JP2007107763A - 排熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼効率を向上させ、省エネルギを実現することができる排熱利用システム１を提供する。
【解決手段】排熱利用システム１は、加熱炉２に設置されたバーナ３に酸素を含む新気を供給する空気供給手段４と、前記加熱炉２の燃焼によって生じた高温ガスを排気する排気手段５とを有し、前記高温ガスの熱エネルギを前記新気に置換する熱交換器６を備える。前記排気手段５は、前記高温ガスを下方から前記熱交換器６へ導出し、前記熱交換器の上方から排気する。前記排気手段５は、前記高温ガスの流量を調節するダンパー26を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排熱利用システムに関し、特にガスを利用した加熱装置から排気される高温ガスの熱エネルギを燃焼に利用する排熱利用システムに関するものである。

従来、加熱炉内に投入される焼却物の上限位置より上方となる周壁又は／及び天部に吸気口を設け、加熱炉の下側に台座を備え、加熱炉内の底部には台座に形成した空洞部と連通する通気孔を設け、台座には空洞部と連通する煙突を立設し、煙突には煙突内部へ上向きに空気を吹き出す吹出口を備えている焼却加熱炉が開示されている（例えば特許文献１）。そして、この焼却加熱炉は、ゴミを効率よく完全燃焼でき、ダイオキシンなどの有害ガスが殆ど発生しないという効果を有する。
特開平１０−２３８７１２号公報

しかしながら上記した特許文献１においても、吸気口から取り入れられる空気は常温の空気で、バーナを効率よく燃焼させるには低すぎるため、バーナに所定強さで燃焼をさせるには燃料であるガスを余分に必要とし、効率が悪いという問題があった。

そこで、本発明は上記した問題点に鑑み、燃焼効率を向上させ、省エネルギを実現することができる排熱利用システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、加熱装置に設置されたバーナに酸素を含む新気を供給する新気供給手段と、前記加熱装置の燃焼によって生じた高温ガスを排気する排気手段とを有し、前記高温ガスの熱エネルギを前記新気に置換する熱交換器を備えた。

また、請求項２に係る発明は、前記排気手段は、前記高温ガスを下方から前記熱交換器へ導出し、前記熱交換器の上方から排気することとした。

また、請求項３に係る発明は、前記排気手段が、前記高温ガスの流量を調節するダンパーを備えていることとした。

また、請求項４に係る発明は、前記排気手段が、前記熱交換器を通さずに前記高温ガスを排気する逃しダクトを備えていることとした。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、加熱装置の燃焼によって生じた高温ガスの保有する熱エネルギを有効に利用することができるので、燃焼効率を向上すると共に、省エネルギを実現することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、高温ガスを熱交換器の下方から上方へ導出する構成としたので、高温ガスの自然通気力を利用して、簡単な構成で熱交換することができると共に、排気することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、ダンパーにより高温ガスの流量を調節することができるので、最適な条件でバーナを燃焼させることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、逃しダクトを備えたことにより、熱交換器を通さずに排気することができるので、熱交換器に過剰な圧力がかかることを防ぐことができ、熱交換器の耐久性を向上すると共に、小型化することができる。

以下図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

図１に示す排熱利用システム１は、加熱装置である加熱炉２に設置されたバーナ３に酸素を含む空気（以下、この空気などの酸素を含んだ気体を新気という）を供給する新気供給手段たる空気供給手段４と、前記加熱炉２の燃焼によって生じた空気（以下、この空気を高温ガスという）を排気する排気手段５とを有し、前記高温ガスの熱エネルギを前記新気に置換する熱交換器６を備える。

加熱炉２は、外径が２ｍ〜３ｍ、高さが３ｍ〜４ｍ程度の略円筒形状をなすたて式の炉である。また、加熱炉２の上部には、開閉自在の蓋部７と加熱炉２内の空気を攪拌するファン８と、前記ファン８を回転させる動力を発生させるモータ９とが設置されている。加熱炉２には、空気供給手段４から供給された空気により燃焼するバーナ３と、バーナ３の燃焼によって生じた高温ガスを排気する排気手段５である排気ダクト10が設けられている。バーナ３は平面視において加熱炉２の相対向する位置であって、上下方向に略均等となるように複数個設置されている。

空気供給手段４は、架台11に設置されたブロア12と、該ブロア12と前記加熱炉２を結ぶ新気ダクト13とからなる。ブロア12は、加熱炉２に設置されたバーナ３に新気を供給する。新気ダクト13は、一端がブロア12に接続されており、他端は分岐管14を経て第一新気ダクト口13a、第二新気ダクト口13bに分岐している。第一新気ダクト口13aと第二新気ダクト口13bとはそれぞれ熱交換器６に接続されている。

熱交換器６は、加熱炉２から導出された排気ダクト10を流れる高温ガスが有する熱エネルギを、新気ダクト13を流れる新気へ置換するものである。この熱交換器６として種々のものが考えられるが、本実施形態において示す熱交換器６は、立方体をなしており、新気を通す新気通路15と、該新気通路15と直交する方向に排気ガスを通す排気通路16とが隔板（図示しない）を介して階層状に積層されている。そして、前記隔板間には蛇腹状の仕切板（図示しない）が設けられている。排気通路16は、鉛直下方から上方へ高温ガスを導出する構成となっている。具体的には、図２に示すように、排気通路16の入口である一次側16aは熱交換器６の下面に設けられ、出口である二次側16bは一次側16aに対向する面である上面に設けられている。また、新気通路15の入口である一次側15aは排気通路16に直行する面に設けられており、出口である二次側15bは、一次側15aに対向する面に設けられている。そして、新気通路15の一次側15aに第一新気ダクト口13aと第二新気ダクト口13bとがそれぞれ接続され、新気通路15の二次側15bは、加熱炉２に設置されたバーナ３へ接続されている。

前記排気ダクト10は、図３に示すように、加熱炉２内で発生した高温ガスを加熱炉２の下方から導出し、略鉛直上方から排気するものである。具体的には、排気ダクト10の一端が加熱炉２の下部に接続されており、立上管20を介して上端の排気口21へ排気ガスを導出する構成となっている。この排気ダクト10は立上管20から三方向管22を経て、第一排気ダクト23、逃しダクトである第二排気ダクト24、第三排気ダクト25に分岐している。第一排気ダクト23、第二排気ダクト24、第三排気ダクト25は、排気ガスの流量を調節するダンパー26をそれぞれ備えている。ダンパー26はそれぞれ独立して、例えば手動などで開閉できるように構成されている。第一排気ダクト23と第三排気ダクト25とはそれぞれ熱交換器６の排気通路16の一次側16aに接続され、そして、排気通路16の二次側16bから集合管27へ接続されている。また、第二排気ダクト24は熱交換器６を介さずに集合管27に直接、接続されている。この集合管27は排気口21を有し、大気中へ排気ガスを排出する構成となっている。

このようにして、この熱交換器６は、前記仕切板を通じて排気通路16を通る排気ガスが有する熱エネルギによって、隔板及び仕切板を加熱し、その加熱された隔板及び仕切板によって隔板を隔てた新気通路15を通る新気が加熱される構成となっている。

次に、上記構成の作用について説明する。ブロア12により酸素を含む新気がバーナ３へ供給される。供給された新気によりバーナ３は燃焼し、加熱炉２内の被加熱物（図示しない）を加熱する。バーナ３の燃焼により生じた高温ガスは燃焼により加熱されて高温となっている。この高温ガスは、ガスの燃焼による加熱炉２の圧力の増加をもたらし、加熱炉２の下方へ押し流され、排気ダクト10へ導出される。高温ガスは立上管20を通り、三方向管22によって分岐する。第一排気ダクト23、第三排気ダクト25へ導出された高温ガスは、排気通路16の一次側16aから熱交換器６に入り、隔板及び蛇腹状の仕切板を加熱する。隔板及び仕切板が加熱されるとその熱が隔板を隔てて直交する方向に流れる新気が加熱される。このようにして、高温ガスが有する熱エネルギが新気に置換される。また、ダンパー26により第二排気ダクト24を開いていれば、当該第二排気ダクト24は、直接集合管27へと高温ガスを導出する。これにより、熱交換器６に過剰な圧力がかかることを防止できるので、熱交換器６の耐久性を向上すると共に、小型化を実現することができる。

加熱された新気ガス（以下、加熱新気ガスという）は、新気通路15の二次側15bからバーナ３へ供給される。バーナ３は、供給された加熱新気ガスによって、高効率で燃焼することができる。このようにして熱交換器６によって加熱された新気がバーナ３へ供給されることによって、燃焼効率を向上し、省エネルギを実現することができる。

一方、熱交換器６の排気通路16の二次側16bから導出された排気ガスは集合管27において第二排気ダクト24を通って導出された高温ガスと混ざりあって、排気口21から大気中へ放出される。したがって、高温ガスが熱交換器６を通ることによって排熱された排気ガスにより冷却されるため、外部環境への影響を低減できる。

さらに、第一排気ダクト23、第三排気ダクト25に備えたダンパー26を手動操作することで、各熱交換器６における新気との熱交換量を燃焼状態などに応じて適切なものとすることができる。

上記のように本実施形態では、排熱利用システム１は、加熱炉２に設置されたバーナ３に酸素を含む新気を供給する空気供給手段４と、前記バーナ３の燃焼によって生じた高温ガスを排気する排気手段５とを有し、前記高温ガスの熱エネルギを前記新気に置換する熱交換器６を備えることとしたから、加熱炉２の燃焼によって生じた高温ガスが有する熱エネルギを有効に利用することができるので、燃焼効率を向上すると共に、省エネルギを実現することができる。

また、前記排気手段５は、前記高温ガスを下方から前記熱交換器６へ導出し、前記熱交換器の上方から排気することとしたから、高温ガスの自然通気力を利用して、簡単な構成で熱交換することができると共に、排気することができる。

また、前記排気手段５は、前記高温ガスの流量を調節するダンパー26を備えることとしから、最適な条件でバーナ３を燃焼させることができる。

また、前記排気手段５は、前記熱交換器６を通さずに前記高温ガスを排気する逃しダクトである第二排気ダクト24を備えることとしから、熱交換器６に過剰な圧力がかかることを防ぐことができ、熱交換器６の耐久性を向上すると共に、小型化することができる。

また、前記排気手段５は、前記熱交換器６において排熱した排気ガスと、前記逃しダクトから導出された前記高温ガスとが混ざり合う集合管27を備えることとしから、高温ガスを冷却することができ、排気ガスが外部環境に与える影響を低減することができる。

また、排気ダクト10を加熱炉２の下方から導出し上方へ略鉛直上方から排気する構成としたから、排気ガスの自然通気力を利用することができるので、排熱利用システム１を簡略化することができる。

次に、図４を参照して本発明の変形例について説明する。尚、上記した構成と同様の構成については同様の符号を付し、簡単のため説明を省略する。図４に示す加熱装置である加熱搬送路31は、搬送装置32で被加熱部（図示しない）を搬送し、前記搬送装置32の上方に設けたバーナ（図示しない）で被加熱部を加熱する連続式である。

搬送装置32の上方には、バーナで燃焼された排気ガスを回収し、自然通気力によって排気ガスを熱交換器６へ導出するフード33が設けられている。フード33は、傘形状からなり、上端の中央に向かって縮径して熱交換器６の排気通路16の一次側16aへ高温ガスを導出する構成となっている。そして、排気通路16の二次側16bから排気口21に通じ、大気へ排気ガスを排出する構成となっている。また、熱交換器６の新気通路15の一次側15aは、架台11に設置されたブロア12に通じ、新気が送り込まれ、新気通路15の二次側15bから加熱搬送路31へ接続され、バーナへ新気が供給される。

次に上記構成の作用を説明する。先ず、ブロア12から酸素を含む新気が熱交換器６を経て新気ダクト13を通って加熱搬送路31へ供給される。加熱搬送路31では、供給された新気によりバーナが燃焼し被加熱物を加熱する。燃焼によって生じた高温ガスは、加熱搬送路31の上方に設けられたフード33内を自然通気力により上昇する。そして、フード33の略中央で接続された熱交換器６の排気通路16の一次側16aへ導出される。排気通路16へ導出された高温ガスは、隔板及び仕切板を加熱し、二次側16bより排気される。加熱された隔板及び仕切板は隔板を隔てた新気通路15を流れる新気を加熱する。このようにして熱交換器６から、加熱新気ガスが加熱搬送路31へ供給される。

上記のように加熱搬送路31の上方に設けたフード33の上部に熱交換器６を配置したから、加熱搬送路31においても適用することができる。また、排気ガスの自然通気力により新気に熱エネルギを置換することができると共に、排気することができるので、排熱利用システム１を簡略化できる。

また、排気ガスの自然通気力を活用するために熱交換器６を加熱搬送路31の上方に配置することとしたから、同様にブロア12を上方に配置すれば、新気ダクト13の構成を簡略化することができる。

本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。上記した実施形態では、ガスを利用した加熱手段について説明したが、他の燃料を用いた加熱手段に適用してもよい。

本発明の排熱利用システムの全体構成を示す図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）たて断面図である。 排熱利用システムにおける熱交換器の構成を示す全体斜視図である。 排熱利用システムの全体構成を示す正面図である。 本発明の排熱利用システムにおける変形例の構成をしめす概略図である。

符号の説明

１ 排熱利用システム
２ 加熱炉
３ バーナ
４ 空気供給手段
５ 排気手段
６ 熱交換器
15 新気通路
16 排気通路
26 ダンパー
27 集合管

Claims (4)

1. 加熱装置に設置されたバーナに酸素を含む新気を供給する新気供給手段と、前記バーナの燃焼によって生じた高温ガスを排気する排気手段とを有し、前記高温ガスの熱エネルギを前記新気に置換する熱交換器を備えたことを特徴とする排熱利用システム。
2. 前記排気手段は、前記高温ガスを下方から前記熱交換器へ導出し、前記熱交換器の上方から排気することを特徴とする請求項１記載の排熱利用システム。
3. 前記排気手段は、前記高温ガスの流量を調節するダンパーを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の排熱利用システム。
4. 前記排気手段は、前記熱交換器を通さずに前記高温ガスを排気する逃しダクトを備えていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の排熱利用システム。
   

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