JPS62503117A - 熱風発生方法とその装置 - 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】 熱風発生方法とその装置 この発明は、加熱空間に熱ガスを発生させ、次にそのガスに水を加えて蒸発させ 、ガスと混合させる熱風発生方法に関する。

また、この発明はガスと蒸気との混合物を同一のパイプを介して加熱しようとす るものに送り込む直動式の熱風発生装置に関している。

公知の直動式熱風発生装置においてはいわゆる二次空気を、また空気循環システ ムでは処理された煙道ガスの混合物を、煙道熱ガスと混合させるのに対して、公 知の直動式蒸気発生装置においては、炉口体の中で水と煙道熱ガスとを混合させ ている。

空気を媒体として用いるシステムにおいてはヱネルギーの伝達に極めて多量の空 気が必要であることが公知の熱風発生装置の欠点である。この欠点のために、送 風機や送風機のヱンジンおよび配熱管システムなどが、極めて大きくなければな らない。また、この公知のシステムには、送風圧力が比較的低い、通常０．０１ バール以下であるという特徴がある。加熱されたガスは、圧力がこのように低い ために、粒度の小さい原料、例えばＱ　−１３ａｍの粒度を有するなめらかな粒 の石に浸透することができない。小さい粒度を有する原料を加熱するには高価な 熱分配装置が必要であるが、この装置は詰りやすいという欠点を持つ。さらに、 大量の空気が使われるので、このような原料は深刻なほこりの問題を起しまた大 量の空気が通り抜けて行くことからヱネルギーの損失が大きい。

他方、公知の直動式蒸気発生システムの欠点はシステムのもたらす効果のわりに 、必要とされる水の量が余りにも多いということである。この理由は、水と煙道 ガスとが完全に混り合わないで、同一バイブ内で水と熱ガス流とが一部分離して いるからである。従って、このタイプの蒸気発生装置は主として熱交換機によっ て水を加熱するのに利用される。この公知のシステムは原料を直接加熱するのに 向いているが、但し大量の水を使用できる場合に限られる。

この公知のシステムのもう１つの欠点は、高温度にできない構造になっている点 である。このような公知システムには、ガス駆動装置しか使えない。というのは オイル駆動装置の場合炉内に送りこまれた水が、燃焼部を冷却するので、燃焼が 不完全となり、多く面で支障をきたすからである。

この発明の目的は、公知の熱風発生システムや蒸気発生システムが有している欠 点を取り除く熱風発生方法とその装置を提供することにある。

上記の目的を達成しようとする本発明の方法は、加熱空間より熱ガスをうず室に 送り込みうず運動をおこす。うず室のほぼ中心軸付近に送り込んだ水が、ガスの うず運動によりうず室の内周辺に移動していく時に熱ガスと物理的に混合し、か つ、そのガスの熱ヱネルギーによって蒸発する。そしてこの熱ガスとこの蒸発水 との混合物がうず室より放出される際は、うず室の中心軸付近より給水点の対向 側へ放出される。−というような特徴を有している。

一方、この発明の装置は、加熱空間に熱ガス用吐出し管が設けられている。この 吐出し管はうず室の外周に連結されて熱ガスにうず運動をさせるようになってい る。またうす室には、中心軸の附近に開口している給水手段と、蒸気と熱ガスと の混合物を放出する放出管とが設けられている。この放出管は給水手段の入口に 対してうず室の対向側にあり、中心軸附近を起点としている。−というような特 徴を備えている。

公知のシステムと比較すると、高い熱容量を少量の空気で伝達できるという点に 、この発明の利点がある。公知の装置と比較して、空気量はわずか１／２０です む。というのは例えば５００　ＫＷの熱風発生装置では、従来１４，０００　ｍ ３／ｈ　の量の空気を使用していたが、この発明のシステムによれば、同じ５０ ０　ＫＷの効率を、６９０ｍ３／ｈの空気の量で伝達しつるからである。もう１ つの利点はより低い送風効率でより大きい熱容量を伝達できるという点にある。

上の例においては、５００　ＫＷの熱容量を伝達するのに９０ＫＷの送風効率が 必要とされたが、この発明の解決方法を利用すると、１５　ＫＷの効率しか必要 でない。

これによって７５　ＫＷの送風力が節約される。少量の空気で済むために、配熱 管は従来のシステムのそれよりもかなり小さい寸法のものを使用することができ る。従来では、５００　ＫＷの効率においては５００ｍｍの直径を有する送風管 が必要であった。この発明の場合では、必要とされる直径は、たった１００　ｍ ｍでしかない。この発明の装置では熱ガスと水との混合物を用いるために、ガス と混合した水を凝縮することによって加熱しようとする材料にヱネルギーをほと んど完全に伝達できる。この材料は、上記の例の場合は砂を使用した。この発明 の方法では、熱ガスに湿り気があるのでほこりの問題が生じない、それにこのよ うなほこりの問題は空気の量が少ないために解消されてしまう。この発明の方法 では公知のシステムにおけるよりも高い圧力を使用することができる。上の例の 場合、高価で不便な配気手段を用いずとも、粒度の小さい石材にヱネルギーを送 ることができ、またこの発明によれば従来のシステムと比べて圧力を５倍増加す ることができた。その場合の圧力は０．１と０．５バールであった。毎分約５４ の割合で水をこの発明の装置のうず室に５００ＫＷの効率で送り込んだ。これに 対して公知の蒸気発生装置では、等しい効率で毎分約１３ｄの水量を必要とした 。この差はこの発明の装置では混合物の温度がより高いという事実によるもので あり、また水を煙道熱ガスと完全に混合させ、過熱することが本発明の装置のう ず室において効果的に行えたからである。

この発明の熱風発生装置は蒸気ボイラでも蒸気発生装置でもない。なぜなら、水 ジャケットや給水管システムや炉などの中ではなくうず室内で遠心ヱネルギーと 熱ヱネルギーの総合作用により水を蒸発させるからである。このような特性のも のであるから熱ガスをうず室に送り込みさえすればどのような種類のヱネルギー によっても発生装置を作動させることができる。また空気を加熱するのに電気に より直接加熱したり、アキュムレータを使用したりすることもできる。この発明 の解決策であろうず室システムによれば完全な乾式炉を使用することも可能であ る。

乾式炉とはたとえばオイル、ガス、ビートなどにより作動するれんが用炉やマス 炉である。上で述べたように電気による方式のものでもよい。アキュムレータに よる方式とは、熱ヱネルギーを例えば石材に蓄えておき、そこから熱ヱネルギー を媒体としての空気と共にうず室に伝達するものである。本発明のシステムでは 、温度調節により水量を制御しており、所要の送風温度を得るのに必要な水の量 が自動的に供給される。従って、公知の蒸気発生システムの場合のように蓄積さ れたヱネルギーがなくなった時に水または水ジャケットを冷やすことなく熱風の みを吹き送ることが可能である。乾式駆動炉のもう１つの利点は、給水管を凍結 しないようにしておけば、凍結の怖れがないことである。この発明の装置のもう １つの利点は、同装置が圧力容器ではないということである。なぜなら水を収容 する空間が密閉式ではないからであり、さもなくば水を収容する空間を設けてい ないからである。この発明の油式またはガス式熱風発生装置の燃焼状態は、自動 と手動のいずれの方法でも極めてよく分析することができる。これを分析するに は、加圧された煙道ガスを純水に送り込み、水の暗色化の度合によって炎の燃焼 が適切なものであるかどうかを判断するのである。作業員が見える範囲内に分析 器を効果的に置いておけば、連続的に或いは周期的に、例えば点火する毎に、燃 焼の分析を行うことができる。この分析方法についてであるが、空気が少しぐら い多い目であっても、加熱は煙道ガスによって行われるので、不都合が生じるこ とはない。従って、この分析を行うのは主として燃焼がクリーンに行われている かどうか見るためである。これをするには水を分析して確めるのがよい。なぜな ら、わずかな量の油でも水の表面に薄膜としてはっきり見られるからであり、ま た煤も水中では、容易にかつすばやく見つけられるからである。ガスによる駆動 の場合は、空気の供給量を少なくすると主として煤まじりの燃焼となり、これは 水を分析すれば分る。この発明の方法の利点は、システムに安全弁が設けられる という点である。装置の放出管の分岐部分に安全弁を取り付けてもよい。安全弁 の調整限界は、燻蒸点すなわちバーナの燃焼用送風機の送風量が最も少なくなり 、これによって不充分な送風による燃焼となる点とする。安全弁はまたロータリ 式ピストンコンプレッサの安全弁の開弁点板下に調整してもよく、こうすること によってコンプレッサの安全弁が全開しなくても燃焼用空気の供給不足とはなら ない。さらにサーモスタットを設けて、送風側の安全弁のための漏れ検出器とす る。

安全弁の管内の温度が上昇し過ぎるとこのサーモスタットは、ＯＦＦになる。し かし、圧力打撃が一時的に発生した場合には、ＯＦＦにならないので不必要な作 動の中断は避けられる。この安全弁を配設したことが、公知の装置と比較してこ の発明の装置の用途により大きな柔軟性を与えている。

添付図面に示した１つの好ましい実施例に従ってこの発明についてさらに厳密に 説明する。

第１図はこの発明の装置の１つの実施例を示した側面図、 第２図は別の方向から見た第１図の装置を示した図である。

これらの図では加熱空間は参照番号１で示されている。この実施例においては、 加熱空間１は炉である。うず室は参照番号２で示され、吐出し管３を介して炉と 連通している。炉の壁の内側には開放本部４が炉を囲むように形成されている。

炉にはさらにいわゆる煙管５が設けられていて、炉の炎の放射熱が水に伝わらな いようにしている。水都４は、連結管６によってうず室２と連結されており、ガ スは放出管７を介してうす室から放出される。

公知の蒸気発生装置の場合とは異り、水都４内の水が炉によって蒸発することは ないということがこの発明の必須事項である。従って、水都４内の水の温度は、 常に１００℃以下、すなわち水の蒸発点以下である。水部内の水の過熱が上記の ように、炎の放射熱を冷却水に伝達しないようにする前記の煙管によって防がれ る。煙管５と水都４との距離は、煙管の素材の最大許容温度を越えることのない 程度のもの、つまり水都４内の水が煙管５の冷却剤として作用する程度のもので ある。この煙管５は燃料が油である場合特に利点がある。なぜなら、煙管によっ て燃焼室の温度が１０００℃を越える温度となり、これによって油が完全に燃焼 するからである。煙管５によって得られた状況は、大体セラミック製の燃焼室の 状況と似ている。燃焼室の温度が、発火してから数秒でその最高値まで上昇する ように煙管５は薄い材料で作っである。

炉の壁の内側にとり付けられた水都４は大きな直径を有するあふれ管８によって 水の表面より上方で、うず室２と連結されている。このような構成によって水都 ４はいかなる状況でも密閉状態とはならないような開放構造となるので、水部内 の圧力は燃焼用送風機の最大圧力より太き（なることはない。

この発明のもう１つの重要な点は、熱ガスと水とを混合するのにうず室２を用い たことである。図面に示された実施例においては、熱ガスは炉から比較的細い吐 出し管３を介してうず室に入る。吐出し管３の一端はうず室の外面に位置してお り、前記ガスは図示の通りうず室内でうず運動を展開する。これによって熱ガス は遠心力の作用でうず室の内周辺に押しやられる。水は、水都の下部分にある連 結管と弁９とを介してうす室２に送り込まれる。水は弁づの周期的なまたは連続 的な調節によって、回分式でうず室の中心に、すなわちうず室の中心軸１０の近 くに送り込まれる。水はうず室内に入ると、その内周にそって流動し、熱ガスと 共にうず運動を行う。

水は熱ガスよりも重いために、完全に蒸発して熱ガスと合体するまではうず室か ら出て行くことはできない。蒸気とガスの混合物はうず室内で４００’Ｃの温度 まで加熱でき、これによって水の量はその熱効率のわりに極めて少なくなる。こ のことは、加熱工程において水の凝縮が加熱しようとする材料または環境に対し て問題を引き起こす場合、極めて重要になってくる。原則的には、混合物の温度 は８０’Ｃから４００℃までの範囲内で連続的に調節してもよい。もつとも低い 温度でも、本装置は温水器または蒸気発生装置の働きをする。

水量の調節は、連続周期でまたは連続的に調節可能である水量弁または計量装置 を用いて、混合物の温度の関数として行うことができる。計量装置が磁気弁のよ うなものである場合には、水をうず室に送る弁９と、水を水都４に送る弁１１と は同時に開弁する。両方の弁から送られる水が互いに対応するように水流の調節 が行われる。すなわち水都４から送られる水の量と、水都に補給される水の量と は等しぃのである。もしうず室に送られる水の量が水都４に送られる水の量より も少ない場合は、水はあふれ管８を通ってうず室２に流れ込むので、自動的に平 衝状態が得らｎる。あふれ管は連結管６と同じ箇所でうず室と連結されている。

このような構成にすると、水郷４内の水を連続的に取り替えることができ、また 本部内の水の表面は常に適切な高さにあるという利点がある。もし水都４の中の 水の表面のレベルが低すぎると、レベル調整用電極により弁１１が開き、水の表 面が適正なレベルまで上昇する。バーナが作動していようといまいと、或いは温 度調節機が水を必要としていようといまいと、このようなこと（こは関係なく、 電格１２か水の存在を検出しない場合は、この電極の誘導によって水都４に水が 常に補給凝縮水が本装置の停止に伴ってうず室２と吐出し管３とに流入したとじ ても、この水はよの始動時にうず室に送り込まれた水と同じように取り除かれる 。

それで本装置には凝縮水自動戻りシステムを設けである。

また吐出される混合物の温度を前記水調節システムにより、極めて正確に調節す ることも可能であり、例えばＰＩＤ調節機を使うと、約１％の調節精度が得られ た。ということは水量を極めて正確に制御できるということである。

うず室内で形成された混合物は放出管７を介してうず室から放出される。放出管 ７は、連結管６とあふれ管８との対向側において、うず室とその中心軸１０近く で連結されている。この構成はとくに第２図で示されている。混合物は前記の放 出管７によってどんな作用点にも送ることができる。図面の実施例においては、 この作用点は砂クッション１３である。

この発明の方法と装置の利点は、水と熱ガスがあらゆる水量で極めて効率的に制 御できるという点にある。さらに、水と熱ガスはうす室でほとんど完全に混合さ れるので、必要とされる水量は効率のわりには少量ですむ。熱技術特性に関して は、この混合物は、たとえ使用される装置が熱風発生装置で、蒸気の圧力が１バ ール以下、はとんどの場合、０．５バール以下であっても、非常な高圧で過熱さ れた蒸気に匹敵する。

この方法で生じる反対圧力が、高くかつまちまちなものである場合は、回転式ピ ストンコンプレッサを燃焼用送風機として使用するが、このようなコンプレッサ の空気量は反対圧力に応じて変ることはほとんどない。反対圧力が１バールに近 い範囲内にある時は、回転式ピストンコンプレッサを常に使用する。反対圧力か ０．５バール以下の場合は、高圧送風機を燃焼用ヱアブロアーとして使用しても よく、この高圧送風機では空気の量はほとんど反対圧力によって決定される。し かし高圧送風機を使用する時は、反対圧力の変化を正確に知る必要があり、また その圧力変化の幅はせまいものでなければならない。

第１図および第２図で示された装置は、通常次のように作動する。燃焼用空気は 吸気フィルタと消音装置１４を経て回転式ピストンコンプレッサ１５に送られる 。圧力スイッチ１６によって、燃焼用空気が所定圧力に達すると、バーナの始動 を抑えているロックがはずれ、これで作動が開始される。バーナの自動装置が点 火用変圧器１７のスイッチを入れてこれを作動させる。オイルポンプ１８が始動 し、間をおいてオイル用の磁気弁１９が開く。約１５バールの圧力を有する高圧 オイルは、オイルバーナの開口部２０からとび出すと、一定方向に向い、点火用 変圧器の高電圧のスパークにより点火される。フォトレジスター２１がその炎を 検出する。炎を検出する故障時間制御が無視されると、フォトレジスターは炎の 検出をはじめるのである。オイルの圧力は圧力調節機２２により調節される。

上記のように点火が行われると、炉の煙管５内で火炎があがる。煙管５と水都と の間には約１０　ｍｍのヱアギャップが設けられている。この構成によって上記 のように炉の温度は極めて高（また水郷４内の水は放射熱を受けないので、伝導 による伝達熱によって水の温度が蒸発温度まで上昇することがない。

つまり上記のように、通常の使用時における水の温度は常に１００℃以下にとど まるのである。うす室２と水都４との間にある連結管６にある弁９を開いて水郷 ４内の水を循環させ、これによって同時に弁１１が開く。上記構成により、冷却 水が連続的に水都４内に供給され、かつ氷表面が一定に保たれる。

弁１１を通る水の流量が弁９を介してうず室に送られた水の量よりも多い場合は 、余剰水はあふれ管８を介してうず室２に流れ込む。弁９と弁１１は温度センサ の測定結果に応じてＰＩＤ温度調節機２３により制御される。もし水都４内の水 の表面レベルが電極１２より下にある時は、上記のように弁１１が開く。

バーナーへの燃焼用空気の供給は、第１−第２法則に従って行われる。すなわち 手動調節式フラップ弁２４により空気の量を調節する。その弁２４を閉めると、 −次空気が増え、開くと二次空気が増える。

燃焼により生じた熱ガスは、吐出し管３を介してうず室２に送られる。うず室で は熱ガスはうず運動を展開し、うず室に送られて来た水もこのうず運動に参加す る。この水はうず室の中心からその内周辺まで流動し、遠心ヱネルギーと熱ヱネ ルギーとの総合作用により蒸発するまでそこに留まる。軽くなった水とガスとの 混合物は、放出管７を介してうず室から放出される。

放出管７に位置する温度調節機２３の温度センサは連続的に混合物の温度を測定 し、もし必要な場合は上記したように水を加える。圧力スイッチ２５は、その設 定値が設定期間をオーバした場合はバーナのスイッチを切る。圧力データ送信機 ２６によって圧力データを制御装置に送ることができる。過熱用サーモスタット ２７は、その設定値以上になった時に、ＯＦＦ　になる。反対圧力が安全弁２８ の設定値以上になった場合は、ブラストチャンネルが大気中に開通し、過圧用サ ーモスタット２９が間をおいてバーナを停止させる。この過圧用サーモスタット ２９は、安全弁２Ｂに漏れが生じた時もＯＦＦ　になるので、いわゆる漏れ検出 器の役目もはたしている。

図面の実施例では、ガス混合物はうず室２から加熱しようとする材料、例えば砂 クッション１３に送られ、そこに浸透する。そして混合物に含まれた水分がその 砂クッションの中で凝縮するので、その熱ヱネルギーが効率よく放出される。同 時にこの水分のためにサンドクッションが乾燥したり、はこりつぼくなることが ない。燃焼工程において生じた水も、サンドクッションの中で凝縮されるために 、燃料効率は、オイルの所定の比熱容量にもとずいて計算した場合、１００％以 上にもなることがある。無論この場合は、煙道ガスをその露点以下に冷却させる 必要がある。この種の冷却は、例えば凍結した砂が溶解する時に行われる。

燃焼の分析は透明の容器３０により自動的に行うことができる。これによって熱 ガスは、弁３１により自動的に所定の間隔をおいて透明容器内の水の中を通過す るので、不完全燃焼があればそれが直ちに純水中に色の変化として現われる。透 明容器の数はもちろん必要に応じて選択できる。

水都４内に送られる水の量と圧力は適当な手段３２と３３によって測定し、かつ 調節することができる。

水都４の温度はリミタ−３４によって観察される。

リミタ−３４を９３℃に調節すると、この温度を越えると、リミタ−はバーナー を停止させる。

この発明は上記実施例のみにとどまるものでなく、特許請求の範囲内においてい るいろに変えることが可能である。従って、加熱空間１は炉でなければならない ということはなく、なにか他の構造物、例えば電気で作動する装置を用いてもよ い。この加熱空間は加熱された排ガスをうす室に送るとし１う工程をこ変えても よい。従ってその場合は、うず室に送られる水を適当な容器などから供給するよ うにしてもよい。

国際調査報告 一言＠ＩＡＩ＋１＠Ｍｌムｌｌ１ｌｔｌ１１６Ｆ　Ｎｏ、　ＦＣＴ／Ｆ正６１０ ００５９＋１−１・−１′−チー１１＾ｏｄｒ−嘗””’ＰＣＴ／ＦＩ８０１０ ００５９

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱空間において熱ガスを発生させ、次にこのガスに水を加えて蒸発させ 、ガスと混合させる熱風発生方法において、前記熱ガスを加熱空間１からうず室 ２に送り込んでうず運動を展開させ、水をうず室２の中心軸１０の附近に送り込 んでその水が熱ガスのうず運動の作用によつてうず室の内周辺に移動している時 にガスと混合し、かつガスに含まれた熱エネルギーによつて蒸発し、この熱ガス と水蒸気の混合物がうず室から放出される際に、その中心軸１０付近から給水点 の対向側へ放出されることを特徴とする熱風発生方法。
2. （２）加熱空間が煙道ガスを熱ガスとして使用する炉である熱風発生方法におい て、炉の冷却用に使用した水をうず室に送り込むことを特徴とする特許請求の範 囲第１項に記載の熱風発生方法。
3. （３）熱ガスを発生するための加熱空間１と、水を熱ガスに加えるための手段と をそなえた熱風発生装置において、加熱空間１には熱ガス吐出し管３が設けられ 、吐出し管３はうず室２の外周と連結されて熱ガスがうず運動を展開するように しており、うず室にはその中心軸１０の附近に開口する給水手段６と８および水 蒸気と熱ガスの混合物を放出するための放出管７とが設けられており、この放出 管が給水手段の吸水口と対向する中心軸１０の附近をその起点としていることを 特徴とする熱風発生装置。
4. （４）加熱空間１が煙道ガスを熱ガスとして使用する炉である熱風発生装置にお いて、炉壁と、放射熱から水を保護する煙管５との間の空間に設けられた開放型 水部４に炉冷却用の水を収容し、この水部４はその下部分が給水手段として働く 連結管によりうず室２とその中心軸の附近で連結されていることを特徴とする特 許請求の範囲第３項に記載の熱風発生装置。
5. （５）水部４は、その上部分が、給水手段８として働くあふれ管によつて、うず 室２とその中心軸１０の附近で連結されていることを特徴とする特許請求の範囲 第４項に記載の熱風発生装置。