JP2013190195A - Combustion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃焼室を有する燃焼装置に関し、特に、木質ペレットを燃焼材料として燃焼室で燃焼させる燃焼装置に関する。 The present invention relates to a combustion apparatus having a combustion chamber, and more particularly to a combustion apparatus for burning wood pellets as a combustion material in a combustion chamber.
従来、石油等の化石燃料の代替エネルギーの一つである木質ペレットを燃料とするペレットストーブが知られている。木質ペレットは、木材の製造過程で発生する製材くずや、森林の育成過程で発生する間伐材等を原料として粉状に破砕したものを、乾燥させた後、例えば、直径約6mm、長さ約10〜30mmの円筒状に圧縮成形することにより形成される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a pellet stove using wood pellets as one of alternative energy for fossil fuels such as oil is known. Wood pellets are, for example, about 6 mm in diameter and about 6 mm in length after being crushed into powder from sawdust generated in the manufacturing process of wood and thinned wood generated in the forest growing process. It is formed by compression molding into a cylindrical shape of 10 to 30 mm.
この木質ペレットは、バイオマス(植物資源)を由来とする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、木質ペレット燃焼時に放出する二酸化炭素は、原料とな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。 These wood pellets are renewable and recyclable energy derived from biomass (plant resources), and do not increase carbon dioxide in the atmosphere like fossil fuels when burning, that is, they are released when burning wood pellets Carbon dioxide is equivalent to the carbon dioxide absorbed when the raw tree grows, and the amount of carbon dioxide throughout the earth is balanced (the so-called carbon neutral concept), so it is effective in combating global warming. As one, it has recently been in the spotlight.
燃料として木質ペレットを用いるペレットストーブにおいては、木質ペレットを火元に継続して供給するための供給手段が備えられており、木質ペレットを供給する供給手段として、例えば、スクリューを用いた燃料搬送装置がある(特許文献1参照)。スクリューを用いた燃料搬送装置は、それぞれモータの駆動力によって回転する上下2段に配置された上スクリューと下スクリューを有しており、燃料貯留ホッパ内に投入された木質ペレットを上スクリューによってかき出して落下させ、落下した木質ペレットを下スクリューによって燃焼室側へと押し出し、燃焼室内部へ搬送する。 In a pellet stove that uses wood pellets as fuel, a supply means for continuously supplying wood pellets to the fire is provided, and as a supply means for supplying wood pellets, for example, a fuel transfer device using a screw (See Patent Document 1). The fuel transfer device using a screw has an upper screw and a lower screw arranged in two upper and lower stages, each rotated by the driving force of a motor, and scrapes the wood pellets put into the fuel storage hopper with the upper screw. The fallen wooden pellets are pushed out to the combustion chamber side by the lower screw and conveyed to the inside of the combustion chamber.
このスクリューを用いた燃料搬送装置は、スクリューを回転するためにモータを用いていることから、当然、モータを駆動するための電力を必要とし、電力供給源として、通常、電力会社から供給される商用電源を用いていた。 Since the fuel conveying device using the screw uses a motor to rotate the screw, it naturally requires electric power for driving the motor, and is usually supplied from an electric power company as an electric power supply source. A commercial power supply was used.
しかしながら、商用電源を用いる場合、停電等、電力会社からの電力供給が停止すると、モータを駆動することができないので燃料搬送装置が機能せず、その結果、燃料である木質ペレットを燃焼室に供給することができなくなってしまう。このため、木質ペレットを燃料として燃焼させることで熱源とする、熱源として電気を必要としないペレットストーブであるのに、停電時は、燃料供給ができず、結局はペレットストーブを使用することができなくなる。 However, when using commercial power, if the power supply from the power company stops, such as a power failure, the motor cannot be driven and the fuel transfer device will not function. As a result, wood pellets as fuel will be supplied to the combustion chamber You will not be able to. For this reason, although it is a pellet stove that uses wood pellets as a heat source by burning it as a heat source and does not require electricity as a heat source, it cannot supply fuel during a power outage and can eventually use a pellet stove. Disappear.
また、折角、再生可能な循環型エネルギーであるバイオマス(植物資源)を由来とする木質ペレットを燃料として用いるペレットストーブにあっては、モータ駆動用としても、石油等の化石燃料を燃焼して作り出される商用電源を用いることなく、木質ペレットを供給することができることが望ましい。
この発明の目的は、停電等により電力供給が停止する商用電源を用いないで、燃料の供給を確実に行うことができ、更に、燃料供給に際し地球温暖化対策に寄与することができる燃焼装置を提供することである。
In addition, pellet stoves that use wood pellets derived from biomass (plant resources), which are recyclable and renewable energy, as fuel, are produced by burning fossil fuels such as oil for motor drive. It is desirable to be able to supply wood pellets without using a commercial power source.
An object of the present invention is to provide a combustion apparatus that can reliably supply fuel without using a commercial power supply that stops power supply due to a power failure or the like, and that can contribute to countermeasures against global warming during fuel supply. Is to provide.
上記目的を達成するため、この発明に係る燃焼装置は、燃焼材料を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室での燃焼に伴って生じる燃焼温度により加熱すると共に前記燃焼室の外部温度で冷却することにより発生する温度差に基づき発電を行う熱発電モジュールと、前記熱発電モジュールが発生する熱発電力を駆動力として作動する電動駆動手段とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a combustion apparatus according to the present invention comprises a combustion chamber for burning a combustion material, and heating at a combustion temperature generated by combustion in the combustion chamber and cooling at an external temperature of the combustion chamber. The thermoelectric generator module that generates electric power based on the temperature difference generated by the electric power generation means, and the electric drive means that operates using the thermal power generated by the thermoelectric generator module as a driving force.
また、この発明の他の態様に係る燃焼装置は、前記熱発電モジュールが発生する熱発電力を用いて蓄電する蓄電装置を備え、前記蓄電装置から供給される電力を前記電動駆動手段の駆動力とすることを特徴としている。
また、この発明の他の態様に係る燃焼装置は、前記電動駆動手段は、前記燃焼材料を燃焼材料収納庫から前記燃焼室へと供給する燃焼材料供給装置、前記燃焼室に対する給気或いは排気を行うためのファン、及び燃焼室内の加熱された空気を送り出すファンの少なくとも一つであることを特徴としている。
Further, a combustion apparatus according to another aspect of the present invention includes a power storage device that stores heat using the thermoelectric power generated by the thermoelectric generation module, and the power supplied from the power storage device is used as the driving force of the electric drive means. It is characterized by doing.
Further, in the combustion apparatus according to another aspect of the present invention, the electric drive means includes a combustion material supply device that supplies the combustion material from a combustion material storage to the combustion chamber, and supplies or exhausts air to the combustion chamber. It is at least one of the fan for performing, and the fan which sends out the heated air in a combustion chamber, It is characterized by the above-mentioned.
また、この発明の他の態様に係る燃焼装置は、前記燃焼室での燃焼に伴って発生した熱を前記熱発電モジュールの加熱部に伝達する燃焼温度伝達手段を有することを特徴としている。
また、この発明の他の態様に係る燃焼装置は、前記燃焼材料が、木質ペレットであることを特徴としている。
Further, a combustion apparatus according to another aspect of the present invention is characterized by having combustion temperature transmission means for transmitting heat generated by combustion in the combustion chamber to a heating portion of the thermoelectric generator module.
The combustion apparatus according to another aspect of the present invention is characterized in that the combustion material is a wood pellet.
この発明に係る燃焼装置によれば、燃焼材料を燃焼させる燃焼室の内部温度により加熱すると共に燃焼室の外部温度で冷却することにより、熱発電モジュールが温度差発電を行い、熱発電モジュールが発生する熱発電力を駆動力として作動する電動駆動手段とを有するので、電動駆動手段で燃料の供給を行うことにより、停電等により電力供給が停止する商用電源を用いないで、燃料の供給を確実に行うことができ、更に、燃料供給に際し地球温暖化対策に寄与することができる。 According to the combustion apparatus of the present invention, the thermoelectric generator module performs temperature difference power generation by heating the internal combustion chamber with the internal temperature of the combustion chamber and cooling the external temperature of the combustion chamber, thereby generating the thermoelectric generation module. Therefore, it is possible to reliably supply the fuel without using a commercial power source that stops power supply due to a power failure or the like by supplying the fuel with the electric drive means. In addition, it can contribute to global warming countermeasures when supplying fuel.
以下、この発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
(第1実施の形態)
図1は、この発明の第1実施の形態に係る燃焼装置の構成を模式的に示す断面説明図である。図1に示すように、ペレットストーブ(燃焼装置)10は、ストーブ本体11と燃料庫12を有しており、何れも内部空間を有する箱型或いは円筒型からなるストーブ本体11と燃料庫12を、隣接空間Sを有して横並びに配置すると共に燃料供給路13を介し連結して形成されている。
このペレットストーブ10は、燃料(燃焼材料)として、バイオマス(植物資源)を由来とする再生可能な循環型エネルギーである木質ペレットPを用いており、ストーブ本体11の内部で木質ペレットPを燃焼させることにより、ストーブ本体11が設置された室内等を暖めることができる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view schematically showing the configuration of a combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a pellet stove (combustion device) 10 has a
This
ストーブ本体11の上端面(天板面)には、本体内部空間に連通すると共に上方へ略垂直に伸びて外気に開口する排気用の煙突14が突設され、煙突14の基部には、外気開口に向けて送風する排気ファン15が設置されている。燃料庫12の上端面(天板面)には、庫内上部に設けられたホッパ16に連通する燃料投入口12aが開口すると共に、燃料投入口12aを開閉する蓋17が設けられている。蓋17を開けて、燃料投入口12aからホッパ16に木質ペレットPを投入することにより、ホッパ16に木質ペレットPを溜め置くことができる。ホッパ16の下端にはペレット排出口16aが開けられており、ペレット排出口16aから、ホッパ16に溜め置かれた木質ペレットPが自然に落下する。
An
ストーブ本体11の内部は、下部に設けた仕切り壁18により、内部空間が、火気室(燃焼室)19となる上部空間と、灰受皿20を収納する下部空間に二分されており、仕切り壁18の平面略中央には、周囲から一段下がった位置に、木質ペレットPを載せて燃焼させる燃料棚としてのロストル(目皿)21が設置されている。上部空間である火気室19は、木質ペレットPが燃焼する燃焼室として機能し、下部空間は、木質ペレット燃焼後にロストル21から落下する灰を受ける灰受皿20を置く灰受皿格納室となる。
火気室19の上部本体前面側には、温風送出室22が区画されている。温風送出室22は、ストーブ本体11の前面側外表面に開口する送風口22aを介して、ストーブ本体11の外部に連通しており、温風送出室22には、送風口22aからストーブ本体11の外部に向けて火気室19内の加熱された空気を送り出す送風ファン23が設置されている。
The interior of the
A warm
火気室19の下部本体後面側、即ち、仕切り壁18の上方の本体後面側には、燃料庫12からストーブ本体11へ向かって下方傾斜配置されている燃料供給路13の、ストーブ本体11との連通口である、火気室口13aが開口している。火気室口13aには、燃料供給路13を延長した状態で火気室19の内部に突出するペレット案内部24が設けられ、ペレット案内部24は、その先端部を上方からロストル21に臨ませている。
一端側が火気室19に連通する燃料供給路13の他端は、燃料庫12側に開口する燃料庫口13bを介して燃料庫12内に連通しており、燃料庫口13bは、ホッパ16のペレット排出口16aの下方に位置している。
On the rear surface side of the lower main body of the
The other end of the
燃料庫口13bとペレット排出口16aの間には、燃料庫口13bの側方、且つ、ペレット排出口16aの下方に位置して、燃料庫12に溜め置かれている木質ペレットPを燃料供給路13に送り込むためのドラム式ペレット供給装置25が設置されている。ドラム式ペレット供給装置25は、回転体であるドラム25aを有しており、ドラム25aは、外周面を、燃料庫口13bとペレット排出口16aに臨ませつつペレット排出口16aから燃料庫口13bへと移動するように、軸回転自在に軸支されている。ドラム25aの外周面には、複数の木質ペレットPを収納することができる凹所からなる受部25bが、周方向に略等間隔離間して複数個所(一例として4箇所を図示する)設けられている。
Between the
このドラム式ペレット供給装置25は、例えば、モータ駆動によりドラム軸を中心として軸回転するが、回転により、ペレット排出口16aの下方で、ペレット排出口16aから排出された複数の木質ペレットPを受部25bに収納した後、木質ペレットPを収納したまま燃料庫口13bへと向かい、燃料庫口13bに向けて受部25bから木質ペレットPを落下させる。落下した木質ペレットPは、燃料庫口13bから燃料供給路13に入り込み、燃料供給路13を傾斜に沿って滑り落ち火気室口13aへと向かい、火気室口13aからペレット案内部24に案内されてロストル21の上に落下する。このように、ドラム式ペレット供給装置25の回転動作により、燃料庫12に溜め置かれている木質ペレットPが、燃料供給路13を介して火気室18の内部に設置されたロストル21に継続して送り込まれる。
The drum-type
ロストル21の下方には、着火用ヒータ26が配置されている。着火用ヒータ26は、先端をロストル21の上面側に突出させており、通電されて発熱状態になることで、先端を覆ってロストル21の上面側に堆積した木質ペレットPが加熱され、木質ペレットPに火が着く。このように、着火用ヒータ26が木質ペレットPに直接接触する他、送風ファン(図示しない)により、通電されて発熱状態になった着火用ヒータ26に風を送って、着火用ヒータ26からの熱風を木質ペレットPに吹き付けることで、木質ペレットPに火を着けても良い。
An
ロストル21の下方の灰受皿格納室となる下部空間が区画された、ストーブ本体11の下部には、ストーブ本体11の外表面に開口し下部空間に連通する給気口27が開けられており、下部空間には、給気口27に臨んで、ストーブ本体11外の空気を下部空間に吸い込んでロストル21に供給するための給気ファン28が設置されている。
そして、火気室19の外側となる、ストーブ本体11の外表面には、熱発電モジュール29が取り付けられている。熱発電モジュール29は、素子の表裏面に設けた加熱側面と冷却側面に温度差を与えると熱起電力を発生させるゼーペック効果を応用した熱電変換素子を用いたものであり、火気室19の燃焼により加熱されたストーブ本体11の外表面温度と、ペレットストーブ10が設置された場所の雰囲気温度(設置場所温度)との温度差により熱発電を行うことができる。
A lower space serving as an ash tray storage chamber below the
A
つまり、ストーブ本体11に取付けられた熱発電モジュール29は、ストーブ本体11において得られる温度差により、排気ファン15、送風ファン23、燃料供給ドラム25、着火用ヒータ26、給気ファン27等、ペレットストーブ10で使用される電動駆動手段の全て或いは一部を駆動する駆動電力を発生する。従って、ペレットストーブ10で使用される電動駆動手段の少なくとも一部は、ペレットストーブ10の加熱状態においてそれ自身の温度により機能する熱発電モジュール29が発生する熱発電力を、電動駆動手段を駆動する電力、即ち、モータ駆動用の電力や着火用ヒータの熱源として利用する。
That is, the
この熱発電モジュール29は、所望の発電量に必要とする1個或いは複数個を、ストーブ本体11の外表面の、例えば、燃料庫12との隣接空間Sの燃料供給路13の上方(一例として、図示する)或いは天板部に、加熱側面を外表面に密着させると共に冷却側面を隣接空間Sに露出させて配置する(図1参照)。熱発電モジュール29が発生させた熱発電力は、燃料庫12の内部下部空間に設置された蓄電池30に送られ溜められる。
One or a plurality of thermoelectric
蓄電池30は、蓄電池30の出力電力で駆動させようとする電動駆動手段に接続されており、これらの電動駆動手段は、作動スイッチ(図示しない)のオン(ON)操作により蓄電池30と通電状態になって蓄電池30から電力が供給され、駆動される。蓄電池30を用いることにより、熱発電モジュール29が機能していないペレットストーブ10の稼動開始時に、ロストル21上の木質ペレットPに着火する着火用ヒータ26、及び木質ペレットPをロストル21上に送り込むドラム式ペレット供給装置25を作動させることができる。
The
熱発電モジュール29の配置場所としては、熱発電モジュール29の加熱側面と冷却側面との温度差が、必要とする発生電力を生じさせる温度差を確保することができる場所であればどこでも良い。大きな発生電力を必要とする場合は、例えば、火気室18の内部における燃焼温度とペレットストーブ10が設置された建屋の外の外気温度との温度差を利用すればよい。このため、火気室18の燃焼温度を加熱側面に伝達する手段と、建屋外の外気温度を冷却側面に伝達する伝達手段を設ける。
The location of the
図2は、熱発電モジュールで燃焼温度と外気温度との温度差を利用する場合の一例を示す説明図である。図2に示すように、火気室18の内部に燃焼温伝導体(燃焼温度伝達手段)31を、ペレットストーブ10が設置された建屋の外に外気温伝導体(外気温度伝達手段)32を、それぞれ設置する。燃焼温伝導体31及び外気温伝導体32は、何れも温度伝達に優れた部材により形成されており、燃焼温伝導体31は、木質ペレットPが燃焼する時のペレット燃焼温度が直接伝わるように、その温度検出端を燃焼炎に近づけて配置され、外気温伝導体32は、建屋外の外気温度が直接伝わるように、その温度検出端を外気に露出させて配置されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example in the case where a temperature difference between the combustion temperature and the outside air temperature is used in the thermoelectric generator module. As shown in FIG. 2, a combustion temperature conductor (combustion temperature transmission means) 31 inside the
燃焼温伝導体31は、熱発電モジュール29の加熱側面に連結され、外気温伝導体32は、熱発電モジュール29の冷却側面に連結されており、燃焼温伝導体31の温度検出端により検出したペレット燃焼温度を加熱側面に伝達し、外気温伝導体32の温度検出端により検出した外気温度を冷却側面に伝達する。なお、燃焼温伝導体31及び外気温伝導体32は、何れか一方のみを用いても両方共に用いても良く、両方共に用いた場合、最も温度差が大きくなる。
The
次に、上記構成を有するペレットストーブ10の作用について説明する。
先ず、燃料庫12の蓋17を開けて、ホッパ16内に溜め置かれている木質ペレットPの量を確認し、必要があれば、燃料投入口12aから木質ペレットPを投入してホッパ16内に木質ペレットPを補給する。
次に、ペレットストーブ10の作動スイッチ(図示しない)をオン(ON)操作して、ペレットストーブ10を稼動開始状態にする。これにより、蓄電池30から電力が供給されてドラム式ペレット供給装置25、着火用ヒータ26と共に、排気ファン15、給気ファン27が作動可能状態になり、ドラム式ペレット供給装置25が作動を開始し、着火用ヒータ26が加熱状態になり、排気ファン15と給気ファン27が送風を開始する。
Next, the operation of the
First, the
Next, an operation switch (not shown) of the
ドラム式ペレット供給装置25が作動を開始することにより、ホッパ16内の木質ペレットPが燃料供給路13を経てロストル21へ送り込まれ、ロストル21の上に積み重なった状態になり、この木質ペレットPに接触する着火用ヒータ26が加熱状態になることにより、ロストル21上の木質ペレットPに火が着く。このとき、給気ファン27によって、ロストル21の下方の下部空間に外気が引き込まれ、下方からロストル21に空気が供給される。
When the drum-type
その後、火が着いた木質ペレットPを起点にしてロストル21上に積み重なった複数の木質ペレットPに着火することにより、燃焼が拡大すると共に燃焼が継続し、安定した燃焼状態が続いて火気室18の内部温度が設定温度になると、送風ファン23が作動する。送風ファン23の作動により、温風送出室22から送風口22aを介して、火気室19内の木質ペレットPの燃焼により加熱された空気がストーブ本体11の外部に向けて送り出される。
After that, by igniting the plurality of wood pellets P stacked on the
従って、ペレットストーブ10が設置された場所では、木質ペレットPの燃焼に伴って発生した熱がストーブ本体11からの輻射熱として、ストーブ本体11の外側周囲に放散されるのに加え、火気室19内の加熱された空気が、送風ファン23により送風口22aからストーブ本体11の外部に向けて送り出されるので、ペレットストーブ10が設置された室内等を効率良く暖めることができる。
なお、ペレットストーブ10において、燃料庫12に溜め置かれている木質ペレットPの燃料供給路13への送り込みを、ドラム式ペレット供給装置25の代わりにスクリュー式ペレット搬送装置を用いて行っても良い。
Therefore, in the place where the
In the
図3は、スクリュー式ペレット搬送装置を備えた燃焼装置の構成を模式的に示す断面説明図である。図3に示すように、スクリュー式ペレット搬送装置33は、スクリュー軸33aの周囲に螺旋状の羽部33bを連続して設けた回転体により形成されており、燃料供給路13の燃料庫口13bの下方に位置するホッパ16のペレット排出口16aから、燃料庫口13bに向かって上向き傾斜配置されている。スクリュー式ペレット搬送装置33の場合、ペレット排出口16aを燃料庫口13bの下方(最も低い場合、燃料庫12の底部)に位置させることができるので、ドラム式ペレット供給装置25を用いた場合に比べ、ホッパ16の木質ペレットPを収納する容量を増やすことができる。
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view schematically showing the configuration of a combustion apparatus equipped with a screw-type pellet conveying apparatus. As shown in FIG. 3, the screw-type
このスクリュー式ペレット搬送装置33は、例えば、モータ駆動によりスクリュー軸33aを中心として軸回転するが、回転により、ペレット排出口16aの下方で、ペレット排出口16aから排出された複数の木質ペレットPを羽部33bに受け止めた後、木質ペレットPを載せたまま燃料庫口13bへと向かい、燃料庫口13bで羽部33bから木質ペレットPを落下させる。落下した木質ペレットPは、燃料庫口13bから燃料供給路13に入り込み、燃料供給路13を傾斜に沿って滑り落ち火気室口13aへと向かい、火気室口13aからペレット案内部24に案内されてロストル21の上に落下する。このように、スクリュー式ペレット搬送装置33の回転動作により、燃料庫12に溜め置かれている木質ペレットPが、燃料供給路13を介して火気室18の内部に設置されたロストル21に送り込まれる。
The screw-type
上述したように、ペレットストーブ10において発生させた電力は、ロストル21へ木質ペレットPを供給するためのドラム式ペレット供給装置25或いはスクリュー式ペレット搬送装置33、火気室18に対する給気のための給気ファン28と排気のための排気ファン15、火気室18からの送風のための送風ファン23を、それぞれ駆動することができ、また、ロストル21の自動清掃を行うための清掃手段を備えて清掃手段を駆動することもできる。ロストル21の自動清掃を行うことにより、ロストル21から燃焼後の灰が除去されて火気室18での継続した燃焼ができ、ペレットストーブ10の24時間継続稼動が可能になる。
As described above, the electric power generated in the
また、ペレットストーブ10に蓄電池30を備えることにより、ペレットストーブ10の初期動作に必要な電力を供給することができる上に、ペレットストーブ10で使用される電動駆動手段を、燃焼状態による熱発電力の変動に影響されること無く、常時安定して作動させることができる。更に、100[V]出力用電源コンセントを備えれば、災害時等に起こる停電に際し一般的な電気器具等の電力供給源として使用することができる。
また、ストーブ本体11を、火気室18で薪を燃焼させることも可能な構造にして、ペレットストーブ10を薪ストーブとしても使用することができるようにしても良い。
Further, by providing the
Further, the
(第2実施の形態)
図4は、この発明の第2実施の形態に係るペレットストーブを模式的に示す縦断面による説明図、図5は、図4のA−A線に沿う断面による部分説明図、図6は、図4のB−B線に沿う断面による部分説明図、図7は、図4の放熱部の構成を示す斜視説明図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a pellet stove according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a partial explanatory view of a section along the line AA in FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is a partial explanatory view showing a configuration of the heat dissipating section in FIG. 4.
図4から図6に示すように、ペレットストーブ40は、燃料庫12の下部がストーブ本体11と一体化して、ストーブ本体11と燃料庫12の下方に電池収納部41を有し、熱発電モジュール29が燃料庫12に配置されると共に、燃焼温度伝達部42、及び熱発電モジュール29に装着された放熱部43を備えている。また、送風口22aが開けられた温風送出室22が設けられない火気室44を有し、排気ファン15、送風ファン23、給気ファン28の3個のファンの代わりに、第1送風ファン45、第2送風ファン46の2個のファン、及び第1送風ファン45の送風路47を備えている。その他の構成は、第1実施の形態に係るペレットストーブ(図3参照)と同様である。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
燃料庫12は、ストーブ本体11の仕切り壁18の下方で、ストーブ本体11と一体化しており、ストーブ本体11とはストーブ本体11の壁部11aにより仕切られている。ストーブ本体11と燃料庫12を仕切る壁部11aに開口する給気口27は、燃料庫12に配置された送風路47に連通し、送風路47のストーブ本体11への開口部となる。
電池収納部41は、ストーブ本体11と燃料庫12を載置した状態にストーブ本体11及び燃料庫12と一体的に形成されており、ストーブ本体11及び燃料庫12から独立した蓄電池30を収納する内部空間を有している。
The
The battery storage unit 41 is formed integrally with the
燃焼温度伝達部42は、熱伝導率の良い板状部材からなり、燃焼温度を効率良く伝達することができるように、火気室44のロストル21の下面に密着して壁状にロストル21を取り囲むと共に、両端をそれぞれ突出部42aとして壁部11aを貫通し燃料庫12の内部に略平行に位置させている(図6参照)。両突出部42a,42aのそれぞれの対向面側には、放熱部43が装着された熱発電モジュール29が、例えば2個縦置き状態に加熱側面(吸熱側)を密着させて取り付けられている。
Combustion
この燃焼温度伝達部42により、ペレットPの燃焼によって加熱されたロストル21の温度が熱発電モジュール29の加熱側面(吸熱側)に伝達される。ロストル21における燃焼温度が高く、燃焼温度伝達部42を介して熱発電モジュール29に伝達される温度が許容限度を超えて高くなる場合、燃焼温度伝達部42に、例えば表裏面を貫通する孔を開ける等、必要に応じて燃焼温度伝達部42の温度伝達能力が低くなるように調整する。
By this combustion
図7に示すように、放熱部43は、例えば3本のヒートパイプ48を、その長手方向側面を露出させて横並びに放熱フィン49に組み込んで形成されており、ヒートパイプ48が上下方向に位置する縦置き状態に、各ヒートパイプ48の露出面を熱発電モジュール29の冷却側面(放熱側)に密着させて取り付けられている。熱発電モジュール29に取り付けられた放熱部43は、ヒートパイプ48と放熱フィン49を、ストーブ本体11及び燃料庫12と電池収納部41を仕切る壁部41aを貫通して電池収納部41の内部空間に突出させている(図4,5参照)。
As shown in FIG. 7, the
ヒートパイプ48と放熱フィン49の突出側略半分が位置する電池収納部41の内部空間は、火気室44と、仕切り壁18及び壁部11aで仕切られ、ロストル21の下方の灰受皿20を収納する空間及び燃料庫12の内部空間を介して隔てられているため、燃焼温度が伝わり難い。このため、ヒートパイプ48と放熱フィン49による冷却機能を発揮する環境として好適であり、放熱部43による放熱作用を効果的に働かせることができる。
The internal space of the battery storage part 41 where the projecting sides of the
このように、熱発電モジュール29を、燃焼温度伝達部42を介して、燃焼中の火気室44とは壁部11aにより仕切られている燃料庫12の内部に位置させることにより、十分な加熱(吸熱)及び冷却(放熱)ができるので効率的な発電が可能になる。つまり、熱発電モジュール29は、燃焼中のロストル21に接触配置された燃焼温度伝達部42を介して燃焼温度により加熱(吸熱)することができると同時に、燃焼中の火気室44とは壁部11aにより仕切られて遮断された燃料庫12の内部に配置されているので、ストーブ本体11の外部温度である室内温度に準じた燃料庫内温度で冷却(放熱)することができる。
As described above, the thermoelectric
また、熱発電モジュール29が配置される燃料庫12は、燃焼中の火気室44とは壁部11aにより仕切られているので、燃料庫12の内部の最大温度を、熱発電モジュール29が破壊されないための使用耐熱温度以下にすることができ、熱発電モジュール29の使用環境を安定して確保することができる。
図4から図6に示すように、燃焼温度伝達部42の両突出部42a,42aに対向配置された両放熱部43,43の間には、送風路47が配置されており、送風路47は、一端がストーブ本体11の壁部11aに開口する給気口27に連通し、他端は両放熱部43,43より燃料庫12の内側に位置している。この送風路47の他端には、第1送風ファン45が取り付けられている。
Further, since the
As shown in FIG. 4 to FIG. 6, an
第1送風ファン45は、ファン回転動作により、送風路47を介して給気口27へ向けて送風することができ、燃料庫12の内部に取り込まれた、ペレットストーブ40が設置された室内の空気が燃焼用空気としてロストル21に送り込まれる。これにより、ロストル21での燃料(ペレットP)の燃焼効率を向上させることができる。
The
第2送風ファン46は、燃料庫12の内部の、放熱部43の上方近傍、即ち、放熱フィン49の上端上方近傍に配置されており、ファン回転動作により、燃料庫12の内部空気を放熱フィン49の冷却用空気として、放熱フィン49の下端側から放熱フィン49を通り抜けて上端側へと吸い込むことができる(図5参照)。この冷却用空気の吸い込み作用に伴って、放熱部43の放熱作用により暖められた空気と共にストーブ本体11の周囲の暖められた空気が温風として、ペレットストーブ40を設置した室内空間へと放出される(図5参照)。これにより、放熱フィン49を効率良く冷却することができると共に、火気室44での燃焼に伴って暖められた空気により効果的に室内を暖めることができる。
The
なお、第2送風ファン46の配置位置は、放熱部43の上方に限られるものではなく、燃料庫12の内部の、放熱部43の下方、即ち、放熱フィン49の下端下方でも良い。これにより、冷却用空気の吸い込みを同様に行うことができる。
上記構成を有するペレットストーブ40にあって、熱発電モジュール29には、燃焼温度伝達部42を介して燃焼中のロストル21の温度(例えば、約350℃)が伝達されると共に、ストーブ本体11の外部温度である室内温度が伝達されることにより、熱発電モジュール29による発電が行われる。
In addition, the arrangement position of the
In the
熱発電モジュール29を設置する場所としては、加熱(吸熱)側と冷却(放熱)側の温度差が約150℃から約250℃得られることが望ましく、例えば加熱(吸熱)側が約280℃、冷却(放熱)側が約30℃、温度差が約250℃の条件において、熱発電モジュール1枚当たり、約8V−24Wの電力を供給することができる。
このように、熱発電モジュール29に燃焼温度を伝える燃焼温度伝達部42を、温度が安定しているので温度管理がし易いロストル21の周辺に配置する(図4〜6参照)ことにより、熱発電モジュール29に伝える温度として、燃焼するペレットPが少ない弱運転設定時でも約200℃を確保することができ、燃焼するペレットPが多い強運転設定時には200℃以上を得ることができる。上述した例では、燃焼温度伝達部42を介して熱発電モジュール29の加熱(吸熱)側に約180℃から約280℃の熱が伝達される。
As a place where the
As described above, the combustion
また、熱発電モジュール29は、燃焼中の火気室44とは壁部11aにより仕切られた燃料庫12に設置されて(図4,6参照)おり、更に、ヒートパイプ48と放熱フィン49からなる放熱部43が装着されている(図4〜7参照)ので、冷却(放熱)側の冷却効果を高めることかできる。加えて、熱発電モジュール29によって発電された電力を使用して第2送風ファン46を作動させることにより、放熱フィン49の放熱効果を高めて冷却(放熱)側の冷却をより効率的に行うことができる。よって、熱発電モジュール29の冷却(放熱)側を30℃以下にすることができる。
The
つまり、熱発電モジュール29が発電するために必要とする、加熱(吸熱)側と冷却(放熱)側の温度差は約150℃から約250℃であり、この範囲の温度を安定して維持できる場所がロストル21の周辺であることから、燃焼温度伝達部42をロストル21の周辺に設置している。
熱発電モジュール29によって発電された電力は、整流器(図示しない)を介して電池収納部41の蓄電池30に蓄えられ、蓄電池30から、燃焼用の第1送風ファン45、冷却用の第2送風ファン46、及び燃料(ペレットP)供給用のスクリュー式ペレット搬送装置33のそれぞれの駆動手段(例えば、駆動モータ)に、駆動用電力として供給される。
That is, the temperature difference between the heating (endothermic) side and the cooling (radiating) side required for the
The electric power generated by the
従って、燃焼温度伝達部42の突出部42aに取り付けられる熱発電モジュール29の数を調整することにより、駆動用電力として必要とする電力量(例えば4個で最大96Wの電力)を確保することができる。また、熱発電モジュール29によって発電された電力が蓄電池30に蓄えられることにより、ペレットストーブ40におけるペレット燃焼開始前の初期作動に使用することができるばかりでなく、駆動用電力として安定した供給ができる。
Accordingly, by adjusting the number of the
熱発電モジュール29は、放熱部43と共に排気用の煙突14に装着してもよい。
図8は、熱発電モジュールを煙突に装着した状態を示す煙突横断面による説明図である。図8に示すように、熱発電モジュール29は、煙突14の高さ方向任意の位置の外周に取り付けた、外周を互いに略直角で交わる4面で囲む取付け部材50を介して装着されている。取付け部材50の例えば4面それぞれに装着された計4個の熱発電モジュール29は、加熱(吸熱)側に例えば棒状部材からなる燃焼温度伝達部51を、冷却(放熱)側にヒートパイプ48と放熱フィン49からなる放熱部43を、それぞれ取り付けている。
The
FIG. 8 is an explanatory diagram of a chimney cross section showing a state in which the thermoelectric generator module is mounted on the chimney. As shown in FIG. 8, the
燃焼温度伝達部51は、煙突内面に略直交して突出する突出先端を排煙通路となる煙突14の内部空間に位置させており、放熱部43は、煙突外側に放熱フィン49を露出させている。熱発電モジュール29には、加熱(吸熱)側に、燃焼温度伝達部51を介して煙突14の内部を通過する排煙の温度が伝達されると共に、冷却(放熱)側に、煙突14が位置する箇所の温度(室内温度或いは外気温度)が伝達されて、熱発電モジュール29が発電する。
The combustion
熱発電モジュール29を設置する、煙突14の高さ方向任意の位置としては、必要とする発電量を熱発電モジュール29によって発電することができる、加熱(吸熱)側と冷却(放熱)側の温度差が得られる位置であれば良い。
つまり、燃焼温度伝達部42及び燃焼温度伝達部51は、燃焼室での燃焼に伴って発生した熱を前記熱発電モジュールの加熱部に伝達する燃焼温度伝達手段として機能する。
As the arbitrary position in the height direction of the
That is, the combustion
上述したように、ペレットストーブ40においても、第1実施の形態のペレットストーブ10と同様の作用・効果を奏することができる。即ち、ペレットストーブ40において発生させた熱発電力を駆動力として、電動駆動手段である、第1送風ファン45、第2送風ファン46、及びスクリュー式ペレット搬送装置33の、少なくとも一つの駆動手段(例えば、駆動モータ)を作動させることができ、また、蓄電池30を備えることにより、ペレットストーブ10の初期動作に必要な電力を供給することができる。
As described above, the
なお、上記説明は、燃焼装置の一例としてペレットストーブ10,40について行ったが、燃焼装置としては、ペレットストーブ10,40に限るものではなく、上記ペレットストーブと同様の燃焼機能及び熱発電モジュールを備えたボイラー或いは温水器等の燃焼装置にも適用することができる。つまり、ボイラー或いは温水器等を含む燃焼装置において使用される電動駆動手段の少なくとも一部は、この燃焼装置の加熱状態においてそれ自身の温度により機能する熱発電モジュールが発生する熱発電力を駆動電力として、駆動することができる。
In addition, although the said description was performed about the
(第3実施の形態)
図9は、この発明の第3実施の形態に係る熱発電モジュールへの熱伝達方法を模式的に示す説明図である。図9に示すように、熱発電モジュール29は、ボイラー(燃焼装置)52で発生した蒸気(飽和蒸気)の供給通路となる熱伝導パイプ(燃焼温度伝達手段)53の外周に装着されており、例えば工場等で使用される大型の燃焼装置が燃焼に伴って発生する熱を熱発電モジュール29に伝達する。
(Third embodiment)
FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a heat transfer method to the thermoelectric generator module according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the
ボイラー52は、蒸気を発生させる蒸気発生部54を備えており、この蒸気発生部54には、例えば水を供給することにより、供給された水を溜め置くことができる。蒸気発生部54に溜め置かれた水は、燃焼室(火炉)(図示しない)での燃焼に伴って加熱され、水蒸気を発生させる。燃焼室で燃焼させる燃料(燃焼材料)は、バイオマス(植物資源)を由来とする再生可能な循環型エネルギーである木質ペレットPを用いるが、これに限るものではなく、他の燃料を用いてもよい。
The
熱伝導パイプ53は、ボイラー52の蒸気発生部54に連通しており、蒸気発生部54で発生した水蒸気(飽和水蒸気)は、パイプ内部にあってボイラー52の内部を通過する際、加圧状態の下で加熱されることにより、所定の温度(約200℃から約300℃)の飽和水蒸気又は過熱水蒸気となる。
ここで、飽和蒸気とは沸点で蒸発した状態の蒸気を言い、過熱蒸気とは飽和蒸気を一定圧力下で加熱したものを言う。
The
Here, saturated steam refers to steam that has evaporated at its boiling point, and superheated steam refers to heated saturated steam under a certain pressure.
なお、例えば280℃が飽和温度となる蒸気の圧力は、ゲージ圧力で6.32MPaであり、圧力の制御により必要温度を得ることができることから、飽和水蒸気又は過熱水蒸気の温度は、ボイラー52の蒸気発生部54に供給する給水量を変化させることにより調整することができる。
熱伝導パイプ53のボイラー52の外部に位置する部分には、熱伝導パイプ53に加熱(吸熱)側を接触させて熱発電モジュール29が装着されており、ボイラー52の高熱を利用して発生させた飽和水蒸気又は過熱水蒸気がパイプ内部にあって熱発電モジュール29が装着された位置を通過することにより、過熱水蒸気又は飽和水蒸気の熱が熱発電モジュール29の加熱(吸熱)側に伝達される。
For example, the pressure of the steam at which 280 ° C. becomes the saturation temperature is 6.32 MPa in gauge pressure, and the required temperature can be obtained by controlling the pressure. Therefore, the temperature of the saturated steam or superheated steam is the steam of the
The portion of the
熱発電モジュール29の冷却(放熱)側には、例えばヒートパイプ48と放熱フィン49からなる放熱部43等の冷却装置が取り付けられている(図示しない)。
このように、熱発電モジュール29に熱を伝達するのに所定温度の飽和水蒸気又は過熱水蒸気を用いたため、水蒸気は均一に熱を伝達することができるという特性を利用して、熱伝導パイプ53の長手方向に複数個(一例として、3個を図示)設置した熱発電モジュール29のそれぞれの加熱(吸熱)側に、略同一の温度を伝達することができる。熱が伝達された熱発電モジュール29によって発電された電力は、蓄電池30に蓄えられ、蓄電池30から、ボイラー52の燃焼に必要な電力(燃料供給装置や給排気・冷却用のファン等の駆動用電力)として供給される。
On the cooling (heat radiation) side of the
As described above, since saturated steam or superheated steam at a predetermined temperature is used to transfer heat to the
熱伝達に使用された飽和水蒸気又は過熱水蒸気は、熱伝導パイプ53の熱発電モジュール29が装着された位置を通過した後、放熱・冷却し液化させることによりボイラー52の蒸気発生部54に供給して再利用し、或いはそのまま室内等に放出して室内等の暖房や乾燥に利用することができる。
なお、所定温度の飽和水蒸気又は過熱水蒸気は、ボイラー52の熱源(図示しない)により直接加熱して発生させる場合に限るものではなく、ボイラー52の排気により加熱して発生させても良い。
The saturated steam or superheated steam used for heat transfer passes through the position where the
The saturated steam or superheated steam at a predetermined temperature is not limited to the case where it is directly heated by a heat source (not shown) of the
図10は、熱発電モジュールへの熱伝達方法の他の例を模式的に示す説明図である。図10に示すように、蒸気発生部54、及び所定温度の飽和水蒸気又は過熱水蒸気を伝達する熱伝導パイプ(燃焼温度伝達手段)55は、ボイラー(燃焼装置)52の排気通路となる排気管52aの内部に配置されており、熱伝導パイプ55は、蒸気発生部54との連通部近傍が螺旋状に形成されると共に、排気管52aの外部に位置する部分に熱発電モジュール29が装着されている。その他の構成及び作用は、ボイラー52の内部に蒸気発生部54を備えた場合(図9参照)と同様である。
FIG. 10 is an explanatory view schematically showing another example of a heat transfer method to the thermoelectric generator module. As shown in FIG. 10, a
排気管52aの内部に配置された蒸気発生部54に、例えば水を供給することにより、蒸気発生部54に溜め置いた水が排気管52aを通るボイラー52の排気により加熱されて、水蒸気を発生させ、発生した水蒸気が、熱伝導パイプ55の内部にあって排気管52aの内部を通過する際、加圧状態の下で加熱されることにより、所定の温度(約200℃から約300℃)の飽和水蒸気又は過熱水蒸気となる。熱伝導パイプ55を螺旋状に形成したことで、ボイラー52からの排気が持つ熱気を高い温度のまま長い距離にわたって熱伝導パイプ55に当てることができるので、パイプ内を通る水蒸気を確実に、且つ、効率良く加熱することができる。
By supplying water, for example, to the
ボイラー52の排気を利用して発生させた飽和水蒸気又は過熱水蒸気が、熱伝導パイプ55の内部にあって熱発電モジュール29が装着された位置を通過することにより、過熱水蒸気又は飽和水蒸気の熱が熱発電モジュール29の加熱(吸熱)側に伝達される。
このように、ペレットストーブ10,40、ボイラー52、或いは温水器等を含む燃焼装置にあっては、燃焼装置における燃焼に必要な電力を、燃焼装置それ自身において発生させることができる。つまり、燃焼装置において使用される電動駆動手段の少なくとも一部は、この燃焼装置の燃焼状態において燃焼装置自身が発生させる燃焼温度により機能する熱発電モジュールが発生する熱発電力を駆動電力として、駆動することができる。
Saturated steam or superheated steam generated by using the exhaust gas from the
Thus, in the combustion apparatus including the
この発明によれば、停電等により電力供給が停止する商用電源を用いないで、燃料の供給等を確実に行うことができ、更に、燃料供給等に際し地球温暖化対策に寄与することができるので、燃焼室を有する燃焼装置、特に、木質ペレットを燃焼材料として燃焼室で燃焼させる燃焼装置に最適である。 According to the present invention, it is possible to reliably supply fuel without using a commercial power supply that stops power supply due to a power failure or the like, and to contribute to measures against global warming when fuel is supplied. It is most suitable for a combustion apparatus having a combustion chamber, particularly a combustion apparatus for burning wood pellets as a combustion material in the combustion chamber.
10,40 ペレットストーブ
11 ストーブ本体
11a 壁部
12 燃料庫
12a 燃料投入口
13 燃料供給路
13a 火気室口
13b 燃料庫口
14 煙突
15 排気ファン
16 ホッパ
16a ペレット排出口
17 蓋
18 仕切り壁
19,44 火気室
20 灰受皿
21 ロストル
22 温風送出室
22a 送風口
23 送風ファン
24 ペレット案内部
25 ドラム式ペレット供給装置
25a ドラム
25b 受部
26 着火用ヒータ
27 給気口
28 給気ファン
29 熱発電モジュール
30 蓄電池
31 燃焼温伝導体
32 外気温伝導体
33 スクリュー式ペレット搬送装置
33a スクリュー軸
33b 羽部
41 電池収納部
41a 壁部
42,51 燃焼温度伝達部
42a 突出部
43 放熱部
45 第1送風ファン
46 第2送風ファン
47 送風路
48 ヒートパイプ
49 放熱フィン
50 取付け部材
52 ボイラー
52a 排気管
53,55 熱伝導パイプ
54 蒸気発生部
P 木質ペレット
S 隣接空間
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃焼室での燃焼に伴って生じる燃焼温度により加熱すると共に前記燃焼室の外部温度で冷却することにより発生する温度差に基づき発電を行う熱発電モジュールと、
前記熱発電モジュールが発生する熱発電力を駆動力として作動する電動駆動手段と
を有することを特徴とする燃焼装置。 A combustion chamber for burning the combustion material;
A thermoelectric power generation module that generates power based on a temperature difference generated by heating at a combustion temperature generated along with combustion in the combustion chamber and cooling at an external temperature of the combustion chamber;
A combustion apparatus, comprising: an electric drive unit that operates using a heat generation power generated by the thermoelectric generation module as a driving force.
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