(57)【要約】【課題】既設の乾燥機等に対し省エネルギ対策を容易に実施可能であり、また、比較的簡単な構造で、熱交換効率の向上と燃料の節約を図れる、熱交換装置およびその排熱回収方法を提供する。【解決手段】ケーシング４内に火炉６および熱交換部８、熱交換部８から続く煙突部９が設けられた熱交換装置２において、前記ケーシング４内の煙突部９内に燃焼排気ガスを螺旋状に誘導するスクリュー板１６を設置し、前記煙突部９の外周面に複数の放熱フィン１７を取り付ける。ケーシング４内の煙突部９内を流れる燃焼排気ガスがスクリュー板１６に沿って螺旋状に誘導されて、長時間にわたり煙突部９内に滞留することにより、高温の燃焼排気ガスの熱を煙突部９の壁体を通してケーシング４内へ効率的に回収する。ケーシング４内に回収した排熱によって、ケーシング４内に取り入れた空気を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に火炉および熱交換部、熱交換部から続く煙突部が設けられた熱交換装置において、前記ケーシング内の煙突部内に燃焼排気ガスを螺旋状に誘導するスクリュー板が設置されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記煙突部の外周面に複数の放熱フィンが取付けられていることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記煙突部からケーシング内に回収された燃焼排気ガス熱により加熱された空気が送風機により熱交換部に送り込まれる構成であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱交換装置。
【請求項４】
ケーシング内に火炉および熱交換部、熱交換部から続く煙突部が設けられた熱交換装置の排熱回収方法であって、前記ケーシング内の煙突部内にスクリュー板を設置し、煙突部内を流れる燃焼排気ガスを前記スクリュー板に沿って螺旋状に誘導しながら煙突部内の燃焼排気ガス熱をケーシング内に回収することを特徴とする熱交換装置の排熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシング内に設置した火炉内で燃料を燃焼させて、熱交換を行った後の燃焼排気ガスの熱をケーシング内に回収可能とした熱交換装置およびその排熱回収方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
葉たばこ乾燥機や農業ハウス用の温風暖房機においては、そのユニットである熱交換装置において、バーナーにより火炉内で灯油や重油等の燃料を燃焼させ、熱交換部において送風機によりケーシング内に取り入れた空気と熱交換を行い、前者は、乾燥した温風を吹出口から葉たばこ乾燥室内に供給し、後者は、温風を吹出口からハウス内に供給するようにしている。そして、上記熱交換装置では、火炉内で燃料を燃焼させて熱交換を行った後の高温の燃焼排気ガスを、煙突を通して屋外に誘導し、排出するようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−３２２５９号公報
【特許文献２】特公平５−２８５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の重油や灯油等の燃料費の高騰により、乾燥機の運転費用や暖房費用が大幅に上昇しており、それらの機械を稼働させる葉たばこ生産農家や園芸農家等から既設設備の省エネルギ対策を行えないかとの強い要望がなされている。
【０００５】
しかし、従来の熱交換装置では、バーナーによる燃料の燃焼熱を、熱交換部において送風機によりケーシング内に取り入れた空気と熱交換して温風を発生させ、生成した温風を葉たばこ乾燥室や農業用ハウス内に導入するという、いたって簡単な仕組みであることから、そのままでは、更なる熱交換効率の向上を望むことは難しいものであった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、既設の乾燥機等に対し省エネルギ対策を容易に実施可能であり、また、比較的簡単な構造で、熱交換効率の向上と燃料の節約を図れる、熱交換装置およびその排熱回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る請求項１記載の熱交換装置は、ケーシング内に火炉および熱交換部、熱交換部から続く煙突部が設けられた熱交換装置において、前記ケーシング内の煙突部内に燃焼排気ガスを螺旋状に誘導するスクリュー板を設置したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の熱交換装置によると、バーナーにより火炉内で燃料を燃焼させた後の高温の燃焼ガスは、熱交換部においてケーシング内に取入れられた空気と熱交換された後、燃焼排気ガスとして熱交換部から続くケーシング内の煙突部内を通り、ケーシング外の煙突部を通して排気される。このとき、ケーシング内の煙突部内を流れる燃焼排気ガスは、同煙突部内のスクリュー板に沿って螺旋状に誘導されることにより、長時間にわたり煙突部内に滞留する結果、熱交換後もなお高温の燃焼排気ガスの熱が、煙突部の壁体を伝ってケーシング内へ効率的に回収される。そして、ケーシング内に取入れられた空気が、ケーシング内に回収された排熱により予め加熱されてから、熱交換部において熱交換されるので、熱交換部における熱交換効率が向上する。
【０００９】
本発明に係る請求項２記載の熱交換装置は、前記煙突部の外周面に複数の放熱フィンを取付けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の熱交換装置によると、煙突部の外周面に設けた複数の放熱フィンによって、煙突部内の燃焼排気ガスの熱が、煙突部の壁体を伝って放熱フィンからケーシング内に放熱されるので、煙突部内から煙突部外への伝熱効率が向上して、燃焼排気ガス熱の回収効率がより向上し、また、これにより熱交換部における熱交換効率もより向上する。
【００１１】
本発明に係る請求項３記載の熱交換装置は、前記煙突部からケーシング内に回収した燃焼排気ガス熱により加熱された空気を送風機により熱交換部に送り込む構成であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の熱交換装置によると、前記煙突部からケーシング内に回収した燃焼排気ガス熱により加熱された空気を送風機により熱交換部に送り込む構成としたことにより、煙突部内の燃焼排気ガス熱の回収効率および熱交換部の熱交換効率がさらに一層向上する。
【００１３】
本発明に係る請求項４記載の熱交換装置の排熱回収方法は、ケーシング内に火炉および熱交換部、熱交換部から続く煙突部を設けた熱交換装置の排熱回収方法であって、前記ケーシング内の煙突部内にスクリュー板を設置し、煙突部内を流れる燃焼排気ガスを前記スクリュー板に沿って螺旋状に誘導しながら煙突部内の燃焼排気ガス熱をケーシング内に回収することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の熱交換装置の排熱回収方法によると、煙突部内の燃焼排気ガス熱がケーシング内の煙突部内に設置したスクリュー板によってケーシング内に効率よく回収され、回収された排熱によって、ケーシング内に取り込まれた循環空気と新鮮空気が昇温されると共にそれらの温度バランスが均一化されることになり、その結果、熱交換によって生成される温風の温度バランスも均一化され、これにより熱交換後の温風の温度により燃料の燃焼制御（オン・オフ制御等）を行うバーナーにおいて、その燃焼運転の安定化が図れ、燃料の節約が図れる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明に係る熱交換装置によると、ケーシング内の、熱交換部から続く煙突部内に火炉からの燃焼排気ガスを螺旋状に誘導するスクリュー板を設置する構成としたから、ケーシング内の煙突部内を流れる熱交換後の燃焼排気ガス熱を、前記スクリュー板の作用によって、効率よくケーシング内に回収することができ、もって熱交換部における熱交換効率の向上と燃料節約を図れるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る熱交換装置によると、ケーシング内の煙突部内にスクリュー板を設置する非常に簡単な構成であるから、既存の熱交換装置に対し容易に省エネルギ対策を実施できるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る熱交換装置の排熱回収方法によると、ケーシング内の煙突部内の燃焼排気ガス熱を効率よく回収し、熱交換部の熱交換効率を高めることができるので、バーナーの燃焼運転の安定化、燃料の節約を図れるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態を図１ないし図４を参照して説明する。図１において、１は葉たばこ乾燥機、２は熱交換装置ユニット、３は乾燥室である。
【００１９】
図１に示すように、熱交換装置ユニット２は、ケーシング４の下部ユニットにバーナー５を備える火炉６が配置され、上部ユニットに送風機７が配置されている。火炉６の上部には熱交換部８の一端が連通し、この熱交換部８は送風機７の直下を水平に延びて、ケーシング内煙突部９の一端に接続されている。ケーシング内煙突部９は送風機７の近傍を通り上方に延びて、ケーシング外煙突部１０に連通している。ケーシング外煙突部１０の先端は、建物Ｂの屋外に突出して下向きに曲げられ、その下端口から、燃焼排気ガスを屋外に排気するようになっている。なお、ケーシング４の外側には葉たばこ乾燥機１の運転を全体制御する制御盤１１が取り付けられている。
【００２０】
前記熱交換装置ユニット２は、バーナー５により火炉６内で燃料（灯油）を燃焼させて、その高温の燃焼ガスを、送風機７の運転により上部ユニットの吸気口１２からケーシング４内に取入れた新鮮な空気との間で熱交換を行い、これにより乾燥空気（熱風）を発生させ、生成した乾燥空気を下部ユニットの吹出口１３から側方の乾燥室３の下部ピット１４に導入するようになっている。一方、火炉６内の燃焼ガスは、熱交換部８において熱交換された後、燃焼排気ガスとしてケーシング内煙突部９からケーシング外煙突部１０を経て建物Ｂの屋外排気筒へ排気するようになっている。なお、吸気口１２にはケーシング４内への新鮮空気の取入量を調整する吸気ダンパ１５が取り付けられている。
【００２１】
前記熱交換装置ユニット２の、前記ケーシング内煙突部９の内部には、図１および図２に示すように、燃焼排気ガスを螺旋状に誘導するスクリュー板１６が挿入設置されている。このスクリュー板１６は、ケーシング内煙突部９の内部を流れる熱交換後の燃焼排気ガス熱を効率よく回収するためのもので、同燃焼排気ガスが、ケーシング内煙突部９内のスクリュー板１６に沿って螺旋状に誘導されることにより、同燃焼排気ガスが、長時間にわたりケーシング内煙突部９内に滞留する結果、熱交換後の高温の燃焼排気ガス熱の回収効率が高められるようになっている。そして、ケーシング４内に取入れられた空気が、ケーシング内煙突部９から煙突部９の壁体を伝ってケーシング４の上部ユニット内に回収された排熱により加熱されて、熱交換部８における熱交換効率も高められるようになっている。
【００２２】
ケーシング内煙突部９の外周面には、多数枚の円形状（図３参照）の放熱フィン１７がほぼ煙突部の上下端の間に亘り等間隔に取付けられている。この放熱フィン１７は、ケーシング内煙突部９の外周面の伝熱面積、放熱面積を増大させて、ケーシング内煙突部９内の燃焼排気ガス熱を同煙突部９の壁体を伝ってケーシング４内に放熱するもので、ケーシング内煙突部９内からケーシング内煙突部９外への伝熱効率を高めて、燃焼排気ガス熱の回収効率をより一層高めるものである。なお、放熱フィン１７の形状としては、円形状の他に、プレート状、螺旋形状などがある。
【００２３】
既設の乾燥機１に対しては、図４に示すように、所定長さのケーシング内煙突部ユニット９Ａの外周面に多数枚の放熱フィン１７を取り付けるとともに、その内部にスクリュー板１６を挿入設置したものを排熱回収器として予め製作しておき、熱交換装置２の既設のケーシング内煙突部を前記製作した排熱回収器と交換するようにする。この排熱回収器は予め必要数製作しておけばよく、既設の乾燥機１に対し容易に交換設置できる。
【００２４】
乾燥室３は、箱型のコンテナ１８の図示しない密閉扉を開けて、多数のたばこ生葉Ａを葉詰めした葉たばこ吊具１９を、その左右両端のローラー（図示せず）をコンテナ１８の左右両壁面に取り付けられた上下２段のガイドレール（図示せず）に係合させて、奥方へ順次移動させて吊り込み、内部で葉たばこ生葉Ａを乾燥するようになっている。乾燥室３の下部には下部ピット１４との間に多数の孔２０ａを形成する整流板２０が設けられ、この整流板２０は、下部ピット１４に吹出された乾燥空気を整流し乾燥室３内に均一な流れを作り出す役目をする。
【００２５】
乾燥室３の、熱交換装置ユニット２側の側壁上部には、乾燥室３内を吹き上げる乾燥空気を熱交換装置ユニット２の上部ユニット内に循環させる循環口２１が開設されている。
【００２６】
次に、以上のように構成された葉たばこ乾燥機１の運転方法並びに排熱回収方法を以下に説明する。
【００２７】
葉たばこ乾燥機１においては、バーナー５の運転により燃料を火炉６内で燃焼させて、熱交換部８において、燃焼ガスと、送風機７の運転によりケーシング４の上部ユニット内に取り入れられた空気との間で熱交換を行い、乾燥空気を発生させる。熱交換器２のケーシング４の上部ユニット内に取入れられる空気の大部分は循環口２１から戻される循環空気であり、これにケーシング４の吸気口１２から取熱交換装置２のケーシング４内に取り入れた新鮮空気（外気）が加わり、これらのミックスされた混合空気が、熱交換部８において熱交換され、乾燥した温風を発生させる。この乾燥した温風は下部の吹出口１３から乾燥室３の下部ピット１４に導入され、下部ピット１４から乾燥室３内に吹き上げられ、乾燥室３内の葉たばこ生葉Ａの乾燥が行なわれる。乾燥室３内を吹き上げた温風は、循環口２１から熱交換器２のケーシング４の上部ユニット内に戻される。
【００２８】
バーナー５の運転は、予め選択された乾燥室３の乾燥プログラムに従い、制御盤１１からのＯＮ／ＯＦＦ信号により出力制御される。乾燥室３の整流板２０付近の火炉６寄りに設置された乾球温度計２２の乾球温度を入力信号として、乾燥室３内の乾燥温度が設定値を下回る時はＯＮ信号によりバーナー５が点火され、設定値を上回る時はＯＦＦ信号によりバーナー５が停止される。これにより乾燥室３内の乾燥温度が制御盤１１の乾燥プログラムの設定値に従って、約３８℃から６８℃位まで段階的に昇温または一定温度に維持される。
【００２９】
バーナー５の運転により火炉６内に生成される高温（約１５００〜２０００℃）の燃焼ガスは、熱交換部８において熱交換された後、燃焼排気ガスとしてケーシング内煙突部９、ケーシング外煙突部１０を通り、建物Ｂの屋外へ排気される。このとき、ケーシング内煙突部９内を流れる燃焼排気ガスは、ケーシング内煙突部９内のスクリュー板１６に沿って螺旋状に誘導されることにより、長時間にわたりケーシング内煙突部９内に滞留する。その結果、熱交換後もなお高温（約２３０〜２５０℃）の燃焼排気ガス熱が、ケーシング内煙突部９から効率よくケーシング４の上部ユニット内へ回収される。また、ケーシング内煙突部９の外周面に取り付けられた放熱フィン１７の放熱作用によって、排熱回収効率がより高められる。
【００３０】
その結果、ケーシング４の上部ユニット内に回収された排熱により、バーナー５の運転開始直後は、ケーシング４の上部ユニット内に取入れられた新鮮空気（夏場で約２５℃〜３５℃）を一早く加熱して、乾燥室３に導入する温風の昇温スピードを上げることができ、継続運転中は、循環口２１からの大部分の循環空気と吸気口１２から取り入れる新鮮空気とを同時に加熱して、それらの温度バランスを均一化させることができ、これにより、バーナー５のＯＮ／ＯＦＦ制御による運転を安定させることができる。その結果、昇温効果と運転の安定効果を合わせて、バーナー５に用いられる燃料の大幅節約を図ることができる。
【００３１】
なお、本実施形態の葉たばこ乾燥機１においては、乾球温度計２２の近くに設置された湿球温度計２３の湿球温度を入力信号として、モータ２４を駆動させて、吸気ダンパ１５を開閉制御する。湿球温度計２３の湿球温度が乾燥プログラムの設定値を超えて必要以上に湿度が上がると、吸気ダンパ１５が開かれて新鮮空気が熱交換器２のケーシング４内に取り入れられ、これにより乾燥室３の循環口２１と反対側の排気口２５の風圧式排湿ダンパ２６が開いて、必要な排湿が行なわれる。
【００３２】
以上の実施形態では葉たばこ乾燥機１への適用例を説明したが、本発明は温風暖房機の熱交換装置に適用できるのはもちろんである。温風暖房機は、そのケーシング内にバーナー付きの火炉、熱交換部、煙突部を備える構成であり、ケーシング内煙突部の内部にスクリュー板を設置すると共に、その外周面に放熱フィンを取付け、ケーシング内煙突部内を流れる燃焼排気ガス熱をケーシング内に回収し、回収した排熱によって新鮮空気を加熱し、送風機によって熱交換部に送り込むようにする。このような温風暖房機においても、排熱回収効率を高め、熱交換効率を高め、燃料を節約することができる。
【実施例１】
【００３３】
本発明者は、ケーシング内煙突部９の内部にスクリュー板１６、外周面に放熱フィン１７を設けた図１に示す構造の葉たばこ乾燥機１（実施例）と、それらを設けていない従来構造の葉たばこ乾燥機（従来例）について、比較試験を行った。表１は、比較試験の結果を示している。なお、表１中において、排気ガス温度は、ケーシング外煙突部１０の先端出口における燃焼排気ガスの平均温度である。同じく、熱交換効率は、農業機械研究所の温風暖房機試験規定（昭和５８年６月）（ＩＡＭテストコードＮｏ.４−１９８３）の４−２暖房能力試験中の計算式に準じて求めた数字である。
【００３４】
【表１】
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表１の試験結果によると、実施例の葉たばこ乾燥機は、従来例の葉たばこ乾燥機に較べると、排気ガス温度で２０℃以上低下しており、当該温度分の排熱がケーシング４内に回収されていること、回収された排熱による熱交換効率の向上が１％を超えていることがそれぞれ確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る熱交換装置およびその排熱回収方法は、乾燥機や温風暖房機のユニットに用いる熱交換装置とその廃熱回収方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る熱交換装置を適用した葉たばこ乾燥機を示す縦断面図である。
【図２】図１の熱交換装置におけるケーシング内煙突部内のスクリュー板の作用を示す要部拡大図である。
【図３】図１の熱交換装置におけるケーシング内煙突部の水平断面図である。
【図４】ケーシング内煙突部ユニット内部にスクリュー板を挿入設置する様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  葉たばこ乾燥機
２  熱交換装置
３  乾燥室
４  ケーシング
５  バーナー
６  火炉
７  送風機
８  熱交換部
９  ケーシング内煙突部
９Ａ  ケーシング内煙突部ユニット
１０  ケーシング外煙突部
１１  制御盤
１２  吸気口
１３  吹出口
１４  下部ピット
１５  吸気ダンパ
１６  スクリュー板
１７  放熱フィン
１８  コンテナ
１９  葉たばこ吊具
２０  整流板
２０ａ  孔
２１  循環口
２２  乾球温度計
２３  湿球温度計
２４  モータ
２５  排気口
２６  排湿ダンパ
Ａ  葉たばこ生葉
Ｂ  建物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008128521.tif 000007