(57)【要約】【課題】電源を必要とせず、燃焼の安定性があり、暖房効率の良い燃焼暖房装置を提供することにある。【解決手段】本発明の石油ストーブ１は、燃料を燃焼する燃焼部２と、この燃焼部２を収納し、該燃焼部２で発生した熱を含む空気を装置前方に放出するための開口部３１が形成された筐体３とを備えた石油ストーブであって、燃焼部２の上方に熱伝導性の仕切板４によって区画形成され、燃焼部２で発生した熱を含む空気を石油ストーブ１前方に送る送風部５を備え、この送風部５は、仕切板４上に設けられる熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールと電気的に接続され、熱電変換モジュールで発電された電力によって駆動する送風ファンとを備え、この送風ファンは、熱電変換モジュールよりも石油ストーブ１後方側に配置されている。【選択図】  図１
2004156811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石油系液体燃料、ガス燃料等の燃料を燃焼する燃焼部と、この燃焼部を収納し、該燃焼部で発生した熱を含む空気を装置前方に放出するための開口部が形成された筐体とを備えた燃焼暖房装置であって、
前記燃焼部の上方に熱伝導性の仕切板によって区画形成され、前記燃焼部で発生した熱を含む空気を装置前方に送る送風部を備え、
この送風部は、前記仕切板上に設けられる熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールと電気的に接続され、該熱電変換モジュールで発電された電力によって駆動する送風ファンとを備え、
この送風ファンは、前記熱電変換モジュールよりも装置後方側に配置されていることを特徴とする燃焼暖房装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼暖房装置において、
前記筐体には、前記送風部の送風ファン背面側および／または側面側に外気取込用の吸気口が形成されていることを特徴とする燃焼暖房装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃焼暖房装置において、
前記熱電変換モジュールは、前記仕切板上に密着する高温側電極と、この高温側電極に対向配置される低温側電極と、これら二つの電極間に介在する熱電変換材料とを備え、
前記低温側電極には、放熱フィンが設けられていることを特徴とする燃焼暖房装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃焼暖房装置において、
前記仕切板上には、前記送風ファンおよび前記熱電変換モジュールの間に、後方側端部が仕切板と当接し、前方側端部が前記低温側電極近傍に位置する板状の送風ガイドが設けられていることを特徴とする燃焼暖房装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の燃焼暖房装置において、
前記熱電変換材料は、酸化物系または合金系の熱電変換材料であることを特徴とする燃焼暖房装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃焼暖房装置において、
前記熱電変換材料は、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物であることを特徴とする燃焼暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼暖房装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、燃焼暖房装置としては、通常の芯式ストーブ等の石油ストーブや、石油ファンヒータ等が挙げられる。芯式ストーブは、液体石油燃料をガラス芯などに染み込ませ燃焼させ、その燃焼熱を直接または反射板を用いたりして、輻射熱によって目的の方向への暖房を行うものである。この芯式ストーブは、輻射熱によって、目的の方向へ熱を送るために、電源を必要としないから、設置場所を限定されない、また安価であるという特長を持ち、広く普及している。
しかしながら、芯式ストーブは、特定の方向しか暖房されないというだけでなく、対流熱が上方に逃げてしまい、目的の方向への暖房効率が低いものとなるという問題がある。
【０００３】
一方、石油ファンヒータは、液体石油燃料を気化燃焼させ、燃焼熱を電源により駆動するファンにより温風を送風するものである。この石油ファンヒータは、送風を行うため広い範囲を暖房するのに適しており、非常に多く利用されている。
しかしながら、石油ファンヒータは、液体燃料以外にもファンを駆動させるための電源を必要とするため、設置場所が限定されるという問題がある。
【０００４】
上記した芯式ストーブや石油ファンヒータの問題、これら両者の問題点を解決するために、石油ストーブの燃焼熱を利用して、熱電変換素子で起電力を発生させ、発生した起電力によりファンをまわして暖房効率を上げるようにした技術が提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５７−１０５５０１号公報      （第１頁）
【特許文献２】
特許１５３８４４３号公報            （第１頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、送風口が燃焼部に直接あたり燃焼が不安定であったり、直接火皿部の周辺に熱電素子が配置されるために燃焼用空気の流入が不安定であり、燃焼の安定性に問題がある。
また、特許文献２記載の技術では、燃焼熱が上昇して逃げてしまうため、必要とする方向への暖房効率が低いという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、電源を必要とせず、燃焼の安定性があり、暖房効率の良い燃焼暖房装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明の燃焼暖房装置は、石油系液体燃料、ガス燃料等の燃料を燃焼する燃焼部と、この燃焼部を収納し、該燃焼部で発生した熱を含む空気を装置前方に放出するための開口部が形成された筐体とを備えた燃焼暖房装置であって、前記燃焼部の上方に熱伝導性の仕切板によって区画形成され、前記燃焼部で発生した熱を含む空気を装置前方に送る送風部を備え、この送風部は、前記仕切板上に設けられる熱電変換モジュールと、この熱電変換モジュールと電気的に接続され、該熱電変換モジュールで発電された電力によって駆動する送風ファンとを備え、この送風ファンは、前記熱電変換モジュールよりも装置後方側に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
このような本発明によれば、仕切板によって区画形成されていることにより、燃焼部へ送風されることがないので、燃焼部での燃焼を安定させることができる。
また、この本発明によれば、次のように作用する。すなわち、まず燃焼部で加熱された空気は、上昇して仕切板部分を加熱しながら、開口部前方に出て、暖房装置が置かれた室内中でさらに上昇する。このとき、仕切板が加熱されることにより熱電変換モジュールが動作して起電力が生じ、送風ファンが駆動する。送風ファンの駆動により生じた風は、熱電変換モジュールの上部を冷却した後、暖房装置前面の上昇中の加熱された空気を装置前方に押し出す。
これにより、燃焼部で加熱された空気が送風ファンの風によって装置前方に放出されるため、加熱された空気を一定の方向に送風することで効率のよい暖房装置とすることができる。また、熱電変換モジュールを採用することで商用電源等に接続する必要がない。
また、仕切板が加熱されることによって熱電変換モジュールの仕切板との密着面が高温に加熱され、送風ファンによって熱電変換モジュールの上部が積極的に冷却されることにより、熱電変換モジュール内の温度勾配を大きくとることができるので、大きな起電力で送風ファンを駆動することができ、送風方向を一定方向にすることでより効率のよい暖房装置とすることができる。
【００１０】
本発明の燃焼暖房装置では、前記筐体には、前記送風部の送風ファン背面側および／または側面側に外気取込用の吸気口が形成されていることが好ましい。
【００１１】
これによれば、送風ファンの駆動により吸気口から外部の空気を取り込んで熱電変換モジュールの上部を冷却することができるので、前述の熱電変換モジュール内の温度勾配を一層大きくとることができ、より暖房効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明の燃焼暖房装置では、前記熱電変換モジュールは、前記仕切板上に密着する高温側電極と、この高温側電極に対向配置される低温側電極と、これら二つの電極間に介在する熱電変換材料とを備え、前記低温側電極には、放熱フィンが設けられていることが好ましい。
【００１３】
これによれば、低温側電極には、放熱フィンが設けられていることにより、放熱フィンより放熱して低温側電極を冷却することができるから、低温側電極と高温側電極との温度差を大きくすることができるので、熱電変換モジュールが発生する起電力を大きくすることができる。
【００１４】
本発明の燃焼暖房装置では、前記仕切板上には、前記送風ファンおよび前記熱電変換モジュールの間に、後方側端部が仕切板と当接し、前方側端部が前記低温側電極近傍に位置する板状の送風ガイドが設けられていることが好ましい。
【００１５】
これによれば、送風ガイドにより、仕切板に沿って流れる冷却用の風を高温側電極に吹き付けることを防止して、低温側電極に導くことができるため、低温側電極の冷却効率が向上し、かつ高温側電極の冷却を防止して、熱電変換モジュールの発電効率をより向上させて、暖房効率が一層向上する。
【００１６】
本発明の燃焼暖房装置では、前記熱電変換材料は、酸化物系または合金系の熱電変換材料であることが好ましい。
【００１７】
ここで、酸化物系の熱電変換素子の材料としては、ＮａＣｏ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｏ２Ｏｘ系、Ｃａ３ＢｉＣｏＯｘ系、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯｙ系材料，Ｚｎ１−ｘＡｌｘＯ（ｘ＝０〜０．０３）系酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物（Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｘ  （ｘ＝１〜９）およびこれとＩｎ２Ｏ３との混合焼結体）等が挙げられる。以上の中でも、高温でも安定であることから、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物がより好ましい。
また、合金系の熱電変換素子の材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｓｂスクッテルダイト系、及び熱電対によく用いられているクロメル、アロメル、コンスタンタン系材料等が挙げられる。
また、酸化物と合金の組み合わせでもよく、例えば、ｎ型酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物に対しては、ｐ型であるステンレス合金等との組み合わせが好適である。
【００１８】
これによれば、熱電変換材料は、酸化物系および／または合金系の熱電変換材料であることにより、高温でも安定した性能を発揮するので、長期間の使用に対しても、品質の安定した燃焼暖房装置とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る石油ストーブ１が示されている。図２は、石油ストーブ１の内部を拡大して示している。
石油ストーブ１は、図１に示すように、灯油を燃焼することにより室内を暖房する燃焼暖房装置であり、灯油を燃焼する燃焼部２と、この燃焼部２を収納する筐体３とを備えている。
燃焼部２は、従来公知の石油ストーブの燃焼部であり、燃焼筒２１、この燃焼筒２１の上部に設けられる金網２２、および図示を略したが燃焼筒２１内部から金網２２内に突没する布製の芯材を備え、芯材の突出量調整は、筐体３の前面に設けられる火力調整つまみ２３を回転させることにより行うことができる。
【００２０】
筐体３の左側部分には、燃焼部２で加熱された空気を石油ストーブ１前方に放出するための開口部３１が形成されており、燃焼部２はこの開口部３１が形成された位置に収納されている。
開口部３１は、その前面側に複数の棒状部材を水平に所定ピッチで配列して構成される保護ガード３２によって覆われている。
また、開口部３１が形成された空間の燃焼部２よりも奥側の部分には、凹面状に反射部材３３が配置され、燃焼部２で発生した輻射熱は、この反射部材３３で反射して石油ストーブ１の前方方向に放射されるようになっている。
筐体３の右側部分は、灯油等の燃料を入れる燃料タンク３４を収納する部分とされていて、図示を略したが、筐体３の上面部分に蓋が設けられていて、この蓋を開閉して、燃料タンク３４を挿抜することにより、灯油補給を石油ストーブ１から離れた位置で行えるようになっている。
【００２１】
このような筐体３の開口部３１が形成された空間は、燃焼部２の上方で仕切板４によって区画され、その上部の空間は、送風部５とされている。
燃焼部２で加熱された空気は、上昇してこの仕切板４で曲折され、仕切板４の下面に沿って流れ、開口部３１から石油ストーブ１前方に放出され、さらに上昇する。このとき、加熱空気と仕切板４との間で熱交換が行われ、仕切板４が加熱される。
なお、仕切板４は、熱電変換モジュールの高温部にアルミナ等の良熱伝導絶縁性材料を用いることにより、通常の板金などが使用できる。
【００２２】
送風部５は、ファンを回転させることにより、前述の開口部３１から放出された加熱空気を石油ストーブ１の前方に送り、暖気を一方向に放出することで暖房効率を向上させるために設けられている。
この送風部５は、図２に示すように、送風ファン５１、および熱電変換モジュール５２を備え、これらはリード線５３によって接続されている。
送風ファン５１は、筐体３の背面板３５に取り付けられており、直流駆動式のモータ５１１、およびこのモータ５１１の駆動軸に設けられるプロペラ５１２を備えている。この送風ファン５１の取付位置は、プロペラ５１２が仕切板４と干渉しないように、かつ、熱電変換モジュール５２の上部に風を吹き付けられる位置とされている。
なお、プロペラ５１２は、均一な送風とするために、ドラム型のファンが好適である。
また、背面板３５には、外部と連通するスリット状の吸気口３５１が複数形成されており、送風ファン５１が駆動すると、この吸気口３５１から外部の空気を取り込んで前方側に吹き付けるようになっている。
【００２３】
さらに、場合によっては、仕切板４上には、送風ファン５１および熱電変換モジュール５２の間に、送風ガイド４１が設けられている。
送風ガイド４１は、後方側端部４１１が仕切板４と当接し、前方側端部４１２が低温側電極５６２に位置する板状の部材であり、熱電変換モジュール５２の放熱フィン５５以外の背面側を覆っている。
【００２４】
熱電変換モジュール５２は、送風ファン５１の送風方向下流側に設けられており、仕切板４に密着固定される熱電変換部本体５４と、この熱電変換部本体５４上に設けられる放熱フィン５５とを備えている。
熱電変換部本体５４は、ゼーベック効果を利用して熱を電気に変換する部分であり、複数の熱電変換素子を直列接続することにより構成される。
熱電変換素子５６は、図３の模式図に示されるように、高温側電極５６１および低温側電極５６２の間に、ｐ型熱電変換材料５６３、ｎ型熱電変換材料５６４を交互に配列した断面を有するπ型構造の素子として構成される。
または、図４のように熱電変換素子１５６は、隣接した複数のｐ型熱電変換材料５６３を複数のｎ型熱電変換材料５６４がはし渡すような構造で構成されていてもよい。
高温側電極５６１は、平面視で熱電変換部本体５４と略同形状の矩形状のアルミナ板の表面に、ｐ型熱電変換材料５６３およびｎ型熱電変換材料５６４を短絡させるような導電パターンとして構成される。
低温側電極５６２も、高温側電極５６１と同様の矩形状のアルミナ板の表面に、ｎ型熱電変換材料５６４およびｐ型熱電変換材料５６３を短絡させるような導電パターンとして構成される。
そして、両アルミナ板でｐ型熱電変換材料５６３およびｎ型熱電変換材料５６４を挟み込むと、ｐ型熱電変換材料５６３およびｎ型熱電変換材料５６４が交互に接続され、直列接続されることとなる。尚、電極５６１、５６２と熱電変換材料５６３、５６４の接着固定は、例えば、ロウ付け、高温用の銀ペーストによって行うことができる。
【００２５】
ｐ型熱電変換材料５６３およびｎ型熱電変換材料５６４は、幅寸法Ｗ、高さ寸法Ｈの断面を有する長さ寸法Ｌの棒状部材として構成され、本例ではＷ＝５ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、Ｌ＝１０ｍｍのものが採用されている。
ｐ型熱電変換材料５６３は、加熱により正孔が媒体となって電荷が移動する材料であり、本例では、Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１の比率の複合金属酸化物を焼結することにより製造される。
ｎ型熱電変換材料５６４は、加熱により電子が媒体となって電荷が移動する材料であり、本例では、Ｉｎ２Ｚｎ３Ｏ６酸化物を焼結することにより製造される。
【００２６】
放熱フィン５５は、低温側電極５６２が形成されたアルミナ板上に密着する放熱部材であり、アルミニウム等の良熱伝導性材料から構成されている。この放熱フィン５５は、低温側のアルミナ板に密着する基部５５１と、この基部５５１上に立設され、送風ファン５１の送風方向に延出する複数の凸条部５５２とを備えている。
【００２７】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）仕切板４によって区画形成されていることにより、燃焼部２へ送風されることがないので、燃焼部２での燃焼を安定させることができる。
また、この本発明によれば、次のように作用する。すなわち、まず燃焼部２で加熱された空気は、上昇して仕切板４部分を加熱しながら、開口部３１前方に出て、石油ストーブ１が置かれた室内中でさらに上昇する。このとき、仕切板４が加熱されることにより熱電変換モジュール５２が動作して起電力が生じ、送風ファン５１が駆動する。送風ファン５１の駆動により生じた風は、熱電変換モジュール５２の上部を冷却した後、石油ストーブ１前面の上昇中の加熱された空気を石油ストーブ１前方に押し出す。
これにより、燃焼部２で加熱された空気が送風ファン５１の風によって石油ストーブ１前方に放出されるため、加熱された空気を一定の方向に送風することで効率のよい石油ストーブ１とすることができる。また、熱電変換モジュール５２を採用することで商用電源等に接続する必要がない。
また、仕切板４が加熱されることによって熱電変換モジュール５２の仕切板４との密着面が高温に加熱され、送風ファン５１によって熱電変換モジュール５２の上部が積極的に冷却されることにより、熱電変換モジュール５２内の温度勾配を大きくとることができるので、大きな起電力で送風ファン５１を駆動することができ、送風方向を一定方向にすることでより効率のよい石油ストーブ１とすることができる。
【００２８】
（２）送風ファン５１の駆動により吸気口３５１から外部の空気を取り込んで熱電変換モジュール５２の上部を冷却することができるので、熱電変換モジュール５２内の温度勾配を一層大きくとることができ、より暖房効率を向上させることができる。
【００２９】
（３）低温側電極５６２には、放熱フィン５５が設けられていることにより、放熱フィン５５より放熱して低温側電極５６２を冷却することができるから、低温側電極５６２と高温側電極５６１との温度差を大きくすることができるので、熱電変換モジュール５２が発生する起電力を大きくすることができる。
【００３０】
（４）送風ガイド４１により、仕切板４に沿って流れる冷却用の風を高温側電極５６１に吹き付けることを防止して、低温側電極５６２に導くことができるため、低温側電極５６２の冷却効率が向上し、かつ高温側電極５６１の冷却を防止して、熱電変換モジュール５２の発電効率をより向上させて、暖房効率が一層向上する。
【００３１】
（５）熱電変換材料５６３、５６４は、酸化物系および合金系の熱電変換材料であることにより、酸化物系および合金系の熱電変換材料は、高温でも安定した性能を発揮するので、長期間の使用に対しても、品質の安定した石油ストーブ１とすることができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ｐ型熱電変換材料５６３としては、Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１の複合金属酸化物を使用し、ｎ型熱電変換材料５６４としては、Ｉｎ２Ｚｎ３Ｏ６酸化物を採用していたが、これに限られず、他の材料を使用しても良い。
例えば、酸化物系の熱電変換素子の材料としては、ＮａＣｏ２Ｏ４、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｏ２Ｏｘ系、Ｃａ３ＢｉＣｏＯｘ系、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯｙ系材料，Ｚｎ１−ｘＡｌｘＯ（ｘ＝０〜０．０３）系酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物（Ｉｎ２Ｏ３（ＺｎＯ）ｘ  （ｘ＝１〜９）およびこれとＩｎ２Ｏ３との混合焼結体）等が挙げられる。
また、合金系の熱電変換素子の材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｓｂスクッテルダイト系、及び熱電対によく用いられているクロメル，アロメル、コンスタンタン系材料等が挙げられる。また、酸化物系と合金系との組み合わせでも良い。
さらに、たすきがけ型の素子の場合は、成形性の良い金属、または合金を用いてたすきがけ電極とすることができる。
【００３３】
前記実施形態では、放熱フィン５５としては、基部５５１と、この基部５５１上に立設され、送風ファン５１の送風方向に延出する複数の凸条部５５２とを備えているものであったが、これに限られず、基部の面外方向突設される複数の棒状部材を有するものを採用してもよい。
【００３４】
前記実施形態では、筐体３には、送風部５の送風ファン５１背面側に外気取込用の吸気口３５１が形成されていたが、これに限られず、側面部に吸気口が形成されていても良いし、背面部および側面部の両方に形成されていても良い。
その他、本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、仕切板によって区画形成されていることにより、燃焼部へ送風されることがないので、燃焼部での燃焼を安定させることができる。
また、まず燃焼部で加熱された空気は、上昇して仕切板部分を加熱しながら、開口部前方に出て、暖房装置が置かれた室内中でさらに上昇する。このとき、仕切板が加熱されることにより熱電変換モジュールが動作して起電力が生じ、送風ファンが駆動する。送風ファンの駆動により生じた風は、熱電変換モジュールの上部を冷却した後、暖房装置前面の上昇中の加熱された空気を装置前方に押し出す。
これにより、燃焼部で加熱された空気が送風ファンの風によって装置前方に放出されるため、加熱された空気を一定の方向に送風することで効率のよい暖房装置とすることができる。また、熱電変換モジュールを採用することで商用電源等に接続する必要がない。
また、仕切板が加熱されることによって熱電変換モジュールの仕切板との密着面が高温に加熱され、送風ファンによって熱電変換モジュールの上部が積極的に冷却されることにより、熱電変換モジュール内の温度勾配を大きくとることができるので、大きな起電力で送風ファンを駆動することができ、送風方向を一定方向にすることでより効率のよい暖房装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の石油ストーブを示す概略図である。
【図２】図１の実施形態における石油ストーブの要部を示す図である。
【図３】図１の実施形態における熱電変換素子の概略図である。
【図４】熱電変換素子の変形例の概略図である。
【符号の説明】
１      石油ストーブ
２      燃焼部
３      筐体
４      仕切板
５      送風部
３１      開口部
４１      送風ガイド
５１      送風ファン
５２      熱電変換モジュール
５５      放熱フィン
３５１      吸気口
４１１      後方側端部
４１２      前方側端部
５６１      高温側電極
５６２      低温側電極
５６３      ｐ型熱電変換材料
５６４      ｎ型熱電変換材料
【図１】
2004156811.tif 000003
【図２】
2004156811.tif 000004
【図３】
2004156811.tif 000005
【図４】
2004156811.tif 000006