JP2019100652A - 排気装置 - Google Patents

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壮彦 北中
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Abstract

【課題】薪ストーブの設置に際しては、薪ストーブと一緒に約4〜5mの長さの煙突も設置しなければならず、煙突自体に加えて煙突取り付けを含む煙突設置費用、即ち、排気通路を形成する費用の高額化が避けられず、ひいては薪ストーブ設置費用の高額化を招いていた。【解決手段】燃焼室Cで発生した燃焼ガスgの排気通路eを形成する排気通路部Eに設けられる排気装置であって、排気通路部Eの外の空気を導入して、燃焼ガスgの排出を促進するための促進空気流fを形成する排気促進部11を有する。【選択図】図1

Description

この発明は、燃焼室で発生した燃焼ガスを排出する排気装置に関し、特に、燃焼室に連通する排気通路部を備え、この排気通路部を介して燃焼室で発生した燃焼ガスを排出する排気装置に関する。
従来、暖房器具の一つとして、薪を燃料とする薪ストーブが知られている。燃料である薪は、バイオマス(植物資源)として再生可能な循環型エネルギーであり、燃焼に際し化石燃料のように大気中の二酸化炭素を増加させることがない。つまり、薪燃焼時に放出する二酸化炭素は、薪の原料である木が生長する際に吸収した二酸化炭素と同等であり、地球全体の二酸化炭素の量は平衡している(所謂カーボンニュートラルの概念)ので、地球温暖化対策に有効であるとして、最近脚光を浴びている。
薪を燃料とする薪ストーブの場合、薪を燃焼させる燃焼室に対して燃焼空気の供給(給気)と燃焼ガスの排出(排気)が必要であり、燃焼室に連通させて立ち上げた煙突によりドラフト(上昇気流)を起こすことによって排気を行い、排気時に発生する吸引力によって給気を行っている。ドラフトは、空気の温度差によって自然に発生し、煙突内の温度が高い(外気温との差が大きい)ほど気流の流れが強くなる。
このように、薪ストーブに用いられる、ドラフト機能により排気が行われる煙突に関するものとして、燃焼機器用煙突(特許文献1参照)がある。
特開2010−243008号公報
しかしながら、外気温との差に基づき自然に発生するドラフトにより排気(自然排気)が行われる場合、一般的な薪ストーブにおいて十分なドラフト効果を得て確実に排気するためには、十分な長さの排気通路を確保することができる、約4〜5mの立ち上がり長さの煙突を必要としていた。そのため、薪ストーブの設置に際しては、薪ストーブと一緒に約4〜5mの長さの煙突も設置しなければならず、煙突自体に加えて煙突取り付けを含む煙突設置費用、即ち、排気通路を形成する費用の高額化が避けられず、ひいては薪ストーブ設置費用の高額化を招いていた。
この発明の目的は、従来に比べより短い長さの排気通路でも確実に排気することができ、排気通路を形成する費用の低減が可能な排気装置を提供することである。
上記目的を達成するため、この発明に係る排気装置は、燃焼室で発生した燃焼ガスの排気通路を形成する排気通路部に設けられる排気装置であって、前記排気通路部の外の空気を導入して、前記燃焼ガスの排出を促進するための促進空気流を形成する排気促進部を有することを特徴とする。
上記構成を有することにより、従来に比べより短い長さの排気通路でも確実に排気することができ、排気通路を形成する費用の低減が可能になる。
この発明の排気装置では、前記排気促進部は、前記排気通路部の外から空気を吸引して前記促進空気流を形成する送風機を備え、前記送風機は、前記排気通路の外に配置されている、ことが好ましい。この構成によれば、送風機が排気通路部を通る排気に触れることがない。
この発明の排気装置では、前記送風機を、前記燃焼室が発生させる熱により発電する熱電発電ユニットから供給される電力を動力として駆動させる、ことが好ましい。この構成によれば、燃焼室が発生させる熱から得られた電力により送風機を駆動させることができる。
この発明の排気装置では、前記排気促進部により形成された前記促進空気流の調整により、燃焼状態の調整を行う、ことが好ましい。この構成によれば、燃焼室における燃焼状態への直接的な影響を極力少なくして、燃焼状態をコントロールすることができる。
この発明によれば、従来に比べより短い長さの排気通路でも確実に排気することができ、排気通路を形成する費用の低減が可能な排気装置を提供することができる。
この発明の第1実施の形態に係る排気装置の概略的構成を断面して示す説明図である。 この発明の第1実施の形態に係る排気装置の他の例の概略的構成を断面して示す説明図である。 この発明の第2実施の形態に係る排気装置の概略的構成を断面して示す説明図である。 この発明の第2実施の形態に係る排気装置の他の例の概略的構成を断面して示す説明図である。 この発明の第2実施の形態に係る排気装置の更に他の例の概略的構成を一部断面して示す説明図である。 流出ガイドを傾斜配置した例における通気部の概略的構成を断面して示す説明図である。
以下、この発明を実施するための実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、この発明の第1実施の形態に係る排気装置の概略的構成を断面して示す説明図である。
図1に示すように、第1実施形態の排気装置10は、燃焼室Cで発生した燃焼ガスgを排出する排気通路eを形成する排気通路部Eに設けられており、排気通路部Eの外の空気(外気)を導入して、燃焼ガスgの排出を促進するための促進空気流fを形成する排気促進部11を有している。
本実施形態の排気装置10は、例えば、薪Wを燃料とする薪ストーブ(図示しない)に備えられている煙突に設置されており、この煙突は、薪Wを燃焼させる燃焼室Cに連通させて立ち上げられ、燃焼ガスgを排出する排気通路eを形成する排気通路部Eとして機能する。
薪ストーブの場合、煙突(即ち、排気通路部)Eによりドラフト(上昇気流)を起こすことによって燃焼ガスgの排出(排気)を行い、排気時に発生する吸引力によって、燃焼室Cの給気口Iから燃焼空気の供給(給気)を行っている。ドラフトは、空気の温度差によって自然に発生するものであり、本実施形態の排気装置10が設置されている煙突Eが備えられた薪ストーブにおいては、自然給排気が行われている。
なお、煙突Eは、例えば、二重管構造を有し内外管の間隙に断熱材を充填した断熱仕様のものが望ましいが、これに限るものではない。
本実施形態の排気装置10が有する排気促進部11は、排気通路部である煙突Eの外から空気を吸引して促進空気流fを形成する送風機(送風ファン)12を備え、送風機12は、排気通路eの外に配置されている。
本実施形態の排気促進部11は、燃焼室Cの上端の、煙突Eとの連結部に離脱自在に取り付けることができる、箱形容器状に形成され、容器内部空間である排気促進部11の内部空間に、排気通路eの一部となって取り入れた外気を排気に合流させるための連通部13を設置している。この排気促進部11は、煙突Eとの連結部に離脱自在に取り付けることができるので、新たに煙突Eを設置する際に限らず、既存の煙突Eに後付けで設置することもできる。
本実施形態の排気促進部11に設置されている連通部13は、煙突Eと略同一の内径及び形状からなる縦置き円筒状に形成され、両端開口を、排気促進部11の外に露出させており、これによって、排気促進部11には、連通部13の外周を取り巻く略円環状空間dが形成される(図1参照)。
本実施形態において、排気促進部11の略円環状空間dは、排気促進部11に開けられた通気孔11aにより排気促進部11の外部と、連通部13に開けられた通気孔13aにより連通部13の内部と、それぞれ連通しており、連通部13の外の通気孔11aに臨む位置に送風機12が配置されている(図1参照)。
この通気孔13aは、例えば、連通部13の外周面略全域に複数個開けられており、各通気孔13aから吸引された煙突Eの外の空気は、排気通路eの一部となる連通部13の内部に向かって送り込まれる。各通気孔13aから流れ出る空気流は、通気孔13aにより、略水平方向或いは上向き方向に流れ出るように設定されており、例えば、空気流の流出量を絞り込み、且つ、流れ出る方向を案内する流出ガイド13bが、各通気孔13aに設けられている。
本実施形態の通気孔11a及び通気孔13aは、一個或いは複数個設けられていると共に、丸孔や角孔等の様々な形状により形成されており、通気孔11a及び通気孔13aを通って必要とする空気流が得られるように、調整される。なお、通気孔13aにおいては、排気通路eの少なくとも対向位置の二箇所に空気流を送り込むことができるように、連通部13外周の少なくとも対向位置の二箇所に設けることが望ましい。
本実施形態において、送風機12は、連通部13の外、即ち、排気通路eの外に配置されているので、送風機12が、燃焼室Cで発生する燃焼ガスgに晒されることがない。このため、例えば、強制給排気のために用いられる、一般的な送風機(送風ファン)のように、排気通路eに配置され、常時、燃焼ガスgに晒されることに伴う、汚れや劣化等が発生せず、汚れや劣化等の発生に対処するための定期的な清掃や交換等を必要としないので、保守点検が容易になる。
本実施形態において、送風機12を、燃焼室Cが発生させる熱により発電する熱電発電ユニット14から供給される電力を動力として駆動させている。この送風機12を駆動させることにより、排気促進部11において、外気を通気孔11aから取り入れて連通部13の通気孔13aへと向かわせる。このとき、通気孔13aへと向かう空気流は、連通部13の外周面に沿って移動し、送風機12に対向配置されている通気孔13aの他、送風機12とは反対側に配置されている通気孔13aを含む、連通部13の外周面略全域に開けられた全ての通気孔13aを通り抜ける。
通気孔13aを通り抜ける際、流出ガイド13bに沿って略水平或いは上向きになった空気流は、加速され流速を早めつつ、連通部13に送り込まれ、連通部13を経て排気通路eを通る燃焼ガスgに合流する。
本実施形態の熱電発電ユニット14は、燃焼室Cが発生させる熱を効率良く得られる場所、例えば、燃焼室Cの上面外側(図1参照)に装着されており、燃焼室Cが発生させる熱によって発電された電力は、有線や無線等による供給手段(図示しない)を用いて送風機12及び制御ユニット15に供給される。このような熱電発電ユニット14としては、例えば、熱電発電自立電源ユニット(株式会社KELK製)がある。
なお、本実施形態において、送風機12を駆動するための電力供給源として熱電発電ユニット14を用いたが、熱電発電ユニット14の代わりに、電力事業者によって供給される商用電源(例えば、AC電源)、乾電池や充電池等を用いても良い。
排気促進部11において形成される空気流は、送風機12に備えられた送風機能調整部(図示しない)を調整して、必要な流速や流量等を確保することができる。この送風機12の送風機能調整部は、例えば、排気促進部11に設けた、通信機能を備えた制御ユニット15を介して、コントロールするようにしても良い。送風機12を制御する制御ユニット15に、遠隔操作装置15a(例えば、スマートフォン等)からの無線信号を受信することができる受信部(図示しない)を備え、制御ユニット15が遠隔操作装置15aから出力された遠隔操作用の無線信号を受信することで(図1参照)、送風機12の送風機能をコントロールすることができる。
本実施形態の排気促進部11を、燃焼室Cの上端の、煙突Eとの連結部に取り付けて、連通部13の下端開口を燃焼室Cに、上端開口を煙突Eに、それぞれ連通させることにより、連通部13を介して、燃焼室Cから煙突Eに続く排気通路eが形成される。
これにより、本実施形態の排気装置10は、送風機12の作動時、通気孔11aから、排気促進部11の外、即ち、煙突Eの外の空気(外気)を、排気促進部11の内部へ吸引して、通気孔13aから連通部13内、即ち、排気通路e内に送り込むことができる。排気促進部11により、排気通路e内に送り込まれた、加速され流速を早めた外気は、薪Wの燃焼時に燃焼室Cで発生し排気通路eを通って排出される燃焼ガスgに、合流する。外気が合流することで、排気通路eの燃焼ガスgは、排出速度が加速されると共に排気圧力が増大して排出が促進されることになり、燃焼ガスgに合流する外気(空気流)は、燃焼ガスgの排出を促進するための促進空気流fとして機能する。
このように、本実施形態の排気装置10は、排気促進部11により、排気通路部である煙突Eの外の空気を導入して促進空気流fを形成し、この促進空気流fにより、燃焼ガスgの排出を促進することができる。従って、本実施形態の排気装置10により、従来に比べより短い長さの排気通路、即ち、約4〜5mの立ち上がり長さを必要としない、例えば約1〜1.5m、長くとも約3〜4mの立ち上がり長さの排気通路e、を形成する煙突Eでも確実に排気することができる。
この結果、排気通路eを形成する費用の低減が可能になり、排気通路eを形成する煙突E自体に加えて煙突E取り付けを含む煙突E設置費用の高額化が避けられ、ひいては薪ストーブ設置費用の高額化を招くこともない。
また、本実施形態の排気装置10は、排気促進部11により促進空気流fを形成し、燃焼ガスgの排出を促進することができるので、煙突Eの設置場所(本実施形態では、薪ストーブ設置場所)や煙突Eの排気口周辺が負圧になった場合でも、排気(煙)が逆流するのを防止することができる。負圧状態は、例えば、最近増加している高気密住宅では、換気扇を使用しただけで発生し、強風発生時にも、屋根から突出する排気口周辺が負圧帯になって発生してしまう。
また、本実施形態の排気装置10は、排気促進部11により促進空気流fを形成し、燃焼ガスgの排出を促進することができるので、燃焼ガスgの排出に伴った、燃焼室Cの給気口Iからの燃焼空気の供給(給気)が可能になり、燃焼室Cにおける燃焼状態をコントロールすることができる。つまり、燃焼室Cの給気口Iからの給気の調整による、直接的な燃焼状態の調整ではなく、排気通路eにおける促進空気流fの流速や流量等の調整によっても、燃焼状態の調整が可能になる。
このため、排気能力を高めるために給気口Iからの給気量を増大させると、燃焼用空気も増大させることになって燃焼速度等を高めてしまうという、燃焼室Cにおける燃焼状態への直接的な影響を極力少なくして、燃焼状態をコントロールすることができる。燃焼速度等を高めると、薪ストーブにおいては、当然、薪の燃焼速度が速くなり薪が短時間で燃え尽きてしまうことになり、薪の使用量(消費量)が増えてしまう。
次に、排気装置10の他の実施形態の例を説明する。
図2は、この発明の第1実施の形態に係る排気装置の他の例の概略的構成を断面して示す説明図である。
図2に示すように、本実施形態の排気装置16は、燃焼ガスgを排出する排気通路eを形成する排気通路部として機能する煙突Eが、途中で屈曲して横配置になっており、屈曲部の外側に離脱自在に取り付けられている排気促進部17は、開口幅の狭い円環状の通気孔17aにより、排気通路eに連通している。その他の構成及び作用は、上述した排気装置10と略同様である。
本実施形態の排気促進部17が排気通路eと連通する通気孔17aは、排気通路eの排気排出方向と直交する断面(本実施形態では、円形状面)に対向する形状が、例えば、開口幅の狭い円環状となっており、排気促進部17から排気通路eへの合流口は、略円環状空間dとなっている。これにより、送風機12の作動により、排気促進部17から排気通路eへと送出される空気流の流速を早めることができ、排気通路eを通る排気(燃焼ガスg)に合流して、排気(燃焼ガスg)の排出を促進する促進空気流fを形成することができる。
(第2実施形態)
図3は、この発明の第2実施の形態に係る排気装置の概略的構成を断面して示す説明図である。
図3に示すように、第2実施形態の排気装置20は、取り入れた外気を排気に合流させるための連通部13の代わりに、煙突Eの外側に流路を設け、この流路を介して取り入れた外気を排気に合流させている。その他の構成及び作用は、上述した排気装置10と略同様である。
本実施形態の排気装置20は、途中で屈曲して横配置になっている煙突Eの外側に、煙突Eを内管として内包する外管21を設けて二重管構造とし、外管21の、煙突Eの排出口とは反対側に、通気孔11aに臨んで送風機12が配置されている。
この外管21により、煙突Eの外周面と外管21の内周面との間に略同一幅の円環状空間hが形成され、この円環状空間hに、送風機12により促進空気流fが送り出され、煙突Eの排出口で、排出口から排出される排気(燃焼ガスg)に促進空気流fを合流させている。つまり、煙突Eの外周面と外管21の内周面との間に形成された円環状空間hは、促進空気流fの流路となり、送風機12が配置された外管21は、排気通路部である煙突Eの外の空気を導入して、燃焼ガスgの排出を促進するための促進空気流fを形成する排気促進部として機能する。
本実施形態の排気促進部、即ち、送風機12が配置された外管21は、煙突Eとの二重管構造となるように、予め、煙突Eと一体的に形成されているが、煙突Eに離脱自在に取り付けるようにしても良く、新たに煙突Eを設置する際に限らず、既存の煙突Eに後付けで設置することもできる。
本実施形態において、促進空気流fの流路となる円環状空間hの排出側には、煙突Eと外管21の排出側を共に内側、即ち、排気通路e側に向けて絞り込むことにより、開口幅の狭い円環状に形成された通気孔21aが設けられている。送風機12の作動により、外気を通気孔11aから取り込んで円環状空間hへと送出される空気流は、この通気孔21aを経ることで流速を早めて、排気通路eを通る燃焼ガスgに合流することになり、燃焼ガスgの排出を促進する促進空気流fを形成する。
燃焼ガスgに、促進空気流fが合流することで、排気通路eの燃焼ガスgは、排出速度が加速されると共に排気圧力が増大して排出が促進されることになり、加えて、合流する促進空気流fの方が排気より流速が早いと、煙突Eからの排気が促進空気流fの流れに誘引されることになり、燃焼ガスgの排出が更に促進される。
なお、排出口から排出される燃焼ガスgに促進空気流fを合流させている位置は、外管21と共に二重管を形成する煙突Eの排出口に限るものではなく、例えば、煙突Eの、長さ方向略中央部或いは送風機12側等、任意の位置としてもよい。
次に、排気装置20の他の実施形態の例を説明する。
図4は、この発明の第2実施の形態に係る排気装置の他の例の概略的構成を断面して示す説明図である。
図4に示すように、本実施形態の排気装置22は、排気通路部である煙突Eの外の空気を導入して、燃焼ガスgの排出を促進するための促進空気流fを形成する排気促進部として機能する外管21の、煙突Eの排出口とは反対側が、煙突Eに対して略直角に屈曲されている。この屈曲部分の、煙突Eの外の通気孔11aに臨む位置に、送風機(送風ファン)12が配置されている。その他の構成及び作用は、上述した排気装置20と略同様である。
送風機12の作動により、外気を通気孔11aから取り込んで円環状空間hへと送出される空気流は、円環状空間hの排出側に設けられた、開口幅の狭い円環状に形成された通気孔21aを経ることにより、流速を早めて排気通路eを通る燃焼ガスgに合流することになり、促進空気流fとして燃焼ガスgの排出を促進する。
図5は、この発明の第2実施の形態に係る排気装置の更に他の例の概略的構成を一部断面して示す説明図である。
図5に示すように、本実施形態の排気装置23は、煙突Eを内管として内包する外管21に代えて、煙突Eの内径より小径の複数(本実施形態では4本)の外管24を有しており、促進空気流fの流路は、一つの円環状空間hではなく、複数の円筒空間iにより形成される。この外管24は、燃焼ガスgの排出を促進するための促進空気流fを形成する排気促進部として機能する。その他の構成及び作用は、上述した排気装置22と略同様である。
本実施形態の複数の外管24は、煙突Eの外周面に、例えば、略等間隔で略平行に配置され、各外管24の円筒空間iの排出側には、先端を絞り込むと共に煙突Eの排気通路e側に向けた、円形開口の通気孔24aが設けられている。送風機12の作動により、外気を通気孔11aから取り込んで各円筒空間iへと送出される空気流は、各円筒空間iの通気孔24aを経ることで流速を早めて排気通路eを通り、煙突Eの排気口から排出される燃焼ガスgに合流することになり、燃焼ガスgの排出を促進する促進空気流fを形成する。
促進空気流fは、排気通路eを通る燃焼ガスgに合流することで、燃焼ガスgの排出を促進させるが、促進空気流fの合流により燃焼ガスgの流れがスパイラル(渦巻き)流になることで、燃焼ガスgの排出を更に促進させることができる。
上述した各通気孔13a,17a,21a,24aは、促進空気流fを煙突Eの内部に送り込む送出口として機能しており、促進空気流fを、各通気孔13a,17a,21a,24aからスパイラル(渦巻き)流にして送出することにより、促進空気流fが合流した燃焼ガスgをスパイラル(渦巻き)流にすることができる。
図6は、流出ガイドを傾斜配置した例における通気部の概略的構成を断面して示す説明図である。図6に示すように、例えば、通気孔13aの流出ガイド13bを、通気孔13aから排出された促進空気流fが流出ガイド13bに案内されて、連通部13内周面の内周(円周)方向、且つ、上向き(排出口)方向に向かうように、連通部13内周面に対し円周方向及び排出口方向へ所定角度(仰角)で立ち上がらせ、傾斜配置する。
所定角度の一例として、好ましくは0°を超えて60°の範囲に、特に好ましくは10°〜45°の範囲に設定する。これにより、通気孔13aから排出された促進空気流fが、流出ガイド13bに案内されて連通部13内周面の内周方向、且つ、上向き方向に排出される。
促進空気流fの送出方向が、連通部13の内周面に沿った上向き方向になることで、促進空気流fは、煙突E内部にスパイラル(渦巻き)流として排出され、排出された促進空気流fが合流する燃焼ガスgの流れを、燃焼ガスgの進行方向である煙突E排出口に向かって直進せずスパイラル(渦巻き)状に進む、スパイラル(渦巻き)流にすることができる。
この発明によれば、従来に比べより短い長さの排気通路でも確実に排気することができ、排気通路を形成する費用の低減が可能になり、また、送風機においては、汚れや劣化等の発生に対処するための定期的な清掃や交換等を必要としないので、保守点検が容易になると共に、燃焼室が発生させる熱から得られた電力により駆動させることができ、更に、燃焼室における燃焼状態への直接的な影響を極力少なくして、燃焼状態をコントロールすることができ、遠隔操作装置(例えば、スマートフォン等)を用いて、通信機能を備えた制御ユニットを介し、送風機をコントロールすることが可能になるので、排気装置として最適である。
10,16,20,22,23 排気装置、 11,17 排気促進部、 11a,13a,17a,21a,24a 通気孔、 12 送風機、 13 連通部、 13b 流出ガイド、 14 熱電発電ユニット、 15 制御ユニット、 15a 遠隔操作装置、 21,24 外管(排気促進部)、 C 燃焼室、 E 煙突(排気通路部)、 W 薪、 d 略円環状空間、 e 排気通路、 f 促進空気流、 g 燃焼ガス、 h 円環状空間、 i 円筒空間。

Claims (4)

  1. 燃焼室で発生した燃焼ガスの排気通路を形成する排気通路部に設けられる排気装置であって、
    前記排気通路部の外の空気を導入して、前記燃焼ガスの排出を促進するための促進空気流を形成する排気促進部を有することを特徴とする排気装置。
  2. 前記排気促進部は、前記排気通路部の外から空気を吸引して前記促進空気流を形成する送風機を備え、前記送風機は、前記排気通路の外に配置されている、請求項1に記載の排気装置。
  3. 前記送風機を、前記燃焼室が発生させる熱により発電する熱電発電ユニットから供給される電力を動力として駆動させる、請求項2に記載の排気装置。
  4. 前記排気促進部により形成された前記促進空気流の調整により、燃焼状態の調整を行う、請求項1から3のいずれか一項に記載の排気装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102288622B1 (ko) * 2020-01-30 2021-08-11 린나이코리아 주식회사 가스보일러용 벤츄리장치

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