(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼ガスの熱を利用し効率的に蒸気を発生させ得る集塵サイクロン上部ユニット及び集塵サイクロンを提供する。【解決手段】集塵サイクロン上部ユニットは、側面に燃焼ガスが通過するガス導入路２５が接続された円筒状の外円筒２１と、外円筒２１よりも径が小さい円筒状の内円筒２３と、内部中空の上部環状管体１１及び下部環状管体１２と、複数の内部中空の直状管体１３と、を備える。上部環状管体１１と下部環状管体１２とが複数の直状管体１３で接続されるとともに複数の直状管体１３が伝熱部材１４を介して直列に接続されて円筒体をなし、円筒体の側面の一部に燃焼ガスが円筒体の外部から内部へと流入する開口部１５を有する水管と、を備える。【選択図】図６
0003179076.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
側面に燃焼ガスが通過するガス導入路が接続された円筒状の外円筒と、
前記外円筒よりも径が小さい円筒状の内円筒と、
内部中空の上部環状管体及び下部環状管体と、複数の内部中空の直状管体と、を備え、前記上部環状管体と前記下部環状管体とが複数の前記直状管体で接続されるとともに複数の前記直状管体が伝熱部材を介して直列に接続されて円筒体をなし、前記円筒体の側面の一部に燃焼ガスが前記円筒体の外部から内部へと流入する開口部を有する水管と、を備え、
前記開口部は、前記直状管体が間引きして配置されるとともに前記伝熱部材が排されて形成され、
前記伝熱部材が前記円筒体の外周寄りに配置され、
前記外円筒と内円筒とが同軸上に配置されて、外円筒と内円筒で囲まれた円筒状の空間に前記水管が配置され、
前記ガス導入路と前記水管の開口部とが連通し、
前記ガス導入路は燃焼ガスが前記外円筒の接線方向に吹き込まれるよう前記外円筒に接続され、
吹き込まれた燃焼ガスを前記内円筒と前記水管とで形成された空間に導いて旋回流を生じさせ、前記水管の内部に流入された水を加熱して温水又は蒸気を発生させる、
ことを特徴とする集塵サイクロン上部ユニット。
【請求項２】
前記外円筒と前記水管との間に断熱材が配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の集塵サイクロン上部ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の集塵サイクロン上部ユニットと、
前記集塵サイクロン上部ユニットの下端に配置される中空の逆円錐状のシュートと、を備える、
ことを特徴とする集塵サイクロン。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、集塵サイクロン上部ユニット及び集塵サイクロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室を有する焼却炉と集塵サイクロンが組み合わされた装置がある。燃焼室で生じる燃焼ガスには、灰や焼却物の燃え残り等の粉塵が含まれており、そのまま大気中に放出することは、環境保護の観点から望ましくない。このため、燃焼ガスを集塵サイクロンに導入し、粉塵を除去した後、排気ガスを大気中に放出している。
【０００３】
このような集塵サイクロンへ導入される燃焼ガスは、例えば５００℃以上と高温である。集塵サイクロンは、燃焼ガスの導入で生じる旋回流で粉塵を遠心分離しているだけであるため、大気中へ放出される排気ガスは未だ高温を維持している。これは、地球温暖化に拍車をかけることになり望ましいことではない。また、有限である資源の有効利用の観点からも、この排気ガスの熱を有効利用することが望まれる。
【０００４】
集塵サイクロン内に導入される燃焼ガスの熱を利用し、蒸気を発生させるものとして、集塵サイクロンの周壁に、サイクロン内の燃焼ガスと外壁水管内を通流する水との熱交換により蒸気を発生せしめる蒸気発生部が設けられた循環式流動層ボイラ装置が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４３０１９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、サイクロンの外周壁に蒸気発生部が埋め込まれるように設置されている。このため、燃焼ガスが蒸気発生部に直に接触せず、外周壁に熱が奪われる構造であるため、燃焼ガスから蒸気発生部への熱効率が低いという問題がある。また、サイクロンの外周壁に蒸気発生部が埋め込まれた形態であるため、既設のサイクロンを利用することが困難である。
【０００７】
本考案は上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼ガスの熱を利用し効率的に温水或いは蒸気を発生させ得る集塵サイクロン上部ユニット及び集塵サイクロンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案の第１の観点に係る集塵サイクロン上部ユニットは、
側面に燃焼ガスが通過するガス導入路が接続された円筒状の外円筒と、
前記外円筒よりも径が小さい円筒状の内円筒と、
内部中空の上部環状管体及び下部環状管体と、複数の内部中空の直状管体と、を備え、前記上部環状管体と前記下部環状管体とが複数の前記直状管体で接続されるとともに複数の前記直状管体が伝熱部材を介して直列に接続されて円筒体をなし、前記円筒体の側面の一部に燃焼ガスが前記円筒体の外部から内部へと流入する開口部を有する水管と、を備え、
前記開口部は、前記直状管体が間引きして配置されるとともに前記伝熱部材が排されて形成され、
前記伝熱部材が前記円筒体の外周寄りに配置され、
前記外円筒と内円筒とが同軸上に配置されて、外円筒と内円筒で囲まれた円筒状の空間に前記水管が配置され、
前記ガス導入路と前記水管の開口部とが連通し、
前記ガス導入路は燃焼ガスが前記外円筒の接線方向に吹き込まれるよう前記外円筒に接続され、
吹き込まれた燃焼ガスを前記内円筒と前記水管とで形成された空間に導いて旋回流を生じさせ、前記水管の内部に流入された水を加熱して温水又は蒸気を発生させる、
ことを特徴とする。
【０００９】
また、前記外円筒と前記水管との間に断熱材が配置されていることが好ましい。
【００１０】
本考案の第２の観点に係る集塵サイクロンは、
本考案の第１の観点に係る集塵サイクロン上部ユニットと、
前記集塵サイクロン上部ユニットの下端に配置される中空の逆円錐状のシュートと、を備える、
ことを特徴とする。
【考案の効果】
【００１１】
本考案に係る集塵サイクロン上部ユニットでは、導入される燃焼ガスが水管に直接当たるため、燃焼ガスから水管への熱効率が良好であり、効率的に蒸気を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】水管の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】集塵サイクロン上部ユニットの斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ’断面図である。
【図７】集塵サイクロンの正面図である。
【図８】集塵サイクロンの内部の流れを説明する図である。
【図９】水管が燃焼装置内に設置された形態を示す断面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ’断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
図を参照しつつ、水管、集塵サイクロン上部ユニット及び集塵サイクロンについて説明する。
【００１４】
水管１０は、図１〜図３に示すように、上部環状管体１１、下部環状管体１２、直状管体１３、伝熱部材１４、開口部１５、給水管１６及びスチームヘッダ１７を備える。水管１０は、所謂軸流サイクロンの燃焼ガスが導入され旋回流が生じる部位に装着されて用いられる。
【００１５】
上部環状管体１１及び下部環状管体１２は、いずれも内部中空の環状の管体である。
【００１６】
直状管体１３は、いずれも内部中空の直状の管体であり、一方の端部が上部環状管体１１に接続し、他方の端部が下部環状管体１２に接続している。図２に示すように、すべての直状管体１３は同軸上に配置されている。上部環状管体１１と直状管体１３との接続、及び、下部環状管体１２と直状管体１３との接続は、いずれも溶接により接続されている。また、上部環状管体１１と直状管体１３との接続、及び、下部環状管体１２と直状管体１３との接続は、いずれも内部空間が連通するよう構成されている。
【００１７】
また、図２に示すように、直状管体１３は伝熱部材１４を介して直列に接続されている。すなわち、直状管体１３は隣接する直状管体１３と伝熱部材１４により接続されている。また、伝熱部材１４の上端及び下端は、それぞれ上部環状管体１１及び下部環状管体１２と接続している。伝熱部材１４は直状管体１３、上部環状管体１１及び下部環状管体１２とそれぞれ溶接により接続されている。
【００１８】
伝熱部材１４は、燃焼ガスから伝わる熱を直状管体１３に伝達する機能を有するとともに、直状管体１３の外部への気流の流出を防ぎ、旋回流を生じさせる。このような構成により、水管１０は、側面に開口を有した略円筒体に形成されている。
【００１９】
そして、直状管体１３は一部間引きして配置されており、この区域には伝熱部材１４が配置されていないことにより、水管１０の外部から内部へと燃焼ガスが通過可能な開口部１５が形成されている。
【００２０】
給水管１６は、直状管体１３の一部に接続しており、外部から給水管１６を通じて水管１０の内部空間に水が供給される。
【００２１】
スチームヘッダ１７は、上部環状管体１１に接続しており、水管１０内で生じた蒸気が集約される。そして、スチームヘッダ１７には、蒸気を外部へ導出する管や、水管内部の圧力の異常を検出する装置等が接続される。
【００２２】
上部環状管体１１、下部環状管体１２、直状管体１３、伝熱部材１４、給水管１６及びスチームヘッダ１７は、いずれも使用圧力１０Ｍｐａ程度までの水や空気、蒸気、油、ガスなどの圧力流体の配管等に用いられる鋼管が用いられる。たとえば、圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ：ＪＩＳ  Ｇ  ３４５４）が挙げられる。
【００２３】
上記水管１０は、集塵サイクロン上部の燃焼ガス導入部位に装着されて用いられる。
【００２４】
たとえば、水管１０は、集塵サイクロン上部ユニット２０に組み込まれて用いられる。集塵サイクロン上部ユニット２０は、図４〜図６に示すように、外円筒２１、蓋２２、内円筒２３、燃焼ガス導入管２５、及び、水管１０を備える。
【００２５】
内円筒２３は上下端がいずれも開口した中空の略円筒形状をしている。内円筒２３の上端にはフランジ２４が形成されており、フランジ２４を介して不図示の煙突やダクト等に接続される。
【００２６】
外円筒２１は、内円筒２３よりも径が大きい中空の円筒で構成されており、外円筒２１の下端は開口し、一方の上端は蓋２２で閉塞されている。蓋２２の中央を内円筒２３が貫通して配置されており、外円筒２１内のガスを、内円筒２３を通じて上方に排気できるようになっている。
【００２７】
内円筒２３と外円筒２１とは中心軸が一致するように同軸上に配置されており、径の小さい内円筒２３の外側を径の大きい外円筒２１で包むよう二重に配置することにより、内円筒２３の外周面と外円筒２１の内周面との間に、略筒状の空間が形成されている。この空間の外円筒２１寄りに、上述した水管１０が設置されている。
【００２８】
また、外円筒２１には、燃焼ガスを導く燃焼ガス導入管２５が接続しており、外円筒２１内に燃焼ガスが導入される。燃焼ガス導入管２５は、燃焼ガスが外円筒２１の接線方向に吹き込むよう配置されている。そして、燃焼ガス導入管２５と水管１０の開口部１５とが連通しており、燃焼ガス導入管２５を通じて流入した燃焼ガスが内円筒２３の外周面と水管１０とで形成される略円筒形状の空間に導かれる。
【００２９】
更に、水管１０と外円筒２１との間には、断熱材２９が配置されている。断熱材２９は、導入された燃焼ガスの熱が上部環状管体１１、下部環状管体１２、直状管体１３及び伝熱部材１４に伝わった後、この熱が外円筒２１或いは外円筒２１外部へと逃げないよう抑制する。断熱材２９は、熱伝導率が低く、水管１０と外円筒２１との間に設置可能であれば、いずれの素材から構成されていてもよい。
【００３０】
集塵サイクロン上部ユニット２０の燃焼ガス導入管２５は、フランジ２６を介して燃焼装置等の煙道と接続される。また、集塵サイクロン上部ユニット２０の下端はフランジ２８を介して、下方にいくほど径が小さくなる円錐状に形成された中空のシュートに接続される。
【００３１】
上記集塵サイクロン上部ユニット２０は、図７に示すように集塵サイクロンに組み込まれて用いられる。なお、ここでは、木材等の焼却物を燃焼させて蒸気を発生させる装置から発生し、粉塵を含有する燃焼ガスを、粉塵と排気ガスとに分離する集塵サイクロンを例にとり説明する。集塵サイクロン上部ユニット２０の燃焼ガス導入管２５は、燃焼装置４０の煙道３１に接続されている。また、集塵サイクロン上部ユニット２０の下端が逆円錐状の中空のシュート３３に接続している。そして、シュート３３の下端は粉塵受け３４と接続している。また、集塵サイクロン上部ユニット２０の内円筒２３は、煙突３２に接続している。
【００３２】
燃焼装置４０で生じた燃焼ガスは、煙道３１を経由し、燃焼ガス導入管２５、開口部１５を通過して、水管１０と内円筒２３で囲まれた略円筒形状の空間へと流入する。
【００３３】
燃焼ガスは外円筒２１の接線方向に吹き込まれるので、図８の矢印で示すように、水管１０と内円筒２３で囲まれた略円筒形状の空間を旋回しながら下降してゆく。そして、シュート３３内を下降した後に上昇し、排気ガスとして内円筒２３、煙突３２を通過して外部へと排気される。
【００３４】
燃焼ガスに含まれる粉塵Ｄｕは、旋回流による遠心力で、水管１０の内周壁へと移動し、その自重によって水管１０の内周壁、シュート３３内周壁に沿って下降し、粉塵受け３４に流入する。
【００３５】
燃焼ガスは、水管１０の内周壁、即ち、直状管体１３及び伝熱部材１４に直接接触しながら、自身の熱を伝える。水管１０には、給水管１６を介して水Ｗａが流入しており、直状管体１３及び伝熱部材１４に伝わった熱により、水Ｗａが蒸発する。生じた蒸気Ｓｔは上昇し、上部管状管体１１を介してスチームヘッダ１７へと進む。そして、蒸気はスチームヘッダ１７に接続される蒸気導出管を通じて、木材の乾燥や暖房など、種々の用途に用いられる。
【００３６】
以上のようにして、本実施の形態によれば、これまでほとんど利用されていなかった焼却炉等で生じる燃焼ガスの熱を利用し、蒸気を発生させることができる。
【００３７】
導入された燃焼ガスが直接的に水管１０に接触するので、燃焼ガスから水管１０への熱効率が良好である。更には、水管１０と外円筒２１との間には断熱材２９が配置されているので、燃焼ガスの熱が外円筒２１或いは外円筒２１外部へ逃げることが抑制される。これにより、燃焼ガスの熱を効率的に利用し蒸気を発生させることが可能である。
【００３８】
また、伝熱部材１４が円筒形状の水管１０の外周寄り、即ち、外円筒２１寄りに位置している。伝熱部材１４が内周寄りに配置されている場合に比べ、燃焼ガスが直状管体１３及び伝熱部材１４に接触する接触面積が大きいので、燃焼ガスの熱を有効に利用して蒸気を発生させることができる。
【００３９】
また、水管１０は、既設の集塵サイクロンの大きさ等に応じて適宜設計することにより、既設の集塵サイクロン上部の燃焼ガスが導入される円筒部位に装着することができ、既設の集塵サイクロンの一部のみ設計変更することで容易に設置し、蒸気を発生させることが可能である。また、集塵サイクロン上部ユニット２０は、既設の集塵サイクロンのシュート部の上部に設置することで、容易に蒸気を発生させることができ、設置することが可能である。このため、既設の集塵サイクロンを建設し直さずに低コストで導入することが可能である。
【００４０】
また、水管１０を集塵サイクロンに装着して用いる例について説明したが、燃焼装置４０内に装着して用いることも可能である。水管１０が燃焼装置４０に配置された一例を図９の断面図に示す。
【００４１】
円筒形状の燃焼装置４０の上部に水管１０が配置されている。燃焼装置４０には、燃焼用の木屑や燃料ガス等の燃料を燃焼室内に供給する燃料供給部４１を備える。また、燃料供給部４１からは燃焼用の空気も吹き込まれる。そして、図１０に示すように、燃料供給部４１は円筒形状の燃焼室内に旋回流が生じるよう配置されている。なお、燃焼装置４０内に旋回流が生じるよう燃焼させ得る構造であれば、ファンを用いる構造など、いずれの構造であってもよい。
【００４２】
上記の構成によれば、燃焼装置４０内で燃料が燃焼されて高温になるとともに旋回流が生じるので、集塵サイクロンの例の説明と同様、水管１０内に流入される水Ｗａが加熱され、蒸気Ｓｔが発生する。そして、燃焼装置４０内で生じた燃焼ガスは開口部１５を介して水管１０の内部から外部へと通過し、煙道３１へと排出される。
【００４３】
一般的な水管が配置され水蒸気を発生させる燃焼装置の場合、煙道が燃焼装置の上方へ向けて垂直方向（燃焼装置の中心軸の方向）に延び、その後、水平方向へ屈曲した構造である。この場合、燃焼装置の上方に煙道のスペースが必要となり、屋内に設置される場合では、設置に際して高さの制限を受ける。即ち、屋内の高さが、燃焼装置及び煙道の高さよりも高くなければ設置できない。
【００４４】
しかし、本実施の形態に係る水管１０は、一部に開口部１５を有しており、開口部１５を通じて燃焼ガスを排出できる構造である。そして、燃焼装置４０内では旋回流を生じさせている。このため、本実施の形態に係る水管１０が内部に設置された燃焼装置４０では、燃焼装置４０の径方向（燃焼装置４０の中心軸に垂直な方向）に煙道３１を配置することが可能である。したがって、屋内の高さが燃焼装置４０の高さよりも高ければ、燃焼装置４０を設置することができ、設置の自由度が高いという利点がある。
【００４５】
なお、上記では蒸気を発生させる場合を例にとり説明したが、水管１０内に流入される水を燃焼ガスの熱で加熱し、温水にして取り出すようにして用いてもよい。この場合、スチームヘッダ１７はそのまま温水ヘッダとして機能する。水管１０内を全て水で満たして加熱し、温水ヘッダから温水を取り出すことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０    水管
１１    上部環状管体
１２    下部環状管体
１３    直状管体
１４    伝熱部材
１５    開口部
１６    給水管
１７    スチームヘッダ
２０    集塵サイクロン上部ユニット
２１    外円筒
２２    蓋
２３    内円筒
２４    フランジ
２５    燃焼ガス導入管
２６    フランジ
２７    給水管
２８    フランジ
２９    断熱材
３０    サイクロン
３１    煙道
３２    煙突
３３    シュート
３４    粉塵受け
４０    燃焼装置
４１    燃料供給部
Ｓｔ    蒸気
Ｗａ    水
Ｄｕ    粉塵
【図１】
0003179076.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003179076.tif 000011
【図１０】
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