JP6348029B2 - 間接型熱風発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱風発生装置に関し、詳細には、被加熱対象である空気などの気体を高温の燃焼ガスと直接接触させることなく加熱する間接型熱風発生装置に関する。

従来から、鋳型乾燥、高品位メッキ乾燥、塗装乾燥、食料品乾燥、薬品乾燥、ガラス管乾燥、樹脂成形予熱、樹脂硬化加熱などの加熱プロセス装置の熱源として熱風発生装置が用いられている。中でも、空気などの被加熱気体を隔壁式の熱交換器を用いて間接的に加熱する間接型熱風発生装置は、燃焼ガスと被加熱気体とが直接接触することがないので、クリーンな熱風が得られるという特徴を有しており、特許文献１〜４に見られるとおり、これまでにも種々の提案がなされている。

これら従来の間接型熱風発生装置は、主として、発生した熱風を加熱乾燥装置などの加熱プロセスに送り、そこで加熱、乾燥などに使用されて温度の低下した熱風を、再び、被加熱空気として間接型熱風発生装置に戻して再加熱、再使用する循環型の熱風発生装置であるものが多い。このような循環型の熱風発生装置は、加熱、乾燥などに使用されて温度が低下したとはいえ、なお常温よりは高温の空気を被加熱空気として再利用するので、熱風の発生に要するエネルギーが少なくて済むという利点を備えている。

しかし、本発明者らが得た知見によれば、従来の循環型の間接型熱風発生装置においては、熱交換器で所定温度の熱風にまで加熱される被加熱空気の大部分は加熱プロセスからの戻り空気であり、比較的温度が高いので、この戻り空気を燃焼ガスとの熱交換によって所定温度の熱風にまで加熱した後でも、熱交換に用いられた燃焼ガスの温度は依然として高いままである。例えば、間接型熱風発生装置で発生される熱風の温度が２５０℃であり、加熱プロセスからの戻り空気の温度が１５０℃であるとすると、熱交換後の燃焼ガスの温度は依然として３００〜４００℃の高温であり、これをそのまま外部に排出すると、環境温度が上昇し、作業環境を悪化させるという問題がある。また、高温で大量の熱を有する燃焼ガスを廃棄してしまうことになるので、地球温暖化の原因であるといわれている二酸化炭素の増加や環境負荷の増大等々を含め、エネルギー効率的にも改善の余地を残すものである。

この点を解決すべく、例えば非特許文献１には、乾燥機内を循環する空気を加熱し熱風の発生に使用された燃焼ガスを、乾燥機内に新たに給気される換気空気の予熱に使用して燃焼ガスが有する熱を回収し、最終的に排気される燃焼排ガスの温度を低下させた塗装乾燥機が開示されている。しかし、非特許文献１に開示されている塗装乾燥機においては、乾燥機と熱風発生装置及び排熱回収装置が一体化されており、汎用性に欠けるとともに、熱風の発生に使用された燃焼ガスからの熱の回収が換気空気の予熱のみで行われるため、ややもすれば、十分な熱回収のために必要以上の換気をしてしまうことになり、排気による熱損失をもたらすという不都合がある。また、換気の不必要な設備や換気必要量の少ない設備では燃焼排ガスからの熱回収の効果が少なく、適用範囲が限られるという制限を有している。このように、非特許文献１に開示される塗装乾燥機においては、燃焼排ガスからの熱回収が換気空気との熱交換のみで行われており、その熱交換効率は高々約８５％以上にとどまっている。

一方、間接加熱方式の熱風通気乾燥機も種々提案されている。例えば、特許文献５には、乾燥に使用した熱風に加えて周辺機器から排出される温風を用いて新たに導入される外気を加熱し、熱風の発生に要するヒータの電力を削減するようにした顕熱交換器付き熱風通気乾燥機が開示されている。しかし、特許文献５に開示されている熱風通気乾燥機においては、熱風発生に用いられる熱源はヒータであり、バーナ等の燃焼器が発生する燃焼ガスではないので、高温で大量の熱を有する燃焼ガスを外部に排出してしまうという問題は生じない。

特開平６−２２１６７５号公報 特開平１０−３２５６０３号公報 特開２０００−２５７８５２号公報 特開２００５−６９６１４号公報 特開２００６−３００３６４号公報

排熱回収型 間接加熱 熱風方式 塗装用乾燥機 ドライテック ＤＲＹ ＴＥＣ、［ｏｎｌｉｎｅ］、タクボエンジニアリング株式会社、［平成２６年８月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔａｋｕｂｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｊ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｄｏｗｎｌｏａｄ／ＤＲＹ％２０ＴＥＣ％２０ｍｉｎｉ２．ｐｄｆ＞

本発明は、上記従来の間接型熱風発生装置の欠点を解消するために為されたもので、これまで廃棄されていた燃焼ガスが有する熱を最大限回収して、外部に放出される燃焼ガスの温度を低下させるとともに、周囲環境にやさしく、かつ熱効率の高い間接型熱風発生装置を提供することを課題とするものである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究と試行錯誤を重ねた結果、熱風を発生させるべく被加熱空気を加熱するのに用いられた燃焼ガスを、そのまま外部に放出するのではなく、新たな空気の予熱に使用し、予熱された新たな空気のうち、比較的高温のものを熱風発生用の被加熱空気に追加し、比較的低温のものを燃焼ガス発生装置に燃焼用空気として供給することによって、燃焼ガスが有する熱量を最大限に回収して最終的に外部に放出される燃焼ガスの温度と量を低下せることができるとともに、装置全体としての熱効率を高めることができることを見出した。

すなわち、本発明は、燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生装置と、被加熱気体入口と、前記被加熱気体入口から導入された空気と前記燃焼ガス発生装置で発生された燃焼ガスとの間で隔壁を介して熱交換を行わせて前記空気を加熱する第１熱交換器と、第１熱交換器で加熱された空気を熱風として取り出す熱風取出口と、第１熱交換器で前記空気の加熱に用いられた燃焼ガスを燃焼排ガスとして排出する燃焼ガス出口とを有する間接型熱風発生装置であって、さらに下記（１）〜（５）を有している間接型熱風発生装置を提供することによって上記の課題を解決するものである。
（１）ケーシングと、前記ケーシング内に収容された中空の伝熱部材と、第２被加熱気体入口と、前記燃焼ガス出口と接続された燃焼排ガス入口とを備え、前記第２被加熱気体入口から導入された空気及び前記燃焼排ガス入口から導入された燃焼排ガスのいずれか一方を前記伝熱部材内を通過させ、他方を前記伝熱部材外を通過させて、両者の間で熱交換を行わせて前記空気を加熱する第２熱交換器；
（２）前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に上流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された相対的に高温の被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に開口する高温被加熱空気取出口；
（３）前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に下流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された相対的に低温の被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に開口する低温被加熱空気取出口；
（４）高温被加熱空気取出口から取り出された相対的に高温の被加熱空気を前記被加熱気体入口から第１熱交換器に導入される空気に合流させる第１管路；
（５）低温被加熱空気取出口から取り出された相対的に低温の被加熱空気を燃焼用空気として前記燃焼ガス発生装置に送出する第２管路。

本発明の間接型熱風発生装置は、熱風を発生する第１熱交換器に加えて、第１熱交換器から排出される使用済みの燃焼排ガスと、新たに供給される空気との間で熱交換を行わせて、新たに供給される空気を加熱する第２熱交換器を備えている。新たに供給される空気は通常常温であるので、第１熱交換器から排出された燃焼排ガスとの温度差が大きく、燃焼排ガスとの熱交換によって十分に加熱され、第２熱交換器から排出される燃焼排ガスの温度を低下させることができる。しかも、第２熱交換器は、前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に上流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された相対的に高温の被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に開口する高温被加熱空気取出口を備えているので、斯かる高温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気は比較的高温となり、第１熱交換器に被加熱空気の一部として供給しても、所定温度の熱風発生に要求される熱量の増加をもたらすことがない。

また、第２熱交換器は、前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に下流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された相対的に低温の被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に開口する低温被加熱空気取出口を備えており、斯かる低温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気は、比較的低温ではあるものの、これを燃焼ガス発生装置に燃焼用空気として供給することによって有効利用が可能である。燃焼ガス発生装置に供給される燃焼用空気の温度は、高いほど入熱が高くなる一方、高すぎると形成される火炎の局所的温度上昇を招き、高濃度のＮＯｘが発生する恐れがあるので、これを防止するために、燃焼空気と燃料の混合比率を補正させるための混合比率補正装置が必要となる。しかしながら、本発明の間接型熱風発生装置では、第２熱交換器において比較的低温に加熱され、低温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気を燃焼用空気として供給するようにしているので、燃焼ガス発生装置における火炎温度の局所的上昇の発生やＮＯｘの発生を有効に防止され、混合比率補正装置を必要としない。

上記第２熱交換器は、好ましい一態様において、前記被加熱空気の流れ方向と前記燃焼排ガスの流れ方向とが略直交する直交流熱交換器である。第２熱交換器が直交流熱交換器である場合には、比較的高温に加熱された被加熱空気と、比較的低温に加熱された被加熱空気とを分別して取り出すことは比較的容易であり、前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に上流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に高温被加熱空気取出口を開口させ、前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に下流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に低温被加熱空気取出口を開口させればよい。

第２熱交換器は、直交流熱交換器に限られず、直交流熱交換器と対向流熱交換器とを組み合わせた構造のものであってもよい。すなわち、他の好ましい一態様において、第２熱交換器は、前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向と略直交し、前記燃焼排ガスの流れ方向に沿った異なる位置にある複数本の前記伝熱部材を有し、複数本の前記伝熱部材の中空の内部空間内を前記被加熱空気が流れる熱交換器であり、かつ、複数本の前記伝熱部材の中空の内部空間内を流れる前記被加熱空気の流路は、前記燃焼排ガスの流れ方向の最も下流側に位置する前記伝熱部材から最も上流側に位置する前記伝熱部材に向かって連続しており、前記高温被加熱空気取出口が、前記燃焼排ガスの流れ方向の最も上流側に位置する前記伝熱部材の出口近傍に開口し、前記低温被加熱空気取出口が、前記高温被加熱空気取出口よりも前記被加熱空気の前記流路の上流側に開口している熱交換器である。第２熱交換器がこのような構造を有している場合には、比較的高温に加熱された被加熱空気と、比較的低温に加熱された被加熱空気とが前記ケーシング内で混じり合うことがないので、二種類の被加熱空気の温度差をより明瞭にすることが可能となり、好ましい。

さらに、本発明の間接型熱風発生装置は、その好ましい他の一態様において、高温被加熱空気取出口から取り出された相対的に高温の被加熱空気を前記被加熱気体入口から第１熱交換器に導入される空気に合流させる第１管路、及び／又は、低温被加熱空気取出口から取り出された相対的に低温の被加熱空気を燃焼用空気として前記燃焼ガス発生装置に送出する第２管路に流量調整弁が設けられている。第１管路及び／又は第２管路に流量調整弁が設けられている場合には、それらの流量調整弁を操作することによって、高温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気と低温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気の流量比を変化させることができ、結果として、高温被加熱空気取出口又は低温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気の温度を変化させることが可能となる。

本発明の間接型熱風発生装置は、その好ましい他の一態様において、高温被加熱空気取出口及び／又は低温被加熱空気取出口が開口する位置が可変である。高温被加熱空気取出口又は低温被加熱空気取出口、或いはその双方の位置を変化させて、両者を離間させたり近接させたりすることによって、高温被加熱空気取出口及び低温被加熱空気取出口から取り出される被加熱空気の温度差を大きくしたり、小さくしたりすることが可能となる。

本発明の間接型熱風発生装置は、好ましくは、熱風取出口から取り出された空気の少なくとも一部が、加熱プロセスで使用された後、再び被加熱気体入口に戻される循環型熱風発生装置である。本発明の間接型熱風発生装置が循環型の間接型熱風発生装置である場合には、加熱プロセスにおいて失われる分の被加熱空気を第２熱交換器で加熱された相対的に高温の被加熱空気で補充するとともに、第２熱交換器で加熱された相対的に低温の被加熱空気を燃焼ガス発生装置に燃焼用空気として供給することによって、装置全体としての熱効率を高めることができる上に、燃焼ガスが有する熱量を最大限に回収して最終的に外部に放出される燃焼排ガスの温度を十分に低下せることが可能となる。

本発明の間接型熱風発生装置によれば、燃焼ガスが有する熱量を最大限に回収して最終的に外部に放出される燃焼排ガスの温度を十分に低下させることが可能となり、周囲環境に与える影響を大幅に緩和することができるという利点が得られる。また、本発明の間接型熱風発生装置によれば、第１熱交換器で熱風の発生に使用した燃焼ガスを用いて、被加熱空気の補充に使用される新たな空気の予熱と、燃焼ガス発生装置に供給される燃焼用空気の予熱の双方を行うことができるので、装置全体としての熱効率を極めて高いものとすることができるという利点が得られ、顕熱基準の熱効率で１００％以上とすることも可能である。さらに、本発明の間接型熱風発生装置においては、燃焼ガス発生装置に供給される燃焼用空気はそれほど高温ではないので、燃焼ガス発生装置における火炎温度の局所的上昇の発生やＮＯｘの発生を有効に防止でき、混合比率補正装置を必要としないという利点が得られる。加えて、本発明の間接型熱風発生装置は、加熱プロセスと熱風発生装置を別体とすることができるので、鋳型乾燥、高品位メッキ乾燥、塗装乾燥、食料品乾燥、薬品乾燥、ガラス管乾燥、樹脂成形予熱、樹脂硬化加熱などの種々の加熱プロセス装置の熱源として幅広く使用できるという汎用性を備えている。

本発明の間接型熱風発生装置の一例を示す部分断面図である。 第２熱交換器の拡大断面図である。 第２熱交換器の他の一例を示す拡大断面図である。

以下、図面を用いて本発明の間接型熱風発生装置を説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明の間接型熱風発生装置の一例を示す部分断面図である。図１において、１は本発明の間接型熱風発生装置、２はハウジング、３は燃焼ガス発生装置、３ａは燃料ガス供給管、４は燃焼ガス発生装置３の燃焼室、５は伝熱管、６は伝熱管５の燃焼ガス出口であり、ハウジング２、燃焼ガス発生装置３、及び伝熱管５によって第１熱交換器が構成されている。なお、本例においては、燃焼ガス発生装置３としてはバーナが用いられているが、燃焼ガス発生装置３としては燃焼ガスを発生することができる限り、どのような構造、機構のものが用いられても良い。また、燃焼ガス供給管３ａから燃焼ガス発生装置３に供給される燃料ガスには燃焼用空気が予混合されていても良い。

７は第１送風機、８はハウジング２の下部に設けられた被加熱気体入口、９はハウジング２の上部に設けられた熱風取出口、Ｐは加熱プロセスであり、例えば、鋳型乾燥、高品位メッキ乾燥、塗装乾燥、食料品乾燥、薬品乾燥、ガラス管乾燥、樹脂成形予熱、樹脂硬化加熱などの外部の加熱プロセスである。

１０は第２熱交換器であり、１１は第２熱交換器１０を構成するケーシング、１２はケーシング１１の上部に設けられた燃焼排ガス入口であり、燃焼排ガス入口１２は伝熱管５の燃焼ガス出口６と接続されている。１３はケーシング１１の下部に設けられた燃焼排ガス出口、１３ａはガス排出口、１３ｂはドレイン、１４はケーシング１１の下部に設けられた第２被加熱気体入口、１５はケーシング１１内に開口する高温被加熱空気取出口、１６は同じくケーシング１１内に開口する低温被加熱空気取出口、１７は第２被加熱気体入口１４に新たな空気を送出する第２送風機である。

１８は高温被加熱空気取出口１５と第１送風機７とを接続する第１管路であり、第１管路１８には第１流量調整弁１９ａが設けられている。２０は低温被加熱空気取出口１６と燃焼ガス発生装置３とを接続する第２管路であり、第２管路２０には第２流量調整弁１９ｂが設けられている。

図２は第２熱交換器１０の拡大断面図であり、図１に示した部材と同じ部材には同じ符号を付してある。図２において、２１ａは流入側ヘッダー、２１ｂは流出側ヘッダー、２２ａ〜２２ｄは中空の伝熱管である。図示の例では伝熱管２２ａ〜２２ｄは４本であるが、伝熱管の本数が４本に限られないことは勿論である。

図２に示されるとおり、第２熱交換器１０は、燃焼排ガス入口１２から燃焼排ガス出口１３に向かって流れる燃焼排ガスの流れ方向と、伝熱管２２ａ〜２２ｄの内側を流れる被加熱空気の流れ方向とが略直交する直交流熱交換器である。なお、第２熱交換器１０において、燃焼排ガスの流れ方向と被加熱空気の流れ方向とは厳密に直交している必要はなく、ケーシング１１内を流れる燃焼排ガスの流れの比較的上流側で、比較的高温の燃焼排ガスと熱交換をして相対的に高温に加熱された被加熱空気が発生する一方で、ケーシング１１内を流れる燃焼排ガスの流れの比較的下流側で、比較的低温の燃焼排ガスと熱交換をして相対的に低温に加熱された被加熱空気が発生する程度に交差しておれば良い。

図１及び図２を用いて、本発明の間接型熱風発生装置１の動作を説明する。まず、ハウジング２、燃焼ガス発生装置３、及び伝熱管５によって構成される第１熱交換器の動作について説明する。

図示しない点火装置を駆動して燃焼ガス発生装置３を作動させると、燃料ガスと空気との混合ガスは燃焼室４内で燃焼し、高温の燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガスは燃焼室４と接続された伝熱管５を通過して、燃焼ガス出口６から排出される。

相前後して、第１送風機７が作動し、被加熱気体である空気を被加熱気体入口８から第１熱交換器のハウジング２内に導入する。ハウジング２内に導入する空気としては大気を用いることができるが、フィルター等を通過させて清浄化した大気を用いるのが好ましい。ハウジング２内に導入された空気は伝熱管５の内部を流れる高温の燃焼ガスと熱交換して所定の温度にまで加熱された後、熱風取出口９から加熱プロセスＰに向けて送出される。本発明の間接型熱風発生装置１が循環型の熱風発生装置である場合には、加熱プロセスＰにおいて対象物の加熱又は乾燥に使用され温度が低下した熱風は、例えば高湿になるなどして一部が廃棄された後、第１送風機７に戻され、被加熱空気として被加熱気体入口８から再びハウジング２内に供給される。ハウジング２内に供給された被加熱空気は、伝熱管５内を流れる燃焼ガスと熱交換をして加熱され、再び熱風となって熱風取出口９から外部の加熱プロセスＰに供給されることとなる。

第２熱交換器１０は以下のように動作する。すなわち、第２熱交換器１０のケーシング１１内には、燃焼ガス出口６と接続された燃焼排ガス入口１２から、第１熱交換器で使用され排出された燃焼排ガスが供給される。一方、ケーシング１１内の流入側ヘッダー２１ａには、第２被加熱気体入口１４を介して、第２送風機１７から空気が送り込まれる。送り込まれた空気は、複数本設けられている伝熱管２２ａ〜２２ｄ内を通過し、その間に、伝熱管２２ａ〜２２ｄの外周を流れる燃焼排ガスと熱交換をして加熱され、流出側ヘッダー２１ｂに送出される。なお、第２熱交換器１０に供給される空気としては、第１熱交換器に導入される空気と同様に、大気を用いることができるが、フィルター等を通過させて清浄化した大気を用いるのが好ましい。

このとき、ケーシング１１内を流れる燃焼排ガスの流れ方向と、伝熱管２２ａ〜２２ｄ内を流れる被加熱空気の流れ方向とは略直交しているので、例えば伝熱管２２ａ内を流れる被加熱空気は、ケーシング１１内を流れる燃焼排ガスの流れの最も上流側、換言すれば最も高温の燃焼排ガスと熱交換をして、他の伝熱管２２ｂ〜２２ｄ内を流れる被加熱空気よりも高温に加熱されることになる。逆に、例えば伝熱管２２ｄ内を流れる被加熱空気は、ケーシング１１内を流れる燃焼排ガスの流れの最も下流側、換言すれば最も低温の燃焼排ガスと熱交換することになるので、他の伝熱管２２ａ〜２２ｃを流れる被加熱空気よりも低温に加熱されることになる。なお、伝熱管２２ｂ、２２ｃ内を流れる被加熱空気は、伝熱管２２ａ内を流れる被加熱空気と伝熱管２２ｄ内を流れる被加熱空気の中間温度に加熱され、伝熱管２２ｂ内を流れる被加熱空気の方が、より上流側の燃焼排ガスと熱交換をして加熱されるので、伝熱管２２ｃ内を流れる被加熱空気よりも高温に加熱されることになる。

上記のようにしてそれぞれ異なる温度に加熱された被加熱空気は、流出側ヘッダー２１ｂ内に流出する。図示の例では、伝熱管２２ａ、２２ｂ内を通過し相対的に高温に加熱された被加熱空気は、それらが流出する流出側ヘッダー２１ｂの空間内に開口した高温被加熱空気取出口１５から外部に取り出され、伝熱管２２ｃ、２２ｄ内を通過し相対的に低温に加熱された被加熱空気は、それらが流出する流出側ヘッダー２１ｂの空間内に開口した低温被加熱空気取出口１６から外部に取り出される。

高温被加熱空気取出口１５から取り出された相対的に高温に加熱された被加熱空気は、図１に示すとおり、第１管路１８を通って第１送風機７に供給され、被加熱気体入口８から第１熱交換器のハウジング２内に供給される被加熱空気に合流する。高温被加熱空気取出口１５から取り出された被加熱空気は、相対的に高温に加熱されているので、被加熱気体入口８から第１熱交換器のハウジング２内に供給される空気と合流させても、所定温度の熱風発生に要求される熱量の増加をもたらすことがなく、第１熱交換器における燃焼ガス発生装置３に発生熱量の過度の負担を強いることがない。

一方、低温被加熱空気取出口１６から取り出された相対的に低温に加熱された被加熱空気は、図１に示すとおり、第２管路２０を通って燃焼ガス発生装置３に燃焼用空気として供給される。第２管路２０から供給される燃焼用空気は、第２熱交換器で予熱されているので、燃焼ガス発生装置３の燃焼効率を高めることができる。また、その予熱温度はそれほど高温ではないので、燃焼ガス発生装置３における火炎温度の局所的上昇の発生やＮＯｘの発生を有効に防止でき、混合比率補正装置を必要とすることがない。

また、第２熱交換器１０において空気の加熱に使用された燃焼排ガスは、燃焼排ガス出口１３からガス排出口１３ａを経て外部に排出されるが、その温度は第１熱交換器の燃焼ガス出口６から排出されたときよりも大幅に低下しており、外部に排出しても周囲環境に与える影響は大幅に低減されている。本発明者らが確認したところによれば、例えば、発生する熱風の温度が２５０℃であり、加熱プロセスＰからの戻り空気の温度が１５０℃である場合、最終的に排出される燃焼排ガスの温度は、従来は３００〜４００℃と極めて高温であったが、本発明の間接型熱風発生装置によれば約５０℃まで大幅に低下させることができる。

なお、第１管路１８を流れる相対的に高温の被加熱空気と、第２管路２０を流れる相対的に低温の被加熱空気との流量比は、それぞれの管路に設けられた第１流量調整弁１９ａ及び／又は第２流量調整弁１９ｂを操作することによって変化させることができる。例えば、第１熱交換器の被加熱気体入口８に供給すべき被加熱空気の量が増した場合には、第１管路１８に設けられた第１流量調整弁１９ａを開放するか、第２管路２０に設けられた第２流量調整弁１９ｂを絞ることによって、第１管路１８をとおって被加熱気体入口８に供給される被加熱空気の量を増加させることができる。第２管路２０から燃焼ガス発生装置３に供給すべき燃焼用空気の量が増加した場合も、第１流量調整弁１９ａ及び第２流量調整弁１９ｂの操作方向が逆になるだけで、同様である。

第１管路１８から被加熱気体入口８に供給される被加熱空気と、第２管路２０から燃焼ガス発生装置３に供給される燃焼用空気との合計量は、第２送風機１７の送風量を調整することによって調整すれば良い。

また、例えば図２に矢印で示すように、高温被加熱空気取出口１５が開口する位置と、低温被加熱空気取出口１６が開口する位置の双方若しくはいずれか一方を図中上下方向に可変としても良い。両取出口の開口位置を互いに近接させると、高温被加熱空気取出口１５及び低温被加熱空気取出口１６から取り出される被加熱空気の温度差は小さくなり、両取出口の開口位置を互いに離間させると、高温被加熱空気取出口１５及び低温被加熱空気取出口１６から取り出される被加熱空気の温度差は大きくなる。このように、高温被加熱空気取出口１５及び低温被加熱空気取出口１６の開口位置を可変とすることによって、高温被加熱空気取出口１５及び低温被加熱空気取出口１６から取り出される被加熱空気の温度差を調節することが可能となる。

さらに、高温被加熱空気取出口１５の開口と、低温被加熱空気取出口１６の開口との間に仕切板を設けて、それぞれの取出口から取り出される被加熱空気をケーシング１１内又は流出側ヘッダー２１ｂ内で区別するようにしても良い。その場合には、相対的に高温に加熱され高温被加熱空気取出口１５から取り出される被加熱空気と、相対的に低温に加熱され低温被加熱空気取出口１６から取り出される被加熱空気とが混じり合うことが防止されるので、両者の温度差をより明瞭なものとすることができる。なお、仕切板の位置は可変とするのが好ましい。

なお、本例においては、内部を被加熱空気が流れる中空の伝熱部材として伝熱管２２ａ〜２２ｄが用いられているが、中空の伝熱部材は伝熱管に限られない。例えば、内部が中空で断面長方形状の平板状の伝熱部材を用いても良い。また、本例においては、中空の伝熱部材内に被加熱空気を流し、その周囲のケーシング内に燃焼排ガスを流す構成としたが、両者は逆であっても良く、中空の伝熱部材内に燃焼排ガスを流し、その周囲のケーシング内に被加熱空気を流すようにしても良い。

また、本例においては、高温被加熱空気取出口１５及び低温被加熱空気取出口１６は、流出側ヘッダー２１ｂの内部に開口しており、第１管路１８及び第２管路２０はその一部が流出側ヘッダー２１ｂ内に挿入された状態にあるが、高温被加熱空気取出口１５及び低温被加熱空気取出口１６は、例えば、流出側ヘッダー２１ｂの図２中における上下面若しくは側面に開口させることも可能であり、その場合、第１管路１８及び第２管路２０はその一部が流出側ヘッダー２１ｂ内には存在しないことになる。

図３は、第２熱交換器１０の他の例を示す拡大断面図である。本例の第２熱交換器１０においても、図２に示した例におけると同様に、ケーシング１１内での燃焼排ガスの流れ方向と略直交し、燃焼排ガスの流れ方向に沿った異なる位置にある複数本の伝熱管２２ａ〜２２ｄが伝熱部材として設けられているが、右側ヘッダー２３ａ内に仕切板２４ａ、２４ｃが設けられ、左側ヘッダー２３ｂ内に仕切板２４ｂが設けられている点で、図２に示した第２熱交換器１０とは異なっている。

すなわち、仕切板２４ａ〜２４ｃが右側ヘッダー２３ａ内及び左側ヘッダー２３ｂ内に設けられているので、第２被加熱気体入口１４から導入された被加熱空気は、伝熱管２２ｄ内を図中右から左に向かって流れた後、左側ヘッダー２３ｂ内に流入し、そこで向きを変えて、伝熱管２２ｃ内を今度は図中左から右に向かって流れ、右側ヘッダー２３ａ内に流入する。同様にして、被加熱空気は、伝熱管２２ｂ内を右から左に向かって流れ、その後、伝熱管２２ａ内を左から右に向かって流れて、右側ヘッダー２３ａ内に流入することになる。このように、本例の第２熱交換器１０は、複数本の伝熱管２２ａ〜２２ｄの中空の内部空間内を流れる被加熱空気の流路は、燃焼排ガスの流れ方向の最も下流側に位置する伝熱管２２ｄから最も上流側に位置する伝熱管２２ａに向かって連続している。

高温被加熱空気取出口１５は、燃焼排ガスの流れ方向の最も上流側に位置する伝熱管２２ａの出口近傍に開口しており、高温被加熱空気取出口１５からは、燃焼排ガスの流れ方向の最も上流側で燃焼排ガスと熱交換をして、相対的に高温に加熱された被加熱空気が取り出され、第１管路１８へと送出される。一方、低温被加熱空気取出口１６は、高温被加熱空気取出口１５よりも被加熱空気の流路の上流側（図示の例では、伝熱管２２ｃの出口近傍）に開口しており、低温被加熱空気取出口１６からは、燃焼排ガスの流れ方向のやや下流側で燃焼排ガスと熱交換をして、相対的に低温に加熱された被加熱空気が取り出され、第２管路２０へと送出される。なお、低温被加熱空気取出口１６は、高温被加熱空気取出口１５よりも被加熱空気の流路の上流側に開口しておれば良く、その開口位置は、左側ヘッダー２３ｂにおける伝熱管２２ｂの出口近傍であっても、同じく左側ヘッダー２３ｂにおける伝熱管２２ｄの出口近傍であっても良い。

本例の第２熱交換器１０は、直交流熱交換器と対向流熱交換器とを併せた構造の熱交換器であり、被加熱空気の流路を燃焼排ガスの流れ方向と直交させながら、蛇行させて、燃焼排ガスの流れの下流側から上流側に向かわせ、その途上に低温被加熱空気取出口１６を開口させるとともに、燃焼排ガスの流れの最も上流側で燃焼排ガスと熱交換を終えた位置に高温被加熱空気取出口１５を開口させることによって、相対的に高温の被加熱空気と相対的に低温の被加熱空気とを発生させ、前者を被加熱気体入口８から第１熱交換器のハウジング２内に供給される空気と合流させるとともに、後者を、燃焼ガス発生装置３に燃焼用空気として供給することが可能である。

本発明の間接型熱風発生装置は、熱効率良くクリーンな熱風を発生させることができ、しかも、燃焼排ガスの温度が低く、熱効率も良いので、周囲環境に与える負荷が少なく、例えば、熟成炉、恒温室、鋳型乾燥、高品位メッキ乾燥、塗装乾燥、食料品乾燥、薬品乾燥、ガラス管乾燥、樹脂成形予熱、樹脂硬化加熱などに使用する熱風の発生装置として極めて有用であり、優れた産業上の利用可能性を有するものである。

１ 間接型熱風発生装置
２ ハウジング
３ 燃焼ガス発生装置
４ 燃焼室
５ 伝熱管
６ 燃焼ガス出口
７ 第１送風機
８ 被加熱気体入口
９ 熱風取出口
１０ 第２熱交換器
１１ ケーシング
１２ 燃焼排ガス入口
１３ 燃焼排ガス出口
１４ 第２被加熱気体入口
１５ 高温被加熱空気取出口
１６ 低温被加熱空気取出口
１７ 第２送風機
１８ 第１管路
１９ａ 第１流量調整弁
１９ｂ 第２流量調整弁
２０ 第２管路
２１ａ 流入側ヘッダー
２１ｂ 流出側ヘッダー
２２ａ〜２２ｄ 伝熱管
２３ａ 右側ヘッダー
２３ｂ 左側ヘッダー
２４ａ〜２４ｃ 仕切板
Ｐ 加熱プロセス

Claims (6)

1. 燃焼ガスを発生させる燃焼ガス発生装置と、被加熱気体入口と、前記被加熱気体入口から導入された空気と前記燃焼ガス発生装置で発生された燃焼ガスとの間で隔壁を介して熱交換を行わせて前記空気を加熱する第１熱交換器と、第１熱交換器で加熱された空気を熱風として取り出す熱風取出口と、第１熱交換器で前記空気の加熱に用いられた燃焼ガスを燃焼排ガスとして排出する燃焼ガス出口とを有する間接型熱風発生装置であって、さらに下記（１）〜（５）を有している間接型熱風発生装置；
   （１）ケーシングと、前記ケーシング内に収容された中空の伝熱部材と、第２被加熱気体入口と、前記燃焼ガス出口と接続された燃焼排ガス入口とを備え、前記第２被加熱気体入口から導入された空気及び前記燃焼排ガス入口から導入された燃焼排ガスのいずれか一方を前記伝熱部材内を通過させ、他方を前記伝熱部材外を通過させて、両者の間で熱交換を行わせて前記空気を加熱する第２熱交換器；
   （２）前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に上流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された相対的に高温の被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に開口する高温被加熱空気取出口；
   （３）前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向の相対的に下流側で前記燃焼排ガスと熱交換して加熱された相対的に低温の被加熱空気が送出される前記ケーシング内の空間に開口する低温被加熱空気取出口；
   （４）高温被加熱空気取出口から取り出された相対的に高温の被加熱空気を前記被加熱気体入口から第１熱交換器に導入される空気に合流させる第１管路；
   （５）低温被加熱空気取出口から取り出された相対的に低温の被加熱空気を燃焼用空気として前記燃焼ガス発生装置に送出する第２管路。
2. 前記第２熱交換器が、前記被加熱空気の流れ方向と前記燃焼排ガスの流れ方向とが略直交する直交流熱交換器である請求項１記載の間接型熱風発生装置。
3. 前記第２熱交換器が、前記ケーシング内での前記燃焼排ガスの流れ方向と略直交し、前記燃焼排ガスの流れ方向に沿った異なる位置にある複数本の前記伝熱部材を有し、複数本の前記伝熱部材の中空の内部空間内を前記被加熱空気が流れる熱交換器であり、かつ、複数本の前記伝熱部材の中空の内部空間内を流れる前記被加熱空気の流路は、前記燃焼排ガスの流れ方向の最も下流側に位置する前記伝熱部材から最も上流側に位置する前記伝熱部材に向かって連続しており、前記高温被加熱空気取出口が、前記燃焼排ガスの流れ方向の最も上流側に位置する前記伝熱部材の出口近傍に開口し、前記低温被加熱空気取出口が、前記高温被加熱空気取出口よりも前記被加熱空気の前記流路の上流側に開口している請求項１記載の間接型熱風発生装置。
4. 第１管路及び／又は第２管路に流量調整弁が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の間接型熱風発生装置。
5. 前記高温被加熱空気取出口及び／又は前記低温被加熱空気取出口が開口する位置が可変である請求項１〜４のいずれかに記載の間接型熱風発生装置。
6. 前記熱風取出口から送出された空気の少なくとも一部が、加熱プロセスで使用された後、再び前記被加熱気体入口に戻される循環型熱風発生装置である請求項１〜５のいずれかに記載の間接型熱風発生装置。

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