消えることはない。
また、送風ファン５２Ａは、空気供給口１０Ａから燃焼室４０内へ新鮮な空気（外気）を供給するための有圧空気供給装置を構成するものである。

なお、温度センサ５１の検知に基づいて設定温度を維持するためには、空気供給管５５にバルブ設けてそのバルブの開閉を制御・調整することや、インバータにより送風ファン５２のモータの回転を制御・調整することで、有圧空気の供給量を調整する方法を利用することもできる。また、設定温度を安定的に維持するためには、単純なフィードバック制御の他に、ファジー制御などの既知の制御方法を適宜選択的に利用することができる。
また、安全装置として、地震によって倒れた際などに、送風ファン５２、５２Ａを停止させるスイッチの切断手段を設けるとよい。

また、固形燃料３０が入った燃焼室４０を含む装置の重量を検知することで、固形燃料３９の交換時期などを知らせる固形燃料交換報知機構を備えることができる。たとえば、燃焼室４０の下部に脚部６０を形成し、その脚部６０に燃焼室４０の重さに基づく圧力を検知する圧力センサ６１を備えることで、固体燃料３０の交換時期（再充填時期）を適切に知ることができる。外部に検知情報を報知する報知機構６５としては、固体燃料３０が燃焼してその残量が一定量まで低下した際に警報を発するなど、圧力センサ６１の検知によって作動する検知データ表示部、警報ランプ表示部、警報音声発生部などを設けることができる。すなわち、固形燃料３０が燃焼すると僅かな灰が残るだけであるため、燃焼室４０の重量が低下するが、その重量を圧力センサ６１によって計測することで、固体燃料３０の消耗状態や再充填時期を判断できる。水などの液体の入ったバックで燃焼室４０を支持する構成として、水圧センサを圧力センサ６１として用いることもできる。さらに、重量計を利用して圧力センサ６１として用いてもよい。

また、酸化触媒体２５を通過した燃焼ガスの一部を燃焼室４０に再度供給することで燃焼ガスを浄化するための燃焼空気の還流機構（図示せず）を設けてもよい。この還流機構としては、排気路部２１から燃焼室４０へ燃焼ガスの一部を導くように接続する還流管路及び還流用の送風ファンを構成要素とすることができる。また、ガス濃度センサや送風量の制御を行うことができる調整機構や制御機構を設けることができる。これにより、酸化触媒体２５を経た燃焼ガスの一部を還流させて有圧空気として燃焼室４０に取り入れ、再度酸化触媒体２５を通過させ、より浄化された燃焼ガスを排出させることができる。

また、図１に示すように、セラミックボールが充填された通気抵抗層３５を、燃焼室４０の上部に設けることで、よりバランスのよい燃焼を行うことができる。通気抵抗層３５によれば、供給された燃焼用の新鮮な空気が、短絡的に排気されることを防止できる。また、適度な通気抵抗が与えられるため、安定した高い温度の排気を酸化触媒体２５へ送ることができる。このため、触媒効果を高めることが可能になって、燃焼ガスをより適切に清浄化できる。

本形態例によれば、固形燃料３０として多孔質化の処理をした炭やコークスをしようした場合、燃料としての炭素の比率が高いため、排気口２０より外部へ放出される燃焼ガスは二酸化炭素を多く含むことになる。二酸化炭素は空気と比較して重いため、室内のより低い部分に滞留して足元を暖める効果がある。これによれば、暖房効果を高めることができる。また、多孔質化の処理がなされた固形燃料３０によれば、表面積が増えるため、空気中の酸素と反応しやすくなり、均一に酸化されて安定的な燃焼になる利点がある。

燃焼室４０の上面部や側面部などの外面部に燃焼室４０の熱を利用する熱交換器を形成し、熱せられた流体（液体や気体）を配管によって循環させることができる。これによれば、より効率的に室内の暖房をすることや、熱源を必要とするものにより効果的に熱量を供給できる。

次に、本固形燃料暖房装置の使用方法について説明する。
まず、燃焼室４０の蓋４１ａを開けて、その内部に炭を収容した燃料収納カゴ４５を収納する。その後、点火部４２で炭に点火する。点火には灯油などの液体燃料を用いてもよい。炭が点火したら、有圧空気供給装置５０を稼働させ、炭が持続的に燃焼するように、新鮮な有圧空気を閉塞された燃焼室４０に供給する。これによって暖房が持続的に行われる。燃焼は、充填された炭の上部であって有圧空気が供給されている箇所から徐々に下部へ向って進行して行く。この燃焼によって生じた燃焼ガス（排気ガス）は、排気口２０から外部へ放出する前に酸化触媒体２５で浄化される。その燃焼ガスの一部は、還流機構によって排気路部２１から燃焼室４０へ還流し、排気ガスをより浄化するようにしてもよい。

そして、温度センサ５１が、燃焼ガスの温度が所定の温度よりも上昇したことを検知した際には、送風ファン５２がＯＦＦとなって燃焼室４０内への有圧空気の供給が停止される。これによって、新鮮な空気の供給が遮断された状態となり、炭の燃焼が抑制される。そして、燃焼ガスの温度が所定の温度よりも低下したことを温度センサ５１が検知した際には、再び送風ファン５２がＯＮとなり有圧空気を供給する。この繰り返しにより炭は徐々に燃焼室４０の底部へ向って燃焼を継続する。炭がほとんど燃焼して残量が一定以下になった際には報知機構８５によって報知される。これによって、新たな炭を交換・充填する時期を適切に知ることができる。なお、多孔質化の処理をした炭の場合、２７０°Ｃ以上に温度を保つことで燃焼する状態が維持される。

例えば、燃焼室４０に２４ｋｇの炭を入れて燃焼した実験では、ほぼ１か月間の間、３５０°Ｃの燃焼ガスの温度を維持して燃焼を継続することができた。燃焼ガスの温度をこのように維持することで、酸化触媒体２５によって燃焼ガスが好適に酸化され、その燃焼ガス（排気ガス）の無害化や無臭化を好適に達成することができた。また、これによる暖房の効果は、暖房のベースとなる熱源として極めて有効であり、長期にわたって燃料の供給などの手間が全くかからない利点がある。なお、温度をより高く維持したい場合は、温度センサ５１の設定を変更し、新鮮な空気の供給量を増やすようにすればよい。

次ぎに、本発明に係る固形燃料暖房装置の他の形態例を、添付図面（図２）に基づいて詳細に説明する。この固形燃料暖房装置では、燃焼用の新鮮な空気を強制的に供給する有圧空気供給装置を構成要素としていないことが、図１の実施例と基本的に相違する。
新鮮な燃焼用の空気を供給するための空気供給口１０、及び燃焼ガスを外部へ排出するための排気口２０を備え、固形燃料３０が閉ざされた空間内で燃焼されるように、固形燃料３０が上下方向に積み重ねられて収納される筒体状の燃焼室４０と、その燃焼室４０の上面を除く本体を形成するポット状の形態であって、その燃焼室４０の底面及び側面を覆うように断熱材が設けられた燃焼室本体部４０Ａと、固形燃料３０が収納されるように上面が開放されると共に通気性の高い部材で設けられたカゴ状の容器であって、燃焼室本体部４０Ａ内に収納された燃料収納カゴ４５と、燃焼用の空気が流通するように燃焼室本体部４０Ａの内面と燃料収納カゴ４５の外面との間に設けられた燃焼室内側空隙４６と、排気口２０に連続して設けられた排気路部２１内に、通過する燃焼ガスを浄化するために設けられた酸化触媒体２５とを具備する。

また、本形態例では、排気路部２１の排出開口２２に、固形燃料３０の燃焼を調整できるように、排気量の調整を行う開閉調整器が設けられている。開閉調整器としては、例えば図２に示すように、排出開口２２を形成するスリット孔に対して、同等のスリット孔が形成されたスリット板２３がスライド可能に設けられることで構成できる。スリット孔同士が貫通するように合わせることで、排気量を高めて発熱量を高めることができ、スリット孔同士がより塞がるようにスリット板２３をスライドさせることで排気量を低下させて発熱量を低下させることができる。
なお、酸化触媒体２５を介して排出開口２２へ排気路部２１が連通し、燃焼室４０が閉塞された空間となっている。このため、地震などで装置全体が転倒した場合でも、燃焼室４０内の固体燃料３０は外部へ簡単には漏れ出ることがなく、安全性の高い形態になっている。

また、本形態例では、燃焼室本体部４０Ａが収納されるように、その燃焼室本体部４０Ａの底面及び側面を覆うように設けられた外壁カバー部７０と、燃焼室本体部４０Ａの外面と外壁カバー部７０の内面との間に設けられて空気供給口１０に連通された燃焼室外側空隙７１と、その燃焼室外側空隙７１へ外気を導入できるように外壁カバー部７０の底部に設けられている空気導入開口７５とを具備する。
これによれば、矢印で示したように燃焼用の新鮮な空気が、空気導入開口７５から導入されて、燃焼室外側空隙７１を回って空気供給口１０として設けられた複数の通気孔から燃焼室４０内へ供給される。燃焼用の新鮮な空気が予め加熱されるため、固形燃料３０の安定的な燃焼を助長することができる。また、装置表面が高温になることを防止し、装置の安全性を向上できる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 空気供給口
１０Ａ 空気供給口
２０ 排気口
２１ 排気路部
２５ 酸化触媒体
３０ 固形燃料
３５ 通気抵抗層
４０ 燃焼室
４０Ａ 燃焼室本体部
４１ 天井部
４１ａ 蓋部
４２ 点火部
４５ 燃料収納カゴ
４６ 燃焼室内側空隙
５０ 有圧空気供給装置
５１ 温度センサ
５２ 送風ファン
５３ 制御部
５４ 空気取り入れ口
５５ 空気供給管
６０ 脚部
６１ 圧力センサ
６５ 報知機構
７０ 外壁カバー部
７１ 燃焼室外側空隙
７５ 空気導入開口

Claims (8)

1. 塊状の固形燃料を燃焼することで暖房を行う固形燃料暖房装置であって、
   新鮮な燃焼用の空気を供給するための空気供給口、及び燃焼ガスを外部へ排出するための排気口を備え、前記固形燃料が閉ざされた空間内で燃焼されるように、該固形燃料が上下方向に積み重ねられて収納される筒体状の燃焼室と、
   該燃焼室の上面を除く本体を形成するポット状の形態であって、該燃焼室の底面及び側面を覆うように断熱材が設けられた燃焼室本体部と、
   前記固形燃料が収納されるように上面が開放されると共に通気性の高い部材で設けられたカゴ状の容器であって、前記燃焼室本体部内に収納された燃料収納カゴと、
   前記燃焼用の空気が流通するように前記燃焼室本体部の内面と前記燃料収納カゴの外面との間に設けられた燃焼室内側空隙と、
   前記排気口に連続して設けられた排気路部内に、通過する前記燃焼ガスを浄化するために設けられた酸化触媒体とを具備することを特徴とする固形燃料暖房装置。
2. 前記排気路部の排出開口に、前記固形燃料の燃焼を調整できるように、排気量の調整を行う開閉調整器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の固形燃料暖房装置。
3. 燃焼室本体部が収納されるように、該燃焼室本体部の底面及び側面を覆うように設けられた外壁カバー部と、前記燃焼室本体部の外面と前記外壁カバー部の内面との間に設けられて前記空気供給口に連通された燃焼室外側空隙と、該燃焼室外側空隙へ外気を導入できるように前記外壁カバー部の底部に設けられている空気導入開口とを具備することを特徴とする請求項１又は２記載の固形燃料暖房装置。
4. 前記固形燃料の点火部が筒体状の燃焼室の上部になっており、前記排気口が前記燃焼室の天井部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固形燃料暖房装置。
5. 前記空気供給口に連通して前記燃焼用の有圧空気を供給する共に、該有圧空気の供給を調整することができる有圧空気供給装置を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固形燃料暖房装置。
6. 前記有圧空気供給装置が、前記燃焼室内の温度を検知することで有圧空気の供給を制御するように設けられていることを特徴とする請求項５記載の固形燃料暖房装置。
7. 前記固形燃料が、表面多孔質化の処理をした炭であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固形燃料暖房装置。
8. 前記固形燃料が入った前記燃焼室を含む装置の重量を検知することで前記固形燃料の交換時期を知らせる固形燃料交換報知機構を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固形燃料暖房装置。

Images