JP3993023B2 - 熱風循環装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，エアヒートバーナによって燃焼を行い，その燃焼ガスにより熱風循環炉内を乾燥させる熱風循環装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば，図１６に示すごとく，熱風を循環させる熱風循環装置９としては，乾燥炉９２内の雰囲気ガス１０５を還流ダクト９２２に還流させて，この還流ダクト９２２の途中に配設したエアヒートバーナ９３により燃焼を行って，この燃焼による熱風１０８を乾燥炉２に循環させるものがある。上記エアヒートバーナ３においては，燃料供給ヘッダー９３１より供給された燃料１０１と空気送風機６より供給された空気１０４とにより燃焼を行っている。そして，この燃焼による燃焼ガス１０８と上記雰囲気ガス１０５とを混合して生成した熱風１０９を上記乾燥炉９２内に供給して，対流により乾燥を行っている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記熱風循環装置９に用いるエアヒートバーナ９３おいては，常温（２０℃ぐらい）の空気１０４を燃料１０１と燃焼させて，上記熱風１０９を生成している。そのため，例えば，上記乾燥炉９２内の温度を２７０℃に保つ場合には，上記燃料１０１と空気１０４とにより燃焼を行った燃焼ガス１０８を，上記２０℃の空気１０４と上記２７０℃の乾燥炉９２内の温度との差である２５０℃以上には加熱する必要がある。
そのため，上記燃焼ガス１０８により熱風１０９を生成するには，大量の燃料１０１を燃焼させることが必要になり，省エネルギ−な熱風循環装置９を形成することが困難になっている。
【０００４】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，エアヒートバーナにおける燃焼量を減少させて，省エネルギー化を実現することができる熱風循環装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】
第１の発明は，熱風循環炉と，該熱風循環炉に熱風を供給する熱風ダクトと，該熱風ダクト内に配設したエアヒートバーナとを有すると共に，上記熱風循環炉から上記熱風ダクトへは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記熱風ダクトに還流させる還流ダクトを設けてなる熱風循環装置であって，
上記エアヒートバーナは，燃料を噴出させる燃料供給ヘッダーと，燃焼用空気を噴出させる空気噴出筒とを有しており，
また，上記熱風ダクトと上記エアヒートバーナとの間には，上記還流ダクトから送られる上記雰囲気ガスを通過させるスルー通路を形成し，
上記燃料供給ヘッダーには，該燃料供給ヘッダーへ上記燃料を供給する燃料供給配管を接続してなり，上記空気噴出筒には，該空気噴出筒へ上記燃焼用空気としての酸素残存空気を供給する燃焼用空気ダクトを接続してなり，該燃焼用空気ダクトはガスタービンの排気ダクトであり，上記酸素残存空気は上記ガスタービンの排気ガスであり，
上記空気噴出筒は，上記燃焼用空気ダクトの先端部に接続し上記燃料供給ヘッダーを外側から囲う状態で上記熱風ダクト内に配設する燃焼筒と，該燃焼筒と上記燃料供給ヘッダーとの間を閉塞する一対の空気噴出プレートとを有しており，
上記エアヒートバーナにより，上記空気噴出筒の上記一対の空気噴出プレートから噴出させた上記酸素残存空気と上記燃料供給ヘッダーから噴出させた上記燃料とを混合して燃焼を行うと共に，その燃焼ガスを上記スルー通路を通過させた上記雰囲気ガスと混合して上記熱風とし，該熱風を上記熱風ダクトより上記熱風循環炉内に供給するよう構成してあり，
上記エアヒートバーナ，上記燃料供給配管及び上記燃焼用空気ダクトは，上記熱風ダクトの一部を構成する取付部材に配設してあり，該取付部材は，上記エアヒートバーナを上記熱風ダクトの側面に設けたバーナ配設穴を介して該熱風ダクト内に挿入する状態で，該熱風ダクトに対して着脱可能であることを特徴とする熱風循環装置にある（請求項１）。
【０００６】
本発明の熱風循環装置においては，熱風循環炉に上記エアヒートバーナを内部に配設した熱風ダクトが設けてあり，この熱風ダクトへは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを還流させる還流ダクトが接続されている。また，上記エアヒートバーナにおける空気噴出筒には，燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクトが接続してあり，上記熱風ダクトと上記エアヒートバーナとの間には，上記スルー通路が形成されている。
上記エアヒートバーナにおいては，上記空気噴出筒より上記燃焼用空気を噴出させると共に，上記燃料供給ヘッダーより燃料を噴出させて，燃焼を行う。
【０００７】
そして，上記燃焼による燃焼ガスは，上記熱風ダクトにおいて，上記スルー通路を通過した上記雰囲気ガスと混合されて，上記熱風循環炉に供給する熱風となる。
そのため，上記燃焼ガスを上記雰囲気ガスとの混合により，上記熱風の量を多くすることができると共に，上記熱風は，熱風循環炉内の被加熱物を加熱するのに適切な温度にした後に上記熱風循環炉に供給することができる。そのため，炉内温度のムラが少なく，かつ対流による伝熱が促進された良好な熱風循環炉を形成することができる。
【０００８】
さらに，本発明においては，上記エアヒートバーナの燃焼に使用する上記燃焼用空気としての酸素残存空気としては，排気ガスを用いることができ，この排気ガスの有する熱エネルギーを上記熱風に活用することができる。そのため，上記エアヒートバーナへの燃料の供給量を減少させることができ，このエアヒートバーナにおける燃焼量を減少させることができる。それ故，省エネルギ−な熱風循環装置を形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
また，上記燃焼用空気ダクトは，例えば，ガスタービンの排気ダクト，又は熱風循環炉の排気ダクトとすることができ，上記酸素残存空気はこれらの排気ダクトより排気される排気ガスとすることができる。また，上記熱風循環炉内の温度は，８０〜２００℃に保持して乾燥を行うことができる。
また，上記熱風循環炉としては，乾燥炉，焼き戻し加熱炉，ベーキング炉等の種々のものがある。
【００１０】
また，上記エアヒートバーナにおける空気噴出筒は，上記燃焼用空気ダクトに接続される燃焼筒と，該燃焼筒と上記燃料供給ヘッダーとの間に配設して上記燃焼用空気を噴出させる複数の空気噴出孔を形成した空気噴出プレートとを有していることが好ましい。この場合には，上記熱風ダクト内に配設した上記エアヒートバーナにおいて，上記燃料と上記燃焼用空気とを燃焼させることが容易になる。
【００１１】
また，上記エアヒートバーナは，取付部材により上記熱風ダクトの内部に着脱自在に取り付けてあることが好ましい。この場合には，上記エアヒートバーナを上記熱風ダクトとの間で着脱することが容易であり，上記エアヒートバーナのメンテナンスや取替えが必要なときに容易にこれに対応することができる。
【００１２】
また，上記燃焼用空気ダクトは，マイクロガスタービンの排気ダクトであり，上記酸素残存空気は，酸素濃度が１６〜１９％であると共に温度が２５０〜３００℃である上記マイクロガスタービンの排気ガスであることが好ましい（請求項２）。
この場合には，上記エアヒートバーナは，上記空気噴出筒に上記酸素残存空気よりも酸素濃度が高い空気（例えば，酸素濃度が約２１％のフレッシュエアー）を供給しなくても，安定した燃焼を行うことができる。また，この場合には，上記マイクロガスタービンの排気ガスにおける熱エネルギーを効果的に活用することができる。
【００１３】
また，上記還流ダクトは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記熱風ダクトに送風する還流送風機を有していることが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記還流ダクト内に強制的に送風し，この強制対流により上記熱風ダクト内で生成した上記熱風を上記熱風循環炉内に供給することができる。
【００１４】
また，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクトを介して上記空気噴出筒より空気を噴出させることができる空気送風機を設けることができる（請求項４）。
この場合には，上記燃焼用空気ダクトを流れる酸素残存空気の流量が少ないときには，上記流量の不足分を上記空気送風機による空気によって補うことができる。また，上記エアヒートバーナにおいて燃焼を行う際に，上記酸素残存空気における酸素濃度が低いときには，上記空気送風機より供給した空気中の酸素を利用して燃焼を行うことができる。
【００１５】
また，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクト内の流量を調節するための流量調節弁を設けることができる（請求項５）。
この場合には，上記燃焼用空気ダクトを流れる酸素残存空気，空気又はこれらの混合空気の流量が過剰なときでも，上記流量調節弁により上記流量を調節して，上記エアヒートバーナの空気噴出筒に供給することができる。そのため，上記エアヒートバーナにおいて，最適な燃焼を行うことができる。
【００１６】
また，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクト内の流量を測定するための第１流量計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記第１流量計による流量値に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成することができる（請求項６）。
この場合には，上記酸素残存空気，空気又はそれらの混合空気の流量を調節して，上記エアヒートバーナに供給する燃焼用空気の流量を最適にすることができる。
【００１７】
また，上記熱風ダクトには，該熱風ダクト内の流量を測定するための第２流量計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記第１流量計による流量値と上記第２流量計による流量値との差に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成することもできる（請求項７）。この場合にも，上記酸素残存空気，空気又はそれらの混合空気の流量を調節して，上記エアヒートバーナに供給する燃焼用空気の流量を最適にすることができる。
【００１８】
また，上記熱風循環装置には，上記燃焼用空気ダクト内と上記熱風ダクト内との差圧を測定する差圧計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記差圧計による差圧に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成することもできる（請求項８）。この場合にも，上記酸素残存空気，空気又はそれらの混合空気の流量を調節して，上記エアヒートバーナに供給する燃焼用空気の流量を最適にすることができる。
【００１９】
また，上記第１流量計，上記第２流量計又は差圧計としては，オリフィス計又はピトー管等の差圧流量計を用いることができる。
【００２０】
また，上記燃焼用空気ダクトは，上記燃焼用空気ダクトを流れる酸素残存空気の流量が上記エアヒートバーナに用いる燃焼用空気の流量として過剰な場合には，上記酸素残存空気を上記還流ダクト内又は上記熱風ダクト内に直接導入するためのバイパス経路を有することができる（請求項９）。
この場合には，上記過剰の酸素残存空気を上記バイパス経路より上記還流ダクト内又は上記熱風ダクト内に混入させることができる。そのため，上記過剰の酸素残存空気の熱エネルギーを効果的に活用することができる。
【００２１】
【実施例】
以下に，図１〜図１４を用いて，本発明の熱風循環装置１における実施例につき説明する。
（実施例１）
本例の熱風循環装置１は，図１，図２に示すごとく，熱風循環炉２と，この熱風循環炉２に熱風１０７を供給する熱風ダクト２１と，この熱風ダクト２１内に配設したエアヒートバーナ３とを有すると共に，上記熱風循環炉２から上記熱風ダクト２１へは，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記熱風ダクト２１に還流させるための還流ダクト２２を設けてなる。
上記エアヒートバーナ３は，燃料１０１を噴出させる燃料供給ヘッダー３１と，燃焼用空気１０２を噴出させる空気噴出筒３２とを有している。
【００２２】
また，上記熱風ダクト２１と上記エアヒートバーナ３との間には，上記還流ダクト２２から送られる上記雰囲気ガス１０５を通過させるスルー通路２３が形成してある。また，上記空気噴出筒３２には，上記燃焼用空気１０２としての酸素残存空気１０３を供給する燃焼用空気ダクト４が接続してある。
そして，上記熱風循環装置１においては，上記エアヒートバーナ３により上記酸素残存空気１０３と上記燃料１０１とを混合して燃焼を行うと共に，その燃焼ガス１０６を上記スルー通路２３を通過させた上記雰囲気ガス１０５と混合して上記熱風１０７とする。そして，この熱風１０７を上記熱風ダクト２１より上記熱風循環炉２内に供給して，この熱風循環炉２内を対流により乾燥させる。
【００２３】
以下に，これを詳説する。
図１，図２に示すごとく，本例においては，上記燃焼用空気ダクト４は，マイクロガスタービン５の排気ダクトであり，上記酸素残存空気１０３は，酸素濃度が１６〜１９％であると共に温度が２５０〜３００℃である上記マイクロガスタービン５の排気ガスである。そのため，上記エアヒートバーナ３は，上記空気噴出筒３２に上記酸素残存空気１０３よりも酸素濃度が高い空気（例えば，酸素濃度が約２１％のフレッシュエアー）を供給しなくても，安定した燃焼を行うことができる。
また，本例では，上記熱風循環炉２は，乾燥炉であり，この乾燥炉内の温度を８０〜２００℃に保持して乾燥を行う。
【００２４】
また，図１に示すごとく，上記還流ダクト２２は，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記熱風ダクト２１に送風する還流送風機２２１を有している。そのため，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記還流ダクト２２内に強制的に送風し，この強制対流により上記熱風ダクト２１内で生成した上記熱風１０７を上記熱風循環炉２内に供給することができる。
また，上記熱風循環炉２には，この熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５の一部を排気する排気口２５が設けてある。
【００２５】
また，図２に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４には，この燃焼用空気ダクト４内を流れる上記燃焼用空気１０２としての酸素残存空気１０３の流量を調節するための流量調節弁（バタフライバルブ）４１が設けてある。これにより，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が上記燃焼に過剰なときでも，上記流量調節弁４１によりこの過剰な流量を絞ることができる。そして，適切な流量の酸素残存空気１０３を上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２に供給することができる。そのため，上記エアヒートバーナ３において，最適な燃焼を行うことができる。
【００２６】
また，図３に示すごとく，上記エアヒートバーナ３における燃料供給ヘッダー３１は，上記燃焼を行う下流側に燃料噴出部３１１を有しており，この燃料噴出部３１１には上記燃料１０１を噴出させる複数の燃料噴出孔３１２を有している。また，本例の燃料１０１は気体燃料としての都市ガスであり，上記燃料供給ヘッダー３１には，上記都市ガスを供給するための燃料供給管３３が接続されている。
【００２７】
また，図２に示すごとく，上記エアヒートバーナ３における空気噴出筒３２は，上記燃焼用空気ダクト４に接続される燃焼筒３２１と，この燃焼筒３２１と上記燃料供給ヘッダー３１との間に配設して，それぞれ上記燃焼用空気１０２を噴出させる複数の空気噴出孔３２３を形成した一対の空気噴出プレート３２２とを有している。
また，上記一対の空気噴出プレート３２２は，上記燃料供給ヘッダー３１の下流側の側壁３１３にそれぞれ取り付けられており，それぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設されている。なお，上記下流側とは，燃焼の火炎を形成する側をいう。
【００２８】
また，上記エアヒートバーナ１は，取付部材４００により上記熱風ダクト２１の内部に着脱自在に取り付けてあり，この取付部材４００において，上記燃焼筒３４と上記燃焼用空気ダクト４とが接続してある。また，上記燃料供給管３３は，上記燃料供給ヘッダー３１に接続された先端配管３３１と，燃料供給源（図示略）に接続された本体配管３３２とが，上記取付部材４００において接続されている。そして，上記エアヒートバーナ１のメンテナンスや取替えが必要なときには，上記取付部材４００を上記熱風ダクト２１との間で着脱することにより，容易にこれに対応することができる。
【００２９】
本例においては，上記還流送風機２２１によって，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記還流ダクト２２に還流させると共に（図１参照），上記エアヒートバーナ３において，上記燃焼用空気ダクト４を流れて上記空気噴出筒３２より噴出する燃焼用空気１０２と，上記燃料供給管３３を流れて上記燃料供給ヘッダー３１より噴出する燃料１０１とを混合させて燃焼を行う（図２参照）。
そして，上記燃焼による燃焼ガス１０６は，上記熱風ダクト２１において，上記還流ダクト２２を流れて上記スルー通路２３を通過した上記雰囲気ガス１０５と混合されて，上記熱風循環炉２に供給する熱風１０７となる（図２参照）。
【００３０】
そのため，上記燃焼ガス１０６を上記雰囲気ガス１０５との混合により，上記熱風１０７の量を多くすることができると共に，この熱風１０７は，熱風循環炉２内の被加熱物を加熱するのに適切な温度にした後に上記熱風循環炉２に供給することができる。そのため，炉内温度のムラが少なく，対流による伝熱が促進された良好な熱風循環炉２を形成することができる。
【００３１】
さらに，本例の熱風循環装置１においては，上記エアヒートバーナ３の燃焼に使用する上記燃焼用空気１０２としての酸素残存空気１０３には，上記マイクロガスタービン５における排気ガスを用いることができ，この排気ガスの有する熱エネルギーを上記熱風１０７に活用することができる。そのため，上記エアヒートバーナ３への燃料１０１の供給量を減少させることができ，このエアヒートバーナ３における燃焼量を減少させることができる。それ故，省エネルギ−な熱風循環装置１を形成することができる。
【００３２】
（実施例２）
本例は，図４に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４を介して上記空気噴出筒３２より空気１０４を噴出させることができる空気送風機６を設けた例である。そして，本例では，上記燃焼用空気ダクト４に並列して上記空気送風機６を接続しており，上記燃焼用空気ダクト４と上記空気送風機６とは，上記燃焼筒２１の外部における合流部４０１において合流している。
【００３３】
また，上記燃焼用空気ダクト４の合流部４０１の上流側には，燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量を調節するためのバタフライバルブ４２１と，このバタフライバルブ４２１により酸素残存空気１０３の流量を絞ったときに，過剰の酸素残存空気１０３を逃がす逃がし口４９とが配設してある。また，上記空気送風機６の出口側にも，この空気送風機６より送風する空気１０４の流量を調節するためのバタフライバルブ４２２が配設してある。その他は上記実施例１と同様である。
【００３４】
本例においては，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が少ないときには，上記空気送風機６により空気１０４を上記燃焼用空気ダクト４に送り出すことができる。そして，上記燃焼用空気１０２としての上記酸素残存空気１０３と上記空気１０４との混合空気を上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２より噴出させて，上記酸素残存空気１０３の不足分を補うことができる。なお，本例において，上記上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３が過剰にあるときには，上記バタフライバルブ４２２を閉じると共に上記空気送風機６の運転を停止することができる。
【００３５】
また，上記エアヒートバーナ３において燃焼を行う際に，上記酸素残存空気１０３における酸素濃度が低いときには，上記空気送風機６より供給した空気１０４中の酸素を利用して燃焼を行うことができる。
また，上記空気送風機６を設けたことにより，上記マイクロガスタービン５の運転が停止して，上記酸素残存空気１０３がエアヒートバーナ３に供給されなくなったとしても，上記空気送風機６により空気１０４を上記エアヒートバーナ３に供給して，連続して上記熱風循環装置１の運転を行うことができる。その他，本例においても，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
なお，上記空気送風機６を上記燃焼用空気ダクト４に並列して接続するときの態様としては，以下の各種の態様を採用することができる。
例えば，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が上記エアヒートバーナ３に必要な燃焼用空気１０２の量よりも少ない場合には，図５に示すごとく，上記空気送風機６におけるバタフライバルブ４２２は，その出口側に設けるのではなく入口側に設け，上記合流部４０１に設けた切替弁４２により，上記マイクロガスタービン５側の燃焼用空気ダクト４を開閉して上記燃焼用空気１０２の流量を調節することができる。
【００３７】
そして，上記マイクロガスタービン５の運転停止時は，上記切替弁４１により上記マイクロガスタービン５側の燃焼用空気ダクト４と閉じて，上記空気送風機６による空気１０４を上記燃焼用空気１０２とすることができる。また，上記マイクロガスタービン５の運転時は，上記入口側のバタフライバルブ４２２で空気１０４の流量を絞ると共に，上記切替弁４２を中間位置（上記マイクロガスタービン５側の燃焼用空気ダクト４と上記空気送風機６側の燃焼用ダクト４とが開いている状態）にして，上記酸素残存空気１０３と上記空気１０４とを混合して上記燃焼用空気１０２とすることができる。
【００３８】
また，例えば，上記エアヒートバーナ３に供給する燃焼用空気１０２の流量をフィードバック制御する場合には，図６に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３を設けて行うことができる。そして，上記熱風循環装置１は，上記第１流量計４３による流量値に基づいて上記流量調節弁４１を操作することにより，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することができる。
【００３９】
また，上記燃焼用空気１０２の流量のフィードバック制御は，図７に示すごとく，上記熱風循環装置１に，上記燃焼用空気ダクト４内と上記熱風ダクト２１内との差圧を測定する差圧計４５を設け，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。
【００４０】
また，上記燃焼用空気１０２の量のフィードバック制御は，図示は省略するが，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３を設けると共に，上記熱風ダクト２１に，この熱風ダクト２１内の流量を測定するための第２流量計を設けて，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。なお，上記第１流量計４３及び上記第２流量計としては，差圧流量計としてのオリフィス計を用いることができる。
【００４１】
（実施例３）
本例は，図８に示すごとく，上記空気送風機６を，上記燃焼用空気ダクト４に直列して接続した例であり，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３を上記空気送風機６を介して上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２に導く例である。
そして，上記空気送風機６の入口側には，上記マイクロガスタービン５からの燃焼用空気ダクト４が接続されていると共に，過剰の酸素残存空気１０３を排気する又は空気１０４を空気送風機６に取り入れるための給排気口６１が設けてある。また，上記空気送風機６の出口側には，上記酸素残存空気１０３の流量を調節するためのバタフライバルブ４２４が配設してある。
【００４２】
また，上記マイクロガスタービン５からの燃焼用空気ダクト４には，上記エアヒートバーナ３における燃焼を停止するときに，燃焼用空気ダクト４を閉じるためのバタフライバルブ４２３が配設してある。その他は上記実施例１と同様である。
【００４３】
本例においては，上記空気送風機６を常時作動させて，上記酸素残存空気１０３と空気１０４とを吸引すると共に，これらの混合空気を上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２に供給することができる。その他，本例においても，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
なお，本例においても，上記エアヒートバーナ３に供給する燃焼用空気１０２の量をフィードバック制御することができ，例えば，図９に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３を設けて行うことができる。そして，上記熱風循環装置１は，上記第１流量計４３による流量値に基づいて上記出口側のバタフライバルブ４２４を操作することにより，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することができる。
【００４５】
また，上記燃焼用空気１０２の流量のフィードバック制御は，図１０に示すごとく，上記熱風循環装置１に，上記燃焼用空気ダクト４内と上記熱風ダクト２１内との差圧を測定する差圧計４５を設け，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。その他，本例においても，上記実施例２と同様の流量のフィードバック制御の態様を採用することができる。
【００４６】
（実施例４）
本例は，図１１に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，上記酸素残存空気１０３を上記熱風ダクト２１内に直接導入するためのバイパス経路４７を形成した例である。そして，このバイパス経路４７と燃焼用空気ダクト４との接続部４０２には，上記バイパス経路４７に流れる酸素残存空気１０３の流量を調節するための流量調節弁４１を配設している。その他は上記実施例１と同様である。
【００４７】
本例においては，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が上記エアヒートバーナ３に用いる燃焼用空気１０２の流量として過剰なとき，この過剰の酸素残存空気１０３を上記バイパス経路４７より上記熱風ダクト２１内に混入させることができる。そのため，上記過剰の酸素残存空気１０３における熱エネルギーを効果的に活用することができる。その他，本例においても，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
また，本例においては，図１２に示すごとく，上記バイパス経路４７の接続部４０２に逆流防止弁４７１を配設すると共に上記燃焼用空気ダクト４にバタフライバルブ４２５を設けて，上記エアヒートバーナ３に供給する酸素残存空気１０３の流量を調節することもできる。
【００４９】
また，本例においても，上記エアヒートバーナ３に供給する燃焼用空気１０２の流量をフィードバック制御することができ，例えば，図１３に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３が設けて行うことができる。そして，上記熱風循環装置１は，上記第１流量計４３による流量値に基づいて上記接続部４０２に設けた流量調節弁４１を操作することにより，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することができる。
【００５０】
また，上記燃焼用空気１０２の量のフィードバック制御は，図１４に示すごとく，上記熱風循環装置１に，上記燃焼用空気ダクト４内と上記熱風ダクト２１内との差圧を測定する差圧計４５を設け，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。その他，本例においても，上記実施例２と同様の流量のフィードバック制御の態様を採用することができる。
【００５１】
（実施例５）
本例においては，上記実施例１に示した熱風循環装置１（発明品，図１〜図３参照）の優れた作用効果を裏付けるために，上記熱風循環装置１に必要となる熱量の試算を行った。また，比較のために，従来の熱風循環装置９（排気ガスを利用しないもの）（比較品，図１６参照）についても，熱量の試算を行った。
【００５２】
上記熱量の試算としては，マイクロガスタービンにおいては，１１６．３ｋＷ（１０００００ｋｃａｌ／ｈ）の燃料（都市ガス）を供給して運転を行ったときに，７４．４ｋＷ（６４０００ｋｃａｌ／ｈ）の排気ガスが，温度約２７０℃，酸素濃度約１８％で排気されるとして行った。また，上記熱風循環装置においては，常温（約２０℃）の空気を燃焼用空気１０２として使用する場合の燃料（都市ガス）の使用量は１７４．５ｋＷ（１５００００ｋｃａｌ／ｈ）として試算を行った。
【００５３】
（比較品）
比較品は，マイクロガスタービンと従来の熱風循環装置９（図１６参照）とをそれぞれ独立して運転を行う場合である。そして，このとき，上記マイクロガスタービンと上記熱風循環装置９とにおいて使用される合計の燃料使用量は，１１６．３ｋＷ＋１７４．５ｋＷ＝２９０．８ｋＷ（２５００００ｋｃａｌ／ｈ）となる。
【００５４】
（発明品）
発明品は，上記マイクロガスタービン５より排気される排気ガスを上記燃焼用空気１０２として活用する（図１〜図３参照）。そのため，上記熱風循環装置１での燃料使用量は，上記マイクロガスタービン５への燃料供給量１１６．３ｋＷと上記空気を燃焼用空気１０２として使用する場合の燃料使用量１７４．５ｋＷとの合計である２９０．８ｋＷから，上記マイクロガスタービン５の排気ガスにおける熱量７４．４ｋＷを差し引いた，２１６．４（１８６０００ｋｃａｌ／ｈ）となる。それ故，上記熱量の試算により，上記エアヒートバーナ３への燃料１０１の供給量を減少させることができ，省エネルギ−な熱風循環装置１を形成できることがわかる。
【００５５】
なお，図１５に示すごとく，上記マイクロガスタービン５の排気ガスを上記熱風循環装置１に活用する方法として，上記燃焼用空気ダクト４を上記還流ダクト２２の途中に接続し，この還流ダクト２２において上記酸素残存ガス１０３としてのマイクロガスタービン５の排気ガスを混入させた後に，上記エアヒートバーナ３において燃焼を行う方法も考えられる。
しかし，この方法においては，上記エアヒートバーナ３に流入する燃焼用空気１０２の酸素濃度が著しく低くなるため（上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５における酸素濃度（例えば１４％）と上記酸素残存空気１０３における酸素濃度（例えば１８％）とが混合して１６％以下の酸素濃度になる），エアヒートバーナ３において燃焼を行うことが困難になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，熱風循環装置を示す全体説明図。
【図２】実施例１における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図３】実施例１における，エアヒートバーナを示す斜視図。
【図４】実施例２における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図５】実施例２における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，空気送風機の流量を固定した態様を示す部分説明図。
【図６】実施例２における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，第１流量計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図７】実施例２における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，差圧計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図８】実施例３における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図９】実施例３における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，第１流量計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１０】実施例３における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，差圧計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１１】実施例４における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図１２】実施例４における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，逆流防止弁を設けた態様を示す部分説明図。
【図１３】実施例４における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，第１流量計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１４】実施例４における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，差圧計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１５】実施例５における，燃焼用空気ダクトを還流ダクトの途中に接続した場合の熱風循環装置を示す全体説明図。
【図１６】従来例における，熱風循環装置を示す全体説明図。
【符号の説明】
１．．．熱風循環装置，
１０１．．．燃料，
１０２．．．燃焼用空気，
１０３．．．酸素残存空気，
１０４．．．空気，
１０５．．．雰囲気ガス，
１０６．．．燃焼ガス，
１０７．．．熱風，
２．．．熱風循環炉，
２１．．．熱風ダクト，
２２．．．還流ダクト，
２２１．．．還流送風機，
２３．．．スルー通路，
３．．．エアヒートバーナ，
３１．．．燃料供給ヘッダー，
３２．．．空気噴出筒，
３３．．．燃料管，
４．．．燃焼用空気ダクト，
４１．．．流量調節弁，
４３．．．第１流量計，
４５．．．差圧計，
４７．．．バイパス経路，
５．．．マイクロガスタービン，
６．．．空気送風機，
【技術分野】
本発明は，エアヒートバーナによって燃焼を行い，その燃焼ガスにより熱風循環炉内を乾燥させる熱風循環装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば，図１６に示すごとく，熱風を循環させる熱風循環装置９としては，乾燥炉９２内の雰囲気ガス１０５を還流ダクト９２２に還流させて，この還流ダクト９２２の途中に配設したエアヒートバーナ９３により燃焼を行って，この燃焼による熱風１０８を乾燥炉２に循環させるものがある。上記エアヒートバーナ３においては，燃料供給ヘッダー９３１より供給された燃料１０１と空気送風機６より供給された空気１０４とにより燃焼を行っている。そして，この燃焼による燃焼ガス１０８と上記雰囲気ガス１０５とを混合して生成した熱風１０９を上記乾燥炉９２内に供給して，対流により乾燥を行っている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記熱風循環装置９に用いるエアヒートバーナ９３おいては，常温（２０℃ぐらい）の空気１０４を燃料１０１と燃焼させて，上記熱風１０９を生成している。そのため，例えば，上記乾燥炉９２内の温度を２７０℃に保つ場合には，上記燃料１０１と空気１０４とにより燃焼を行った燃焼ガス１０８を，上記２０℃の空気１０４と上記２７０℃の乾燥炉９２内の温度との差である２５０℃以上には加熱する必要がある。
そのため，上記燃焼ガス１０８により熱風１０９を生成するには，大量の燃料１０１を燃焼させることが必要になり，省エネルギ−な熱風循環装置９を形成することが困難になっている。
【０００４】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，エアヒートバーナにおける燃焼量を減少させて，省エネルギー化を実現することができる熱風循環装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】
第１の発明は，熱風循環炉と，該熱風循環炉に熱風を供給する熱風ダクトと，該熱風ダクト内に配設したエアヒートバーナとを有すると共に，上記熱風循環炉から上記熱風ダクトへは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記熱風ダクトに還流させる還流ダクトを設けてなる熱風循環装置であって，
上記エアヒートバーナは，燃料を噴出させる燃料供給ヘッダーと，燃焼用空気を噴出させる空気噴出筒とを有しており，
また，上記熱風ダクトと上記エアヒートバーナとの間には，上記還流ダクトから送られる上記雰囲気ガスを通過させるスルー通路を形成し，
上記燃料供給ヘッダーには，該燃料供給ヘッダーへ上記燃料を供給する燃料供給配管を接続してなり，上記空気噴出筒には，該空気噴出筒へ上記燃焼用空気としての酸素残存空気を供給する燃焼用空気ダクトを接続してなり，該燃焼用空気ダクトはガスタービンの排気ダクトであり，上記酸素残存空気は上記ガスタービンの排気ガスであり，
上記空気噴出筒は，上記燃焼用空気ダクトの先端部に接続し上記燃料供給ヘッダーを外側から囲う状態で上記熱風ダクト内に配設する燃焼筒と，該燃焼筒と上記燃料供給ヘッダーとの間を閉塞する一対の空気噴出プレートとを有しており，
上記エアヒートバーナにより，上記空気噴出筒の上記一対の空気噴出プレートから噴出させた上記酸素残存空気と上記燃料供給ヘッダーから噴出させた上記燃料とを混合して燃焼を行うと共に，その燃焼ガスを上記スルー通路を通過させた上記雰囲気ガスと混合して上記熱風とし，該熱風を上記熱風ダクトより上記熱風循環炉内に供給するよう構成してあり，
上記エアヒートバーナ，上記燃料供給配管及び上記燃焼用空気ダクトは，上記熱風ダクトの一部を構成する取付部材に配設してあり，該取付部材は，上記エアヒートバーナを上記熱風ダクトの側面に設けたバーナ配設穴を介して該熱風ダクト内に挿入する状態で，該熱風ダクトに対して着脱可能であることを特徴とする熱風循環装置にある（請求項１）。
【０００６】
本発明の熱風循環装置においては，熱風循環炉に上記エアヒートバーナを内部に配設した熱風ダクトが設けてあり，この熱風ダクトへは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを還流させる還流ダクトが接続されている。また，上記エアヒートバーナにおける空気噴出筒には，燃焼用空気を供給する燃焼用空気ダクトが接続してあり，上記熱風ダクトと上記エアヒートバーナとの間には，上記スルー通路が形成されている。
上記エアヒートバーナにおいては，上記空気噴出筒より上記燃焼用空気を噴出させると共に，上記燃料供給ヘッダーより燃料を噴出させて，燃焼を行う。
【０００７】
そして，上記燃焼による燃焼ガスは，上記熱風ダクトにおいて，上記スルー通路を通過した上記雰囲気ガスと混合されて，上記熱風循環炉に供給する熱風となる。
そのため，上記燃焼ガスを上記雰囲気ガスとの混合により，上記熱風の量を多くすることができると共に，上記熱風は，熱風循環炉内の被加熱物を加熱するのに適切な温度にした後に上記熱風循環炉に供給することができる。そのため，炉内温度のムラが少なく，かつ対流による伝熱が促進された良好な熱風循環炉を形成することができる。
【０００８】
さらに，本発明においては，上記エアヒートバーナの燃焼に使用する上記燃焼用空気としての酸素残存空気としては，排気ガスを用いることができ，この排気ガスの有する熱エネルギーを上記熱風に活用することができる。そのため，上記エアヒートバーナへの燃料の供給量を減少させることができ，このエアヒートバーナにおける燃焼量を減少させることができる。それ故，省エネルギ−な熱風循環装置を形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
また，上記燃焼用空気ダクトは，例えば，ガスタービンの排気ダクト，又は熱風循環炉の排気ダクトとすることができ，上記酸素残存空気はこれらの排気ダクトより排気される排気ガスとすることができる。また，上記熱風循環炉内の温度は，８０〜２００℃に保持して乾燥を行うことができる。
また，上記熱風循環炉としては，乾燥炉，焼き戻し加熱炉，ベーキング炉等の種々のものがある。
【００１０】
また，上記エアヒートバーナにおける空気噴出筒は，上記燃焼用空気ダクトに接続される燃焼筒と，該燃焼筒と上記燃料供給ヘッダーとの間に配設して上記燃焼用空気を噴出させる複数の空気噴出孔を形成した空気噴出プレートとを有していることが好ましい。この場合には，上記熱風ダクト内に配設した上記エアヒートバーナにおいて，上記燃料と上記燃焼用空気とを燃焼させることが容易になる。
【００１１】
また，上記エアヒートバーナは，取付部材により上記熱風ダクトの内部に着脱自在に取り付けてあることが好ましい。この場合には，上記エアヒートバーナを上記熱風ダクトとの間で着脱することが容易であり，上記エアヒートバーナのメンテナンスや取替えが必要なときに容易にこれに対応することができる。
【００１２】
また，上記燃焼用空気ダクトは，マイクロガスタービンの排気ダクトであり，上記酸素残存空気は，酸素濃度が１６〜１９％であると共に温度が２５０〜３００℃である上記マイクロガスタービンの排気ガスであることが好ましい（請求項２）。
この場合には，上記エアヒートバーナは，上記空気噴出筒に上記酸素残存空気よりも酸素濃度が高い空気（例えば，酸素濃度が約２１％のフレッシュエアー）を供給しなくても，安定した燃焼を行うことができる。また，この場合には，上記マイクロガスタービンの排気ガスにおける熱エネルギーを効果的に活用することができる。
【００１３】
また，上記還流ダクトは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記熱風ダクトに送風する還流送風機を有していることが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記還流ダクト内に強制的に送風し，この強制対流により上記熱風ダクト内で生成した上記熱風を上記熱風循環炉内に供給することができる。
【００１４】
また，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクトを介して上記空気噴出筒より空気を噴出させることができる空気送風機を設けることができる（請求項４）。
この場合には，上記燃焼用空気ダクトを流れる酸素残存空気の流量が少ないときには，上記流量の不足分を上記空気送風機による空気によって補うことができる。また，上記エアヒートバーナにおいて燃焼を行う際に，上記酸素残存空気における酸素濃度が低いときには，上記空気送風機より供給した空気中の酸素を利用して燃焼を行うことができる。
【００１５】
また，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクト内の流量を調節するための流量調節弁を設けることができる（請求項５）。
この場合には，上記燃焼用空気ダクトを流れる酸素残存空気，空気又はこれらの混合空気の流量が過剰なときでも，上記流量調節弁により上記流量を調節して，上記エアヒートバーナの空気噴出筒に供給することができる。そのため，上記エアヒートバーナにおいて，最適な燃焼を行うことができる。
【００１６】
また，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクト内の流量を測定するための第１流量計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記第１流量計による流量値に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成することができる（請求項６）。
この場合には，上記酸素残存空気，空気又はそれらの混合空気の流量を調節して，上記エアヒートバーナに供給する燃焼用空気の流量を最適にすることができる。
【００１７】
また，上記熱風ダクトには，該熱風ダクト内の流量を測定するための第２流量計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記第１流量計による流量値と上記第２流量計による流量値との差に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成することもできる（請求項７）。この場合にも，上記酸素残存空気，空気又はそれらの混合空気の流量を調節して，上記エアヒートバーナに供給する燃焼用空気の流量を最適にすることができる。
【００１８】
また，上記熱風循環装置には，上記燃焼用空気ダクト内と上記熱風ダクト内との差圧を測定する差圧計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記差圧計による差圧に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成することもできる（請求項８）。この場合にも，上記酸素残存空気，空気又はそれらの混合空気の流量を調節して，上記エアヒートバーナに供給する燃焼用空気の流量を最適にすることができる。
【００１９】
また，上記第１流量計，上記第２流量計又は差圧計としては，オリフィス計又はピトー管等の差圧流量計を用いることができる。
【００２０】
また，上記燃焼用空気ダクトは，上記燃焼用空気ダクトを流れる酸素残存空気の流量が上記エアヒートバーナに用いる燃焼用空気の流量として過剰な場合には，上記酸素残存空気を上記還流ダクト内又は上記熱風ダクト内に直接導入するためのバイパス経路を有することができる（請求項９）。
この場合には，上記過剰の酸素残存空気を上記バイパス経路より上記還流ダクト内又は上記熱風ダクト内に混入させることができる。そのため，上記過剰の酸素残存空気の熱エネルギーを効果的に活用することができる。
【００２１】
【実施例】
以下に，図１〜図１４を用いて，本発明の熱風循環装置１における実施例につき説明する。
（実施例１）
本例の熱風循環装置１は，図１，図２に示すごとく，熱風循環炉２と，この熱風循環炉２に熱風１０７を供給する熱風ダクト２１と，この熱風ダクト２１内に配設したエアヒートバーナ３とを有すると共に，上記熱風循環炉２から上記熱風ダクト２１へは，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記熱風ダクト２１に還流させるための還流ダクト２２を設けてなる。
上記エアヒートバーナ３は，燃料１０１を噴出させる燃料供給ヘッダー３１と，燃焼用空気１０２を噴出させる空気噴出筒３２とを有している。
【００２２】
また，上記熱風ダクト２１と上記エアヒートバーナ３との間には，上記還流ダクト２２から送られる上記雰囲気ガス１０５を通過させるスルー通路２３が形成してある。また，上記空気噴出筒３２には，上記燃焼用空気１０２としての酸素残存空気１０３を供給する燃焼用空気ダクト４が接続してある。
そして，上記熱風循環装置１においては，上記エアヒートバーナ３により上記酸素残存空気１０３と上記燃料１０１とを混合して燃焼を行うと共に，その燃焼ガス１０６を上記スルー通路２３を通過させた上記雰囲気ガス１０５と混合して上記熱風１０７とする。そして，この熱風１０７を上記熱風ダクト２１より上記熱風循環炉２内に供給して，この熱風循環炉２内を対流により乾燥させる。
【００２３】
以下に，これを詳説する。
図１，図２に示すごとく，本例においては，上記燃焼用空気ダクト４は，マイクロガスタービン５の排気ダクトであり，上記酸素残存空気１０３は，酸素濃度が１６〜１９％であると共に温度が２５０〜３００℃である上記マイクロガスタービン５の排気ガスである。そのため，上記エアヒートバーナ３は，上記空気噴出筒３２に上記酸素残存空気１０３よりも酸素濃度が高い空気（例えば，酸素濃度が約２１％のフレッシュエアー）を供給しなくても，安定した燃焼を行うことができる。
また，本例では，上記熱風循環炉２は，乾燥炉であり，この乾燥炉内の温度を８０〜２００℃に保持して乾燥を行う。
【００２４】
また，図１に示すごとく，上記還流ダクト２２は，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記熱風ダクト２１に送風する還流送風機２２１を有している。そのため，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記還流ダクト２２内に強制的に送風し，この強制対流により上記熱風ダクト２１内で生成した上記熱風１０７を上記熱風循環炉２内に供給することができる。
また，上記熱風循環炉２には，この熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５の一部を排気する排気口２５が設けてある。
【００２５】
また，図２に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４には，この燃焼用空気ダクト４内を流れる上記燃焼用空気１０２としての酸素残存空気１０３の流量を調節するための流量調節弁（バタフライバルブ）４１が設けてある。これにより，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が上記燃焼に過剰なときでも，上記流量調節弁４１によりこの過剰な流量を絞ることができる。そして，適切な流量の酸素残存空気１０３を上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２に供給することができる。そのため，上記エアヒートバーナ３において，最適な燃焼を行うことができる。
【００２６】
また，図３に示すごとく，上記エアヒートバーナ３における燃料供給ヘッダー３１は，上記燃焼を行う下流側に燃料噴出部３１１を有しており，この燃料噴出部３１１には上記燃料１０１を噴出させる複数の燃料噴出孔３１２を有している。また，本例の燃料１０１は気体燃料としての都市ガスであり，上記燃料供給ヘッダー３１には，上記都市ガスを供給するための燃料供給管３３が接続されている。
【００２７】
また，図２に示すごとく，上記エアヒートバーナ３における空気噴出筒３２は，上記燃焼用空気ダクト４に接続される燃焼筒３２１と，この燃焼筒３２１と上記燃料供給ヘッダー３１との間に配設して，それぞれ上記燃焼用空気１０２を噴出させる複数の空気噴出孔３２３を形成した一対の空気噴出プレート３２２とを有している。
また，上記一対の空気噴出プレート３２２は，上記燃料供給ヘッダー３１の下流側の側壁３１３にそれぞれ取り付けられており，それぞれ下流側に向けて拡大傾斜して配設されている。なお，上記下流側とは，燃焼の火炎を形成する側をいう。
【００２８】
また，上記エアヒートバーナ１は，取付部材４００により上記熱風ダクト２１の内部に着脱自在に取り付けてあり，この取付部材４００において，上記燃焼筒３４と上記燃焼用空気ダクト４とが接続してある。また，上記燃料供給管３３は，上記燃料供給ヘッダー３１に接続された先端配管３３１と，燃料供給源（図示略）に接続された本体配管３３２とが，上記取付部材４００において接続されている。そして，上記エアヒートバーナ１のメンテナンスや取替えが必要なときには，上記取付部材４００を上記熱風ダクト２１との間で着脱することにより，容易にこれに対応することができる。
【００２９】
本例においては，上記還流送風機２２１によって，上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５を上記還流ダクト２２に還流させると共に（図１参照），上記エアヒートバーナ３において，上記燃焼用空気ダクト４を流れて上記空気噴出筒３２より噴出する燃焼用空気１０２と，上記燃料供給管３３を流れて上記燃料供給ヘッダー３１より噴出する燃料１０１とを混合させて燃焼を行う（図２参照）。
そして，上記燃焼による燃焼ガス１０６は，上記熱風ダクト２１において，上記還流ダクト２２を流れて上記スルー通路２３を通過した上記雰囲気ガス１０５と混合されて，上記熱風循環炉２に供給する熱風１０７となる（図２参照）。
【００３０】
そのため，上記燃焼ガス１０６を上記雰囲気ガス１０５との混合により，上記熱風１０７の量を多くすることができると共に，この熱風１０７は，熱風循環炉２内の被加熱物を加熱するのに適切な温度にした後に上記熱風循環炉２に供給することができる。そのため，炉内温度のムラが少なく，対流による伝熱が促進された良好な熱風循環炉２を形成することができる。
【００３１】
さらに，本例の熱風循環装置１においては，上記エアヒートバーナ３の燃焼に使用する上記燃焼用空気１０２としての酸素残存空気１０３には，上記マイクロガスタービン５における排気ガスを用いることができ，この排気ガスの有する熱エネルギーを上記熱風１０７に活用することができる。そのため，上記エアヒートバーナ３への燃料１０１の供給量を減少させることができ，このエアヒートバーナ３における燃焼量を減少させることができる。それ故，省エネルギ−な熱風循環装置１を形成することができる。
【００３２】
（実施例２）
本例は，図４に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４を介して上記空気噴出筒３２より空気１０４を噴出させることができる空気送風機６を設けた例である。そして，本例では，上記燃焼用空気ダクト４に並列して上記空気送風機６を接続しており，上記燃焼用空気ダクト４と上記空気送風機６とは，上記燃焼筒２１の外部における合流部４０１において合流している。
【００３３】
また，上記燃焼用空気ダクト４の合流部４０１の上流側には，燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量を調節するためのバタフライバルブ４２１と，このバタフライバルブ４２１により酸素残存空気１０３の流量を絞ったときに，過剰の酸素残存空気１０３を逃がす逃がし口４９とが配設してある。また，上記空気送風機６の出口側にも，この空気送風機６より送風する空気１０４の流量を調節するためのバタフライバルブ４２２が配設してある。その他は上記実施例１と同様である。
【００３４】
本例においては，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が少ないときには，上記空気送風機６により空気１０４を上記燃焼用空気ダクト４に送り出すことができる。そして，上記燃焼用空気１０２としての上記酸素残存空気１０３と上記空気１０４との混合空気を上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２より噴出させて，上記酸素残存空気１０３の不足分を補うことができる。なお，本例において，上記上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３が過剰にあるときには，上記バタフライバルブ４２２を閉じると共に上記空気送風機６の運転を停止することができる。
【００３５】
また，上記エアヒートバーナ３において燃焼を行う際に，上記酸素残存空気１０３における酸素濃度が低いときには，上記空気送風機６より供給した空気１０４中の酸素を利用して燃焼を行うことができる。
また，上記空気送風機６を設けたことにより，上記マイクロガスタービン５の運転が停止して，上記酸素残存空気１０３がエアヒートバーナ３に供給されなくなったとしても，上記空気送風機６により空気１０４を上記エアヒートバーナ３に供給して，連続して上記熱風循環装置１の運転を行うことができる。その他，本例においても，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
なお，上記空気送風機６を上記燃焼用空気ダクト４に並列して接続するときの態様としては，以下の各種の態様を採用することができる。
例えば，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が上記エアヒートバーナ３に必要な燃焼用空気１０２の量よりも少ない場合には，図５に示すごとく，上記空気送風機６におけるバタフライバルブ４２２は，その出口側に設けるのではなく入口側に設け，上記合流部４０１に設けた切替弁４２により，上記マイクロガスタービン５側の燃焼用空気ダクト４を開閉して上記燃焼用空気１０２の流量を調節することができる。
【００３７】
そして，上記マイクロガスタービン５の運転停止時は，上記切替弁４１により上記マイクロガスタービン５側の燃焼用空気ダクト４と閉じて，上記空気送風機６による空気１０４を上記燃焼用空気１０２とすることができる。また，上記マイクロガスタービン５の運転時は，上記入口側のバタフライバルブ４２２で空気１０４の流量を絞ると共に，上記切替弁４２を中間位置（上記マイクロガスタービン５側の燃焼用空気ダクト４と上記空気送風機６側の燃焼用ダクト４とが開いている状態）にして，上記酸素残存空気１０３と上記空気１０４とを混合して上記燃焼用空気１０２とすることができる。
【００３８】
また，例えば，上記エアヒートバーナ３に供給する燃焼用空気１０２の流量をフィードバック制御する場合には，図６に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３を設けて行うことができる。そして，上記熱風循環装置１は，上記第１流量計４３による流量値に基づいて上記流量調節弁４１を操作することにより，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することができる。
【００３９】
また，上記燃焼用空気１０２の流量のフィードバック制御は，図７に示すごとく，上記熱風循環装置１に，上記燃焼用空気ダクト４内と上記熱風ダクト２１内との差圧を測定する差圧計４５を設け，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。
【００４０】
また，上記燃焼用空気１０２の量のフィードバック制御は，図示は省略するが，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３を設けると共に，上記熱風ダクト２１に，この熱風ダクト２１内の流量を測定するための第２流量計を設けて，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。なお，上記第１流量計４３及び上記第２流量計としては，差圧流量計としてのオリフィス計を用いることができる。
【００４１】
（実施例３）
本例は，図８に示すごとく，上記空気送風機６を，上記燃焼用空気ダクト４に直列して接続した例であり，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３を上記空気送風機６を介して上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２に導く例である。
そして，上記空気送風機６の入口側には，上記マイクロガスタービン５からの燃焼用空気ダクト４が接続されていると共に，過剰の酸素残存空気１０３を排気する又は空気１０４を空気送風機６に取り入れるための給排気口６１が設けてある。また，上記空気送風機６の出口側には，上記酸素残存空気１０３の流量を調節するためのバタフライバルブ４２４が配設してある。
【００４２】
また，上記マイクロガスタービン５からの燃焼用空気ダクト４には，上記エアヒートバーナ３における燃焼を停止するときに，燃焼用空気ダクト４を閉じるためのバタフライバルブ４２３が配設してある。その他は上記実施例１と同様である。
【００４３】
本例においては，上記空気送風機６を常時作動させて，上記酸素残存空気１０３と空気１０４とを吸引すると共に，これらの混合空気を上記エアヒートバーナ３の空気噴出筒３２に供給することができる。その他，本例においても，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
なお，本例においても，上記エアヒートバーナ３に供給する燃焼用空気１０２の量をフィードバック制御することができ，例えば，図９に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３を設けて行うことができる。そして，上記熱風循環装置１は，上記第１流量計４３による流量値に基づいて上記出口側のバタフライバルブ４２４を操作することにより，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することができる。
【００４５】
また，上記燃焼用空気１０２の流量のフィードバック制御は，図１０に示すごとく，上記熱風循環装置１に，上記燃焼用空気ダクト４内と上記熱風ダクト２１内との差圧を測定する差圧計４５を設け，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。その他，本例においても，上記実施例２と同様の流量のフィードバック制御の態様を採用することができる。
【００４６】
（実施例４）
本例は，図１１に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，上記酸素残存空気１０３を上記熱風ダクト２１内に直接導入するためのバイパス経路４７を形成した例である。そして，このバイパス経路４７と燃焼用空気ダクト４との接続部４０２には，上記バイパス経路４７に流れる酸素残存空気１０３の流量を調節するための流量調節弁４１を配設している。その他は上記実施例１と同様である。
【００４７】
本例においては，上記燃焼用空気ダクト４を流れる酸素残存空気１０３の流量が上記エアヒートバーナ３に用いる燃焼用空気１０２の流量として過剰なとき，この過剰の酸素残存空気１０３を上記バイパス経路４７より上記熱風ダクト２１内に混入させることができる。そのため，上記過剰の酸素残存空気１０３における熱エネルギーを効果的に活用することができる。その他，本例においても，上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
また，本例においては，図１２に示すごとく，上記バイパス経路４７の接続部４０２に逆流防止弁４７１を配設すると共に上記燃焼用空気ダクト４にバタフライバルブ４２５を設けて，上記エアヒートバーナ３に供給する酸素残存空気１０３の流量を調節することもできる。
【００４９】
また，本例においても，上記エアヒートバーナ３に供給する燃焼用空気１０２の流量をフィードバック制御することができ，例えば，図１３に示すごとく，上記燃焼用空気ダクト４に，この燃焼用空気ダクト４内の流量を測定するための第１流量計４３が設けて行うことができる。そして，上記熱風循環装置１は，上記第１流量計４３による流量値に基づいて上記接続部４０２に設けた流量調節弁４１を操作することにより，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することができる。
【００５０】
また，上記燃焼用空気１０２の量のフィードバック制御は，図１４に示すごとく，上記熱風循環装置１に，上記燃焼用空気ダクト４内と上記熱風ダクト２１内との差圧を測定する差圧計４５を設け，上記燃焼用空気１０２の流量を制御することもできる。その他，本例においても，上記実施例２と同様の流量のフィードバック制御の態様を採用することができる。
【００５１】
（実施例５）
本例においては，上記実施例１に示した熱風循環装置１（発明品，図１〜図３参照）の優れた作用効果を裏付けるために，上記熱風循環装置１に必要となる熱量の試算を行った。また，比較のために，従来の熱風循環装置９（排気ガスを利用しないもの）（比較品，図１６参照）についても，熱量の試算を行った。
【００５２】
上記熱量の試算としては，マイクロガスタービンにおいては，１１６．３ｋＷ（１０００００ｋｃａｌ／ｈ）の燃料（都市ガス）を供給して運転を行ったときに，７４．４ｋＷ（６４０００ｋｃａｌ／ｈ）の排気ガスが，温度約２７０℃，酸素濃度約１８％で排気されるとして行った。また，上記熱風循環装置においては，常温（約２０℃）の空気を燃焼用空気１０２として使用する場合の燃料（都市ガス）の使用量は１７４．５ｋＷ（１５００００ｋｃａｌ／ｈ）として試算を行った。
【００５３】
（比較品）
比較品は，マイクロガスタービンと従来の熱風循環装置９（図１６参照）とをそれぞれ独立して運転を行う場合である。そして，このとき，上記マイクロガスタービンと上記熱風循環装置９とにおいて使用される合計の燃料使用量は，１１６．３ｋＷ＋１７４．５ｋＷ＝２９０．８ｋＷ（２５００００ｋｃａｌ／ｈ）となる。
【００５４】
（発明品）
発明品は，上記マイクロガスタービン５より排気される排気ガスを上記燃焼用空気１０２として活用する（図１〜図３参照）。そのため，上記熱風循環装置１での燃料使用量は，上記マイクロガスタービン５への燃料供給量１１６．３ｋＷと上記空気を燃焼用空気１０２として使用する場合の燃料使用量１７４．５ｋＷとの合計である２９０．８ｋＷから，上記マイクロガスタービン５の排気ガスにおける熱量７４．４ｋＷを差し引いた，２１６．４（１８６０００ｋｃａｌ／ｈ）となる。それ故，上記熱量の試算により，上記エアヒートバーナ３への燃料１０１の供給量を減少させることができ，省エネルギ−な熱風循環装置１を形成できることがわかる。
【００５５】
なお，図１５に示すごとく，上記マイクロガスタービン５の排気ガスを上記熱風循環装置１に活用する方法として，上記燃焼用空気ダクト４を上記還流ダクト２２の途中に接続し，この還流ダクト２２において上記酸素残存ガス１０３としてのマイクロガスタービン５の排気ガスを混入させた後に，上記エアヒートバーナ３において燃焼を行う方法も考えられる。
しかし，この方法においては，上記エアヒートバーナ３に流入する燃焼用空気１０２の酸素濃度が著しく低くなるため（上記熱風循環炉２内の雰囲気ガス１０５における酸素濃度（例えば１４％）と上記酸素残存空気１０３における酸素濃度（例えば１８％）とが混合して１６％以下の酸素濃度になる），エアヒートバーナ３において燃焼を行うことが困難になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，熱風循環装置を示す全体説明図。
【図２】実施例１における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図３】実施例１における，エアヒートバーナを示す斜視図。
【図４】実施例２における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図５】実施例２における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，空気送風機の流量を固定した態様を示す部分説明図。
【図６】実施例２における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，第１流量計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図７】実施例２における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，差圧計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図８】実施例３における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図９】実施例３における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，第１流量計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１０】実施例３における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，差圧計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１１】実施例４における，熱風循環装置の主要部分を示す部分説明図。
【図１２】実施例４における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，逆流防止弁を設けた態様を示す部分説明図。
【図１３】実施例４における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，第１流量計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１４】実施例４における，他の熱風循環装置の主要部分を示す図で，差圧計を使用して流量のフィードバック制御を行う態様を示す部分説明図。
【図１５】実施例５における，燃焼用空気ダクトを還流ダクトの途中に接続した場合の熱風循環装置を示す全体説明図。
【図１６】従来例における，熱風循環装置を示す全体説明図。
【符号の説明】
１．．．熱風循環装置，
１０１．．．燃料，
１０２．．．燃焼用空気，
１０３．．．酸素残存空気，
１０４．．．空気，
１０５．．．雰囲気ガス，
１０６．．．燃焼ガス，
１０７．．．熱風，
２．．．熱風循環炉，
２１．．．熱風ダクト，
２２．．．還流ダクト，
２２１．．．還流送風機，
２３．．．スルー通路，
３．．．エアヒートバーナ，
３１．．．燃料供給ヘッダー，
３２．．．空気噴出筒，
３３．．．燃料管，
４．．．燃焼用空気ダクト，
４１．．．流量調節弁，
４３．．．第１流量計，
４５．．．差圧計，
４７．．．バイパス経路，
５．．．マイクロガスタービン，
６．．．空気送風機，
Claims (9)
- 熱風循環炉と，該熱風循環炉に熱風を供給する熱風ダクトと，該熱風ダクト内に配設したエアヒートバーナとを有すると共に，上記熱風循環炉から上記熱風ダクトへは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記熱風ダクトに還流させる還流ダクトを設けてなる熱風循環装置であって，
上記エアヒートバーナは，燃料を噴出させる燃料供給ヘッダーと，燃焼用空気を噴出させる空気噴出筒とを有しており，
また，上記熱風ダクトと上記エアヒートバーナとの間には，上記還流ダクトから送られる上記雰囲気ガスを通過させるスルー通路を形成し，
上記燃料供給ヘッダーには，該燃料供給ヘッダーへ上記燃料を供給する燃料供給配管を接続してなり，上記空気噴出筒には，該空気噴出筒へ上記燃焼用空気としての酸素残存空気を供給する燃焼用空気ダクトを接続してなり，該燃焼用空気ダクトはガスタービンの排気ダクトであり，上記酸素残存空気は上記ガスタービンの排気ガスであり，
上記空気噴出筒は，上記燃焼用空気ダクトの先端部に接続し上記燃料供給ヘッダーを外側から囲う状態で上記熱風ダクト内に配設する燃焼筒と，該燃焼筒と上記燃料供給ヘッダーとの間を閉塞する一対の空気噴出プレートとを有しており，
上記エアヒートバーナにより，上記空気噴出筒の上記一対の空気噴出プレートから噴出させた上記酸素残存空気と上記燃料供給ヘッダーから噴出させた上記燃料とを混合して燃焼を行うと共に，その燃焼ガスを上記スルー通路を通過させた上記雰囲気ガスと混合して上記熱風とし，該熱風を上記熱風ダクトより上記熱風循環炉内に供給するよう構成してあり，
上記エアヒートバーナ，上記燃料供給配管及び上記燃焼用空気ダクトは，上記熱風ダクトの一部を構成する取付部材に配設してあり，該取付部材は，上記エアヒートバーナを上記熱風ダクトの側面に設けたバーナ配設穴を介して該熱風ダクト内に挿入する状態で，該熱風ダクトに対して着脱可能であることを特徴とする熱風循環装置。 - 請求項１において，上記ガスタービンは，マイクロガスタービンであり，上記酸素残存空気は，酸素濃度が１６〜１９％であると共に温度が２５０〜３００℃である上記マイクロガスタービンの排気ガスであることを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項１又は２において，上記還流ダクトは，上記熱風循環炉内の雰囲気ガスを上記熱風ダクトに送風する還流送風機を有していることを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項１〜３のいずれか一項において，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクトを介して上記空気噴出筒より空気を噴出させることができる空気送風機が設けてあることを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項１〜４のいずれか一項において，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクト内の流量を調節するための流量調節弁が設けてあることを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項５において，上記燃焼用空気ダクトには，該燃焼用空気ダクト内の流量を測定するための第１流量計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記第１流量計による流量値に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成したことを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項６において，上記熱風ダクトには，該熱風ダクト内の流量を測定するための第２流量計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記第１流量計による流量値と上記第２流量計による流量値との差に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成したことを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項５において，上記熱風循環装置には，上記燃焼用空気ダクト内と上記熱風ダクト内との差圧を測定する差圧計が設けてあり，上記熱風循環装置は，上記差圧計による差圧に基づいて上記流量調節弁を操作することにより，上記燃焼用空気の流量を制御するよう構成したことを特徴とする熱風循環装置。
- 請求項１〜８のいずれか一項において，上記燃焼用空気ダクトは，上記酸素残存空気を上記還流ダクト内又は上記熱風ダクト内に直接導入するためのバイパス経路を有していることを特徴とする熱風循環装置。
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