JP3173401U - 煙突不要の木質ペレットストーブ - Google Patents

Abstract

【課題】床暖効率が良い煙突不要の木質ペレットストーブを実現する。
【解決手段】木質ペレットストーブの排気管１１に触媒フィルター２２及びフィルターの温度を保つためのヒーター２３を装着する。
【選択図】図３

Description

本考案は木質ペレットを燃料とする暖房装置に関するものである。

木質ペレットは木材を原料としカーボンニュートラルであるため、地球温暖化防止に有効なエネルギー資源である。原料には間伐材や廃材となった木材も使うことができ、安価であると同時に森林の保全、廃棄物処理にも貢献する。
このようなことから木質ペレットを燃料とする暖房器具は、より広く普及させることが望まれている。

考案者は、木質ペレットを燃料に用い小型で熱効率の高い暖房装置として特許文献１を考案した。

さらに木質ペレットを燃料とし電気を使わない暖房装置として特許文献２を考案した。

ストーブの燃焼ガスを浄化する方法として特許文献３では、薪、石炭などを燃料とするストーブにおいて薄膜金属のフィルターを用いる方法が述べられているが、燃焼ガスは煙突から屋外に排出されている。

登録実用新案第３１４０２４０号 下降煙管式熱交換器を利用した固体燃料暖房器具 登録実用新案第３１５６４２７号 電気レス木質ペレット暖房装置 特許公開２００７−２４４２２ ストーブ

木質ペレットストーブを家庭用の暖房装置として使用する場合、煙突を設置して燃焼ガスを外に排出しなければならなかった。燃焼ガスを浄化することにより室内に排出可能にし、煙突が不要な木質ペレットストーブを実現する。

木質ペレットストーブの燃焼ガスで最も問題となるのは一酸化炭素である。その他の成分はごく僅かで問題になるレベルではない。
触媒フィルターによって燃焼ガス中に残っている一酸化炭素と酸素を反応させ二酸化炭素に変えることで、燃焼ガスを室内に排出して良いレベルにし、煙突を不要にする。尚、石油ストーブや石油ファンヒーター等と同様に、２時間に1回程度の換気は必要である。

触媒フィルターは規定以上の温度で効果を発揮する。本考案の実験に用いたものはセラミック触媒フィルターで２２０℃以上という規定であったが、点火する時はヒーターで触媒フィルターを加熱し規定温度に達してから点火する。
消火の時はペレットの供給を止めた後ロストルに残っているペレットが完全に燃え尽きるまで、触媒フィルターをヒーターで加熱し続けて温度を保つ。

これまでは燃焼ガスを煙突から屋外に排出していた。それは燃焼ガスの持つ熱を外に捨てていたことになるが、室内に排出が可能になったことで暖房効率が大きく向上し燃料の大幅な節約になる。

煙突の設置工事が不要になることで費用が安くなるだけでなく、より簡単にストーブを設置できるとともに室内で場所を移動することも可能になり、これまで以上に普及が進む。

本考案ペレットストーブを正面から見た時の内部配置 本考案ペレットストーブを右から見た時の内部配置 本考案ペレットストーブを左から見た時の内部配置 本考案ペレットストーブを上から見た時の内部配置 本考案の実験に用いた触媒フィルター

本考案の基となった電気を使ったＦＦ式（強制給排気式）ペレットストーブについて述べる。
ＦＦ式は屋外の空気を取り入れて燃焼に使い、燃焼後のガスは屋外に排出する。温風は室内の空気を取り入れて熱交換器で燃焼ガスの熱を受け取り、温風として吹き出す。
このＦＦ方式のため、ストーブを設置するときには壁又は屋根に穴を開けて吸気と排気の２つの管、あるいは２重管にして1つの管を通す工事が必要となる。

ペレットストーブ内部の配置、空気及び燃焼ガスの流れを図１〜４に示す。
各図は内部を示すため外側のパネルを省略しており、図1では扉、温風吹出し口、図４ではペレットタンク、ペレット供給機構等も省略している。また、図３、図４の触媒フィルター２２等は本考案において加わったものであり、これまで燃焼ガスは排気管１１から煙突を通して屋外に排出されていた。
燃焼に使われる空気は、排気ファン１０が回ることによって吸気管1から吸い込まれる。吸い込まれた空気はロストル３の下から上に抜ける時、燃焼に使われる（図２）。ロストル３で燃焼した後の燃焼ガスは、燃焼室４の上部で左右に別れ熱交換器９の中を下に流れる（図１）。その後燃焼室４の後側で合流し、排気ファン１０によって排出される（図３、図４）。
温風は、温風ファン１２が回ることによって室内の空気が側面や後面のパネルの孔から吸い込まれて熱交換器９に入り、熱交換器９内で燃焼ガスの熱を受け取り温風となってストーブ前面の吹出し口１４から吹き出す（図２、図３）。

ペレットストーブの点火・消火について述べる。
点火は燃料である木質ペレットを燃料供給機構１７からロストル３に供給した後、点火用ヒーター２０によって加熱し点火する（ヒーター２０の熱によって数分程度で自然に着火する）。その後、ペレットが燃焼して減った分は、燃料供給機構１７によって供給され、ロストル３では常に一定の量が燃焼している。（供給量は暖房火力の強さに応じてあらかじめ決められている。）
消火はまずペレットの供給を止める。ロストルに残ったペレットは排気ファン１０が回り続けることによって空気が供給され、無くなるまで燃え続ける。ペレットが完全に燃え尽きたところで排気ファン１０、温風ファン１２ともに停止し、消火が完了する。

次に燃焼ガスを浄化する方法について述べる。
本考案の基である電気を使った木質ペレットストーブは二次燃焼方式を採用している。 ロストル３で燃焼した後の燃焼ガスにさらに空気を送り、燃えきらなかった煤や一酸化炭素等を燃焼させる（図１の二次燃焼用空気吹出し口６及び二次燃焼用空気の流れ７）。
二次燃焼によってペレットはほとんど完全に燃焼し燃焼ガスはかなり浄化されるが、それでも室内に排出できるレベルには至らないため、これまでは排気管１１から煙突を通して屋外に排出していた。

二次燃焼後の燃焼ガスで問題となるのは一酸化炭素で、それ以外の成分はごく僅かで問題ない。一酸化炭素は排気管１１に触媒フィルター２２を装着して浄化する。本考案の実験に用いたセラミック触媒フィルターを図５に示す。
一酸化炭素は触媒フィルターを通る時に燃焼ガス中に残っている酸素と反応し二酸化炭素に変わる。それによって燃焼ガスは室内に排出できるレベルまで浄化され、煙突は不要になる。

合わせて燃焼のための空気を室内の空気にすることで、屋根・壁に穴を開けて管を取り付ける工事は完全に不要となる。
室内の空気を燃焼に使うので、石油ストーブや石油ファンヒーター等と同様に２時間に1回程度の換気が必要である。また、燃焼ガスは上方に向けて排出されるので、サーキュレータ等を用いて室内の空気を撹拌するとより効率的に暖房することができる。

触媒フィルター２２は規定以上の温度で効果を発揮する。本考案の実験ではセラミック触媒フィルターを用いたが、２２０℃以上という規定であった。触媒フィルター２２の周囲にヒーター２３を装着し、点火する際はヒーター２３で触媒フィルター２２を予熱し規定温度に達してから点火する。（バーナーで加熱する、熱風を当てる等の方法もある。）

消火はまずペレットの供給を止める。ロストル３に残ったペレットが燃えて少なくなるにつれ燃焼ガスの温度は徐々に低下するため、ヒーター２３を入れたままにして触媒フィルター２２の温度を保つ。ロストル３にある燃料がすべて燃え尽きたところでヒーター２３及び排気ファン１０、温風ファン１２を止める。

実験に用いたセラミック触媒フィルターは図５の寸法、段数は３段のときに最も浄化能力が高く、フィルターの目が細かすぎる場合、フィルターの段数を多くした場合等に効果が下がる現象が見られた。
これはフィルターが効果を発揮するにはフィルターの表面積（燃焼ガスと接触する面積）が大きいほうが良いが、目が細かすぎる場合、段数が多い場合には燃焼ガスが通過するときの抵抗が増えて排気ファン１０による空気の供給が滞り、反応のための空気（酸素）が少なくなることが原因と考えられる。
このことから、最も効果が高くなるフィルターの目の大きさや段数はストーブの大きさ、燃焼量、排気ファンの能力（空気の供給量）、排気管の径等によって変わり、対象となるストーブ毎に最良の条件を見つけ出す必要がある。

１…吸気管
２…吸気の流れ
３…ロストル
４…燃焼室
５…燃焼炎
６…二次燃焼用空気吹出し口
７…二次燃焼用空気の流れ
８…燃焼ガスの流れ
９…熱交換器
１０…排気ファン
１１…排気管
１２…温風ファン
１３…温風の流れ
１４…温風吹出し口
１５…扉
１６…燃料タンク
１７…燃料供給機構
１８…燃料供給管
１９…燃料供給口
２０…点火用ヒーター
２１…灰受け皿
２２…触媒フィルター
２３…触媒フィルター用ヒーター
２４…金網

Claims (1)

1. 木質ペレットを燃料とする暖房装置であって、
   排気管に触媒フィルター及びフィルターの温度を保つためのヒーターを付けることによって
   排出ガスを室内に排出可能なレベルまで浄化して、
   煙突を不要にした暖房装置。

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