(57)【要約】【課題】燃焼室内で固体燃料を完全燃焼させて排煙がなく、急速暖房あるいは固体燃料の補給なしで長時間暖房が可能な暖房装置を提供する。【解決手段】煙センサ１５が煙の発生を検出したときＣＰＵ２２は排気ファン１４に排気量を増加する制御指令を出力し、排煙零を目標値とし排煙量を誤差とするネガティブフィードバック制御を行って燃焼室１内で燃焼中の固体燃料を完全燃焼させる。【選択図】図４
2013213627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給気口より室内に給気しながら投入口より投入された固体燃料に点火手段により点火して燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室の上部に接続され前記固体燃料の燃焼を維持するに足りる所定の排気抵抗を有する排気管と、
前記排気管内若しくは前記燃焼室内に設けられ排気中の煙の発生を検出する煙センサと、
前記排気管の排気流速を変化させて排気抵抗を任意に低減できる強制排気手段と、
前記排気管の排気抵抗を調整するため前記強制排気手段の排気量を可変制御する制御指令を出力する制御手段と、を備え、
前記煙センサが煙の発生を検出したとき前記制御手段は前記強制排気手段に排気量を増加する制御指令を出力し、排煙零を目標値とし排煙量を誤差とするネガティブフィードバック制御を行って前記燃焼室内で燃焼中の固体燃料を完全燃焼させることを特徴とする暖房装置。
【請求項２】
前記排気管内若しくは前記燃焼室内を含む排気流路に任意のタイミング若しくは前記煙センサが煙の発生を検出したときに自動点火及び自動消火させることが可能な補助点火手段と、該補助点火手段を通過する排気流の上流側に給気する二次給気口とを設け、
前記補助点火手段は、固体燃料の燃焼の有無に関わらず任意に燃焼させて補助暖房を行い、若しくは前記固体燃料の燃焼により発生する排気ガスに二次給気を加えて前記補助点火手段を点火することにより排気ガス中の可燃性成分を再燃焼させる請求項１記載の暖房装置。
【請求項３】
前記燃焼室底部若しくは後壁側に設けられ自動点火及び自動消火させることが可能な点火装置と、
前記点火装置に点火を指示する点火指令入力手段と、
前記点火装置の点火時間を計測する点火タイマーと、を備え、
前記制御手段は前記点火指令入力手段より点火指示を受けると前記点火装置に自動点火させて前記点火タイマーで計測される一定時間若しくは消火指令を受けるまでの期間、前記点火装置が燃焼して固体燃料に着火し或いは暖房の用に供し、前記点火装置が燃焼して固体燃料に着火し、当該点火装置が消火しているときは燃焼口より給気を噴出する請求項１又は請求項２記載の暖房装置。
【請求項４】
前記排気管の周囲に設けられた熱交換器と、前記熱交換器によって温められた室内空気を前記燃焼室の下部に設けられた送風管から送風する温風ファンとを備え、少なくとも前記固体燃料の燃焼、前記点火手段若しくは前記補助点火手段の燃焼のいずれかにより前記熱交換器で温められた室内空気を前記燃焼室の下部から温風ファンにより送風すると共に自然対流により室内へ放熱する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の暖房装置。
【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生存性からも、近年は薪ストーブの普及が加速している。
古くから開放型燃焼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発明され未だに基本構造は変わっていない。
【０００３】
薪ストーブの概略構成について図６を参照して説明する。
薪５１は、開閉扉５２により開閉される投入口５３より燃焼室（鉄製の筐体）５４に投入される。燃焼室５４の室内底部には、ロストル（火格子）５５が設けられており、薪５１はロストル５５上で燃焼する。また、ロストル５５の下方には灰皿５６が設けられ、薪５１が燃焼して発生した灰は灰皿５６に落下するようになっている。灰皿５６にたまった灰は燃焼室５４の前方に設けられた灰皿取り出し口５７より取り出して灰を除去できるようになっている。燃焼室５４には、上部に設けられた給気口５８より外気が供給される。吸入量は給気口の絞り量などの調整機構により調整できる。燃焼ガスは自然対流により排気口から煙突５９を経由して屋外へ排出される。このように、燃焼室５４内で薪５１を燃焼させ、燃焼室５４からの赤外線輻射あるいは室内空気を接触加熱することで暖房を行う。
【０００４】
しかしながら、煙突５９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、あるいは迅速な暖房ができない、比較的短時間で薪補給しなければならない、などの理由から導入には制約があり普及が阻まれていた。そこで以下の改善が提案されている。
【０００５】
例えば、燃焼室へ強制給気により二次燃焼を促して完全燃焼を促進したストーブ（特許文献１参照）、二次燃焼室に未燃焼ガスを滞留させて外気を導入して二次燃焼を促すストーブ（特許文献２参照）、ヒータで着火すると共に排気ファンを作動させて燃焼室に吸気しながら燃焼を促進し燃焼ガス排気する途中で外気導入した空気を熱交換して温めて温風を吹き出して暖房として利用するストーブ（特許文献３参照）、燃焼室の容量を増大させて二次燃焼と熱交換を行って固体燃料を効率よく燃焼させるストーブ（特許文献４参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−５２９１２号公報
【特許文献２】特開２００７−２８５６６０号公報
【特許文献３】特開２００８−１０７００５号公報
【特許文献４】特開２００９−７９８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各薪ストーブには、以下に述べる課題があった。
先ず、不完全燃焼し排煙が多い。例えば、図６に示す薪ストーブは火力調整を給気口５８の開口を絞ることにより行っている。このため、燃焼室５４内は常に酸素不足の状態で不完全燃焼しており発煙が避けられない。発煙を減らそうとして給気口５８を開くと火力が強くなり排気速度が増大して給気量が増えますます火力が増大するというポジティブフィードバックがかかり過剰燃焼状態に移行してしまう。これは強制給排気構造にすることで顕著になる（特許文献１，３参照）。あるいは燃焼室５４への給気が多すぎて炎が消えてしまい不完全燃焼状態となってしまう。理論空燃比は１：１５であるが、薪ストーブは給気不足あるいは給気過剰に移行して最適な空燃比を保てないという問題がある。
この燃焼制御性の悪さから薪ストーブはほとんどの時間帯で不完全燃焼しており排煙が避けられず特に点火時において排煙は顕著となる（特許文献２，４参照）。また、可燃性ガスを屋外に排出せざるを得ないことから燃料が無駄になり、自然対流による排気方式であることから排気損失も大きいという欠点があった。
【０００８】
次に、暖房開始までに時間がかかり、また長時間燃焼できない。例えば図６に示す薪ストーブは点火に際して火力を徐々に大きくせざるを得ず、薪５１が安定した燃焼状態となるまでに数十分間を要する。また、燃焼室５４に蓄熱して赤外線輻射するために燃焼室５４の熱容量を極端に大きくしてあり、燃焼室５４を加熱するのにも長時間を要した。そのため暖房として働き始めるまでには１時間近くかかっている。特に冷え切った早朝に暖房開始までに１時間も待たされることは耐え難いものがある。そこで、早朝まで薪ストーブを暖かく保つために就寝時に薪５１を燃焼室５４にたくさん詰め込んで、燻らせながら焚くことも一般的に行われている。しかしながら、排煙が多く近隣に迷惑がかかり燃焼効率も低くあまり暖まらずしかも燃費が悪化する。特に、燃焼室５４を大容量化したストーブでは顕著となる（特許文献２，４参照）。
【０００９】
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燃焼室内で固体燃料を完全燃焼させて排煙がなく、急速暖房あるいは固体燃料の補給なしで長時間暖房が可能な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】
【００１０】
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。
給気口より室内に給気しながら投入口より投入された固体燃料に点火手段により点火して燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室の上部に接続され前記固体燃料の燃焼を維持するに足りる所定の排気抵抗を有する排気管と、前記排気管内若しくは前記燃焼室内に設けられ排気中の煙の発生を検出する煙センサと、前記排気管の排気流速を変化させて排気抵抗を任意に低減できる強制排気手段と、前記排気管の排気抵抗を調整するため前記強制排気手段の排気量を可変制御する制御指令を出力する制御手段と、を備え、前記煙センサが煙の発生を検出したとき前記制御手段は前記強制排気手段に排気量を増加する制御指令を出力し、排煙零を目標値とし排煙量を誤差とするネガティブフィードバック制御を行って前記燃焼室内で燃焼中の固体燃料を完全燃焼させることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、排気管の排気量を抑制することで完全燃焼を実現する燃焼制御方式であり、燃焼室内に充分給気された状態のもとで排気管の排気抵抗により火炎上昇速度を抑制して火炎を長時間燃焼室内に滞留させ、完全燃焼を促進することができる。尚、炎がゆっくりと上昇することから同じ燃焼室容量であっても燃焼時間が長くなり熱量（＝発熱量×燃焼時間）が増える。
また、煙センサが煙の発生を検出したとき制御手段は強制排気手段に排気量を増加する制御指令を出力し、排気量増加にともなう給気量増加により燃焼中の固体燃料を完全燃焼させて排煙を零に向って収束することができる。
よって、排気ガスが無色無臭となるため、住宅密集地においても薪ストーブが利用促進を図ることができる。
先行技術に示す改善案は発生した煙を二次燃焼によって消滅させるものであるが、本発明は一次燃焼において煙を発生させないように燃焼制御するものであり合理的である。
【００１２】
前記排気管内若しくは前記燃焼室内を含む排気流路に任意のタイミング若しくは前記煙センサが煙の発生を検出したときに自動点火及び自動消火させることが可能な補助点火手段と、該補助点火手段を通過する排気流の上流側に給気する二次給気口とを設け、前記補助点火手段は、固体燃料の燃焼の有無に関わらず任意に燃焼させて補助暖房を行い、若しくは前記固体燃料の燃焼により発生する排気ガスに二次給気を加えて前記補助点火手段を点火することにより排気ガス中の可燃性成分を再燃焼させることが好ましい。
これにより、排煙を検出すると補助点火手段を燃焼させて排気ガス中の可燃性成分を再燃焼させるので、排煙を可及的に抑えることができる。
従来の二次燃焼方式は再燃焼温度が低く排煙除去率が低かったが、本発明は補助点火手段の火炎により極めて高温で排気ガスが再燃焼されることから排煙除去率が高い。
また、補助点火手段は、任意のタイミングで自動点火及び自動消火させることができるので、固体燃料の着火を待たずに、早朝などの寒い時間帯に燃焼させて急速暖房を実現でき、固体燃料が燃え尽きた後も補助点火手段を燃焼させることで、長時間暖房も実現することができる。
【００１３】
前記燃焼室底部若しくは後壁側に設けられ自動点火及び自動消火させることが可能な点火装置と、前記点火装置に点火を指示する点火指令入力手段と、前記点火装置の点火時間を計測する点火タイマーと、を備え、前記制御手段は前記点火指令入力手段より点火指示を受けると前記点火装置に自動点火させて前記点火タイマーで計測される一定時間若しくは消火指令を受けるまでの期間、前記点火装置が燃焼して固体燃料に着火し或いは暖房の用に供し、当該点火装置が消火しているときは燃焼口より給気を噴出するようにしてもよい。
これにより、薪等の固体燃料の着火時或いは燻って着火しないときに点火装置により点火タイマーで計測される所定時間点火させて確実に燃焼させることができる。また、任意の時間点火装置を燃焼させて暖房することができる。また、点火装置が消火しているときは燃焼口より給気を噴出させるので、点火装置の目詰まりを防ぎつつ固体燃料の燃焼を促進することができる。
【００１４】
前記排気管の周囲に設けられた熱交換器と、前記熱交換器によって温められた室内空気を前記燃焼室の下部に設けられた送風管から送風する温風ファンとを備え、少なくとも前記固体燃料の燃焼、前記点火手段若しくは前記補助点火手段の燃焼のいずれかにより前記熱交換器で温められた室内空気を前記燃焼室の下部から温風ファンにより送風すると共に自然対流により室内へ放熱するようにしてもよい。
これにより、排気ガスを熱交換器によって素早く冷却して排気管を短くすることができ、しかも少なくとも燃焼室の固体燃料の燃焼、点火手段若しくは補助点火手段の燃焼のいずれかにより熱交換器で温められた室内空気を燃焼室の下部から温風ファンにより送風すると共に自然対流により室内へ放熱して排熱を暖房として有効利用することができる。
よって、排気ガスの排出経路は細い排気管で足りるため、ストーブに固有の煙突は不要となる。これにより、煙突部材費及び工事費が不要となり従来の１／３程度のコストで済み、薪ストーブの設置位置も屋根構造に無関係に配置でき配置の自由度が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃焼室内で固体燃料を完全燃焼させて排煙がなく、急速暖房あるいは固体燃料の補給なしで長時間暖房が可能な暖房装置を提供することができる。
また、固体燃料の燃焼効率が向上することから同じ暖房能力の場合は薪の消費量が減り低燃費となる。さらに過剰燃焼が防止されるため油分の多い針葉樹を焚いても異常な高温になることがなく、針葉樹間伐材によるローコストな薪を燃料とすることができ大幅な燃費削減が可能である。そして間伐材ニーズが発生することから林業活性化・森林保全に資する。また、主暖房の燃料として木質バイオマスを用いれば化石燃料の使用は補助点火手段あるいは点火手段だけとなることから、化石燃料の消費量は概ね１／１０以下に低減され、再生可能な自然エネルギーの利用促進を図ることができる。
更には、石油ストーブやエアコンを薪ストーブに代替すればＣＯ２排出量が削減され地球温暖化防止に即効性がある。暖房エネルギーに関しては薪ストーブ約５０台でメガソーラー１機に相当する効果が期待でき、薪ストーブが大量に普及すればＣＯ２削減効果が大きくなり、環境問題の一つの解決策を提示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】暖房装置の概略構成を示す断面説明図である。
【図２】暖房装置の給気管の配管例を示す断面説明図である。
【図３】暖房装置のガス供給管の配管例を示す断面説明図である。
【図４】暖房装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】燃焼動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の薪ストーブの原理説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る暖房装置の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。以下の実施例では、暖房装置の一例として固体燃料として薪を用いた薪ストーブを例示して説明するものとする。
【００１８】
まず、図１を参照して、暖房装置の概略構成について説明する。図１において、燃焼室１は密閉可能な筐体状に形成されている。燃焼室１の前面側には投入口１ａを開閉可能なガラス窓付の開閉扉２が設けられている。開閉扉２からガラス窓を通じて燃焼状態を目視できるようになっており、ここが主たる赤外線輻射部となる。また、燃焼室１の前面側には外気を供給する一次給気口３が開口している。また、燃焼室１の底部には、投入口１ａより投入される薪Ｍを載置するロストル（火格子）４が設けられている。ロストル４の下方には、薪Ｍの燃焼により生成された灰を受け取る灰皿５が設けられている。灰皿５は、燃焼室１の前面下部に設けられた灰皿扉６を開放することで取り出して溜まった灰を除去することができる。
また、燃焼室１の底部若しくは後壁側には点火バーナー７（点火手段；点火装置）が設けられている。点火バーナー７は、投入口１ａより燃焼室１内に投入された薪Ｍ（固体燃料）に点火して燃焼させる。点火バーナー７は、煤塵による目詰まりを防止するため消火時は燃焼口から外気を噴出することが好ましい。
【００１９】
燃焼室１上部には補助点火バーナー８（補助点火手段）が防熱板９により隔離されて設けられている。補助点火バーナー８より排気流の上流側には二次給気口１０が設けられており、薪Ｍの燃焼によって発生した排気ガスに対して新たな外気を供給する。薪Ｍの燃焼により生じた排気ガスは二次給気口１０から外気が混合されたうえで点火した補助点火バーナー８を通過する際に排気ガス中の未燃焼の可燃成分は再燃焼される。補助点火バーナー８も煤塵による目詰まりを防止するため消火時は燃焼口から空気を噴出することが好ましい。図３に示すように、点火バーナー７及補助点火バーナー８には、ガス供給管２１に設けられた供給バルブ２１ａ，２１ｂを開閉して燃焼口にガスが供給され、点火装置７ａ，８ａ（図４参照）によって各々点火されるようになっている。
【００２０】
また、燃焼室１で薪Ｍが燃焼した際に発生する熱線は、防熱板９によってガラス窓に向かって反射するように当該防熱板９に傾斜角をもたせて配置するのが好ましい。防熱板９は、例えば白色にするなどして熱線を反射しやすい表面としガラス窓からの赤外線輻射量を増大し防熱板９自体の温度上昇を低減してもよい。
また、図２に示すように、給気管１１から取り込まれた外気は、燃焼室１の一次給気口３へ給気されるほか、分岐管１１ａにより再燃焼用の二次給気口１０へ、分岐管１１ｂにより補助点火バーナー８の燃焼口へ、分岐管１１ｃにより点火バーナー７の燃焼口へ、及び分岐管１１ｃにより後述する分岐管１２ａ内の排気ファン１４へ各々供給される。点火バーナー７及び補助点火バーナー８には、消火状態における燃焼口の目詰まりを防ぐため、給気されるようになっているのが好ましい。
【００２１】
燃焼室１の後方上部には排気管１２が接続されている。排気管１２は燃焼室１の後方上部から熱交換器１３を通過して装置後方底部より屋外に延設されて排気口１２ｂが開口している。点火バーナー７による薪Ｍの燃焼及び補助点火バーナー８の再燃焼により生じた排気ガスと煤塵を、排気管１２を通じて屋外に排気する。排気管１２は薪Ｍの燃焼を維持するに足りる（最小火力を維持するに足りる）管径の細い所定の排気抵抗を有するものが用いられる。排気管１２は、燃焼室１の後方底部で排気方向と反対側に分岐した分岐管１２ａが設けられている。分岐管１２ａ内には排気ファン１４（強制排気手段）が設けられている。排気ファン１４は、排気管１２の排気流速を変化させて排気抵抗を任意に低減することができる。即ち、分岐管１２ａから排気ファン１４により加圧された空気を排気管１２の排気方向に沿って送り込むことにより、当該排気ファン１４より排気方向下流側の排気管１２内には負圧が発生して排気ガスが上流側（燃焼室１側）より吸引される。図２において給気管１１から吸入した空気の一部は、分岐管１１ｄより分岐管１２ａに供給され、排気ファン１４を経由して排気口１２ｂから屋外へ排出される。
【００２２】
点火バーナー７による薪Ｍの燃焼及び／又は補助点火バーナー８の再燃焼により生じた排気ガスと煤塵は、排気管１２を通じて屋外に排気する。このとき発生した排気ガスは、排気ファン１４により強制排気されるため屋外の風の影響を受けにくく燃焼室１内の安定した燃焼が確保される。また、排気ガスに低温の外気が混合されることで排気温度を下げることができるので、排気ファン１４が排気ガスにより温度上昇したり煤塵で汚れたりすることはなく、排気管１２の断熱構造を簡略にして設置することができる。例えば外気温度０℃、排気ガス温度１２０℃とし外気と排気ガスを体積比２：１で混合した場合には排気ガス温度は４０℃にまで低下できる。
尚、分岐管１２ａに供給される空気は、給気管１１ではなく室内空気から取り込んで供給してもよい。この場合には室内空気が屋外に排出されることになり換気機能が付加される。
【００２３】
また、排気管１２の排気口１２ｂ付近には、煙センサ１５が設けられている。煙センサ１５は、例えば排気管１２をレーザー光線が貫通するように発光器１５ａと受光器１５ｂが対向して配置されている。煙センサ１５周辺から排気管１２内に向かって分岐管１１ｄより外気を供給すれば、排煙や煤塵によるセンサ汚染を防止できる。或いは燃焼室１若しくは排気管１２内に直接排気ガスに接触して排煙量を検知する煙センサを用いてもよい。
【００２４】
また、排気管１２の外周には、多数の放熱フィンからなる熱交換器１３が設けられている。熱交換器１３の周囲は、防熱板９とヒートシールド１６に囲まれた断熱空間を形成している。熱交換器１３は、薪燃焼及び排気ガス再燃焼により発生した熱エネルギーを室内空気に伝達して排気ガス温度を短い排気管１２の管路内で低下させる。熱交換器１３は底部に設けられたルーバ１６ａから室内空気を吸入し上部に設けられたルーバ１６ｂから加熱された空気を再び室内に放出することで室温暖房が行われる。また、熱交換器１３に加熱された空気の一部は送風管１７内に設けられた温風ファン１８により強制的に吸引され、ストーブ前面底部から噴き出して足元から室内を暖めるようにしてもよい。
【００２５】
ここで、暖房装置の制御系の構成について図４に示すブロック図を参照して説明する。
ＣＰＵ２２（中央演算処理装置；制御手段）は、燃焼動作を制御する。即ち、排気管１２による所望の排気抵抗を設定して排気ファン１４の排気量を可変制御する制御コマンドを出力する。ＣＰＵ２２には、操作パネル２３及び煙センサ１５から各種信号を入力し、それに基づいて回転数や動作シーケンスを演算し、点火バーナー７及び補助点火バーナー８のガス供給バルブ２１ａ，２１ｂの開閉動作指令、点火装置７ａ，８ａの動作指令（点火若しくは消火）、排気ファン１４及び温風ファン１８のファンモータ１４ａ，１８ａに動作指令を出力する。
【００２６】
具体的には、操作パネル２３からは、電源スイッチ２３ａにて排気ファン１４の動作指令、火力ボリューム２３ｂにて排気ファン１４の回転数指令、暖房スイッチ２３ｃにて補助点火バーナー８の動作指令、点火スイッチ２３ｄにて点火バーナー７の動作指令、温風スイッチ２３ｅにて温風ファン１８の動作指令、風量ボリューム２３ｆにて温風ファン１８の回転数指令などがＣＰＵ２２に送信される。また、煙センサ１５から、排気管１２より排出される排気ガス中の煙量を検出してＣＰＵ２２に送信される。
ＣＰＵ２２は、点火バーナー７及び補助点火バーナー８が点火したか否かを点火装置７ａ，８ａに各々備える着火センサ７ｂ，８ｂをモニターすることで検出する。点火ミスの場合は該当するガス供給バルブ２１ａ，２１ｂに閉鎖指令を出力してガスを遮断し、操作パネル２３のディスプレイ２３ｇを通じて画面表示或いはスピーカ２３ｈを通じて音声メッセージを出力してアラームを発する。
【００２７】
ＣＰＵ２２は消費電力がわずかであり排気ファン１５なども消費電力は少ないので小出力低電圧のＤＣ（直流）電源２４で動作可能である。燃焼室１の筐体は高温となることから、ＤＣ電源２４を温度の低いＡＣ（交流）コンセント部に配置してＡＤ変換することで暖房装置へは低電圧の直流を耐熱電線にて給電する構成とすれば電源関係の故障や感電事故を低減でき信頼性と安全性が向上する。また、直流電源とすることでＡＣ電源の周波数や電圧に依存しなくなり国内はもとより海外でもそのままで使用できる。
【００２８】
煙センサ１５が煙の発生を検出したとき、ＣＰＵ２２は排気ファン１４に排気量を増加すべく回転数を増加する制御指令を出力し、排煙ゼロを目標値とし排煙量を誤差とするネガティブフィードバック制御を行って燃焼室１内で燃焼中の薪Ｍを完全燃焼させる。ＣＰＵ２２は排気ファン１４，温風ファン１８に設けた回転センサ１４ｂ，１８ｂより回転情報を受け取り、排気ファン１４，温風ファン１８の作動を確認することができる。
また、燃焼室１内に薪Ｍの燃焼の有無に関わらず、暖房スイッチ２３ｃにて補助点火バーナー８の動作指令を送信して任意に燃焼させて補助暖房することができる。
また、薪Ｍの燃焼により発生する排気ガスに二次給気を加えたうえで補助点火バーナー８の発生する火炎により排気ガス中の可燃性成分を再燃焼させることもできる。
【００２９】
また、図４において、操作パネル２３には、点火バーナー７の点火装置７ａに点火を指示する点火スイッチ２３ｄ（点火指令入力手段）の他に、点火装置７ａの点火時間を計測する点火タイマー２５を備えていてもよい。この場合、ＣＰＵ２２は点火スイッチ２３ｄより点火指示を受けると点火装置７ａに自動点火させて点火タイマー２５で計測される一定時間若しくは消火指令を受けるまでの期間点火装置７ａが燃焼して薪Ｍに着火させ、或いは任意の時間点火装置７ａを燃焼させて暖房することができる。また点火装置７ａが消火しているときは燃焼口より給気を噴出させるようにしてもよい。
【００３０】
尚、熱交換器１３内に冷水を循環させて燃焼室１の薪燃焼及び補助点火バーナー８の燃焼による発熱によりお湯にして室内暖房や室内設備に給湯するようにしてもよい。
【００３１】
次に暖房装置の動作モードの一例について図５に示すタイミングチャートに基づいて図４を参照しながら説明する。但し、ガス供給管２１よりガスは常時供給されているものとし、薪Ｍは使用者が随時投入するものとしシステムは検知しない。停電復旧時、システムは自動的に再稼働するものとする。
【００３２】
（１）始動モード
電源スイッチ２３ａ（図４参照）をオンすると運転が開始される。排気ファン１４は設定値に応じた回転数で回転する。
（２）点火モード
操作パネル２３において点火スイッチ２３ｄ（図４参照）をオンにすると、点火バーナー７が燃焼し薪Ｍに点火される。点火スイッチ２３ｄはモーメンタリー動作とする。点火バーナー７は点火タイマー２５により計測される一定時間経過すると自動的に消える。或いは点火スイッチ２３ｄをオルタネート動作として任意の時間点火バーナーを燃焼させてもよい。
（３）消煙モード
煙センサ１５が煙を検出すると排気ファン１４が煙量に応じて増速する。また補助点火バーナー８が点火する。煙センサ１５が煙を検出しなくなると排気ファン１４が所定の回転数まで減速して復帰する。また、補助点火バーナー８は消火する。
（４）暖房モード
操作パネル２３において、暖房スイッチ２３ｃ（図４参照）をオンにすると、補助点火バーナー８が燃焼する。また、暖房スイッチ２３ｃをオフにすると補助点火バーナー８が消火する。尚、消火モードと暖房モードにおいて補助点火バーナー８はＯＲ動作し、いずれか一方でも有効ならば燃焼する。
（５）温風モード
操作パネル２３において、温風スイッチ２３ｅ（図４参照）をオンにすると温風ファン１８が設定回転数で回転する。また、温風スイッチ２３ｅをオフにすると温風ファン１８が回転停止する。
（６）停止モード
操作パネル２３において、電源スイッチ２３ａ（図４参照）がオフで暖房装置は動作を停止する。ガス供給管２１のガス供給バルブ２１ａ，２１ｂは閉状態となりガス燃焼は消火する。排気ファン１４は停止し、薪燃焼時は燃焼室１内に排気が充満することで消火する。
【００３３】
次に、暖房装置の燃焼制御方法を説明する。
従来は給気を抑制することで燃焼室１の火力調整を行っていたが、本発明では排気を抑制することで火力調整を行う。排気ファン１４による強制排気にて排気量は任意に調整することができる。一方、給気抵抗が排気抵抗とマッチングしていなくとも給気の流速が変化して吸気量は排気量と均衡することから、排気量に応じて燃焼量も決定する。従って排気量を所望のレベルに設定することで燃焼室１の火力は調整される。
【００３４】
また、排気が抑制されることで燃焼ガスの上昇速度も抑制され火炎の燃焼時間が長くなる。給気は抑制されておらず酸素は充分に供給されるから時間をかけて燃焼することで完全燃焼される。よって、発煙を抑えつつ、燃焼効率も向上する。
一方、薪点火時は薪周辺の雰囲気温度が低いことから薪Ｍから発生した可燃性ガスの一部は燃えずに排出される。しかしながら煙を煙センサ１５が検出し補助点火バーナー８が燃焼しているので排煙が通過する際に可燃性成分を強制的に再燃焼させることができる。排煙が断続する場合は、ＣＰＵ２２にて煙センサ１５の出力パルス幅を所定時間だけ伸長させて補助点火バーナー８に動作指令を出力すれば、補助点火バーナー８は継続的に燃焼し排煙が断続することを避けられる。
【００３５】
さらに本発明では、排煙量を制御パラメータとして排煙なしを目標値とするフィードバック制御を行う。制御出力は排気量である。すなわち不完全燃焼時は発煙が増える点に着目して完全燃焼を実現する。例えば、煙が増加すると排気ファン１４の回転数を上げ排気量を増やす方向で制御動作する。これにより給気量も増えるからいずれは完全燃焼に復帰する。そして完全燃焼時には発煙しなくなることから排気ファン１４は減速し設定回転数で回転することになる。
【００３６】
炎の燃焼応答遅れは１秒程度でありこれがＰ（比例）制御の応答周波数となる。不完全燃焼から完全燃焼に移行する時間は１分程度でありこれがＩ（積分）制御の応答周波数となる。概ねこの１／１０程度の時定数でＰＩ制御を行えば十分な位相マージンが得られ火炎が発振することなく安定燃焼ができる。位相マージンは４５°以上あれば発振しないことは知られている。強制排気の応答性は１〜２秒が可能であり安定した制御系を設計可能である。
ゲインは給気抵抗や排気抵抗などが暖房装置の設計に依存することから一義的には決められないが、ストーブ機種に応じて最適なゲインを設定すればよい。高精度な制御系の場合はゲインが１０００以上といった高ゲインの事例もよくあるが薪ストーブの場合には精度はさほど必要なくゲインは小さくとも実用になることから設定は容易である。なおこれらのパラメータはＣＰＵ２２のファームウェアで記述される。
【００３７】
尚、異常事態に対するフェイルセーフ性について以下に説明する。
制御範囲を超えても排煙が減少しないときは異常動作と判定すればよい。例えば排気ファン１４が上限の回転数で回転しているにも関わらず設定時間を経過しても煙センサ１５の出力が小さくならない時などがそれに相当する。これは異常燃焼かあるいは煙センサ１５、排気ファン１４の故障かあるいは吸排気系統の閉塞などが考えられる。このときは緊急事態と判定して排気ファン１４を停止させ、ガス供給バルブ２１ａ，２１ｂを閉鎖すればよい。
また、振動センサ（図示せず）を設け、振動検知時は上記機能を利用して排気ファン１４を停止させガス供給バルブ２１ａ、２１ｂを閉鎖して消火することも容易にできる。これにより地震動発生時の自動消火が可能である。
また、停電、ガス欠、雪による吸排気管の閉塞、機器故障、地震、火災、など正常動作できない状況が発生した際は、ガス供給バルブ２１ａ，２１ｂを閉鎖し排気ファン１４を停止したまま、排気ガスのＣＯ２が火室内に充満することにより薪燃焼も急速消火するため火災を予防できまたＣＯ２及びＣＯの発生も少なく抑えられる。
【符号の説明】
【００３８】
Ｍ  薪  １  燃焼室  １ａ  投入口  ２  開閉扉  ３  給気口  ４  ロストル  ５  灰皿  ６  灰皿扉  ７  点火バーナー  ８  補助点火バーナー  ７ａ，８ａ  点火装置  ７ｂ，８ｂ  着火センサ  ９  防熱板  １０  二次給気口  １１  給気管  １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ  分岐管  １２  排気管  １２ｂ  排気口  １３  熱交換器  １４  排気ファン  １４ａ，１８ａ  ファンモータ  １４ｂ，１８ｂ  回転センサ  １５  煙センサ  １５ａ  発光器  １５ｂ  受光器  １６  ヒートシールド  １６ａ，１６ｂ  ルーバ    １７  送風管  １８  温風ファン  ２１  ガス供給管  ２１ａ，２１ｂ  ガス供給バルブ    ２２  ＣＰＵ  ２３  操作パネル  ２３ａ  電源スイッチ  ２３ｂ  火力ボリューム  ２３ｃ  暖房スイッチ  ２３ｄ  点火スイッチ  ２３ｅ  温風スイッチ  ２３ｆ  風量ボリューム  ２３ｇ  ディスプレイ  ２３ｈ  スピーカ  ２４  ＤＣ電源  ２５  点火タイマー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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