JPH04335931A - 熱風発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汚泥や粕等の水分の多
い材料を焼却する場合、さらに、これらの材料を用いて
堆肥を製造する行程において、発生する高温多湿の廃棄
ガス中の熱エネルギーを再利用するための熱風発生装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水分の多い材料の発酵や焼却の過
程においては、水分の蒸発に熱を奪われるために、焼却
や発酵が順調に進まないのは周知の通りである。このた
め、焼却の場合には、高圧の圧力窯の中で焼却して水分
の蒸発を抑えたり、また、燃焼ガスを用いて予め汚泥を
乾燥させたり、或は、廃棄ガスと供給空気とを熱交換し
たりして対策を立てていた。なお、熱交換によるものに
は、図３に示すようにヒートポンプ１を利用した室内２
の暖房装置がある。この装置はフロン等の冷媒を圧縮機
３、凝集器４を含む循環回路に封入したもので、送風機
５によって空気を凝集器４内を通過させて室内に暖気を
送るようにしている。また、湿度が多い場合には換気装
置を併用することがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した廃
棄ガスと空気との熱交換器においては、廃棄ガスを熱交
換器の一次側とし空気を二次側としたときに、単に接触
させただけでは、出力として、廃棄ガスよりも高温の空
気は得られない。この二次空気を焼却炉に還元しても、
焼却による発熱量が余程多くなければ、廃棄ガスの温度
が徐々に低下する事は避けられず、従って、含水率の大
きな汚泥の焼却作業は困難である。なお、フロンを利用
したのでは高価で不経済であり、また、環境破壊、気温
の高低による作動不良の問題がある。

【０００４】本発明は、フロン等の触媒を使用せず、焼
却や発酵の促進を図るために、廃棄ガス中の熱エネルギ
ーを回収して高温化した空気を送気する熱風発生装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内筒と外筒を有し、内筒の内部に空気タ
ービンを配設すると共に内筒の一端部にターボ圧縮機を
配設し、該一端部側に焼却炉等に送気する送気ガスの送
気管を連接し、焼却炉等から放出された廃棄ガスを流す
送風管を、内筒と外筒との間に形成した廃棄ガス流路の
前記一端部側に連接したことを特徴とする。本発明では
、高温の廃棄ガスを扱うことにより、廃棄ガスを加圧し
て熱交換を行なう方法は取らず、空気を減圧して熱交換
を行なうようにしている。また、熱交換器の保護のため
に、大気から得た空気と廃棄ガスを反対方向に流しなが
ら大気圧下において熱交換し、さらに、空気を減圧した
状態で熱交換を行ない、その後、大気圧に戻して送気ガ
スを発生させる手段を用いる。また、空気タービンとタ
ーボ圧縮機とを共通の動力源に連係させるという手段を
用いる。

【０００６】

【作用】上記の構成によって、先ず、内筒内に吸気され
る空気と、内筒と外筒との間を進んで来た高温多湿の廃
棄ガスとが熱交換される。この箇所で加熱された送気ガ
スは内部に進み空気タービンを通過して減圧され冷却さ
れた状態になる。この状態において廃棄ガスにより再度
加熱される。さらに、ターボ圧縮機を用いて圧縮されて
大気圧に戻り、廃棄ガスよりも高い温度の乾燥した熱風
（送気ガス）となる。なお、減圧時に水蒸気が凝結する
と、温度が低下しにくくなるので不経済となるが、減圧
前に大気圧下において余熱されているので水蒸気が凝結
する事はない。また、送気ガスと廃棄ガスの流れが反対
方向で有るので、送気ガスは熱交換の最終段階において
、初めて熱交換に参加する新手の廃棄ガスに加熱されて
、廃棄ガスとほぼ等しい温度となり、その後ターボ圧縮
機により圧縮されてほぼ大気圧に戻される際に更に温度
が上昇するので、得られた送気ガスの温度は必ず廃棄ガ
スよりも高くなる。

【０００７】勿論、廃棄ガスの温度は、減圧空気、常圧
空気により熱交換が行なわれるので、大気中に放出され
るときには外気よりも若干高い。なお、水蒸気の凍結を
回避するために放出時に零度以上でなければならないが
、送気ガスの熱量は廃棄ガスよりも幾分少ないので、１
００パーセント廃棄ガスの熱が回収される訳ではなく、
燃焼や発酵に伴う発熱が有るので多少の損失は許容し得
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。一例として、図２に示すように、熱風発生装
置６を焼却炉７と併設した場合について述べる。焼却炉
７は円筒状に乾燥室７ａを形成しており、天井部にパラ
ボラ状の衝突板８が設けられている。衝突板８の焦点部
には上半分に多数の孔を均一に開けた散泥球９が設置さ
れている。また、乾燥室７ａ下部には、外周縁を側壁に
固着し中央が低く中心に孔の開いた円錐状のシュート１
０が設けられ、中心位置に一面に棘の生えた燃焼ブロッ
ク１１が設けられている。燃焼ブロック１１の上方には
円錐状の遮蔽板１２が設けられている。シュート１０と
遮蔽板１２の勾配は乾燥した粉末が滑り落ちるように十
分に大きくされている。そして、燃焼ブロック１１の周
囲にバーナー１３が設けられている。この発熱量は汚泥
の燃焼による発熱量よりも十分に大きくされ、燃焼ブロ
ック１１の面積はなるべく小さくされている。

【０００９】焼却炉７の天井部に位置する散泥球９は送
泥管１４と連通され、送泥装置１５の貯溜槽１６内に設
置した送泥ポンプ１７と接続されている。

【００１０】また、焼却炉７の上部周壁には吸気リング
１８が設けられ、吸気管１９を介して散水装置２０の散
水室２１上部と連通されている。散水室２１は多数の孔
が万遍なく上向きに空けられた多数の散水管２２を天井
に配設しており、それぞれの孔の上方に弧状の衝突板２
３が装着されている。また、散水室２１下部に送風管２
４の一端が接続され、その他端は熱風発生装置６の外筒
２５と内筒２６との間の流路に開口されており、送風管
２４の管路途中に送風機２７が設けられている。

【００１１】一方、焼却炉７の乾燥室７ａの下部周壁に
送気リング２８が設けられ、その下方のシュート１０の
内縁の下面に送風リング２９が設けられている。送気リ
ング２８は送気管３０と接続され、送風リング２９は風
量調節弁３１を介して送気管３０と接続されている。そ
して、送気管３０は外筒２５内を貫通する内筒２６の、
送風管２４を取付けた側に接続されており、内筒２６の
他端は大気中に開口されている。

【００１２】次は、熱風発生装置６の構成について説明
する。図１に示すように、内筒２６の外周には中空の螺
旋状の吸熱リング３２が連設され、吸熱リング３２の山
側と外筒２５内周面との間に、同じく螺旋状のフィン３
３が固着されている。また、吸熱リング３２の谷側（内
筒２６の内周面）と芯材３４との間に螺旋状の邪魔板３
５が固着されている。そして、フィン３３により区切ら
れた外筒２５の底の各区画には、排水管３６から分岐し
た各一端が開口し、排水管３６の他端は排水槽３７の底
面近くに開口され、排水槽３７の水深は外筒２５内の気
圧に応じて十分に大きくされている。また、内筒２６の
中程に空気タービン３８が配置され、末端にターボ圧縮
機３９が設けられており、互いの回転軸を同軸にして外
部に突出され、これらは一つのモーター４０と変速機４
１に連結されている。

【００１３】上記の空気タービン３８による減圧の程度
は汚泥等が燃料を要せずに燃焼し得るようになる送気の
温度から決定され、また空気タービン３８の位置はその
ように減圧した場合に、空気中の水蒸気が凝結しない限
度内において、なるべく上流におかれている。また、上
記の各装置の外気に接する部分には断熱材が施されてい
る事は言うまでもない。

【００１４】次は作用について説明する。先ず、熱風発
生装置６で発生した空気（以下、送気ガスと言う。）は
焼却炉７内に送られ、焼却炉７内で発生した燃焼ガスと
入り混じって百度以上の高温多湿の空気（以下、廃棄ガ
スと言う。）になる。廃棄ガスは吸気リング１８から吸
気管１９を通って散水装置２０の散水室２１内に流入さ
れる。散水室２１内では、散水管２２の孔から吹き出し
衝突板に当たって微細になった水滴が落下することによ
って、廃棄ガス中の煤煙が洗い流される。清浄された廃
棄ガスは、熱風発生装置６の汚れを少なくし、煤煙によ
る大気汚染の問題も生じない。なお、焼却炉７の乾燥室
７ａ内において、後述の通りに汚泥が確実に瞬時に乾燥
するために、廃棄ガスの温度が１００度以上となるが、
散水室２１内において、水分の蒸発に熱を奪われてその
温度は１００度以下となるので、取り扱いも楽になる。

【００１５】送気ガスは熱風発生装置６から焼却炉７に
送られるが、熱風発生装置６では外気がターボ圧縮機３
９に吸引されて内筒２６内に入り、内筒２６内に入った
空気は邪魔板３５に沿って周回して流れる。廃棄ガスは
反対方向から外筒２５内のフィン３３に沿って周回しな
がら流れ、内筒２６、吸熱リング３２を介して送気ガス
に熱を伝達する。

【００１６】ここで、廃棄ガスから熱を回収し得る限度
について説明する。上述のように空気が熱せられる一方
、熱する方の廃棄ガスは冷却されるが、焼却炉７の乾燥
室７ａ内と散水室２１内において発生した水蒸気が冷却
されるにつれて凝結し気化の潜熱が放出されて、再び顕
熱に変わり廃棄ガスが冷えにくくなり、送気ガスの加熱
において有効である。これにより、廃棄ガスの温度が低
くなっても送気ガスを加熱することへは影響がない。 なお、大気中に放出される際の廃棄ガス温度が外気と等
しければ、廃棄ガスの熱は１００パーセント回収された
事になる。

【００１７】廃棄ガスが大気中に放出される際、熱交換
が最後まで有効に行なわれるためには、熱交換を終えて
外筒２５の末端から大気中に放出される際の廃棄ガスと
外気との温度差が十分であり、また廃棄ガス中の水蒸気
が凍結しない事が必要である。例えば、外気の温度が零
下１０度程度の場合を想定すれば、廃棄ガスと外気の温
度差は十数度になる。従って、廃棄ガスの熱量を１００
パーセント回収する事は不可能であり、若干の損失は避
けられない。従って、送気ガスの熱量は廃棄ガスよりも
若干少なくなるが、その損失熱量は、後述の減圧の程度
を大きくして送気ガスの温度を高くし風量を少なくすれ
ば、少なくなる。

【００１８】熱風発生装置６の説明に戻る。内筒２６の
入口で予め余熱された送気ガスは、空気タービン３８を
通過する。この際に動力が取出され、空気タービン３８
とターボ圧縮機３９が同一の変速機４１に連結されてい
るので、ターボ圧縮機３９を駆動するモーター４０の出
力を小さくすることができる。また、上記のように減圧
の程度を考慮にいれて予め余熱されているので、送気ガ
ス中の水蒸気が凝結し気化の潜熱が放出されて、減圧に
伴う温度低下の能率が悪くなる事はない。さらに、まだ
外筒２５に入ったばかりで、全く冷えていない新手の廃
棄ガスにより約１００度近くまで熱せられる。最後に、
ターボ圧縮機３９を通過してほぼ大気圧に戻されるので
、送気管３０を通り焼却炉７に送られる送気ガスの温度
は百度を遥かに超える温度となる。

【００１９】上記の熱ポンプの効果の理解を図るために
、次は焼却炉７関係の作用について説明する。散泥球９
の上半分の孔から飛び出した汚泥は、パラボラ状の衝突
板８に当たり、砕けて小さな水滴となって乾燥室７ａ内
をほぼ鉛直に落下するが、燃焼ガスと送気リング２８か
ら吹き出した熱風が下から吹き上げるので、水分が瞬時
に蒸発し固形分だけになる。固形分はシュート１０と遮
蔽板１２の上に舞い降りて、いずれも最後にはシュート
１０の内縁から滑り落ち、送風調節弁７ａにより適当に
風量を調節されて、その下縁の送風リング２９から吹き
出す微風に乗って、焼けた燃焼ブロック１１部分に集め
られて燃焼する。また、上記のとおり風量が適当に調節
されているので、空気によって燃焼ブロック１１が徒ら
に冷やされる事がなく、燃焼ブロック１１の大きさが適
当に小さくされ、しかも熱が逃げないように燃焼部分が
遮蔽板１２に覆われているので、燃焼ブロック１１の周
囲の部分の温度は極めて高く、従って円滑に燃焼が進む
。このように一段階で乾燥と燃焼が行なえることは、百
数十度の熱風を発生させ得る熱風発生装置６がなければ
不可能である。

【００２０】また、上記のように送気ガスの熱量は廃棄
ガスよりも若干少ないが、焼却炉７内で発生した燃焼に
より損失熱量が補填されるので、燃焼が続けられる。勿
論、燃焼の開始時においては、バーナー１３により加温
する必要が有るが、上記のようにバーナー１３の発熱量
が汚泥の焼却による発熱量よりも十分に大きくされてい
るので、徐々に送気ガスの温度が上昇し、間もなく上述
のような正常な運転状態となる。

【００２１】次は、外筒２５内において生じた凝結水の
排出作用について説明する。外筒２５内は僅かに正圧と
なっているが、これに拮抗して排水管３６内の水面は排
水槽３７内よりも僅かに低くなっており、また上記の通
り排水槽３７の水深が十分に大きくされているので、廃
棄ガスが排水管３６から吹き出す事はない。また、加圧
過程において必要となる動力エネルギーの大半を、減圧
過程において回収するので、動力源を節減できるという
効果がある。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成したもので
あるから、多量に発生する高温多湿の廃棄ガスの熱エネ
ルギーを回収して、高温低湿の送気ガスを発生させるの
で、従来、水分が多いために多量の燃料を要していた分
野において再利用することができ、燃料の節減を図るこ
とができる。また、熱回収の損失は極めて僅かであり、
焼却炉等に併設した場合、送気ガスの温度を廃棄ガスよ
りも遥かに高くさせ、しかも低湿であるので、送気ガス
をそのまま使用することができ、汚泥等を瞬時に乾燥さ
せて、焼却させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる熱風発生装置の構成図である。

【図２】汚泥を焼却する焼却炉に併設した熱風発生装置
の全体の構成図である。

【図３】従来のヒートポンプの構成図である。

【符合の説明】

７…焼却炉 ２４…送風管 ２５…外筒 ２６…内筒 ３０…送気管 ３８…空気タービン ３９…ターボ圧縮機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内筒と外筒を有し、内筒の内部に空気
   タービンを配設すると共に内筒の一端部にターボ圧縮機
   を配設し、該一端部側に焼却炉等に送気する送気ガスの
   送気管を連接し、焼却炉等から放出された廃棄ガスを流
   す送風管を、内筒と外筒との間に形成した廃棄ガス流路
   の前記一端部側に連接したことを特徴とする熱風発生装
   置。