(57)【要約】【課題】燃焼装置本体で生成された燃焼ガスが熱交換部を通過して排出口から大気中に排出される場合に、燃焼ガスに含まれる水蒸気に起因して発生する白煙を抑制することが可能なエコノマイザ及びボイラを提供すること。【解決手段】燃焼機器本体１０と、排出路１４とを備えた燃焼装置１の前記排出路１４に設けられるエコノマイザ４０であって、燃焼ガスＧ２を分岐部４６Ａにおいて分岐し、前記排出路１４に形成された合流部４６Ｂまで移送するバイパス路４６を備え、前記分岐部４６Ａは、少なくとも前記熱交換部１６、４４の一部を挟んで前記合流部４６Ｂの上流側に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機器本体と、該燃焼機器本体で燃焼された燃焼ガスを排出口まで流通させる排出路と、を備えた燃焼装置の前記排出路に設けられるエコノマイザであって、
前記燃焼ガスが通過する通気路と、
前記燃焼ガスと接触して熱交換をする熱交換部と、を備え、
前記熱交換部を通過して前記排出口から排出される燃焼ガスの相対湿度を低減する白煙抑制手段を備えることを特徴するエコノマイザ。
【請求項２】
請求項１に記載のエコノマイザであって、
前記白煙抑制手段は、
前記排出路の前記熱交換部の少なくとも一部を通過した位置に合流部を有し、
前記排出路を通過する燃焼ガスの前記合流部における温度より高温の気体を、前記合流部から供給する高温ガス供給手段により構成されていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項３】
請求項２に記載のエコノマイザであって、
前記高温ガス供給手段は、
前記燃焼ガスを分岐部において分岐し前記合流部まで移送するバイパス路とされ、
前記分岐部は、少なくとも前記熱交換部の一部を挟んで前記合流部の上流側に形成されていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項４】
請求項３に記載のエコノマイザであって、
上流側に位置する第１の熱交換部と、該第１の熱交換部の下流側に位置する第２の熱交換部とを備え、
前記分岐部は前記第１の熱交換部の上流側に、前記合流部は前記第２の熱交換部の下流側に形成されていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載のエコノマイザであって、
前記バイパス路には、燃焼ガスの流通を調整する弁が設けられていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項６】
請求項５に記載のエコノマイザであって、
制御部を備えるとともに、
前記弁は、前記制御部からの信号に基づいて前記バイパス路を流通する燃焼ガスの流量を調整可能に構成されていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項７】
請求項６に記載のエコノマイザであって、
前記排出口近傍の大気の温度を測定する大気温度測定手段と、
前記燃焼機器本体で生成された後、前記排出口から排出されて大気と混合された燃焼ガス混合空気となる以前のいずれかの状態の燃焼ガスの温度を測定する燃焼ガス温度測定手段と、を備え、
前記制御部は、
前記大気温度測定手段の測定値と、前記燃焼ガス温度測定手段の測定値とに基づいて、前記バイパス路を流通する燃焼ガスの流量を算出するように構成されていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエコノマイザであって、
前記燃焼ガス混合空気の相対湿度が１００％未満とされていることを特徴とするエコノマイザ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエコノマイザを備えることを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼機器で発生した燃焼ガスが通過する排出路に配置され、燃焼ガスに含まれる水蒸気が結露して大気中において白煙が生成されるのを抑制することが可能なエコノマイザ及びこのエコノマイザを備えたボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ボイラをはじめとするガスや重油等の炭化水素を燃料とする燃焼機器において燃焼が行われると、炭化水素を構成する水素が酸素と反応して水蒸気が発生し、この水蒸気が燃焼ガスに大量に含まれる。
このように水蒸気を含む燃焼ガスが大気中に放出されると、燃焼ガスが大気と混合されて温度が低下し、燃焼ガス中の水蒸気が結露して白煙が生成される場合がある。
【０００３】
一方、ボイラ等の燃焼機器の熱効率を向上させるために、燃焼機器の排出路に熱交換部を設けて、燃焼ガスが有する熱を熱交換部において熱交換して燃焼ガスの残熱により水を加熱するエコノマイザが広く用いられている（例えば、特許文献１参考。）。
【特許文献１】特開２００５−６１７１２号公報
【０００４】
このような燃焼ガス中に含まれる水蒸気は、一部が熱交換部で結露して水になるが、結露しなかった水蒸気は排出口から大気中に排出されるため、大気の温度が低い場合には燃焼ガスに含まれる水蒸気が大気中で結露して白煙として拡散される場合がある。
このような水蒸気による白煙自体は無害であるが、近隣に民家がある場合には住民の感覚的な問題やダウンドラフトに起因する視界の低下といった問題が発生する場合があり、かかる白煙は大気温が低い冬場に特に発生し易く、上記のようにエコノマイザを通過した燃焼ガスは、熱交換部に吸熱されて温度が低下しているのでより白煙が生成されやすいという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、燃焼装置本体で生成された燃焼ガスが熱交換部を通過して排出口から大気中に排出される場合に、燃焼ガスに含まれる水蒸気に起因して発生する白煙を抑制することが可能なエコノマイザ及びボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、燃焼機器本体と、該燃焼機器本体で燃焼された燃焼ガスを排出口まで流通させる排出路と、を備えた燃焼装置の前記排出路に設けられるエコノマイザであって、前記燃焼ガスが通過する通気路と、前記燃焼ガスと接触して熱交換をする熱交換部とを備え、前記熱交換部を通過して前記排出口から排出される燃焼ガスの相対湿度を低減する白煙抑制手段を備えることを特徴する。
【０００７】
請求項９に記載の発明は、ボイラであって、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエコノマイザを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係るエコノマイザ及びボイラによれば、燃焼ガスの相対湿度を低減して排出口から排出するので燃焼ガスに含まれる水蒸気の結露及び白煙の生成が抑制される。
【０００９】
この明細書において、排出路とは、燃焼機器本体で燃焼して生成された燃焼ガスを燃焼機器本体から末端に形成された排出口まで移送して大気中に排出するための通路であり、排出路に配置されたエコノマイザの通気路を排出路に含めてもよい。
また、エコノマイザの通気路は、排出路と独立して形成されてもよいし、排出路の一部又は全部がエコノマイザの通気路を兼ねてもよい。
【００１０】
また、この明細書において、燃焼ガスとは、燃焼機器本体で生成されて燃焼機器本体内に存在している状態から、排出口から排出されて大気と混合されることにより燃焼ガス混合空気とされ排出口近傍に存在している状態のものまでを含んでいる。
また、燃焼ガスとは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したもの、燃焼反応中の燃料ガスの両方を有するもの、燃焼反応中の燃料ガスのみを有するもの、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有するもののいずれをも含む概念である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエコノマイザであって、前記白煙抑制手段は、前記排出路の前記熱交換部の少なくとも一部を通過した位置に合流部を有し、前記排出路を通過する燃焼ガスの前記合流部における温度より高温の気体を、前記合流部から供給する高温ガス供給手段により構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係るエコノマイザによれば、排出路に合流部が形成され、排出路を上流側から下流側に流れている燃焼ガスに、この燃焼ガスの合流部における温度よりも高温の気体を供給することにより排出路を流通する燃焼ガスの温度を上昇させる。
その結果、排出路を通過する燃焼ガスの相対湿度が低下して燃焼ガスに含まれる水蒸気の結露が抑制されるとともに白煙の生成が抑制される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のエコノマイザであって、前記高温ガス供給手段は、前記燃焼ガスを分岐部において分岐し前記合流部まで移送するバイパス路とされ、前記分岐部は、少なくとも前記熱交換部の一部を挟んで前記合流部の上流側に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係るエコノマイザによれば、高温ガス供給手段が、分岐部において分岐された燃焼ガスを合流部まで移送するバイパス路とされているので、熱交換部（熱交換部の一部の場合を含む）を通過することにより温度が低下した燃焼ガスに、バイパス路を経由することで熱交換部を通過していない高温の燃焼ガスが混合されて、熱交換部を通過した燃焼ガスとバイパス路を通過した燃焼ガスとが混合された混合燃焼ガスの温度を上昇させる。
その結果、混合燃焼ガスと排出口近傍の空気（大気）とが混合された燃焼ガス混合空気の温度が上昇して相対湿度が低下して白煙の生成が抑制される。
【００１５】
この明細書において、熱交換部（又は熱交換部の一部）を通過した燃焼ガスとは、バイパス路を経由していない燃焼ガスのことを指し、例えば、バイパス路の分岐部が熱交換部の前端よりも下流側に形成されていてバイパス路に分岐される前に熱交換部の前端と分岐部との間を通過する燃焼ガス、又は、バイパス路の合流部が熱交換部の末端より上流側に形成されている場合に合流部から流入して熱交換部の一部を通過する燃焼ガスは含まない。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のエコノマイザであって、上流側に位置する第１の熱交換部と、該第１の熱交換部の下流側に位置する第２の熱交換部とを備え、前記分岐部は前記第１の熱交換部の上流側に、前記合流部は前記第２の熱交換部の下流側に形成されていることを特徴とする
【００１７】
この発明に係るエコノマイザによれば、上流側に位置する第１の熱交換部と、下流側に位置する第２の熱交換部とを備えているので、例えば、第１の熱交換部において顕熱を回収し、第２の熱交換部にて潜熱を回収する際に水蒸気を結露させて第２の熱交換部を通過する燃焼ガス中の絶対湿度を低減し、そこにバイパス路を経由して供給される高温の燃焼ガスを混合することで混合燃焼ガスの温度を上昇させて白煙の生成を抑制することができる。
【００１８】
この明細書において、エコノマイザは、例えば、燃焼機器を設置する際に燃焼機器の一部として排出路に配置された熱交換部を含むものとする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載のエコノマイザであって、前記バイパス路には、燃焼ガスの流通を調整する弁が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
この発明に係るエコノマイザによれば、バイパス路に弁が設けられていて燃焼ガスの調整が可能とされる。
その結果、例えば、開閉による燃焼ガス流通のＯＮ、ＯＦＦ又は燃焼ガスの流量調整により、熱交換部を経由しない燃焼ガスの流通量を調整して熱効率の低下を抑制することが可能とされ、例えば、白煙が発生しにくい夏季等に、バイパス路の閉止等により、必要に応じて燃焼ガスをバイパス路に流通させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のエコノマイザであって、制御部を備えるとともに、前記弁は、前記制御部からの信号に基づいて前記バイパス路を流通する燃焼ガスの流量を調整可能に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
この発明に係るエコノマイザによれば、弁の燃焼ガス流通量を制御部が調整可能とされているので人手によらずに流量調整をすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のエコノマイザであって、前記排出口近傍の大気の温度を測定する大気温度測定手段と、前記燃焼機器本体で生成された後、前記排出口から排出されて大気と混合された燃焼ガス混合空気となる以前のいずれかの状態の燃焼ガスの温度を測定する燃焼ガス温度測定手段とを備え、前記制御部は、前記大気温度測定手段の測定値と、前記燃焼ガス温度測定手段の測定値とに基づいて、前記バイパス路を流通する燃焼ガスの流量を算出するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明に係るエコノマイザによれば、制御部が大気温度測定手段の測定値と、燃焼ガス温度測定手段の測定値とに基づいてバイパス路を流通する燃焼ガスの流量を算出するので燃焼ガスからの白煙生成を効率的に抑制することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエコノマイザであって、前記燃焼ガス混合空気の相対湿度が１００％未満とされていることを特徴とする。
【００２６】
この発明に係るエコノマイザによれば、燃焼ガス混合空気の相対湿度が１００％未満とされているので、燃焼ガス混合空気に含まれる水蒸気の結露を抑制して白煙の生成が防止される。
【発明の効果】
【００２７】
この発明に係るエコノマイザによれば、排気口から排出される燃焼ガスが大気に放出された場合に、燃焼ガス中の水蒸気に起因する白煙が発生することが抑制される。
この発明に係るボイラによれば、排気口から排出される燃焼ガスが大気に放出された場合に、水蒸気に起因する白煙が発生することが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図１を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るエコノマイザを適用したボイラ（燃焼機器）の概略図であり、符号１はボイラを、符号１０はボイラ本体（燃焼機器本体）を、符号４０はエコノマイザを示している。
【００２９】
ボイラ１は、図１に示すように、ボイラ本体１０と、エコノマイザ４０とを備えており、ボイラ本体１０は、燃料供給部１２から供給された燃料がボイラ本体１０内に設けられた図示しないバーナにより燃焼され、この燃焼で生成された燃焼ガスＧ１がボイラ本体１０の図示しない缶体内の水を加熱するとともに排出路１４に燃焼ガスＧ２として排出されるようになっている。
【００３０】
この実施の形態における燃料は、生ガスと燃焼用空気とを混合した燃料ガスからなり、燃料供給部１２は、例えば、燃焼用空気を供給する送風ファンと、燃焼用空気に生ガスを供給するノズルとを備え、送風ファンから送風された燃焼用空気とノズルから供給された生ガスとが混合された燃料ガスをバーナで燃焼するようになっている。
なお、燃料ガスに代えて、重油等の液体燃料を燃料としてもよい。
【００３１】
排出路１４は、ボイラ本体１０の末端側に接続され、側面視して、水平方向に形成された第１の水平部１４Ａと、第１の水平部１４Ａに接続され上方に伸びる第１の鉛直部１４Ｂと、第１の鉛直部１４Ｂに接続され水平方向に伸びる第２の水平部１４Ｃと、第２の水平部１４Ｃに接続され下方に伸びる第２の鉛直部１４Ｄと、第２の鉛直部１４Ｄに接続され水平方向に伸びる第３の水平部１４Ｅと、第３の水平部１４Ｅに接続され上方に伸びる第３の鉛直部１４Ｆとを備え、第３の鉛直部１４Ｆの末端には大気に開口する開口部（排出口）１５が形成されている。
【００３２】
この実施の形態において、燃焼ガスはその状態により、ボイラ本体１０内における状態を燃焼ガスＧ１、燃焼ガスＧ１がボイラ本体１０から排出され排出路１４に導入された状態を燃焼ガスＧ２、燃焼ガスＧ２が第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を通過して温度が低下した状態を燃焼ガスＧ３、燃焼ガスＧ３に第１の熱交換部１６の上流側から移送された燃焼ガスＧ２が混合された状態を混合燃焼ガス（燃焼ガス）Ｇ４、燃焼ガスＧ２、Ｇ３又は混合燃焼ガスＧ４が開口部１５から排出されて開口部１５近傍の大気に拡散、混合された状態を燃焼ガス混合空気（燃焼ガス）Ｇ５とする。
また、混合燃焼ガスＧ４は温度ＴＧ４、絶対湿度ＨＧ４、開口部近傍における大気は大気温度ＴＡとされている。
【００３３】
エコノマイザ４０は、燃焼ガスＧ２が通過する通気路４２と、燃焼ガスＧ２と接触して熱交換をする第１の熱交換部１６、第２の熱交換部４４と、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を挟んで第１の熱交換部１６の上流側に位置する第１の水平部１４Ａと第２の熱交換部４４の下流側に位置する第３の鉛直部１４Ｆとを接続するバイパス路４６と、バイパス路４６を流通する燃焼ガス（高温の気体）Ｇ２の流量を調整する流量制御部５０とを備えている。
通気路４２は、排出路１４の第２の鉛直部１４Ｄ、第３の水平部１４Ｅ、第３の鉛直部１４Ｆから構成されている。
【００３４】
流量制御部５０は、ボイラ本体１０から排出された混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４を測定する燃焼ガス温度センサ（燃焼ガス温度測定手段）ＴＣ１と、開口部１５近傍の大気温度ＴＡを測定する大気温度センサ（大気温度測定手段）ＴＣ２と、制御部５１とを備えている。
【００３５】
制御部５１は、演算部５１Ａと、データベースＤＢ１とを備え、燃焼ガス温度センサＴＣ１の温度検出信号が信号ケーブル５２Ａにより、大気温度センサＴＣ２の温度検出信号が信号ケーブル５２Ｂにより演算部５１Ａに入力されるとともに、演算部５１Ａが、入力されたデータとデータベースＤＢ１とを対照して流量調整弁４８の開度を算出するようになっている。
算出された流量調整弁４８の開度は、開度制御信号として信号ケーブル５３を介して出力されバイパス路４６を流通する燃焼ガスＧ２の流量を調整するようになっている。
【００３６】
データベースＤＢ１は、例えば、混合燃焼ガスＧ４と大気とが混合して生成される燃料ガス混合空気Ｇ５の相対湿度が１００％未満となるための混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４及び大気温度ＴＡとの関係が格納されており、燃焼ガス温度センサＴＣ１により検出された混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４と大気温度センサＴＣ２により検出される開口部１５近傍の大気温度ＴＡをデータベースＤＢ１と対照することにより上記条件を満足する混合燃焼ガスＧ４の温度が演算部５１Ａに出力されるようになっている。演算部５１Ａは、その結果に基づいて混合燃焼ガスＧ４がその温度に到達するための流量調整弁４８の開度を算出、出力するようになっている。
【００３７】
図２は、制御部５１における流量調整弁４８の開度の算出の一例を示すブロック図である。以下、図１、図２を参照して、流量調整弁４８の開度制御について説明する。
１）まず、燃焼ガス温度センサＴＣ１により検出された混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４及び大気温度センサＴＣ２により検出された開口部１５近傍の大気温度ＴＡが制御部５１に入力される（Ｓ１）。
２）次に、混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４及び大気温度ＴＡをデータベースＤＢ１と対照して相対湿度が１００％未満の燃焼ガス混合空気Ｇ５が生成可能な混合燃焼ガスＧ４の温度を算出する（Ｓ２）。
３）次に、例えば、フィードバック制御により燃焼ガス温度センサＴＣ１により検出される混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４が、上記２）で得られた温度となるような流量調整弁４８の開度を算出して開度制御信号を出力する（Ｓ３）。
【００３８】
また、第１の熱交換部１６は、例えば、ボイラ本体１０を設置する際にボイラ本体１０と一体に形成されたものであり第１の鉛直部１４Ｂに設けられ、第２の熱交換部４４はそれ以降にボイラ本体１０に設けられたものであり、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４は、ボイラ本体１０から排出される燃焼ガスＧ２により缶体に供給する水Ｍを加熱可能とされている。
【００３９】
また、缶体に供給する水Ｍは、第２の熱交換部４４、第１の熱交換部１６の順に流通するようになっている。
また、第１の熱交換部１６は、例えば、主に燃焼ガスＧ２の顕熱を回収するようになっており、第２の熱交換部４４は、主に燃焼ガスＧ２の潜熱を回収して燃焼ガスＧ２に含まれる水蒸気を結露させて水として回収可能とされている。
【００４０】
また、バイパス路４６は、ボイラ本体１０から排出された燃焼ガスＧ２を分岐する分岐部４６Ａが排出路１４における第１の熱交換部１６の前端より上流側に形成され、バイパス路４６を通過した燃焼ガスＧ２が合流する合流部４６Ｂが排出路１４における第２の熱交換部４４の末端より下流側に形成されている。
【００４１】
その結果、バイパス路４６は、燃焼ガスＧ２を第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を経由することなく第３の鉛直部１４Ｆに移送可能に構成されるとともに、バイパス路４６の途中には流量調整弁４８が設けられ、流量調整弁４８により燃焼ガスＧ２の流通のＯＮ、ＯＦＦ及び流通する燃焼ガスＧ２の流量を調整可能とされている。
【００４２】
かかる構成により、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を通過して温度が低下した燃焼ガスＧ３と、バイパス路４６を経由して流通する高温の燃焼ガスＧ２とを混合して混合燃焼ガスＧ４とするので、開口部１５から排出された混合燃焼ガスＧ４が大気と混合して生成される燃燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度を低減することができるようになっている。
【００４３】
混合燃焼ガスＧ４を混合する際に、燃燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度が開口部１５近傍の大気の温度において１００％未満となるように、流量調整弁４８の開度が調整されることが好適である。また、例えば、開口部１５に煙突等がさらに接続される場合は、実際に大気に開口する部分が排出口とされる。
【００４４】
次に、エコノマイザ４０の作用について説明する。
１）ボイラ本体１０における燃料の燃焼で生成された燃焼ガスＧ１はボイラ本体１０の缶体内の水Ｍを加熱した後に排出路１４に排出されて燃焼ガスＧ２となる。
２）排出路１４に移動した燃焼ガスＧ２は、ボイラ本体１０に設けられた第１の熱交換部１６を通過して、主として燃焼ガスＧ２の顕熱により第１の熱交換部１６内の水を加熱し燃焼ガスＧ２は温度が低下する。
３）第１の熱交換部１６を通過した燃焼ガスＧ２は、第２の熱交換部４４を通過して、主として燃焼ガスＧ２に含まれる水蒸気の潜熱により第２の熱交換部４４内の水を加熱する。その結果、燃焼ガスＧ２に含まれる水蒸気が結露して水として分離されるとともに燃焼ガスＧ２の温度が低下して燃焼ガスＧ３の状態となる。
４）第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を経由して温度が低下した燃焼ガスＧ３は、第１の熱交換部１６の上流側からバイパス路４６を経由して第３の水平部１４Ｅに移送された高温の燃焼ガスＧ２と混合されて、燃焼ガスＧ３より温度が高い混合燃焼ガスＧ４となる。
混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４は、燃焼ガス温度センサＴＣ１により測定されて制御部５１に出力され、開口部１５近傍の大気温度ＴＡが大気温度センサＴＣ２により測定されて制御部５１に出力される。
５）制御部５１からの出力により、燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度が、所定の値、例えば、９５％（＜１００％）となるような混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４が算出され、これに基づいて流量調整弁４８の開度が調整される。
その結果、バイパス路４６を流通する燃焼ガスＧ２の流量が調整される。
６）開口部１５から排出された混合燃焼ガスＧ４は、開口部１５近傍の大気と混合されて燃焼ガス混合空気Ｇ５が生成される。
この場合、燃焼ガス混合空気Ｇ５が相対湿度１００％未満となるように混合燃焼ガスＧ４の絶対湿度が調整されていることが好適であるが、相対湿度１００％以上として白煙の発生量を減少させるようにしてもよい。
【００４５】
エコノマイザ４０及びボイラ１によれば、混合燃焼ガスＧ４の温度を上昇させることにより相対湿度を低減して開口部１５から排出するので、燃焼ガス混合空気Ｇ５に含まれる水蒸気の結露、及び開口部１５近傍における白煙の生成を抑制することができる。
【００４６】
また、燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度を１００％未満にした場合、燃焼ガス混合空気Ｇ５からの白煙の生成を確実に抑制することができる。
また、燃焼ガス混合空気Ｇ５が開口部１５から離れて燃焼ガス混合空気Ｇ５の温度が結露を生じる程度まで低下したとしても、発生する白煙の密度が低下しているので視界の低下を招くのを抑制することができる。
【００４７】
エコノマイザ４０及びボイラ１によれば、バイパス路４６により第１の熱交換部１６の上流側から第２の熱交換部４４の下流側に位置する第３の水平部１４Ｅに高温の燃焼ガスＧ２を移送するので、温度低下した燃焼ガスＧ３と高温の燃焼ガスＧ２とを混合して混合燃焼ガスＧ４の温度を上昇することにより、燃焼ガス混合空気Ｇ５に含まれる水蒸気の結露と白煙の生成を効率的に抑制することができる。
また、バイパス路４６に流量調整弁４８が設けられているので、バイパス路４６を経由して流通する燃焼ガスＧ２の流量を調整することが可能とされているので、白煙の発生を効率的に抑制し、熱エネルギを効率的に使用することができる。
【００４８】
また、第１の熱交換部１６と、第２の熱交換部４４とを備え、第１の熱交換部１６において顕熱を回収して燃焼ガスＧ２の温度を低下させて第２の熱交換部４４において潜熱を回収することにより燃焼ガスＧ２中の水蒸気を結露させるので燃焼ガスＧ２中の水蒸気を効率的に低減することができる。
その結果、混合燃焼ガスＧ４による白煙を抑制するとともに、混合燃焼ガスＧ４を生成させる際の潜熱相当分として奪われる熱を小さくして生成する混合燃焼ガスＧ４の温度を効率的に上昇させることができる。
【００４９】
また、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４において燃焼ガスＧ２の水蒸気が結露して燃焼ガスＧ３の絶対湿度が低下した場合、混合燃焼ガスＧ４及び燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度を効率的に低下させることができる。
また、第２の熱交換部４４が第２の鉛直部１４Ｄに配置されているので、第２の熱交換部４４で結露した水分を第２の熱交換部４４の下方で容易に回収することができる。
【００５０】
また、上記構成のエコノマイザ４０及びボイラ１によれば、白煙抑制手段に駆動源が必要とされないため、設備コスト及びランニングコストが抑制される。
【００５１】
次に、図３から図７に示した第１〜第５の湿り空気線図を参照して、白煙の発生に関する本発明の有効性について説明する。
図３から図６は、ボイラ本体１０から排出された燃焼ガスが大気中に排出されるまでの排出形態と白煙発生との関係を説明する図であり、燃焼ガス中の絶対湿度を空気換算して湿り空気線図にプロットしたものである。図３から図７において、縦軸Ｈは燃焼ガスの絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ−Ｄ・Ａ）を、横軸Ｔｇは、燃焼ガスの温度（乾球温度）（℃）を示しており、曲線Ｌ０は相対湿度１００％の境界を示す線であり、曲線Ｌ０の上方において結露及び白煙が生成される。
【００５２】
また、図３から図７における燃料ガスを生成するための生ガスは天然ガス（１３Ａ）とされており、ボイラ本体１０から排出路１４に排出された燃焼ガスＧ２の状態を示した点Ａにおいて、燃焼ガスＧ２は温度Ｔｇ０１、絶対湿度Ｈ０１である。
図３、４、５は従来の排出形態を、図６、７は本発明に係る排出形態を示している。
また、点Ｗは、冬季における大気の状態を示しており、温度Ｔｇ０２、絶対湿度Ｈ０２である。
【００５３】
＜第１の排出形態＞
図３は、ボイラ本体１０から排出路１４に排出される燃焼ガスＧ２を冬季にそのまま大気中に排出する第１の排出形態における燃焼ガスの状態を示す図である。
第１の排出形態では、点Ａにおける温度Ｔｇ０１、絶対湿度Ｈ０１の燃焼ガスＧ２が、点点Ｗにおける温度Ｔｇ０２、絶対湿度Ｈ０２の状態になる。その結果、点Ａから点Ｗに至る直線Ｌ３は、多くの場合、曲線Ｌ０の上方を通過して白煙が生成される。
【００５４】
＜第２の排出形態＞
図４は、ボイラ本体１０から排出路１４に排出される燃焼ガスＧ２が排出路１４において冷却される第２の排出形態における燃焼ガスの状態を示す図である。
第２の排出形態では、点Ａにおける温度Ｔｇ０１、絶対湿度Ｈ０１の燃焼ガスＧ２が、排出路１４で結露することなく冷却され、開口部１５を示す点Ｄにおいて絶対湿度Ｈ０１、温度Ｔｇ４１の燃焼ガスＧ３となる。この場合、燃焼ガスＧ３は、絶対湿度が低減されることなく温度Ｔｇ４１まで低下するので上記第１の排出形態よりも相対湿度が上昇し、点Ｄから点Ｗに至る直線Ｌ４は多くの場合曲線Ｌ０の上方を通過して白煙が生成される。
【００５５】
＜第３の排出形態＞
図５は、ボイラ本体１０から排出路１４に排出される燃焼ガスＧ２が排出路１４を通過する際に第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を通過して温度Ｔｇが低下するとともに、燃焼ガスＧ２中の水蒸気が結露、除去されて絶対湿度Ｈが低下された第３の排出形態における燃焼ガスの状態を示す図である。
第３の排出形態では、点Ａにおける温度Ｔｇ０１、絶対湿度Ｈ０１の燃焼ガスＧ２が、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を通過する際に温度Ｔｇ、絶対湿度Ｈともに低下し、第２の熱交換部４４を通過した位置を示す点Ｃにおいて温度Ｔｇ５１、絶対湿度Ｈ５１の燃焼ガスＧ３となり、その後、第３の鉛直部１４Ｆを通過する際に温度Ｔｇ、絶対湿度Ｈともにさらに低下して開口部１５近傍の位置を示す点Ｄにおいて温度Ｔｇ５２、絶対湿度Ｈ５２の燃焼ガスＧ３となる。
この場合、第２の熱交換部４４を通過する際に結露するために点Ｃ、点Ｄにおける相対湿度が１００％近傍まで上昇して曲線Ｌ０に接近する。そのため、点Ｄから点Ｗに至る直線Ｌ５は、多くの場合曲線Ｌ０の上方を通過するため絶対湿度が大きく低下しているにも関わらず白煙が生成される傾向となる。
【００５６】
＜第４の排出形態＞
図６は、ボイラ本体１０から排出路１４に排出される燃焼ガスＧ２が排出路１４を通過する際に第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を通過して温度Ｔｇが低下するとともに、燃焼ガスＧ２中の水蒸気が結露、除去されて絶対湿度Ｈが低下された燃焼ガスＧ３になり、この燃焼ガスＧ３にバイパス路４６を経由して移送された高温の燃焼ガスＧ２を混合して混合燃焼ガスＧ４とする第４の排出形態における燃焼ガスの状態を示す図である。
第４の排出形態では、点Ａにおける温度Ｔｇ０１、絶対湿度Ｈ０１の燃焼ガスＧ２が、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４を通過する際に温度Ｔｇ、絶対湿度Ｈともに低下し、第２の熱交換部４４を通過した位置を示す点Ｃにおいて温度Ｔｇ６１、絶対湿度Ｈ６１の燃焼ガスＧ３となり、その後、バイパス路４６を経由した高温の燃焼ガスＧ２と混合されて、温度Ｔｇ、絶対湿度Ｈが上昇し、温度Ｔｇ６２、絶対湿度Ｈ６２の混合燃焼ガスＧ４となる。
混合燃焼ガスＧ４は、燃焼ガスＧ３が高温の燃焼ガスＧ２と混合される際に、燃焼ガスＧ２に含まれる水蒸気により絶対湿度Ｈが上昇するものの、燃焼ガスＧ３に含まれる水蒸気が結露により減少していて比熱が小さくなっているため、絶対湿度Ｈの上昇に比較すると温度Ｔｇが大幅に上昇して相対湿度が低下する。
その結果、直線Ｌ６は、曲線Ｌ０の下方を通過し易くなり白煙の生成が抑制される。
以上のように、エコノマイザ４０、ボイラ１によれば、白煙の生成を抑制可能であることが理論的に裏付けられる。
【００５７】
＜第５の排出形態＞
図７は、ボイラ本体１０から排出路１４に排出される燃焼ガスＧ２が第１の熱交換部１６を通過して温度Ｔｇが低下した燃焼ガスＧ３となり、この燃焼ガスＧ３にバイパス路４６を経由して移送された、例えば、高温の燃焼ガスＧ１を混合して混合燃焼ガスＧ４とする第５の排出形態における燃焼ガスの状態を示す図である。
第５の排出形態では、点Ａにおける温度Ｔｇ０１、絶対湿度Ｈ０１の燃焼ガスＧ２が、第１の熱交換部１６を通過した位置を示す点Ｂにおいて温度Ｔｇが温度Ｔｇ７１まで低下した燃焼ガスＧ３となり、その後、例えば、バイパス路４６を経由して移送された高温の燃焼ガスＧ１と混合されて温度が上昇し温度Ｔｇ７２の混合燃焼ガスＧ４となる。
混合燃焼ガスＧ４の絶対湿度Ｈは、燃焼ガスＧ１、Ｇ２に対して維持されるものの温度Ｔｇが燃焼ガスＧ２よりも高温とした場合、相対湿度が低下して直線Ｌ７が、曲線Ｌ０の下方を通過し易くなり白煙の生成が抑制される。
かかる第５の排出形態においては、例えば、バイパス路４６の分岐部４６Ａがボイラ本体１０に接続されて燃焼ガスＧ２より高温の燃焼ガスＧ１がバイパス路４６を通過可能に構成されており、この場合、熱交換部において結露がない場合にも、白煙の生成を抑制可能であることが理論的に裏付けられる。
【００５８】
なお、第４、５の排出の形態の説明において、開口部１５から排出された混合燃焼ガスＧ４に係る点Ｄと点Ｗとを結ぶ直線Ｌ６、Ｌ７が相対湿度１００％を示す曲線Ｌ０の上方にある場合に白煙が生成され、下方にある場合に白煙が生成されないとして説明したが、燃焼ガスの温度低下が必ずしもリニアでない点等を考慮して、第４、第５の湿り空気線図上において直線Ｌ６、Ｌ７では曲線Ｌ０と交点が形成されても、直線Ｌ６、Ｌ７により表わされるべき燃焼ガス混合空気Ｇ５の状態（温度Ｔｇ−絶対湿度Ｈ）が、時間変化を考慮して曲線Ｌ０よりも下方であれば白煙は生成されない。
【００５９】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４のうち第１の熱交換部１６がボイラ１を設置する際にボイラ本体１０に予め設けられ、その後、第２の熱交換部４４が設けられる場合について説明したが、第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４の双方が、燃焼機器の設置当初から燃焼機器の一部として設けられ又は新たに燃焼機器に設けられる構成としてもよいし、燃焼機器本体に第２の熱交換部４４が予め設けられている場合に、その後、第１の熱交換部１６を新たに設ける構成としてもよい。また、３以上の複数の熱交換部を有する構成としてもよいことは当然である。
【００６０】
なお、上記実施の形態においては、バイパス路４６の分岐部４６Ａが排出路１４の第１の熱交換部１６より上流側に、バイパス路４６の合流部４６Ｂが排出路１４の第２の熱交換部４４より下流側に形成される場合について説明したが、バイパス路４６の分岐部４６Ａは、燃焼ガス混合空気Ｇ５からの白煙の発生を抑制する範囲内において、第１の熱交換部１６の上流側の前端よりも上流側又は第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４の途中位置のいずれの位置にも設定可能であり、少なくとも第１の熱交換部１６及び第２の熱交換部４４の双方又はいずれか一方の少なくとも一部を挟んで相対的に合流部４６Ｂの上流側に形成されていればよい。
【００６１】
また、第５の排出形態に示すように、バイパス路４６の分岐部４６Ａをボイラ本体１０に設けてもよいし、他の位置から分岐させてもよい。
また、バイパス路４６に代えて、例えば、焼却炉、熱処理炉等をはじめとする他の設備、高温の気体を生成する加熱装置又は他のボイラからの高温の気体を合流部に供給する構成とすることも可能である。また、合流部に供給する高温の気体としては、燃焼ガスに限られず、加熱により高温とされた気体（例えば、加熱された空気等）を用いてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態においては、第１の熱交換部１６が顕熱回収用とされ、第２の熱交換部４４が潜熱回収用とされる場合について説明したが、第１の熱交換部１６、第２の熱交換部４４の機能については自在に設定可能である。
【００６３】
また、上記実施の形態においては、図２に示したブロック図を例にバイパス路４６の燃焼ガスＧ２の流通量を制御して燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度を１００％未満に調整する場合について説明したが、他の手順に基づいて燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度を１００％未満に調整する構成としてもよし、燃焼ガス混合空気Ｇ５の相対湿度を１００％以上としてネルギ効率の低下を抑制しつつ白煙の生成を抑制する構成としてもよい。
また、流量調整弁４８の開度の算出に関して、データベースＤＢ１に代えて、又はともに他のデータベースを用い、又はその一部又は全部を演算手段を用いて算出してもよいことは当然である。
【００６４】
また、上記実施の形態においては、流量制御部５０が、燃焼ガス測定センサＴＣ１と、大気温度測定センサＴＣ２と、制御部５１とを備え、混合燃焼ガスＧ４の温度ＴＧ４、大気温度ＴＡとを、データベースＤＢ１と対応させて流量調整弁４８の開度を調整する場合について説明したが、流量制御部の構成は任意に設定することができる。
例えば、燃焼ガス測定センサＴＣ１が温度測定する対象を、混合燃焼ガスＧ４に代えて、燃焼ガスＧ１、燃焼ガスＧ２、燃焼ガスＧ３、燃焼ガス混合空気Ｇ５のいずれかから選択し、又はこれら燃焼ガスのうち複数の燃焼ガスの温度を測定する温度センサを組み合わせて用いてもよいし、また、これらと燃焼ガスの流速、燃焼ガス、大気の湿度測定結果等、他の要因を測定して用いる構成としてもよい。
【００６５】
また、上記実施の形態においては、弁が自動の流量調整弁４８とされ、バイパス路４６の燃焼ガスＧ２の流量を流量調整弁４８の開度調整により行なう場合について説明したが、例えば、仕切り弁等の手動弁を用いてＯＮ、ＯＦＦ、又は流量調整をしてもよいし、自動流量調整弁による場合において、開度制御以外のＯＮ−ＯＦＦ制御等を適用することも可能である。
【００６６】
また、上記実施の形態においては、排出路１４が、第１の水平部１４Ａと、第１の鉛直部１４Ｂと、第２の水平部１４Ｃと、第２の鉛直部１４Ｄと、第３の水平部１４Ｅと、第３の鉛直部１４Ｆとから構成される場合について説明したが、これらを任意に組み合わせた構成としてもよく、例えば、第１の鉛直部１４Ｂにより縦型の排出路としてもよい。
【００６７】
また、排出路１４を構成する壁部の一部又は全部に断熱材を設けることにより、燃焼ガスＧ２、Ｇ３、Ｇ４の温度低下を抑制することにより白煙抑制手段の効率を向上することも可能である。
【００６８】
また、上記実施の形態においては、燃焼機器がボイラの場合について説明したが、ボイラの他、燃料ガス又石油等の炭化水素を燃料とする燃焼機器に適用可能であることはいうまでもない。
また、
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエコノマイザを適用したボイラの縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るエコノマイザにおける流量調整弁の制御を示すブロック図である。
【図３】第１の排出形態における燃焼ガス中の絶対湿度を空気換算して湿り空気線図にプロットした白煙の発生を説明する第１の湿り空気線図である。
【図４】第２の排出形態における燃焼ガス中の絶対湿度を空気換算して湿り空気線図にプロットした白煙の発生を説明する第２の湿り空気線図である。
【図５】第３の排出形態における燃焼ガス中の絶対湿度を空気換算して湿り空気線図にプロットした白煙の発生を説明する第３の湿り空気線図である。
【図６】第４の排出形態における燃焼ガス中の絶対湿度を空気換算して湿り空気線図にプロットした白煙の発生を説明する第４の湿り空気線図である。
【図７】第５の排出形態における燃焼ガス中の絶対湿度を空気換算して湿り空気線図にプロットした白煙の発生を説明する第５の湿り空気線図である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｇ１    燃焼ガス
Ｇ２、Ｇ３    燃焼ガス
Ｇ４    混合燃焼ガス（燃焼ガス）
Ｇ５    燃焼ガス混合空気
ＴＣ１  燃焼ガス温度センサ（燃焼ガス温度測定手段）
ＴＣ２  大気温度センサ（大気温度測定手段）
１    ボイラ（燃焼機器）
１０    ボイラ本体（燃焼機器本体）
１４    排出路
１５    開口部（排出口）
１６    第１の熱交換部
４０    エコノマイザ
４２  通気路
４４    第２の熱交換部
４６    バイパス路
４６Ａ  分岐部
４６Ｂ  合流部
４８    流量調整弁（弁）
５１    制御部
【図１】
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【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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