(57)【要約】【課題】耐熱仕様でない安価な電動モータを用いて排気能力を任意に調整して排気効率を向上させることができ、高い静粛性をもつ小型の排気装置を提供する。【解決手段】  排気管４内を排気される上昇気流による圧力差に加えて遮蔽ケース１０のモータ側開口から外気が取り込まれてシャフト７及びブレード８を経由して遮蔽ケース１０の排気管側開口より排気管４内へ導入される上昇気流により電動モータ６及びシャフト７が常時自然空冷されており、強制排気部５は、自然空冷に加えて電動モータ６を起動してブレード８を回転させることにより遮蔽ケース１０のモータ側開口から外気を吸引して排気方向下流側の排気管４へ強制排気することによって電動モータ６及びシャフト７を強制冷却可能に設けられている。【選択図】図４
2014044017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房装置に接続される排気管に強制排気可能な軸流送風機を備えた排気装置であって、
前記排気管どうしがＬ型状若しくはＴ型状に接続された排気管接続部と、
前記排気管接続部の外部から排気方向下流側の排気管へ挿入され、前記軸流送風機
が排気に晒されないように遮蔽する筒状の遮蔽ケースと、
前記遮蔽ケースに固定され前記排気管接続部の外部に組み付けられた電動モータと、前記電動モータのモータ軸が延設され或いはモータ軸に連結され前記排気管内に挿入されて前記遮蔽ケースの開口端より延設されたシャフトと、当該シャフト先端部に組み付けられ前記排気管内で回転可能に支持されたブレードとを有する強制排気手段と、を備え、
前記排気管内を排気される上昇気流による圧力差に加えて前記遮蔽ケースのモータ側開口から外気が取り込まれて前記シャフト及び前記ブレードを経由して前記遮蔽ケースの排気管側開口より前記排気管内へ導入される上昇気流により前記電動モータ及びシャフトが常時自然空冷されており、前記強制排気手段は、前記自然空冷に加えて前記電動モータを起動して前記ブレードを回転させることにより前記遮蔽ケースのモータ側開口から外気を吸引して前記排気方向下流側の排気管へ強制排気することによって前記電動モータ及びシャフトを強制冷却可能に設けられていることを特徴とする排気装置。
【請求項２】
前記排気管接続部内に挿入された前記シャフトが排気方向上流側の排気管を横切って排気方向下流側の排気管内に挿入されたシャフト先端部に前記ブレードが組み付けられている請求項１記載の排気装置。
【請求項３】
前記電動モータに電気的に接続するコントローラにより当該電動モータの速度が可変制御される請求項１又は請求項２記載の排気装置。
【請求項４】
前記シャフトは前記排気管内に挿入された前記遮蔽ケースの内壁面を覆う断熱材に囲まれて前記排気管内に挿入されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の排気装置。
【請求項５】
前記電動モータは、前記遮蔽ケースの外気を吸込む吸引路に防振部材を介して組み付けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の排気装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の排気装置を排気管に組み付けたことを特徴とする暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薪ストーブ、ペレットストーブ、石炭ストーブなどの新規或いは既設の暖房装置に着脱自在な排気装置及びこれを用いた暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薪を直接燃焼する暖房装置として薪ストーブがあり、炎の癒し効果により根強い人気がある。地球温暖化防止が緊急の課題となっている中で、薪は大気中のＣＯ２が増加しないカーボンニュートラル性および再生可能エネルギーであることから評価が高まっている。また原子力発電の事故により安全性への認識が高まり、太陽光発電や風力発電など自然エネルギーの不安定さに比べ夜間でも悪天候下でも使える薪の保存性からも、近年は薪ストーブが注目されている。
【０００３】
古くから開放型暖房装置として暖炉が存在していたが燃焼効率改善のために密閉式の薪ストーブが開発されておりその基本構造は未だに変わっていない。密閉式の薪ストーブは、煙突による十分なドラフト効果が期待できず不完全燃焼による多量の排煙がさけられないこと、あるいは点火直後から迅速な暖房ができないこと、比較的短時間で薪補給しなければならないこと、煙突が高価で設置コストがかかるなどの理由から導入には制約があり普及が進んでいない。
【０００４】
現状の薪ストーブは自然排気方式であり、排気能力を高めるために垂直で太い二重煙突を用いて高温の排気ガスを排気する。そのため、屋根に貫通孔をあけざるを得ず、工事費がかさみ、積雪や雨漏りのおそれもあり、掃除の際は高所作業となるため危険を伴う。
【０００５】
また、ストーブの燃焼効率を改善するため、強制排気手段として、図１０に示すように排気ファン（チムニーファン）５１を煙突先端部５２に配置する構造も存在する。煙突排気口に架台５３を設けてモータ５４は排気ガスが噴き出す排気管５５と対向配置されている。モータ軸５６の先端にはファン５７が一体に組み付けられており、ファン５７の回転により、排気管５５よりモータ軸方向に噴出する排気を半径方向に排気する方式がある。しかしながら、モータ５４は、排気ガスが噴き出す排気管５５と対向配置され高温に晒されるため耐熱構造のモータが要求され、高価で排気装置が大型化しやすく、しかもモータ５４に給電するための配線５８を排気口近傍まで引き回して配線するため配線長が長くなり、火災予防から耐熱電線が必要であり、感電の恐れもある。
また、ペレットストーブでは、暖房ファンと熱交換部との間に排気ファンが設けられている場合が多いが（特許文献１参照）、排気ファンとしては熱交換器側に耐熱性のあるシロッコファンを設ける例もある。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４１７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した薪ストーブに設けられる排気装置には、以下に述べる課題があった。
先ず、建物の構造によっては図１１に示すように屋根６１に貫通孔６２を開けることができず薪ストーブ６３を設置できない場合もある。また二重煙突は高価でありコストアップの大きな要因であり、重量も嵩むことから取付工事や保守も困難という欠点がある。
【０００８】
これらを解決するために図１２に示すように、薪ストーブ６３に接続する煙突として水平排気管６４と垂直排気管６５を組み合わせて建物の壁６６から排気する排気装置があるが、水平排気管６５における排気抵抗により排気能力が小さくなり薪ストーブ６３の排気効率が低いという欠点があった。加えて、排気管には断熱性を有する高価な二重煙突構造が要求され、さらに配管長も例えば横引きは１ｍ以内、垂直部は５ｍ以上といった厳しい制約が設けられた。いずれの排気装置も設置コストがかさみ、高温の排気ガスを排出することから排気損失が大きいという問題がある。
また、薪ストーブが点火直後の冷えているときは自然対流による上昇気流が発生しないため排気能力がなく、一方、高温になると過剰排気となり、燃焼制御性が悪かった。
【０００９】
また、排気ファンは熱交換器などを経由して比較的に排気温度の低い排気管末端に配置されることが多いが、それでも耐熱構造を有する耐熱型モータが必要である。耐熱型モータはモータ軸にモータ冷却用のファンが組み付けられている。モータが回転することで強制空冷する方式で、高温時は停止させることができない。このように、モータ軸に冷却用ファンを設けて温度上昇を抑えていることからモータを停止させることができず、排気が良すぎて過剰排気になると異常な高温となりストーブ破損や火災の恐れがある。また、シロッコファンは騒音が大きいという欠点があり、防熱・防音からストーブ内にファン専用の大きな設置スペースが必要である。その他にも排気管内に軸流ファンモータを配置する機器もあるが排気ガス中にモータを配置するため高熱に耐えられない。
【００１０】
本発明はこれらの課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは耐熱仕様でない安価な電動モータを用いて排気能力を任意に調整して排気効率を向上させることができ、高い静粛性をもつ小型の排気装置を提供すること及びこれを用いて安価にしかも取付工事も容易に行える燃焼効率を改善した暖房装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る暖房装置は、以下の構成を備える。
暖房装置に接続される排気管に強制排気可能な軸流送風機を備えた排気装置であって、前記排気管どうしがＬ型状若しくはＴ型状に接続された排気管接続部と、前記排気管接続部の外部から排気方向下流側の排気管へ挿入され、前記軸流送風機が排気に晒されないように遮蔽する筒状の遮蔽ケースと、前記遮蔽ケースに固定され前記排気管接続部の外部に組み付けられた電動モータと、前記電動モータのモータ軸を延設し或いはモータ軸に連結され前記排気管内に挿入された前記遮蔽ケースの開口端より延設されたシャフトと、当該シャフト先端部に組み付けられ前記排気管内で回転可能に支持されたブレードと、を有する強制排気手段と、を備え、前記排気管内を排気される上昇気流による圧力差に加えて前記遮蔽ケースのモータ側開口から外気が取り込まれて前記シャフト及び前記ブレードを経由して前記遮蔽ケースの排気管側開口より前記排気管内へ導入される上昇気流により前記電動モータ及びシャフトが常時自然空冷されており、前記強制排気手段は、前記自然空冷に加えて前記電動モータを起動して前記ブレードを回転させることにより前記遮蔽ケースのモータ側開口から外気を吸引して前記排気方向下流側の排気管へ強制排気することによって前記電動モータ及びシャフトを強制冷却可能に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、Ｌ型状若しくはＴ型状に接続された排気管接続部が設けられているので、排気管あるいは排気ガスが高温時は水平排気管及び排気管内に設けられたブレードが自然排気能力を抑制する排気抵抗となって過剰燃焼を防止することができる。また、排気管あるいは排気ガスが低温時は、強制排気手段を用いて排気管内の排気を強制排気することができる。よって、排気装置の排気能力を調整することで当該排気装置が接続する暖房装置の燃焼効率の向上に寄与することができる。
また、遮蔽ケース内であって排気管接続部の外部に電動モータが組み付けられ、モータ軸が延設された或いはモータ軸に連結されたシャフトが排気管内に挿入され遮蔽ケースの開口端より延設されたシャフト先端部にブレードが組み付けられているので、比較的高価で大型化しやすい耐熱性構造は不要であり、安価で小型な一般的な電動モータを用いて強制排気することができる。
また、強制排気手段により強制排気可能なことから、長い垂直煙突により強力な自然排気能力を付与することなく、煙突の高さを抑えて配管することができ、安価にしかも取付工事も容易に行える。
また、排気管内を排気される上昇気流による圧力差に加えて遮蔽ケースのモータ側開口から外気が取り込まれてシャフト及びブレードを経由して遮蔽ケースの排気管側開口より排気管内へ導入される上昇気流により電動モータ及びシャフトが常時自然空冷されているので、軸流送風機が高温に晒され難く温度上昇が抑えられ、さらに強制排気動作により遮蔽ケースのモータ側開口から外気を吸引して排気方向下流側の排気管へ強制排気することによって電動モータ及びシャフトをより強力に強制冷却可能であるため、高価で大型化し易い耐熱モータは不要であり、排気装置を安価で小型化することができる。
【００１３】
また、前記排気管接続部内に挿入された前記シャフトが排気方向上流側の排気管を横切って排気方向下流側の排気管内に挿入されたシャフト先端部に前記ブレードが組み付けられているのが好ましい。
これにより、ブレードが排気管接続部内で排気方向上流側の排気管を横切って配置されると、排気の還流が発生し排気効率が低下するが、排気方向下流側の排気管内に挿入されて配置されていれば、還流の発生を抑え効率よく排気することができる。
【００１４】
前記電動モータに電気的に接続するコントローラにより当該電動モータの速度が可変制御されることが好ましい。
これにより、従来はモータ冷却を自身の冷却ファンに頼って行っていたため常にフル回転させなければならず停止すらできなかったが、遮蔽ケースを設けたことによって自然空冷並びに強制排気により強力に空冷することができるためモータの低速回転や停止も可能であり、暖房装置の最適燃焼のためにモータの速度制御を行って回転数を任意に変えて排気量を調整することができる。特に薪ストーブは燃焼過程において火力が大きく変化し易いので排気量調整が必要になる。
【００１５】
前記シャフトは前記排気管内に挿入された前記遮蔽ケースの内壁面を覆う断熱材に囲まれて前記排気管内に挿入されていることが望ましい。
これにより、シャフトは排気管内に挿入された遮蔽ケースの内壁面を覆う断熱材に囲まれたまま排気管内に挿入されているので高温となった遮蔽ケースからシャフトへの輻射熱が低減され、シャフトの温度上昇が少ないうえに、ケース内を吸引される外気により自然冷却更には強制排気により強力に冷却されるのでシャフト温度を更に下げることができる。
【００１６】
また、前記電動モータは、遮蔽ケースの外気を吸込む吸引路に防振部材を介して組み付けられていると、電動モータの振動や共振を低減して静音化することができるうえに、外気の吸込み動作により防振部材自体の昇温を抑えることができ、耐熱構造が不要になる。
【００１７】
暖房装置においては、前述したいずれかの排気装置が排気管に組み付けられていることを特徴とする。
これにより、低温時の強制排気手段による強制排気と高温時における排気管接続部における排気抵抗による過剰燃焼防止により、暖房装置の燃焼効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、耐熱仕様でない安価な電動モータを用いて自然排気と強制排気を併用することで排気能力を任意に調整して排気効率を向上させることができ、高い静粛性をもつ小型の排気装置を提供することができる。
また上記排気装置を用いて安価にしかも取付工事も容易に行える燃焼効率を改善した暖房装置を提供することができる。
自然排気は排気能力が排気ガスの上昇力に頼っているため、排気管内の排気ガス温度を下げないように断熱性のある多重管構造を使用する必要がある。しかしながら強制排気が可能であれば、排気能力は排気温度に依存しないため、多重管でない一重管構造による壁出し煙突を形成することが可能となり、排気装置が大幅にコストダウンできる。これにより、薪ストーブの導入が促進され、ＣＯ２排出削減や、間伐材を燃料とすることによる森林保全に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】建物に暖房装置に接続する排気装置を設ける場合の一例を示す説明図である。
【図２】ストーブと排気装置の説明図である。
【図３】排気管内の温度分布を示す説明図である。
【図４】排気装置の組付け構成例を示す説明図である。
【図５】排気装置の具体的な組付け構成例を示す説明図である。
【図６】ブレードを設けたシャフトの配置例を示す対比説明図である。
【図７】排気装置の配置構成例を示す説明図である。
【図８】排気装置の配置構成例を示す説明図である。
【図９】排気装置の配置構成例を示す説明図である。
【図１０】従来の排気装置の一例を示す説明図である。
【図１１】従来の建物に暖房装置に接続する排気装置を設置する場合の課題を示す説明図である。
【図１２】従来の建物に暖房装置に接続する排気装置を設置する場合の課題を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る排気装置及びこれを用いた暖房装置の実施形態について図１乃至図９を参照して説明する。以下の実施例では、排気装置を暖房装置の一例である薪ストーブに適用した場合を例示して説明するものとする。
【００２１】
先ず、薪ストーブ及び排気装置のレイアウト構成について説明する。図１において、建物１内には薪ストーブ２（暖房装置）が設けられている。薪ストーブ２は、開閉扉が開閉可能に設けられ、内部に薪を収容可能な燃焼室、燃焼室に給気する給気口や薪に点火する点火装置等が設けられている。燃焼室は手作業により点火するストーブでもよいが、燃焼室の底部若しくは後壁側には図示しない点火手段（ガス式点火バーナー、灯油式点火装置、電気式点火装置等）が設けられた自動点火式のストーブであってもよい。
【００２２】
排気装置３は、屋内に配置された薪ストーブ２の燃焼により発生した排気を、排気管４を通じて建物外へ排出する。薪ストーブ２（燃焼室）の上部に設けられた排気口には、垂直排気管４ａが接続されている。垂直排気管４ａには水平排気管４ｂが直交して接続されており、建物１の壁１ａを貫通して建物外へ配管されている。水平排気管４ｂには垂直排気管４ｃが直交して接続されている。排気管４は全体形状がＬ型状に接続された排気管接続部４ｄを有している。この排気管接続部４ｄには強制排気部５（強制排気手段）が着脱可能に組み付けられている。強制排気部５には後述するように強制排気可能な軸流送風機が設けられている。尚、排気管４としては、例えば軽量で耐候性を有する厚さ０．８ｍｍ程度のステンレススチール製の金属管が用いられる。
【００２３】
このように排気管４がＬ型状に形成されている理由について説明する。薪ストーブ２の燃焼制御性を向上させるためには排気能力を最適化しなければならない。そこで、排気管４（煙突）あるいは排気ガスが高温時は、自然排気能力を抑制して過剰燃焼を防止する排気抵抗を設ける必要がある。そこで、排気抵抗を増加するため水平排気管４ｂを設ける。しかし、排気管４（煙突）の排気抵抗が大きい場合或いは排気ガスが低温時は、自然排気だけでは排気能力が不足し不完全燃焼となりやすく十分な排気能力を得るためには強制排気手段が必要である。強制排気手段として電動モータに直結した軸流ファン（軸流送風機）を、Ｌ型状の排気管接続部４ｄに設けることで、低温時の排気能力は強制排気手段により確保でき、また自然排気能力を得るための垂直排気管４ｃ（煙突）の長さを短くすることができる。尚、水平排気管４ｂを長くすることで薪ストーブ２の建物１内の配置の自由度も上がる。
【００２４】
次に、強制排気部５の構成例について図４及び図５を参照して説明する。図４において、水平排気管４ｂと垂直排気管４ｃとが接続される排気管接続部４ｄには、筒状の遮蔽ケース１０が接続されている、この遮蔽ケース１０は、排気管接続部４ｄの外部から排気方向下流側の排気管（垂直排気管４ｃ）へ挿入され、軸流送風機が排気に晒されないように遮蔽している。
【００２５】
強制排気部５は、遮蔽ケース１０内であって、排気管接続部４ｄの外部にモータ本体６が配置されモータ軸６ｂに連結されたシャフト７が排気方向上流側の水平排気管４ｂを横切って排気方向下流側の垂直排気管４ｃ内に挿入されてシャフト先端部にブレード８が組み付けられている。尚、モータ軸６ｂを延設してシャフトを形成し、水平排気管４ｂを横切って排気方向下流側の垂直排気管４ｃ内に挿入されていてもよい。そして、水平排気管４ｂから垂直排気管４ｃへ排気される排気流の圧力が排気管外部の気圧より負圧になることを利用してモータ取付部９側から外気を吸気して垂直排気管４ｃ内に排出することで電動モータ６及びシャフト７を冷却するようになっている。
このように、排気管４内を排気される上昇気流による圧力差に加えて遮蔽ケース１０のモータ側開口から外気が取り込まれてシャフト７及びブレード８を経由して遮蔽ケース１０の排気管側開口より垂直排気管４ｃ内へ導入される上昇気流により常時自然空冷されている。更には、強制排気部５は、自然空冷に加えて電動モータ６を起動してブレード８を回転させることにより遮蔽ケース１０のモータ側開口から外気を吸引して排気方向下流側の垂直排気管４ｃへ強制排気することによって電動モータ６及びシャフト７を強力に強制冷却可能に設けられている。
【００２６】
ここで、排気管４の排気管接続部４ｄに設けられる電動モータ６の配置構成について考察する。通常の電動モータは高温に耐えられないことから低温部に設置し、省エネ・低コスト化から自然空冷方式を採用することになる。図３に示すように例えば水平排気管４ｂ内の排気温度は管内上方が高く（例えば３００℃）管内下方が低い（例えば１５０℃）という特性がある。よって、図２において、屋外にある垂直排気管４ｃの下部が最も低温となる。しかも、この排気管接続部４ｄは風当たりがよく排煙もない場所であり、清浄で低温の外気を導入しやすい。従って、ここに電動モータ６を配置すれば冷却効率が高く、低温・清浄な冷却空気を容易に取り込める。即ち、電動モータ６を垂直排気管４ｃの直下に配置すれば電動モータ６自身の温度上昇を最も抑えることができる。さらに清浄な大気中であることから防塵性もさほど要さず、電動モータ６に雨が当り難く防水構造も簡略化することができる。
【００２７】
また、ブレード８を垂直排気管４ｃ内に配置すれば自然排気の上昇気流に還流の少ない強制排気が加わるためスムーズに排気され高い排気効率が得られる。そこで、図４に示すようにシャフト７が排気方向上流側の水平排気管４ｂを横切るように延設され、排気方向下流側の垂直排気管４ｃ内に進入して先端部にブレード８が配置されていればよい。排気管４は一旦暖まれば自然排気能力が強くなりブレード８の回転を止めても排気される。この場合、水平排気管４ｂとブレード８による排気抵抗により適切な排気能力が得られ過剰燃焼を防止することができる。
【００２８】
次に図５を参照して、強制排気部５のより詳細な構成例について説明する。
電動モータ６は、取付ステー９（モータ取付部）によって、金属製の筒状の遮蔽ケース１０内に組み付けられている。遮蔽ケース１０は、垂直排気管４ｃの下端開口４ｅに嵌め込まれ、固定金具１１を例えば水平排気管４ｂに周回させてねじ止めされ着脱可能に装着される。
【００２９】
また、電動モータ６のモータ軸６ｂは、カップリング１２によってシャフト７の一端と連結されている。シャフト７は、ベアリング１３ａ，１３ｂによって回転可能に支持されており排気方向上流側の水平排気管４ｂを横切るように延設されている。尚、モータ軸６ｂを延設してシャフトを形成し、水平排気管４ｂを横切って排気方向下流側の垂直排気管４ｃ内に挿入されていてもよい。このシャフト７の他端側は排気方向下流側の垂直排気管４ｃ内に挿入されて配置されシャフト先端部にブレード８が一体に組み付けられている。遮蔽ケース１０は電動モータ６を排気より遮蔽するのみならず、シャフトケース部１０ａによってシャフト７も排気より遮蔽するようになっている。即ち、遮蔽ケース１０に一体に形成されたシャフトケース部１０ａが、水平排気管４ｂ及び垂直排気管４ｃ内に挿入されてシャフト７の外周が覆われている。シャフトケース部１０ａは高温の排気にさらされることから、シャフトケース部１０ａの内壁面は断熱材１４で覆われている。
【００３０】
シャフト７は軸受グリスの劣化やマグネット減磁をさけるため、できるだけ昇温しないようにする必要がある。シャフト７が排煙により昇温することをさけるため、中空のシャフトケース部１０ａで囲い更に断熱材１４でシャフトケース部１０ａからの輻射熱を防護したうえでシャフト７の周囲に形成される内部空間１０ｂをモータ本体６ａ側からケース１０内に取り込まれる外気（冷却空気）の吸引路として用いる。冷却空気は、内部空間１０ｂからブレード８を経て垂直排気管４ｃに排出される。
【００３１】
排気管４内は薪ストーブ２からの排気流により外気より負圧となるため、ブレード８がなくても遮蔽ケース１０の電動モータ６側開口より吸気して内部空間１０ｂを通じて外気を取り入れることができる。また、電動モータ６を起動してブレード８を回転させることにより外気吸引力はさらに強化される。シャフトケース部１０ａを含むケース１０は金属パイプでよいが、２００℃を超えると壁面からの輻射熱も大きくなるのでシャフトケース部１０ａ内に断熱材１４を設けることが望ましい。実験によれば、電動モータ６を排気管４内に設置し、モータ全体を断熱材で囲って自然対流で冷却した場合、モータ温度は２００℃前後であったが、電動モータ６を排気管４外に配置しシャフト７を断熱し外気を自然対流させて空冷した場合、電動モータ６の温度上昇は１５℃以下という結果が得られた。従って電動モータ６の耐熱性は７０℃程度あれば実用に耐えられ、一般的な耐熱温度の電動モータ６を用いて４５０℃程度の排煙を排気できる。
【００３２】
また、図５において、電動モータ６には配線１５を介してコントローラ１６に接続されている。コントローラ１６には給電線１７を介してコンセント１８が接続されている。コントローラ１６は、ＡＣ商用電源を直流電源に変換して電動モータ６に供給し、速度指令も出力する。速度指令はアナログ電圧或いはアナログ電流にて送出しても良いし、パルス信号で送出しても良いし、或いはシリアル通信で回転数情報を送信するようにしてもよい。具体的には、電動モータ６は駆動回路内蔵のＤＣブラシレスモータを想定している。ＤＣブラシレスモータは静粛性に優れ回転数変更も容易である。また、ＤＣブラシレスモータは高効率であり消費電力も少なくてすみ、本実施例の場合は最高回転数時でも１０Ｗ程度と極めて低消費電力で済む。速度設定はボリュームを使えばユーザーが簡単に設定できる。また、電動モータ６とコントローラ１６との間の配線１５は、ＤＣ電源の＋とＧＮＤおよび速度指令の３種類で足りる。電動モータ６は低電圧の直流駆動のため、感電や漏電事故の恐れがなく、配線径は細くてすむ。また、コントローラ１６からのＤＣ電源供給と速度指令を受けて電動モータ６が所定速度で回転する。電動モータ６が回転するとカップリング１２及びシャフト７を介してブレード８が回転して強制排気が行なわれる。
【００３３】
また、従来構造は、モータに冷却ファンが同軸で設けられており、ファンを停止すると電動モータが冷却されず破損するおそれがあるため電動モータを駆動停止することができなかった。そのため、排気能力や火力を調整することができず、過剰燃焼を防ぐことができなかった。これに対して本実施例では、図４に示すように自然空冷により電動モータ６・シャフト７・ブレード８が冷却されるため電動モータ８の回転速度を任意に調整したり停止したりすることができる。排気管４（煙突）が冷えている点火直後は電動モータ６を高速回転させて排気能力を高め、排気管４（煙突）が熱くなったら電動モータ６を低速回転あるいは停止させて排気能力を低下させれば良好な燃焼制御性を実現することができる。よって、薪ストーブ２の迅速な点火、立ち消え防止、過剰燃焼防止を達成することができる。また、電動モータ６として低電圧のＤＣモータを使えば回転数の変更は容易に可能であり、騒音低減・感電事故防止にも有効である。
【００３４】
排気管４は、音を伝達しやすくブレード８の回転に伴う騒音が問題となりやすい。特に薪ストーブ２は夜間に使われることが多く、高い静粛性が求められる。この点からＡＣモータによるシロッコファンは回転音・風切音ともに大きく使用できない。本実施例では速度可変型ＤＣモータ直結による軸流ファンが用いられる。軸流ファンとすることで排気効率を高くすることができ、大型ブレードを用いて低速回転することにより風切音を小さくすることができる。一方、薄い金属製の排気管４に電動モータ６を取り付け軸長の長いシャフト７を介してブレード８を回転させることから共振も発生しやすい。そこで、ブレード８はシャフト７と直結し、排気管４に余分な機械的接触が発生しないようにすれば擦過音は発生しない。また、電動モータ６を遮蔽ケース１０内に固定する取付ステー９（図５参照）に防振部材を設けて電動モータ６の振動や共振を低減するのが好ましい。一般的に防振部材として天然ゴムが使われるが耐熱性が低い。しかし本実施例では、電動モータ６は排気管４のうち最も低温部に取り付けられるためゴム製のワッシャーなどによる防振構造が可能となる。さらに、ＤＣブラシレスモータを用いれば回転音レベルがさがる。また電動モータ６は排気管４のうち最も低温部に取り付けられるため流体動圧軸受を用いることができ、極めて静かな軸流ファンを実現できる。
【００３５】
次に図６（Ａ）（Ｂ）を参照してブレード８の配置について説明する。上述したようにブレード８は軸流ファンとシロッコファンが考えられるが騒音や排気効率から軸流ファンが優れている。図６（Ｂ）に示すように、軸流ファン（ブレード８）を排気管接続部４ｄの空間内（水平排気管４ｂと垂直排気管４ｃが交差する空間内）に配置すると、排気管４内で還流が発生して排気効率が低下する。これを回避するためにはブレード８を排気方向上流側の水平排気管４ｂを横切って排気方向下流側の垂直排気管４ｃ（直管部分）に配置しなければならない。よって、図６（Ａ）に示すように、電動モータ６のモータ本体６ａは排気管接続部４ｄの外部に設けられるため、シャフト７は水平排気管４ｂを横切って垂直排気管４ｃ内まで延設してブレード８を設ける必要がある。
【００３６】
図７乃至図９は、排気装置３の配置構成例を示す説明図である。図７は図４と同様の構成であり、水平排気管４ｂと垂直排気管４ｃがＬ字状に交差する排気管接続部４ｄに強制排気部５を設けた構成を示す。
図８は、垂直排気管４ａと水平排気管４ｂがＬ型状に接続される排気管接続部４ｄにおいて水平排気管４ｂ側に強制排気部５が設けられている。電動モータ６は、水平排気管４ｂの下流側開口を塞ぐように組み付けられ、シャフト７及びブレード８は、排気方向上流側の垂直排気管４ａを横切って排気方向下流側の水平排気管４ｂ側に設けられている。
また、図９は左右の水平排気管４ｂに垂直排気管４ｃが直交するＴ型状の排気管接続部４ｄに強制排気部５が設けられている。電動モータ６は、垂直排気管４ｃの下流側開口を塞ぐように組み付けられ、シャフト７及びブレード８は、排気方向上流側の水平排気管４ｂを横切って排気方向下流側の垂直排気管４ｃ側に設けられている。
【００３７】
図５において、排気管４内を排気される排気流の圧力差に加えて電動モータ６を起動してブレード８を回転させることによりモータ本体側から外気を吸気して排気管接続部４ｄ内に外気を吸込むことで強力に強制冷却する。電動モータ６が収容される遮蔽ケース１０のモータ本体６ａ側には吸気口があり、排気管４（煙突）内部が負圧になることを利用して外気が吸入される。電動モータ６側即ち吸入側が低温で、ブレード８側即ち排気側が高温のため、遮蔽ケース１０内の上昇気流も利用できる。遮蔽ケース１０内に吸い込まれた外気は、ベアリング１３ａ，１３ｂ周辺を通りシャフト７周囲の内部空間１０ｂを通過し、ブレード８を経て排気管４内に放出される。これにより、電動モータ６・ベアリング１３ａ，１３ｂ・シャフト７・ブレード８が効率よく冷却される。
【００３８】
また、電動モータ６及び配線１５は排気管４から最も離れた位置に配置されており、排気管４から伝導する伝導熱による温度上昇を最小に抑えている。また、シャフト７はシャフトケース部１０ａ（金属製パイプ）及び断熱材１４で防熱されておりさらに外気導入による空冷により温度上昇が抑えられる。また、モータ軸６ｂを延長せず別途にシャフト７を接続したことでモータ軸６ｂの短い一般的な電動モータ６を使用することができる。また、電動モータ６の昇温が抑えられることから高価で大型化しやすい耐熱構造のモータを使う必要もない。但し、高温に晒されるブレード８は耐熱性を有する金属製のプロペラとする必要がある。
【００３９】
また、モータ軸６ｂを延長するシャフト７を用いたことでブレード８を排気方向下流側の垂直排気管４ｃ（直管部分）内に配置している。これにより排気の還流を減らし排気効率を上げている。シャフト７が長くなるため２個のベアリング１３ａ，１３ｂで強固に保持して軸振れを防いでいる。さらに排気管４（煙突）内は酸性のクレオソートなどがあるため耐蝕性も必要でありステンレス製が望ましい。尚、排気管４の上方から降り注ぐススやクレオソートはブレード８あるいはケース１０により防護されており電動モータ６には影響しない。さらにシャフト７回りの内部空間１０ｂは常時外気が導入されており排気ガスの侵入を防いでいる。
【００４０】
前述した排気装置３において、電動モータ６およびベアリング１３ａ，１３ｂはほぼ無負荷状態の低温下で動作し軸荷重もほとんどかからないので、寿命は定格荷重時の10倍以上となる。一般的に定格寿命は5000時間以上が保障されており排気装置は５万時間の寿命となる。一般的なユーザーの薪ストーブ２の使用時間を２４時間×100日／年と仮定すると５万時間は約２０年の使用期間と考えられ耐用年数として充分な寿命である。また、排気装置３は軽量であり煙突に直接取り付けることが可能で、簡単に取り外して煙突掃除できる。このため煙突下部の点検口から掃除することができ、屋根に登らなくてすみ高所作業がなく安全である。さらに積雪時や降雨時も安心してタイムリーに煙突掃除ができ、溜まったススが燃える煙道火災を防止できる。また、電動モータ６の電源として低電圧ＤＣ電源を使用することから感電や漏電の恐れがなく安全である。また配線１５が高温の煙突に接することなくしかも短くて済み、電動モータ６も高温にならず、防火面から安全性が高い。
【００４１】
上述した排気装置３の配管構造は、垂直排気管と水平排気管の組み合わせによる配管構造であるため、壁出し煙突システムが可能となり、屋根に貫通孔を開ける必要がないので雨漏りや積雪による建物破壊のおそれがない。また、垂直排気管と水平排気管の組み合わせによれば建物１の室内中央部に薪ストーブ２を配置することもでき、レイアウトの自由度も広がる。また、高気密高断熱住宅では機械換気により室内が負圧となり薪ストーブ２で発生した排気（煙）が逆流することが懸念されるが、排気管４内の排気を強制排気部５にて強制排気するので、そのような心配もなく薪ストーブ２を使用することができる。
【００４２】
コントローラ１６により電動モータ６の回転速度を任意に可変できることから、排気管４の排気能力が任意に調整することができる。よって、強制排気部５が強力排気を行うことで薪ストーブ２の点火が素早くなり、強制排気部５が弱い排気を行うことで薪ストーブ２の過剰燃焼を抑えて安定燃焼させることができる。
例えば従来の薪ストーブ２における点火動作は煙突があたたまるまで20〜30分かかっていたが、本実施例に係る排気装置３を用いることで１分以内に点火動作が完了する。また、排気管４の適度な排気抵抗により過剰燃焼を防止することができ、低燃費となり煙道火災の予防にもなる。さらに従来は敬遠されてきた針葉樹を焚いても異常な高温になることを防止でき、針葉樹の間伐材は低価格で入手できることから大幅に燃費を節約でき、しかも林業の活性化にも資する。
【００４３】
また、排気装置３は排気温度に関わりなく排気できるため、一重構造の煙突にして排熱エネルギーを室内に放出することができる。暖房効率が向上し低燃費化され、一重煙突化にて煙突コストが下がり、ブレード８の温度も低温となり熱ストレスが減る。
また、排気管４（煙突）は音を伝達しやすくブレード８の風切音による騒音が問題となる。特にマキストーブは夜間に使われることが多く高い静粛性が求められる。電動モータ６としてＤＣブラシレスモータを直結した軸流ファンを設けることで静粛な運転が可能である。さらに電動モータ６の昇温が抑えられることから流体動圧軸受も使用可能でほとんど回転音のない極めて静かな軸流ファンを実現できるうえに、電動モータ６が組み付けられる取付ステー９に防振ゴムや吸音材の装着も可能となり共振を防ぐことができる。
また、排気装置３は任意に排気量を可変することができ、自然排気と強制排気を併用して排気効率を高くすることができるため消費電力を小さくすることができる。また、建物１が停電あるいは装置故障といった緊急事態でも自然排気によって薪ストーブ２を使い続けることができる。
【００４４】
以上説明したように、耐熱仕様でない安価な電動モータ６を用いて自然排気と強制排気を併用することで排気能力を任意に調整して排気効率向上に寄与でき、高い静粛性をもつ小型の排気装置３を安価に提供することができる。
また上記排気装置３を用いて取付工事を安価で容易に行える燃焼効率を改善した暖房装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  建物  １ａ  壁  ２  薪ストーブ  ３  排気装置  ４  排気管  ４ａ，４ｃ  垂直排気管  ４ｂ  水平排気管  ４ｄ  排気管接続部  ４ｅ  下端開口  ５  強制排気部  ６  電動モータ  ６ａ  モータ本体  ６ｂ  モータ軸  ７  シャフト  ８  ブレード  ９  取付ステー  １０  遮蔽ケース１０ａ  シャフトケース部  １０ｂ  内部空間  １１  固定金具  １２  カップリング  １３ａ，１３ｂ  ベアリング  １４  断熱材  １５  配線  １６  コントローラ  １７  給電線  １８  コンセント
【図１】
2014044017.tif 000003
【図２】
2014044017.tif 000004
【図３】
2014044017.tif 000005
【図４】
2014044017.tif 000006
【図５】
2014044017.tif 000007
【図６】
2014044017.tif 000008
【図７】
2014044017.tif 000009
【図８】
2014044017.tif 000010
【図９】
2014044017.tif 000011
【図１０】
2014044017.tif 000012
【図１１】
2014044017.tif 000013
【図１２】
2014044017.tif 000014