(57)【要約】【課題】木質固形燃料の樹皮成分の含有量を判別して、樹皮成分の含有量に応じて燃料供給量と空気供給量を制御し、燃焼皿内に灰が滞留するのを抑制し、ひいてはクリンカーによる燃焼不良を抑制することのできる木質燃料暖房装置を提供する。【解決手段】木質固形燃料を搬送する燃料搬送装置と燃料用の空気を送風する燃焼用送風機と木質固形燃料表面の光学特性を測定する光学特性測定装置と燃料の光学特性に応じて燃料供給量と空気供給量を制御する制御部とを備え、光学特性測定装置により供給中の燃料の光学特性から樹皮成分の含有量を推定して燃料供給量と空気供給量を制御することで燃焼皿内に滞留する灰の量を抑制し、ひいてはクリンカーによる燃焼不良を抑制することができる。【選択図】図１
2005257121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質の固形燃料を燃焼することにより室内暖房を行う装置であって、木質固形燃料の光学特性を測定する光学特性測定手段と、前記光学特性測定手段より得られた木質固形燃料の光学特性に応じて燃焼時の木質固形燃料供給量あるいは空気供給量の少なくともどちらかを制御する燃焼制御手段を備えることを特徴とした木質燃料暖房装置。
【請求項２】
前記光学特性測定手段が少なくとも発光素子、受光素子および光学特性測定制御部から構成されることを特徴とした請求項１に記載の木質燃料暖房装置。
【請求項３】
前記光学特性測定手段が木質固形燃料表面の輝度を測定することを特徴した請求項２に記載の木質固形暖房装置。
【請求項４】
前記光学特性測定手段が木質固形燃料表面の色彩を測定することを特徴した請求項２に記載の木質燃料暖房装置。
【請求項５】
前記光学特性測定手段が赤、青、緑に発光する発光素子を各１つ以上有していることを特徴した請求項４に記載の木質燃料暖房装置。
【請求項６】
前記光学特性測定制御部が所定回数の光学特性測定を実行しかつ、それらの平均値を算出する算出手段を備えることを特徴とした請求項２に記載の木質燃料暖房装置。
【請求項７】
前記光学特性測定制御部が光学特性の測定動作を燃料制御手段の供給動作中の時間帯と同期させていることを特徴とした請求項６に記載の木質燃料暖房装置。
【請求項８】
前記光学特性測定制御部が装置の燃料供給経路の一部に設けた開口部に設置されていることを特徴とした請求項１に記載の木質燃料暖房装置。
【請求項９】
前記燃焼制御手段が前記光学特性測定制御部により得られた光学特性に応じた燃料供給量あるいは空気供給量の少なくともどちらかの供給量を決定するために、予め準備した制御情報および制御情報算出手段を用いることを特徴とした請求項１に記載の木質燃料暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質燃料暖房装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、木質燃料暖房装置に関し、より詳細には、木質燃料暖房装置の燃焼制御に関する。
【０００３】
本発明は、木質燃料暖房装置に係り、特に灰生成量の抑制に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００４】
間伐材や流木などの木材を粉砕し、水分を飛ばして高密度に成型したペレット状の木質固形燃料を使用し、燃料への着火、燃料供給、送風等が自動化されている木質燃料暖房装置は従来から存在している薪ストーブと比較して操作性が格段に向上している。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
前述の木質固形燃料を燃焼する暖房装置は主に燃料供給部と、燃焼部と、灰受部と、熱交換部と、室内送風部と、煙突部と、制御部とで構成されている。また、前記燃料供給部は木質固形燃料貯留槽と前記木質固形燃料貯留槽から燃料供給経路へ燃料を搬送する燃料搬送装置と前記燃料搬送装置と接続された燃料供給経路と前記燃料供給経路から送られてくる木質固形燃料を燃焼部へ供給するための燃料供給口から構成され、前記燃焼部は底部が格子となっている燃焼皿と暖房装置の起動時に前記燃焼皿内に搬出された木質固形燃料に着火するための着火装置と燃焼に必要な空気を取り入れるための給気口と燃焼ガスを排出するための排気口と送風を行う燃焼用送風機とから構成され、前記灰受部は前記燃焼部で発生する灰成分を貯留するように構成され、前記熱交換部は燃焼ガスと室内循環空気とで熱交換を行うように構成され、前記室内送風部は室内循環空気を前記熱交換へ取り入れるための室内給気口と前記熱交換部で暖められた室内循環空気を暖房装置から室内へ送風する室内送風口およびそれら送風を行う室内循環用送風機から構成され、前記煙突部は前記熱交換部と接続され前記燃焼ガスを室外へ排出するように構成され、前記制御部は火力調節に応じた燃料供給量や燃焼に必要な空気供給量を制御する燃焼条件制御手段および自動着火装置から構成されている。
【０００５】
次に従来の木質燃料暖房装置の基本的な動作について述べる。
【０００６】
先ず、前記燃料供給部に設置された木質固形燃料貯留槽内に貯留されている木質固形燃料が同じく前記燃料供給部に設置された燃料搬送装置により、燃料供給経路、燃料供給口を経て燃焼部の燃焼皿へと送られる。また燃焼部には燃焼用送風機によって給気口から燃焼に必要な空気が燃焼皿へ供給されて木質固形燃料が継続的に燃焼する。燃焼ガスは燃焼用送風機によって排気口から熱交換部、煙突を経て室外へ排出される。暖房装置の起動時においては、木質固形燃料の燃焼皿への供給後に自動着火装置が作動する。木質固形燃料燃焼によって発生する灰成分は前記燃焼皿の格子の下部に設けられた灰受部へ落下し、燃焼皿内の灰を排出する構造となっている。熱交換部では木質固形燃料の燃焼で発生した排気と室内循環用送風機によって室内給気口から給気された空気との間で熱交換が行われ、室内送風口より前記熱交換器により熱せられた空気が室内に送風される。これら一連の動作は制御部によって制御されている。
【特許文献１】特開昭５６−１４９５０９号公報
【特許文献２】実開昭５８−１９０３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら前述の木質燃料暖房装置の燃焼部において燃焼時の灰の生成量が多くなり、燃焼皿内の灰の量が多くなると、灰に含まれる酸化ケイ素成分が燃焼皿内でクリンカーと呼ばれるガラス状物質に変質して付着し、更には給気口を塞ぐことで燃焼不良の原因となる可能性があるという課題を有していた。燃焼皿内の灰の量が多くなる原因は芯部を用いた木質固形燃料に比べ、樹皮をより多く含んだ木質固形燃料の方が灰成分を多く含みを燃焼させた場合に灰の生成量が多くなり、燃焼皿内に灰が滞留しやすくなるため、クリンカーの発生量も多くなる。このため良好な燃焼を持続するためには十分な空気が燃焼皿に供給されて木質固形燃料が燃焼し、燃焼皿内で発生した灰が吹き飛ばされて燃焼皿内に滞留しないようにする必要がある。よって樹皮成分の多い木質固形燃料の灰を燃焼皿に留まらないようにするためには、空気供給量過剰によって木質固形燃料が立ち消えしないようにかつ、樹木の芯部を用いた木質固形燃料を最適に燃焼する場合と比較して燃料供給量に対して空気供給量を増加させるか、または空気供給量に対して燃料供給量を減少させる必要がある。
本発明は前記従来の課題を解決するためのもので、木質固形燃料表面の光学特性を測定する光学特性測定手段と、前記光学特性測定手段から得られた木質固形燃料表面の光学特性に応じて、燃料供給量あるいは空気供給量を制御する燃焼制御手段を設ける。樹木の芯部を用いた木質固形燃料表面の光学特性と樹木の樹皮部分を用いた木質固形燃料表面の光学特性の違いを利用して木質固形燃料表面の光学特性を測定することにより、木質固形燃料に使用されている樹皮成分の含有率を判断して燃焼に最適な燃料供給量あるいは空気供給量を制御して燃焼皿内の灰の滞留量を抑制する事を目的とした木質燃料暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の木質燃料暖房装置は木質の固形燃料を燃焼することにより室内暖房を行う装置であって、木質固形燃料の光学特性を測定する光学特性測定手段と、前記光学特性測定手段より得られた木質固形燃料の光学特性に応じて燃焼時の木質固形燃料供給量あるいは空気供給量の少なくともどちらかを制御する燃焼制御手段を備えることにより、木質固形燃料に使用されている樹皮成分の含有率を判断して燃焼に最適な燃料供給量および空気供給量を実現する事で燃焼皿内の灰の滞留量を抑制する事ができる。
【０００９】
請求項２に記載の木質燃料暖房装置は、請求項１記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定手段が少なくとも発光素子、受光素子および光学特性測定制御部から構成されることにより、木質固形燃料表面の光学特性を測定する事ができる。
【００１０】
請求項３に記載の木質燃料暖房装置は、請求項２記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定手段が木質固形燃料表面の輝度を測定することで木質固形燃料に使用されている樹皮成分の含有率を判断することができる。
【００１１】
請求項４に記載の木質燃料暖房装置は、請求項２記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定手段が木質固形燃料表面の色彩を測定することで木質固形燃料に使用されている樹皮成分の量を判断することができる。
【００１２】
請求項５に記載の木質燃料暖房装置は、請求項４記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定手段が赤、青、緑に発光する発光素子を各１つ以上有していることで木質固形燃料表面の色を測定することができる。
【００１３】
請求項６に記載の木質燃料暖房装置は、請求項２記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定制御部が所定回数の光学特性測定を実行しかつ、それらの平均値を算出する算出手段を備えることにより、木質固形燃料の平均的な光学特性を測定することが出来る。
【００１４】
請求項７に記載の木質燃料暖房装置は、請求項６記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定制御部が光学特性の測定動作を燃料制御手段の供給動作中の時間帯と同期させていることにより、燃用皿に供給される直前の木質固形燃料の光学特性を確実に測定することができる。
【００１５】
請求項８に記載の木質燃料暖房装置は、請求項１記載の木質燃料暖房装置おいて、前記光学特性測定制御部が暖房装置の燃料供給経路の一部に設けた開口部に設置されていることにより、燃焼直前の木質固形燃料の樹皮成分含有率の判別を行うことができ、精度の良い燃料供給量と空気供給量の制御が可能となる。
【００１６】
請求項９に記載の木質燃料暖房装置は、請求項１記載の木質燃料暖房装置おいて、前記燃焼制御手段が前記光学特性測定制御部により得られた光学特性に応じた燃料供給量あるいは空気供給量の少なくともどちらかの供給量を決定するために、予め準備した制御情報および制御情報算出手段を用いることにより燃焼皿内の灰の滞留量を抑制した燃焼を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の木質燃料暖房装置によれば、木質固形燃料に樹木の芯部のほかに樹皮成分が含まれていても樹皮成分の含有率に応じて燃料供給量や空気供給量を制御することで、燃焼皿内の灰の滞留量を抑制することが可能となり、さらにはクリンカーの発生を抑制し、クリンカーによる空気供給口を塞ぐ等の問題を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の木質燃料暖房装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施例における木質質燃料暖房装置の側面断面図を示す。
図１において、燃料搬送装置１０は木質固形燃料貯留槽１１内に貯留されている木質固形燃料１を燃料供給経路１２へと搬送し、更に木質固形燃料１は燃料供給口１３を経て燃焼部の燃焼皿２０へと送られる。前記燃料供給経路１２の一部に開口部１４を設け光学特性測定装置３０を設置する。燃焼部には燃焼用送風機４０によって給気口２１から燃焼に必要な空気が供給され、燃焼ガスは燃焼用送風機４０によって排気口２２から熱交換部５０、煙突５１を経て外部へ排出される事により木質固形燃料が持続的に燃焼する。前記燃料搬送装置１０、光学特性測定装置３０、燃焼用送風機４０は制御部６０に接続されており、制御部６０に基づいて動作する。
【００２０】
図２は、本発明の第１の実施例における光学特性測定装置の断面図を示す。
【００２１】
前記光学特性測定装置３０は、図２に示すように特定のピーク波長を有する光を発光する発光素子３５と、受光素子３１、保護ガラス３２、光分散樹脂３３、光学特性測定制御部３４から構成されている。発光素子３５より発した光は保護ガラス３２を通過、木質固形燃料表面で反射し、再び保護ガラス３２を通過した後、受光素子３１前部に設置された光拡散樹脂３３により拡散される。この光の量を受光素子３１にて電荷として測定することで安価に木質固形燃料表面の輝度を測定することが出来る。また前記光拡散樹脂３３は一回の輝度測定において燃料表面の輝度の局所的な偏りによる測定誤差を抑制するために光を拡散させ輝度の平均化を行っている。図３は、本発明の第１の実施例における光学特性測定装置の動作概念図を示す。前記光学特性測定制御部３４は図３に示すように、たとえば燃料搬送装置１０の駆動時間帯Ｍ１に合わせて複数回の測定ｔ１ｋｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を行い、その測定値を平均した値ＴＫ１（＝（t1k1+・・・t1kn）/n）を算出してその値を燃焼皿へ供給している木質固形燃料の輝度値とする。これにより木質固形燃料の混錬の偏りに影響されない輝度値を得ることができる。燃料搬送装置１０の駆動時間帯Ｍ２以降も同様にして木質固形燃料の輝度値を求める。暖房装置が作動中はこの工程を繰り返す。また更にＴＫ１、ＴＫ２・・・ＴＫｍの所定数の平均値を算出し、その値を輝度値として取り扱っても良い。  
【００２２】
前記光学特性測定装置３０より得られた輝度値のデータは制御部６０へ送られる。制御部６０においては燃料の輝度値に応じた燃料供給量と空気供給量の関係（空燃比）算出するための制御情報および制御情報算出手段を有し、光学特性測定装置３０によって得られた輝度値に応じて制御部６０内の燃焼条件制御手段により燃料搬送装置１０の駆動量を制御して燃料供給量の調節および燃焼用送風機４０の駆動量を制御して空気供給量の調節を行う。光学特性測定装置は樹木の芯部を多く利用した木質固形燃料の輝度値は高く、また樹皮成分を多く含んだ木質固形燃料は輝度値が低いという特徴を利用して、燃料に含まれる樹皮成分の含有率を把握する。また樹皮成分を含んだ木質固形燃料は芯部を用いた木質固形燃料を最適に燃焼する場合と比較して燃料供給量に対して空気供給量を増加させるか、空気供給量に対して燃料供給量を減少させる事で、樹皮を含んだ燃料を燃焼させた場合において燃焼皿内の灰の滞留量を抑制できることができるが知られている。燃料供給量と空気供給量の制御方法としては例えば図４に示すように輝度値に応じた燃料供給量に対する空気供給量の比（空燃比）の関係を示すデータを予め制御情報として制御部６０内に準備しておき、同じく制御部６０内の制御情報算出手段により輝度値に応じた燃料供給量と空気供給量の関係（空燃比）算出する。輝度値と最適な空燃比の関係は樹皮成分の含有率の異なる木質固形燃料を燃焼させ、その時の燃焼皿内の灰量の最も少ない空燃比を求める実験を行うことにより予め準備する事ができる。基本的に燃料供給量は暖房装置の利用者の操作による火力調節によって決定されるため、制御部では火力調節によって決定された燃料供給量に対して、木質固形燃料の輝度値から制御部６０内の制御情報および制御情報算出手段により得られた最適な空燃比となるように燃焼条件制御手段により空気供給量を決定し燃焼用送風機を駆動する。図４は、本発明の第１の実施例における制御部の輝度による制御情報算出手段の概念図を示す。たとえば図４に示すように光学特性測定装置３０にて測定された輝度値をＴＫ１とすると、制御部６０によって最適な空燃比はα１と決定される。
【００２３】
以上のように木質燃料暖房装置の燃料供給経路１２の一部に燃料の光学特性測定装置３０を設置し、燃焼皿２０に供給される木質固形燃料表面の輝度値を測定し、輝度値に応じた燃料供給量と空気供給量の制御を行うことで、燃焼皿内の灰の滞留量を抑制することが可能となり、ひいてはクリンカーの発生を抑制できる。
【００２４】
図５は、本発明の第１の実施例における木質燃料暖房装置の光学特性測定装置の断面図を示す。
【００２５】
また、本発明の第１の実施例では前記光学特性測定装置３０を図５に示すように赤色発光素子３６、青色発光素子３７、緑色発光素子３８と、受光素子３１、保護ガラス３２、光分散樹脂３３、光学特性測定制御部３４、導光体３９から構成することにより、前述の木質固形燃料表面の色を測定することが出来る。一般に樹木の芯部を多く利用した木質固形燃料輝度値が高く、また樹皮成分を多く含んだ木質固形燃料は輝度値が低いが、樹木の種類によっても輝度が少しずつ異なり、樹皮と芯部の輝度値が近い値の場合は燃料に含まれる樹皮成分の正確な量を測定できない可能性がある。この問題に対して色を利用した測定方法により樹皮成分の含有率を算出することができる。赤色、青色、緑色のそれぞれの発光に対する、木質固形燃料表面の反射光は受光素子にてそれぞれ赤色Ｒ値（0~255）、青色Ｂ値（0~255）、緑色Ｇ値（0~255）のように0~255までのデジタルデータとして測定することが出来る。このＲ値、Ｂ値、Ｇ値は例えば次式
Ｘ＝ 0.412391×Ｒ値 + 0.357584×Ｇ値 + 0.180481×Ｂ値
Ｙ＝ 0.212639×Ｒ値 + 0.715169×Ｇ値 + 0.072192×Ｂ値
Ｚ＝ 0.019331×Ｒ値 + 0.119195×Ｇ値 + 0.950532×Ｂ値
を用いて三刺激値ＸＹＺに変換することができ、さらに次式
【００２６】
2005257121.tif 000003
【００２７】
2005257121.tif 000004
をもちいて色度点ｘ、ｙを求めることができる。図６は、本発明の第１の実施例における色測定の基準となる色度図を示す。色度点の分布は図６に示すような関係であることが知られている。一方、木質の色は樹木の芯部においては白〜黄色系、樹皮においては茶〜赤色系を示し、青色の木材は天然には存在しない。そこで、樹木の芯部と樹皮部の色を判別するために色値Ｃ=ｘ／ｙを定義する。図６より色値Ｃ=ｘ／ｙは値が大きいほど赤色系が強く木質固形燃料の樹皮の含有量が多いと判断でき、色値Ｃが小さければ黄色系が強く、樹木の芯部の含有量が多いと判断できる。前記色値の測定タイミングや平均値の算出方法は前記輝度値の場合と同様に行う。色値による制御においても色値と最適な空燃比の関係は樹皮の含有量の異なる複数の木質固形燃料を燃焼させ、その時の燃焼皿内の灰量の最も少ない空燃比を求める実験を行うことにより予め準備する事ができる。図７は、本発明の第１の実施例における制御部の色値による制御情報算出手段の概念図を示す。よって、たとえば図７に示すように光学特性測定装置にて測定された色値をC1とすると、制御部６０によって最適な空燃比はα１と決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明にかかる木質燃焼暖房装置は、木質固形燃料に樹木の芯部のほかに樹皮成分が含まれていても樹皮成分の量に応じて燃料供給量や空気供給量を制御することで、燃焼皿内の灰の滞留量を抑制することができ、ひいてはクリンカーの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１における木質燃料暖房装置の断面図
【図２】本発明の実施例１における光学特性測定装置の断面図
【図３】本発明の実施例１における光学特性測定装置の動作概念図
【図４】本発明の実施例１における制御部の輝度による制御情報算出手段の概念図
【図５】本発明の実施例１における木質燃料暖房装置の光学特性測定装置の断面図
【図６】本発明の実施例１における色測定の基準となる色度図
【図７】本発明の実施例１における制御部の色値による制御情報算出手段の概念図
【図８】従来の木質燃料暖房装置の断面図
【符号の説明】
【００３０】
１  木質固形燃料
１０  燃料搬送装置
１１  木質固形燃料貯留槽
１２  燃料供給経路
１３  燃料供給口
１４  開口部
２０  燃焼皿
２１  給気口
２２  排気口
３０  光学特性測定装置
３１  受光素子
３２  保護ガラス
３３  光分散樹脂
３４  光学特性測定制御部
３５  発光素子
３６  赤色発光素子
３７  青色発光素子
３８  緑色発光素子
３９  導光体
４０  燃焼用送風機
５０  熱交換部
５１  煙突
６０  制御部
【図１】
2005257121.tif 000005
【図２】
2005257121.tif 000006
【図３】
2005257121.tif 000007
【図４】
2005257121.tif 000008
【図５】
2005257121.tif 000009
【図６】
2005257121.tif 000010
【図７】
2005257121.tif 000011
【図８】
2005257121.tif 000012