JP6108204B2 - ペレット燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、ペレットストーブ本体と共に用いられるペレット燃焼装置に関する。

技術背景

従来、燃焼台上のペレット燃料を下方からの燃焼風による燃焼方式のペレットストーブが多く紹介されている。このような燃焼台下方から送風する方式は風力に制限が設けられ送風を強くするとペレットが舞い上がり火力を強めるのにも制限が求められる。
一方特許文献１、特許文献２に記載のペレットバーナーの燃焼方式では火格子燃焼ザラ、燃焼台上のペレットを上方からの送風による燃焼方式は風力を強めることでバーナーのような高温の火力が得られる。

しかしながら、上方からの送風燃焼方式は特許文献２による試験では１０００度を超える高温となり燃焼台耐熱鋳物も変形溶解し、又、耐熱ステンレス製の部材及び燃焼網はストーブの部材としては可能であったが六化クロムの発生により使用を断念することとなった。

さらに燃焼ザラ、燃焼網等の火格子上には燃焼残渣（クリンカー等）が発生して燃焼台（以下燃焼プレート）開口部を閉塞し燃焼風が逆流しペレット貯留タンクに火が昇るなど良好な長時間燃焼を保てなくなる課題があった。

特開昭５９−２０８３１５号公報 特開２００７−２９２４３７号公報

本発明は、耐熱ステンレスを使用せず燃焼残渣の発生を少なくし燃焼効率を良好に維持でき、また、高温燃焼を長時間可能でありメンテナンスも容易なペレット燃焼装置を提供することを目的とする。

（１）ペレット燃焼装置下部に構成された燃焼ザラ上に供給されるペレットを燃焼する円柱状の燃焼用内筒と同心円にある円柱状の外筒持ち前記外筒と前記内筒間の規定された空間に空気導入手段備え、前記燃焼装置下方に構成された前記燃焼ザラ上に燃焼空気を供給する第一の空気導入手段を持つペレットストーブ本体と共に用いられるペレットストーブ用ペレット燃焼装置において、前記燃焼装置下部構成を耐熱として燃焼プレート及び燃焼室撹拌装置を設置して前記燃焼プレートを冷却しさらに前記燃焼撹拌装置をも冷却する第二の空気導入手段を持ち、前記燃焼プレート中央部には燃焼ガスを排出する略円形の開口部を有することを特徴とするものである。

（２）前記燃焼プレートはドーナツ状の略円形で円中央部は開口されており同心円の燃焼プレート上下二枚で構成され円中心を基準に二枚を密着して使用するものであり、前記燃焼プレートには円中心を基準にした放射線状の通風溝が上下同位置に設けられており密着した中で前記通風溝も重ね合わされ前記通風溝が拡大した形状になり空気が通過することにより前記燃焼プレート内部より全面を冷却する（１）記載のペレット燃焼装置。

（３）前記燃焼プレートの外周囲には冷却空気を送る環状中空管が設置され、前記燃焼プレートの放射線状に形成された通風溝に送風された空気を均等に配する手段を持つ（１）、（２）記載のペレット燃焼装置。

（４）前記燃焼プレート円中央開口部には送風によるペレットの飛びを抑止する着脱自在の燃焼プレートカバーリングを装着した（１）から（３）記載のペレット燃焼装置。

（５）前記着脱自在の燃焼プレートカバーリングには前記燃焼プレート中央開口部を冷却する円柱状のカバーが溶着されている（４）記載のペレット燃焼装置。

（６）前記燃焼プレート上には前記放射線状の通風溝の各中間に前記燃焼プレート２枚の同位置を貫通し放射線状に形成された少なくとも一以上の開口部から燃焼残渣を落下することを特徴とする（１）から（４）記載のペレット燃焼装置。

（７）燃焼室撹拌装置は前記内筒を貫通し前記燃焼プレート中央開口部上方に前記開口部直径と同等以上の直径を持つ円錐形状の円盤をペレット燃料の落下するのを抑止するため又燃焼ガス通路拡大手段により前記燃焼プレート上方１５ｍｍ〜３５ｍｍに設置したことを特徴とする（１）から（６）記載のペレット燃焼装置。

（８）前記燃焼攪拌装置は、筒状の中空管の下方先端に前記円錐形状の円盤を装着し前記中空管上部先端より空気を導入し前記円錐形状の円盤の底部に設けられた風口より排出し前記燃焼攪拌装置を冷却することを特徴とする（１）から（７）記載のペレット燃焼装置。

請求項１記載の発明のペレット燃焼装置において特許文献１記載の方法ではペレット燃料を燃焼送風ファンによる上からの圧力のある送風による燃焼方法は格子状、スノコ状のロストルなどを燃焼台として使用するが燃焼残渣が圧力風で燃焼台に押し付けられる形になり高温燃焼とあいまってクリンカー（木質燃料の珪酸成分が燃焼時にガラス化したもの）が発生し燃焼台を塞ぎ燃焼を阻害していたが本発明の燃焼装置を冷却することによりクリンカーの発生が大幅に減少した。

請求項２記載の発明は燃焼台としてのドーナツ形状の燃焼プレート中央部では直径５０ｍｍ〜８５ｍｍの空間が得られ燃焼残渣の処理が必要なくなり、二枚の密着した上下のプレート内に導入した空気に冷却されることにより燃焼温度が１０００度超になるが燃焼プレート製作材料は鋳物で耐えうることが分り、ステンレス製による六価クロムの発生もなく長時間燃焼が可能となる。

請求項３記載の発明は燃焼プレートに冷却送風を行う環状中空管から燃焼プレート放射線状通風溝に均等な風圧を維持するため専用の送風ファンを利用し空気室内を旋回させ十分な風量を確保し燃焼プレート全面冷却が可能になる。

請求項４記載の発明はペレット燃料が燃焼途中軽くなり燃焼送風圧で燃焼プレート開口部に落下を防止するため厚さ５ｍｍ〜１０ｍｍのリングを設置することにより燃焼中ペレットの落下を大幅に減少することができる。

請求項５記載の発明は燃焼プレート、ドーナツ状の内側開口部に設けられた冷却空気排開口部内側に筒状のリングを設け排出孔より噴出した二次燃焼と化した空気は、いったん筒状のリングに当たりリング下辺で火炎燃焼が起きることにより燃焼プレートの損傷を防ぐことができる。

請求項６記載の発明は撹拌装置の回転による細粒のクリンカー及び灰など燃焼プレート表面から落下させ燃焼効率を高め、また、燃焼プレートの表面面積を少なくすることにより冷却効果を高めることができた。

請求項７の発明は撹拌装置の円錐形状の円盤である。主に燃焼炉に貯留されたペレット燃料の保持が目的であるが燃焼プレートの開口部の目的である燃焼残渣の処理と同時に燃焼ガスの通過路を広く取ることで燃焼残渣溜りを防ぐことが可能となる。

請求項８の発明は撹拌装置が周期的に軸方向に回転することで燃焼残渣の処理、ペレット燃料の燃焼炉への均平供給などの目的ある。燃焼炉内では燃焼プレート上で撹拌装置、特に円錐形状の円盤を包む形での燃焼であり燃焼炉の中央に位置する形になり燃焼装置部材の中で損傷が激しく部品交換の多いところであるが撹拌装置内部に空気を導入することで冷却効果が高まり部品交換頻度の軽減が可能となる。

以下、本発明の実施形態によるペレットストーブ本体と共に使用するペレット燃焼装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は特許文献１記載の燃焼部の改良変更、及び市販薪ストーブなどにも設置し使用できるものであり、本件または、下記実施形態に何ら限定されることなく技術的範囲は、これに限定されるもではない。

図１は、本発明の実施形態に係るペレット燃焼装置１を示す概略断面図で図２は各構成を示す斜視図である。ペレット燃焼装置１は、燃焼外筒２、燃焼内筒３、燃焼プレート５．攪拌装置７、燃焼プレートカバーリング１５等からなる。ここで燃焼炉８として指定する場所を特定して設定されず、攪拌装置７での円錐形円盤１７の頂点付近から燃焼プレート５の表面までの範囲として説明するものである。また不図示の空気供給ファンは２台設置され１台は燃焼外筒２上部に設けられた空気導入部１８ａより燃焼空気１０を供給する。他の１台は燃焼プレート５、冷却空気導入部１８ｂより冷却空気１１を後述する冷却用環状中空管１３と攪拌装置７空気導入部１８ａより冷却空気１１の２箇所を負担する。

ペレット燃焼装置１を構成する素材としてステンレス（特にクロム含有の多いもの）は六化クロム発生の可能性が高く使用を控えたい。耐熱製鉄、鋳物の使用が望まれる。

ペレット燃焼装置１はペレットストーブ本体Ａの開口部Ｂに設置し使用する。燃焼台として図２及び図３に示すドーナツ状の燃焼プレート５、２枚からなり両者は図２に示すごとく密着し使用する。上下密着した燃焼プレート５には通風溝５ａが設けられて、同時に放射線状の灰落とし穴１６が少なくとも一以上が構成されている。灰落とし穴１６の各間には円形状の燃焼プレート５であるため台形の形が残る、したがって通風溝５ａは空気導入孔を広く取ることとなり、空気排出孔５ｂは狭くなって、結果通風溝５ａは台形の立方体となり灰落とし穴１６周囲及び燃焼プレート５全面を冷却することが可能となる。

冷却空気を導入する攪拌装置７を図１、図５を用いて説明する。ペレット燃焼装置１、燃焼外筒２上部を貫通し上部燃焼プレート５の上方に吊り下げる形で設置される。円筒上で筒状の先端に内部は中空の円錐形円盤が溶着され、さらに円錐形円盤１７下部に灰落とし攪拌部１４（図１では省略）を設け良好な燃焼が継続するよう攪拌装置１７全体が軸方向に回転することを特徴としている。攪拌装置７の上部には空気導入部１８ｂより冷却空気１１ｆが筒状の中空管、円錐形円盤１７に設けられた排気口１９を通過し攪拌装置１７を内部から冷却するものである。

ペレットの燃焼工程を説明する。燃料供給口９より供給されたペレットは燃焼内筒３に一旦貯留される。点火は手動点火口カバー部により点火され、燃焼外筒２から燃焼空気１０が送られ燃焼プレート開口部、燃焼ガス通路１２を通過しペレットストーブ本体内部で炎化燃焼する。

燃料供給口９は燃焼外筒外周上部にあるためペレット燃料２２は燃焼内筒３では傾斜した形で貯留されるが撹拌装置７の回転時に付随したペレット均平バー２１により燃焼内筒３の中でペレット燃料２２が均平化され燃焼が安定化される。

ここで燃焼炉８での最大高温部は円錐形円盤１７底面と燃焼プレート５表面の部分で最大１０６０度を記録した。特許文献２記載の燃焼台上でも同様な温度を記録するが前記燃焼台は燃焼炉内に形成されているため損傷が激しく現時点で安価で長時間燃焼可能の燃焼台を構築する素材は探しえない。しかし、本発明では燃焼炉内部材を冷却することで課題を解決した。

ペレット燃焼装置外から不図示のファンにより燃焼炉８に導入される燃焼空気１０は、燃焼プレート５撹拌装置７導入の冷却空気１１より風量、風圧が高い、その燃焼空気１０の導入口は燃焼外筒２側面上端に配され、燃焼外筒２と燃焼内筒３との規定された空間を通過し、燃焼内筒３下端を潜り貯留されたペレット燃料２２に吹き当て燃焼を起こしガス化した燃焼空気１０は円錐形円盤１７の底面と、燃焼プレート５の開口部４を経て排出孔カバーリング１５開口部から燃焼ガス１２としてペレットストーブ本体内で炎化し煙突により外に排出される。

特許文献１及び２記載の燃焼ザラ、燃焼台は燃焼ガス通路が小さい、あるいは狭い格子状、スノコ状の物が使われ短時間で燃焼残渣が多く発生し燃焼ガス通路を閉塞し良好な燃焼を得るのが難しい。本発明では円錐形円盤１７と、燃焼プレート５の間を燃焼ガスが通過する空間は円錐形円盤１７（直径やく９５ｍｍ周囲３００ｍｍ）と燃焼プレート５との空間の高さ（１５ｍｍ〜３５ｍｍ）は燃焼ガス１２通路として格段に広く燃焼残渣の留まる隙はない。

つづいて、燃焼ガス１２は燃焼プレート５上を通過するがその開口部４は直径５０ｍｍ〜８５ｍｍと広く、また灰落とし穴１６が設けられていることによって燃焼プレート５の円面積に対する開口比率はさらに大きくなり燃焼ガス通過がスムーズとなり長時間良好な燃焼を保つことができる。

図３は燃焼プレート５上面、下面の構造図である。二枚を重ねると冷却空気導入口５ａ排出口５ｂとなる。目的は燃焼プレート５の冷却であるが、ペレット燃焼時は上面が最大火力となり酸化が進むが燃焼プレート５は両面使用が可能で日常のメンテナンス時に変換する。又、燃焼プレート開口部４を通過する時点での燃焼ガスは高温で酸欠状態であり煙が発生する、本発明のペレット燃焼装置では図３の燃焼プレート空気導入孔５ａより通過し空気排出孔５ｂに排出される冷却空気が二次空気となり酸欠状態を解消し炎化燃焼を誘導する。通常のストーブではストーブ本体の焚口扉部あるいはその下部付近から二次空気を入れ炎化燃焼に誘導する。

燃焼プレート空気排出孔５ｂで排出された空気は孔口で二次空気の効果で燃焼ガスに点火したかの用に燃焼を起こし、燃焼が長時間続くと空気排出孔５ｂは高温変形し、燃焼プレートが損傷し変形を及ぼす。

空気排出孔５ｂを保護するため図６で示す燃焼プレートカバーリング１５を空気排出孔５ｂに設置する。ように空気排出孔５ｂの冷却空気１１は５ｍｍ〜１０ｍｍの間隔を開け設置された燃焼プレートカバーリング１５の円柱部に当たり下方へ流れ燃焼プレートカバーリング設置後はこの時点で二次空気効果により炎化燃焼を誘導する。ペレット燃焼装置１を構成する部材の中で燃焼プレートカバーリング１５の交換頻度が高まるが制作費が安価でメンテナンスも容易になる。

また、燃焼プレートカバーリング１５の上層はドーナツ状の平面で厚さ約５ｍｍに設定されていることで燃焼空気１０に押され燃焼途中ペレットが燃焼プレート開口部４から落下するのを抑止することができる。以上燃焼プレートカバーリング１５は同時に燃焼プレートの５の保護とペレットの落下を抑止する二つの効果を得る。

図４、環状中空管１３はペレット燃焼プレート台座６の環状中空管カバー６ａと燃焼炉受けザラ６ｂと燃焼プレート台座６ｃとの組み合わせにより構成され燃焼プレート５の外周に形成されている。燃焼プレート冷却風導入口１８ｂの空気１１は旋回し燃焼プレート冷却空気導入口５ａへ均等配風することとなる。環状中空管１３を構成する台座６は燃焼装置の基礎となるため鋳物による形成が望ましい。

本発明の実施形態に係るペレット燃焼装置を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係るペレット燃焼装置の構成を示す斜視図である。 上記ペレット燃焼装置の燃焼プレート形成図である。 上記ペレット燃焼装置の燃焼台座及び環状中空管の構成図である。 上記ペレット燃焼装置の燃焼攪拌装置の斜視図である。 上記ペレット燃焼装置の燃焼プレートカバーリングである

１、 ペレット燃焼装置
２、 燃焼外筒
３、 燃焼内筒
４、 燃焼プレート開口部
５、 燃焼プレート
５ａ、燃焼プレート冷却空気導入口
５ｂ、燃焼プレート冷却空気排気口
６、 ペレット燃焼装置台座
６ａ、環状中空管カバー
６ｂ、燃焼炉受けザラ
６ｃ、燃焼プレート台座
７、 燃焼攪拌装置
８、 燃焼炉
９、 ペレット燃料供給口
１０、燃焼用空気
１１、冷却用空気
１２、燃焼ガス
１３、環状中空管
１４、灰落とし攪拌部
１５、燃焼プレートカバーリング
１６、灰落とし穴
１７、燃焼攪拌装置円錐形円盤
１８ａ、燃焼攪拌装置冷却空気導入口
１８ｂ、燃焼プレート冷却空気導入口
１９、燃焼攪拌装置空気排出口
２０、手動点火口カバー部
２１、ペレット均平バー
２２、ペレット燃料
２３、燃焼プレート設置面

Claims (8)

1. 燃焼装置下部を構成する燃焼プレートを冷却する２次燃焼用空気を兼ねた第２の空気導入口を有する前記燃焼プレートの通風溝に旋回しながら冷却用空気を均等に送風を配する環状中空管と、前記燃焼プレート中心の上方に設置する燃焼室攪拌装置を構成することで燃焼残渣の一種であるクリンカーの発生を抑止する燃焼装置であって、
   前記燃焼プレート中央部には燃焼ガスを排出する略円形の開口部を有し、略円形でドーナツ形状である前記燃焼プレートは上下同一の２枚で構成され、それぞれ片面に同一形状の通風溝を形成し、双方の前記通風溝が形成された面を密着対応するよう重ね合わせ、前記環状中空管同心円上に略固定し、前記燃焼プレート中心上方に冷却送風導入部を形成した燃焼室攪拌装置と、を有することを特徴とするペレット燃焼装置。
2. 前記燃焼プレートには円中心を基準にした放射線状通風溝が前記燃焼プレート２枚に同一、同形状の前記通風溝が少なくとも１以上設けられ、密着することで前記通風溝が拡大した形状となり、環状中空管に導入された空気が前記通風溝に均等量を送風されることで前記燃焼プレート全面を冷却することを特徴とする請求項１記載のペレット燃焼装置。
3. 前記燃焼プレート外周囲には冷却空気を送る環状中空管が設置され、前記燃焼プレートの放射線状に形成された通風溝に送風された空気を均等に配する手段を持つ請求項１又は請求項２記載のペレット燃焼装置。
4. 前記燃焼プレート円中央開口部には送風によるペレットの飛びを抑止する着脱自在の燃焼プレートカバーリングを装着していることを特徴とした請求項１又は請求項２記載のペレット燃焼装置。
5. 前記着脱自在の燃焼カバーリングには前記燃焼プレート中央開口部を冷却する円柱状のカバーが溶着されていることを特徴とする請求項１乃至４記載のペレット燃焼装置
6. 前記燃焼プレートには前記放射線状の通風溝の各中間に前記燃焼プレート２枚の同位置を貫通し放射線状に形成された少なくとも１以上の開口部から燃焼残渣が落下することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のペレット燃焼装置。
7. 前記燃焼室攪拌装置は前記内筒中心を貫通し、前記燃焼プレート開口部上方に前記燃焼プレート開口部直径と同等以上の直径を持つ円錐形状の円盤をペレット燃焼の落下を抑止するため、また燃焼ガス通路拡大手段により前記燃焼プレート上方１５ｍｍ〜３５ｍｍに設置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のペレット燃焼装置。
8. 前記燃焼室攪拌装置筒状の中空管の下方先端に前記円錐形状の円盤を形成し前記中空管上部先端より空気を導入して前記円錐形状の円盤の底部に設けられた空気口より排出し前記燃焼室攪拌装置内部を冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項３又は請求項５記載のペレット燃焼装置。

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