JP2012013322A

JP2012013322A - 熱交換式熱風発生装置

Info

Publication number: JP2012013322A
Application number: JP2010150753A
Authority: JP
Inventors: Junichi Fujita; 淳一藤田
Original assignee: Katsura Seiki Seisakusho KK
Current assignee: Katsura Seiki Seisakusho KK
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: JP5450291B2

Abstract

【課題】放熱側熱設備からの排ガスと熱交換して受熱側熱設備との間を循環する受熱設備側ガスを加熱して設定温度に保持するＰＩＤ制御の熱交換式熱風発生装置において、シンプルな構成でありながら応答性を上げると共にハンチングがなく設定温度への収束を速くする。
【解決手段】熱交換器３の放熱側流路８を開閉する第１のダンパ１１と、第１のダンパ１１の上流から分岐して熱交換器３を迂回して排ガスを流すバイパス路９と、バイパス路９を開閉する第２のダンパ１２と、第１のダンパ１１と熱交換器３との間で外気を放熱側流路に導入する第３のダンパ１３とを備え、１つの温度センサ２７から検出した温度に基づいて１つの温度調節計２３からの指示で３つのダンパ１１，１２，１３を予め設定された比例帯と回転角センターで操作するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換式熱風発生装置に関する。更に詳述すると、本発明は、廃熱回収により昇温した熱交換後の熱風の温度を設定温度に保持するＰＩＤ制御方式の熱交換式熱風発生装置に関する。

熱交換式熱風発生装置は、清浄な熱風を得ることができると共に廃熱の有効利用によりランニングコストを低減できるというメリットがある。このことから、例えば食品加工設備や塗装物の乾燥炉などの熱風発生源として利用されることが多い。

廃熱回収により昇温した熱交換後の熱風の温度を設定温度に保持するＰＩＤ制御の熱交換式熱風発生装置としては、例えば図８に示すような、被塗装物に熱風を吹きつけて塗膜の焼き付けを行う熱風加熱炉１０１と、熱風加熱炉１０１において塗膜から発生する可燃性の有害ガスを焼却脱臭する脱臭炉１０２とを組み合わせた脱臭炉付き熱風加熱炉の熱源として利用するものが提案されている（特許文献１）。この脱臭炉付き熱風加熱炉は、被処理物を熱風で加熱する加熱炉１０１と、加熱によって被処理物から蒸発する可燃性の有害ガスを含む加熱炉１０１の炉内ガスを導入燃焼して有害ガスを無害化する脱臭炉１０２と、脱臭炉１０２から排気される排ガスの熱を回収して熱風加熱炉１０１に供給される熱風を昇温させる熱交換器１０３とを備える。加熱炉１０１は、その炉内ガスの一部を熱交換器１０３に導き脱臭炉１０２が排出する脱臭処理済ガスと熱交換させたのち炉１０１内に再び還流させることにより炉内温度を保つように設けられている。他方、脱臭炉１０２は、加熱炉１０１に導入される被処理物の負荷量に基づき加熱炉１０１からの炉内ガスの導入量を調節しつつ、この炉内ガスをバーナで加熱することにより炉内温度を所定範囲内に維持するように設けられている。

この脱臭炉付き熱風加熱炉においては、加熱炉１０１の熱風温度の調節を、熱交換器１０３に導く受熱側風量を制御することにより行うようにしている。即ち、加熱炉１０１の炉内ガスの一部をバイパス１０４を利用して熱交換器１０３を通さずにバイパスさせて熱交換により昇温した後の炉内ガスに混合してから還流させることにより、熱交換量を制御することにより温度制御を行うようにしている。このとき、熱交換器１０３には脱臭のために７５０℃以上に保持された脱臭炉１０２からの排ガスが加熱側流体として導入されるため、熱交換器の受熱側風量を絞る制御量（熱交換器１０３に導く炉内ガスの一部は、受熱側風量の５０％程度が上限であるため、放熱側負荷変動に弱いという問題を有する。そこで、熱交換器１０３の受熱側風量が最大で５０％しか絞れないために脱臭量を絞り、熱交換器１０３の放熱側の風量を落とすことでターンダウンレシオを確保するようにしている。具体的には、加熱炉１０１の負荷量に対応する温度検知器Ｔ1 の検知信号（第１次制御量）で脱臭炉１０２への加熱炉１０１の炉内ガス導入量の第１次目標値を算出設定し、この第１次目標値を、熱風温度に対応する温度検知器Ｔ2 の検知信号（第２次制御量）で修正することにより、ファンＦ1 に対する最終制御量たる第２次制御量を算出設定するようにしている。

特開平５−２３５３３号公報

しかしながら、熱交換式熱風発生装置は、熱交換器を介在して熱交換を行うので、温度変化に対する応答性が悪く、立ち上げに時間がかかる等の欠点を有している。特に、ＰＩＤ制御は一般にオーバーシュートとならないようにするため、目標温度値の５０％〜６０％程度から制御を始めるが、その動きはゆっくりしたものとなるため、外乱などに対応してバルブを動かそうとしても、その動きが遅く、風量を増やそうとしても増やせない。かといって、ＰＩＤの値（温調計）を極端に小さい値としてオンオフ制御とすると、設定温度に収束できないハンチングを起こす問題を有する。例えば、塗装乾燥炉における熱風供給源として用いる場合には、直接燃焼式と比較して乾燥炉の立ち上がり時間が５０分から１時間程度と長くかかったり、外乱応答性が低いので乾燥炉の扉を開け閉めしたときなどに熱が逃げて、元の温度に復帰するまでに時間がかかったり、一定温度に制御しようとしてもハンチングを起こし易く、被乾燥物の量の増減などによる受熱側負荷変動（乾燥炉の負荷変動）に弱いという問題がある。

また、特許文献１記載の熱交換式熱風発生装置においても、複数の温度制御表示器TIC２とTIC３がそれぞれ制御対象（バルブ、インバータ周波数）を持っているため、制御系が複雑化して設備費用がかかると共に、お互いの制御が複雑に絡み合いハンチングを起こす可能性が高くなる。しかも、乾燥炉から発生するＶＯＣ（揮発性有機臭気成分）の発生量分だけ脱臭しなくてはならないのにインバータ制御により熱交換器放熱側風量を落とさざるを得ない事態が起こることから、加熱炉での負荷量に関係なく脱臭量が変動してしまう問題がある。加熱炉での負荷量が増大したにもかかわらず脱臭量が減ってしまうと、炉内のＶＯＣ濃度が増加してしまうため、爆発下限界濃度に達する虞が生ずるなどの危険が伴う。さらに、受熱側風量は５０％までしか絞れないので、放熱側負荷変動（脱臭炉の負荷変動）に弱いという問題を有している。

本発明は、シンプルな構成でありながら応答性を上げると共にハンチングがなく設定温度への収束が速い熱交換式熱風発生装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、放熱側となる熱設備と、受熱側となる熱設備と、前記放熱側熱設備からの排ガスと熱交換して前記受熱側熱設備との間を循環する受熱設備側ガスを加熱する熱交換器とを備え、廃熱回収により昇温した熱交換後の前記受熱設備側ガスの温度を設定温度に保持するＰＩＤ制御の熱交換式熱風発生装置において、前記熱交換器の前記排ガスを通過させる放熱側流路に設けられて前記排ガスの通過量を制御する第１のダンパと、前記放熱側流路の前記第１のダンパの上流と前記熱交換器の出口の下流側とを連通させて前記熱交換器を迂回して前記排ガスを流すバイパス路と、前記バイパス路の開閉を行い前記バイパス路を通過する排ガスの量を制御する第２のダンパと、前記放熱側流路の前記第１のダンパと前記熱交換器との間で外気を前記放熱側流路に導入可能とする第３のダンパとを備え、前記受熱側熱設備の設備内ガス温度を温度センサーで測定して前記第１〜第３のダンパの開度を指示する温度調節計と、前記第１のダンパと第２のダンパと第３のダンパの各ダンパにそれぞれ独立して設けられた信号変換器と、前記第２及び第３のダンパの開閉を制御する各信号変換器の比例帯並びに回転角センターは、開き始める前記第１のダンパに対して速めに閉じる反面、閉じ始める第１のダンパに対しては遅く開き始める比例帯並びに回転角センターに各々設定され、１つの前記温度センサから検出した温度に基づいて１つの前記温度調節計からの指示で前記３つのダンパを予め設定された比例帯と回転角センターで操作するようにしている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱交換式熱風発生装置において、前記受熱側熱設備が乾燥炉、前記放熱側熱設備が直接燃焼式脱臭炉であり、前記乾燥炉から抽出された炉内ガスを予熱用熱交換器で昇温させてから前記直接燃焼式脱臭炉に導入して脱臭した後に、前記脱臭炉からの脱臭済み排ガスを前記予熱用熱交換器に通過させて前記第１の熱交換器での前記臭気ガスの熱交換の熱源として利用すると共に、前記熱交換器に前記乾燥炉の炉内ガスを導入し、前記乾燥炉から抽出した炉内ガスを前記熱交換器で前記予熱用熱交換器から供給される排ガスとの間で熱交換させるものである。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の熱交換式熱風発生装置において、前記第２のダンパ及び前記第３のダンパの前記比例帯は７５％以下、２５％以上でかつ、回転角センターは３７．５％以下１２．５％以上であることが好ましい。

また、請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換式熱風発生装置において、前記熱交換器の出口温度を検出する熱交用温度センサを備え、該熱交用温度センサーの検出信号に基づいて前記各信号変換器を制御する放熱側温度調節計をスレーブとし、前記乾燥炉温度調節計をマスターとしたカスケード接続し、前記乾燥炉の温度センサーの検出値に基づいて前記乾燥炉温度調節計から出力される指示に基づいて前記放熱側温度調節計で前記熱交換器の出口設定温度を演算して前記各信号変換器を前記出口設定温度となるようにカスケード制御することが好ましい。

また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の熱交換式熱風発生装置において、前記放熱側流路の熱交換器の前記バイパス路の合流位置よりも下流にインバータファンを設置し、ゾーンＰＩＤ制御により温度偏差に応じてインバーター周波数制御されていることが好ましい。

さらに、請求項６記載の発明は、前記熱交換器の受熱側流路の出口側の前記乾燥炉と前記熱交換器との間で外気の導入を可能とする第４のダンパを備え、前記ゾーンＰＩＤ制御の設定温度を越えたときの減速運転時に前記受熱側流路に外気を導入して前記乾燥炉を急速冷却するものであることが好ましい。

請求項１記載の熱交換式熱風発生装置では、循環する熱風の温度を下げるときには、第１のダンパの開度を閉じると共に第２のダンパを開いて排ガスをバイパス流路側へ流れるように切り替えると共に第３のダンパを開いて外気（フレッシュエア）を熱交換器に導入して熱交換器に残る余熱を取り除くことにより、熱交換器放熱側を流れるガスの温度を急冷する。また、放熱側温度が低下（外乱）すると、即座に第１のダンパの開度が開かれると共に第２のダンパと第３のダンパも急速に開度を閉じ、第１のダンパよりも速く開度を閉じる。このとき、全閉状態から開き始める第１のダンパは、回転角の変化ほど流路の開度は変化しないにもかかわらず、全開状態から閉じ始める第２及び第３のダンパは同じ回転角の変化の場合にも流路の開度に与える影響は大きい上に比例帯と回転角センターが第１のダンパと異なり小さく設定されているので、急激に第１のダンパの開度変化の影響を与える。したがって、熱交換器に高温の排ガスが流れて熱交換器と受熱側熱設備との間を循環する受熱設備側ガスを加熱して昇温するため、迅速な温度変化への応答が可能となる。即ち、熱交換器受熱側風量を制御しているので外乱応答性が高いものとなる。
また、１つの温度調節計と１つの温度センサーの単純なＰＩＤ制御系であり、制御が簡単なものとなると共にハンチングがなく設定温度への収束が速いものとなる。

また、本発明によれば、排ガスと循環する受熱設備側ガスとの間で熱交換させる熱交換器に対し、排ガスの通過を０〜１００％の範囲で制御できるので、ターンダウンレシオが高く取れる。

また、請求項２記載の発明は、乾燥炉と直接燃焼式脱臭炉との組み合わせの熱源として利用しているので、放熱側風量に変動があっても、バイパスさせる排ガス量を制御することで乾燥炉から抽出された炉内ガスとの間の熱交換量を一定にすることができ、放熱側負荷変動（脱臭炉の負荷変動）の影響を受けずに、廃熱回収により昇温した熱交換後の熱風の温度を設定温度に保持することができる。したがって、乾燥炉から発生するＶＯＣの発生量分だけ脱臭しながらも、加熱炉内の炉内ガス温度を設定温度に維持できる。こうして、乾燥炉内のＶＯＣ濃度が増加してしまうことがなく、爆発下限界濃度に達する虞がないので塗装乾燥作業などを安全に実施することができる。

請求項３記載の発明によると、各信号変換器の比例帯及び回転角センターを変更することにより、熱交換器受熱側の温度変化特性を自在に調整可能となる。

請求項４記載の発明によると、制御対象（受熱側熱設備の炉内温度）が一つで温度調節計がマスターとスレーブでぶら下がった関係になっているカスケード制御をとり、スレーブ側調節計（放熱側温度）が自身で弁開度を調節するため、外乱の収束が速いし、制御系がシンプルで外乱応答性を向上できる。この場合、炉内温度偏差を±１℃以内も可能である。

請求項５記載の発明によると、ゾーンＰＩＤにより、立ち上がり初期には加速運転を行い、設定温度に近づくと定常運転の周波数でインバータ周波数を制御することにより、熱交換量を増やして立ち上がり時間の短縮を可能とする。本発明の場合、従来５０分から６０分を要していた立ち上げを３５分から４０分に短縮することができる。即ち、立ち上がり時間を約２／３程度に短縮できる。

請求項６記載の発明によると、オーバーシュート時に放熱側流路のインバータファンのインバータ周波数を制御することにより放熱設備側ガス（脱臭済み排ガス）の風量を抑制すると共に受熱側熱設備に還流する受熱設備側ガスに直接フレッシュエアを導入して急冷することにより、オーバーシュートを抑えることができ、急激な外乱に対する応答性を有する。

本発明の熱交換式熱風発生装置の一実施形態を示す設備フローブロック図である。図１の設備フローブロックの要部を拡大して示す図である。本発明の熱交換式熱風発生装置のＰＩＤ制御の一例を示す図で、温度調節計と信号変換器とダンパとの関係を示す。ダンパ開度と制御出力との関係を示すグラフである。立ち上げ時のゾーンＰＩＤによる運転状態と炉内ガス温度の変化を示すグラフである。本発明の他の実施形態を示すもので、乾燥炉温度調節計をマスターとしてその下に熱交換器の出口温度を一定にする放熱側温度調節計をスレーブとしたカスケード制御の設備フローブロック図を示す。単純フィードバック制御とカスケード制御とを比較した外乱応答性を示すグラフである。従来のＰＩＤ制御の熱交換式熱風発生装置を示す設備フローブロック図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３に、本発明の熱交換式熱風発生装置を脱臭炉付き塗装乾燥炉の熱源として適用した実施形態の一例を示す。この脱臭炉付き塗装乾燥炉は、乾燥炉（受熱側熱設備）１と、直接燃焼式脱臭炉（放熱側熱設備）２と、脱臭炉２から排出される脱臭済みガス（排ガス）を熱源として乾燥炉１から抽気された乾燥炉内ガス（受熱設備側ガス）を加熱して乾燥炉１に還流させる熱交換器３とを備え、乾燥炉１の炉内ガスの温度偏差に応じて熱交換器３を通過する排ガスの風量を制御することにより乾燥炉１の炉内ガス温度を設定温度に保持するＰＩＤ制御の熱交換式熱風発生装置を構成している。尚、本実施形態においては、乾燥炉１から抽出された炉内ガスは予熱用熱交換器４で脱臭済み排ガスの廃熱を利用して予熱されてから脱臭炉２に導入される。図中の符号６，７は臭気ガスを流す流路である。

乾燥炉１は、炉内ガスを一旦炉外に取り出し熱交換器３の受熱側流路を通過させてから再び当該乾燥炉１へ還流させる炉内ガス循環系統２１を備え、炉内ガスの一部を抽出して熱交換器３に導き、熱交換器３で脱臭炉２から排出される脱臭処理済ガスと熱交換させて加熱し、熱風として乾燥炉１へ戻して被処理物を加熱するようにしている。図中、符号２０は炉内ガスを循環させるためのファンである。

他方、脱臭炉２は、乾燥炉１から抽気した炉内ガス（臭気ガス）をバーナ火炎に混合して、少なくとも７５０℃以上の雰囲気下で臭気成分即ちＶＯＣ（揮発性有機化合物）を熱分解させる直接燃焼式脱臭炉であり、熱分解により脱臭処理した後のガス（脱臭済みガス）を熱交換器３を通して炉内ガス循環系統２１を流れる炉内ガスとの間で熱交換してから排気されるように設けられている。尚、脱臭炉２は、図示していない温度センサーや温度調節計などで脱臭炉内温度を７５０℃に保持するように制御されている。この実施例では、脱臭炉２は、乾燥炉１からの炉内ガスの導入路にファン５を備えており、風量一定で乾燥炉１から臭気ガスが抽気されて供給されている。他方、炉内ガス循環路２１においても、ファン２０を制御して、風量一定で炉内ガスが乾燥炉１と熱交換器３との間を循環するように制御されている。尚、図中の符号２６は熱交換器３での熱交換後の排ガスを更に低温にして大気中に放出するための外気導入口である。

ここで、本実施形態の熱交換式熱風発生装置は、図２及び図３に示すように、熱交換器３の放熱側流路８に、熱交換器３の上流側と下流側とを連通させて熱交換器３を迂回して排ガスを流すバイパス路９が設けられている。具体的には、予熱用熱交換器４の後でかつ熱交換器３の入り口側の上流で分岐して熱交換器３の出口側で合流するバイパス路９が設けられている。そして、熱交換器３の上流の放熱側流路８には該放熱側流路８を開閉して熱交換器３に流れ込む排ガスの風量を制御する第１のダンパ１１と、第１のダンパ１１と熱交換器３との間で外気を放熱側流路８に導入可能とする第３のダンパ１３と、バイパス路９を開閉してバイパス路９を通過する排ガスの量を制御する第２のダンパ１２とを備えている。第１〜第３の各ダンパ１１，１２，１３には、それぞれ信号変換器１５，１６，１７が備えられ、それぞれ独立して比例帯並びに回転角センターが設定可能とされると共に温度調節計２３によってそのダンパ開度が制御されるように設けられている。温度調節計２３は、乾燥炉１の炉内温度を検出する温度センサー２７の出力信号に基づいて第１〜第３の各ダンパ１１，１２，１３の開度を信号変換器１５，１６，１７に指示するものであり、温度センサ２７の検知信号に応じて各信号変換器１５，１６，１７を駆動することにより熱風温度を調節し、乾燥炉１の炉内温度を同じにするようにＰＩＤ制御するものである。即ち、本実施形態のＰＩＤ制御システムは、１つの温度センサ２７から検出した温度に基づいて１つの温度調節計２３からの指示で３つの信号変換器１５，１６，１７を予め設定された比例帯と回転角センターで操作して、対応する第１〜第３のダンパ１１，１２，１３の開閉制御を行うようにしたものである。

本実施形態の場合、各信号変換器１５，１６，１７の開閉動作の設定は、放熱側流路８を開閉する第１のダンパ１１の開閉動作に対し、バイパス路９を開閉する第２のダンパ１２及び第１のダンパ１１の下流で放熱側流路８に外気を必要に応じて導入するための第３のダンパ１３の開閉動作は逆モーションとなるように設定されている。具体的には、放熱側流路８の第１のダンパ１１が開度１００％（全開）のときには、バイパス路９の第２のダンパ１２及び外気を導入するための第３のダンパ１３の開度は０％（全閉）となり、その逆に第１のダンパ１１が全閉のときには、第２及び第３のダンパ１２，１３は全開となるように設定されている。

さらに、各信号変換器１５，１６，１７の比例帯と回転角センターの設定は、第１のダンパ１１の開閉を制御する信号変換器１５の比例帯並びに回転角センターの設定に対し、第２及び第３のダンパ１２，１３の開閉を制御する信号変換器１６，１７の比例帯並びに回転角センターの設定を異ならせるようにしている。即ち、ダンパの開度（比例帯、回転角センター）を各信号変換器１５，１６，１７毎にそれぞれ設定することにより、ダンパ毎の開閉時期にタイムラグを与えると共に開閉動作の速さに差をもたせることができる。本実施形態では、第２及び第３のダンパ１２，１３の開閉を制御する信号変換器１６，１７の比例帯並びに回転角センターの設定は、開き始める第１のダンパ１１に対して速めに閉じる反面、閉じ始める第１のダンパ１１に対して遅く開き始める関係（遅延時間を有する関係）となるように、比例帯並びに回転角センターが各々設定される。例えば、第１のダンパ１１の開閉を制御する信号変換器１５は、比例帯１００％、回転角センター５０％に設定され、第２及び第３の信号変換器１６，１７は、第１のダンパ１１に対して速めに閉じる反面、遅く開き始める関係となるように、比例帯７５％以下、回転角センター３７．５％以下の範囲で比例帯設定、回転角センター設定が行われる。ここで、この信号変換器１６，１７の比例帯設定、回転角センター設定の下限値は特に限定されるものではないが、本発明者などの実験によると比例帯２５％以上、回転角センター１２．５％以上であることが好ましい。したがって、第２及び第３のダンパ１２，１３の信号変換器１６，１７の比例帯並びに回転角センターの設定は、比例帯２５％〜７５％、回転角センター１２．５％〜３７．５％の範囲で行うことが好ましい。もっとも、第２及び第３のダンパ１２，１３の信号変換器１６，１７の比例帯並びに回転角センターの設定は、上述の範囲に限られるものでなく、必要に応じて適宜値に設定できることは言うまでもない。

また、放熱側流路８のバイパス路９が合流する位置よりも下流にはインバータ制御のファン１０が備えられ、乾燥炉１の立ち上げ時には、乾燥炉１の設定温度と温度センサー２７で検出される乾燥炉の温度との温度偏差に応じて周波数制御を行って誘引通風量、即ち脱臭炉２からの排ガスの風量を制御するゾーンＰＩＤ制御を実施可能とすることが好ましい。ゾーンＰＩＤ制御は、例えば図５に示すように、周波数帯域ごとにＰＩＤの値を段階的に変えるものである。具体的には、温度偏差が大きいときほど、放熱側及び受熱側の風量をアップすることで、即ちファン５及び１０の周波数制御により風量アップして交換熱量を増大するようにしている。例えば、設定温度に対して−２０℃の温度偏差となるまでは６０Ｈｚでの加速運転域とし、±５℃の温度偏差までの範囲を定常運転域として４５Ｈｚで運転し、設定温度を超える減速運転域では４０Ｈｚでの運転とする。これにより、立ち上げ時間の短縮化を可能としている。例えば、熱交換式の間接加熱方式による乾燥炉の立ち上げには５０〜６０分程度かかっていたが３５〜４０分に短縮された。また、乾燥炉の扉が長時間開け放たれたままの状態となり大幅な炉内温度の低下が起こるなど、外乱などにより大幅な温度低下などが起こった場合にも、周波数変更により急速に温度上昇を行わせて、応答性をあげることも可能である。そして、減速運転域では、オーバーシュートしないように、ファン１０の周波数制御により交換熱量を制御すると同時に、外気取り入れ用の第４のダンパ１４を開いて熱交換器３を通過した後の炉内還流ガスに外気（新鮮な空気）を取り入れて急冷することで設定温度への収束を速めることが好ましい。尚、第４のダンパ１４は電動モータ１８によって駆動される電動ダンパであり、温度調節計２３の外部接点信号を使用し、予め設定した温度に到達したときに開いて吸気口１９から外気を導入することにより急冷を開始するように設けられている。

以上のように構成された熱交換式熱風発生装置によると、循環する熱風の温度を下げるときには、第１のダンパ１１の開度を閉じると共に第２のダンパ１２を開いて排ガスをバイパス流路９側へ流れるように切り替えると共に第３のダンパ１３を開いて外気（フレッシュエア）を熱交換器３に導入して熱交換器３の余熱を取り除くことにより、熱交換器３の受熱側流路を流れる炉内ガスの温度を遅滞なく冷やすことができる。また、外乱などにより放熱側温度が低下したり、乾燥炉１の炉内ガス温度が下がったときには、第１のダンパ１１の開度が開かれると共に第２のダンパ１２と第３のダンパ１３が第１のダンパ１１よりも速く開度を閉じ、熱交換器３を通す排ガス風量を増やして熱交換器３の受熱側流路を流れる炉内ガスの温度を上げることができる。このとき、全閉状態から第１のダンパ１１が開き始める場合には、ダンパ開度と風量の変化特性が急激であることから、第２及び第３のダンパ１２，１３の変化特性を第１のダンパ１１の変化特性に近づける方が望ましい。第２及び第３のダンパ１２，１３は比例帯と回転角センターが第１のダンパ１１よりも小さく、かつ狭く設定されているので、第１のダンパ１１の開度の変化の影響を急激に与える。したがって、熱交換器３に高温の排ガスが流れて熱交換器３と乾燥炉１との間を循環する炉内ガスを加熱して昇温するため、迅速な温度変化への応答が可能となる。即ち、熱交換器受熱側風量を制御しているので外乱応答性が高いものとなる。しかも、１つの温度調節計２３と１つの温度センサー２７の単純なＰＩＤ制御系であり、制御が簡単なものとなると共にハンチングがなく設定温度への収束が速いものとなる。

また、乾燥炉１の立ち上げ時には、温度センサー２７からの炉内温度情報に基づいて温度調節計２３からの指示で、第１のダンパ１１が全開にされる一方、第２及び第３のダンパ１２，１３が全閉にされたまま、図５に示すような、ゾーンＰＩＤ制御が実施される。ファン５，１０の周波数制御を行って誘引通風量、即ち脱臭炉２からの排ガスの風量を制御することで、温度偏差に応じた放熱側及び受熱側の風量をアップすることで、交換熱量を増して乾燥炉の立ち上げを行う。具体的には、例えば−２０℃の温度偏差となるまでは６０Ｈｚでの加速運転域とし、５℃の温度偏差までの範囲を定常運転域として４５Ｈｚで運転し、設定温度を超える減速運転域では４０Ｈｚでの運転とする。これにより、一定風量で立ち上げる場合よりも１／３程度の時間短縮を可能とし、３５〜４０分で立ち上げを完了することができる。また、乾燥炉の扉が長時間開け放たれたままの状態となり大幅な炉内温度の低下が起こるなど、外乱などにより大幅な温度低下などが起こった場合にも、同様に周波数変更により急速に温度上昇を行わせて、応答性をあげることも可能である。そして、減速運転域では、オーバーシュートしないように、ファン１０の周波数制御により交換熱量を制御すると同時に、外気取り入れ用の第４のダンパ１４を開いて熱交換器３を通過した後の炉内還流ガスに外気（新鮮な空気）を取り入れて急冷することで設定温度への収束を速めることができる。

図１の塗装乾燥炉の場合、例えば乾燥炉１の設定温度が１８０℃に設定されるとき、臭気ガスは１４０℃程度で抽出されると共に予熱用熱交換器４を経て排ガス（７５０℃）との間の熱交換で４００℃程度に予熱されてから、直接燃焼式脱臭炉２に導入され７５０℃以上に保たれた炉内燃焼によりＶＯＣ（揮発性有機臭気成分）が熱分解された後、予熱用熱交換器４に向けて排出される。他方、乾燥炉１から抽気された１６０℃程度の炉内ガスは、第２の熱交換器３で予熱用熱交換器４を通気した５５６℃程度の排ガスとの間で熱交換し、必要に応じて導入したフレッシュエアと混合して２２０℃程度に昇温されてから乾燥炉１へ還流させる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、温度調節計２３で第１〜第３の信号変換器１５，１６，１７を直接駆動する例を挙げて主に説明したが、これに特に限られるものではなく、図６に示すように、温度調節計をカスケード接続することにより更に外乱応答性を向上させるようにしても良い。即ち、熱交換器３の出口温度を検出する熱交用温度センサ２５と、該熱交用温度センサー２５の検出信号に基づいて各信号変換器１５，１６，１７を制御する放熱側温度調節計２４とを備え、放熱側温度調節計２４をスレーブとし、乾燥炉温度調節計２３をマスターとしたカスケード接続し、乾燥炉１の温度センサー２７の検出値に基づいて乾燥炉温度調節計２３から出力される指示に基づいて放熱側温度調節計２４で熱交換器３の出口設定温度を演算して各信号変換器１５，１６，１７を出口設定温度となるようにカスケード制御することができる。この場合、温度センサー２７によって検出される炉内ガス温度の変化に応じて出力０〜１００％の間で乾燥炉温度調節計（マスター）２３が出力し、それに応じて放熱側温度調節計(スレーブ)２４が熱交換器３の出口温度を例えば２００〜６００℃の範囲で変化させる制御を各信号変換器１５，１６，１７に対して行う。これにより、乾燥炉の温度は図７に実線で示すように速やかに修正される。尚、図７の中で、波線は単純フィードバック制御、実線はカスケード制御である。

また、上述の実施形態では、乾燥炉１から抽出した臭気ガスを予熱用熱交換器４で脱排ガスを利用して予熱してから脱臭炉２に供給するようにしているが、場合によっては乾燥炉１から抽出した臭気ガスを直接脱臭炉２に導入して脱臭炉２で直接燃焼による分解を行ってから熱交換器３に導き、乾燥炉１内から抽出された炉内ガスとの間で熱交換を行って排出するようにしても良い。

また、本実施形態では、脱臭炉付き塗装乾燥炉の熱源としての熱交換式熱風発生装置を例に挙げて主に説明したが、これに特に限定されるものでなく、熱交換後の熱風の温度を設定温度に保持することが可能な熱交換式熱風発生装置に適用できることは言うまでもない。

１乾燥炉（受熱側熱設備）
２直接燃焼式脱臭炉（放熱側熱設備）
３熱交換器
８放熱側流路
９バイパス流路
１０インバータファン
１１第１のダンパ
１２第２のダンパ
１３第３のダンパ
１４第４のダンパ
１５第１のダンパの信号変換器
１６第２のダンパの信号変換器
１７第３のダンパの信号変換器
１８第４のダンパの信号変換器
２０ファン
２１循環流路
２３温度調節計（乾燥炉温度調節計；マスター）
２４温度調節計（放熱側温度調節計；スレーブ）
２５熱交用温度センサ
２７温度センサー

Claims

放熱側となる熱設備と、受熱側となる熱設備と、前記放熱側熱設備からの排ガスと熱交換して前記受熱側熱設備との間を循環する受熱設備側ガスを加熱する熱交換器とを備え、廃熱回収により昇温した熱交換後の前記受熱設備側ガスの温度を設定温度に保持するＰＩＤ制御の熱交換式熱風発生装置において、
前記熱交換器の前記排ガスを通過させる放熱側流路に設けられて前記排ガスの通過量を制御する第１のダンパと、
前記放熱側流路の前記第１のダンパの上流と前記熱交換器の出口の下流側とを連通させて前記熱交換器を迂回して前記排ガスを流すバイパス路と、
前記バイパス路の開閉を行い前記バイパス路を通過する排ガスの量を制御する第２のダンパと、
前記放熱側流路の前記第１のダンパと前記熱交換器との間で外気を前記放熱側流路に導入可能とする第３のダンパとを備え、
前記受熱側熱設備の設備内ガス温度を温度センサーで測定して前記第１〜第３のダンパの開度を指示する温度調節計と、
前記第１のダンパと第２のダンパと第３のダンパの各ダンパにそれぞれ独立して設けられた信号変換器と、
前記第２及び第３のダンパの開閉を制御する各信号変換器の比例帯並びに回転角センターは、開き始める前記第１のダンパに対して速めに閉じる反面、閉じ始める第１のダンパに対しては遅く開き始める比例帯並びに回転角センターに各々設定され、
１つの前記温度センサから検出した温度に基づいて１つの前記温度調節計からの指示で前記３つのダンパを予め設定された比例帯と回転角センターで操作するようにしたものである熱交換式熱風発生装置。
前記受熱側熱設備は乾燥炉、前記放熱側熱設備は直接燃焼式脱臭炉であり、前記乾燥炉から抽出された炉内ガスを予熱用熱交換器で昇温させてから前記直接燃焼式脱臭炉に導入して脱臭した後に、前記脱臭炉からの脱臭済み排ガスを前記予熱用熱交換器に通過させて前記第１の熱交換器での前記臭気ガスの熱交換の熱源として利用すると共に、前記熱交換器に前記乾燥炉の炉内ガスを導入し、前記乾燥炉から抽出した炉内ガスを前記熱交換器で前記予熱用熱交換器から供給される排ガスとの間で熱交換させるものである請求項１記載の熱交換式熱風発生装置。
前記第２のダンパ及び前記第３のダンパの前記比例帯は７５％以下、２５％以上でかつ、回転角センターは３７．５％以下１２．５％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換式熱風発生装置。
前記熱交換器の出口温度を検出する熱交用温度センサを備え、該熱交用温度センサーの検出信号に基づいて前記各信号変換器を制御する放熱側温度調節計をスレーブとし、前記乾燥炉温度調節計をマスターとしたカスケード接続し、前記乾燥炉の温度センサーの検出値に基づいて前記乾燥炉温度調節計から出力される指示に基づいて前記放熱側温度調節計で前記熱交換器の出口設定温度を演算して前記各信号変換器を前記出口設定温度となるようにカスケード制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の熱交換式熱風発生装置。
前記放熱側流路の熱交換器の前記バイパス路の合流位置よりも下流にインバータファンを設置し、ゾーンＰＩＤ制御により温度偏差に応じてインバーター周波数制御されている請求項１から４のいずれか１つに記載の熱交換式熱風発生装置。
前記熱交換器の受熱側流路の出口側の前記乾燥炉と前記熱交換器との間で外気の導入を可能とする第４のダンパを備え、前記ゾーンＰＩＤ制御の設定温度を越えたときの減速運転時に前記受熱側流路に外気を導入して前記乾燥炉を急速冷却するものである請求項５記載の熱交換式熱風発生装置。