JP6234007B2

JP6234007B2 - 回転スパイラル羽根装置及びこれを用いたペレット燃焼器の煙管式熱交換器

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Publication number: JP6234007B2
Application number: JP2012056296A
Authority: JP
Inventors: 峻裕木村
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: JP2013190152A

Description

本発明は、回転スパイラル羽根装置に係り、例えば、木質系等のペレット燃焼器の燃焼熱を回収する煙管式熱交換器に用いられる回転スパイラル羽根装置、及び粉粒体を移送するスクリューフィーダ等の回転スパイラル羽根装置に関する。

例えば、特許文献１には、木質系のバイオマス燃料（以下、木質系ペレット燃料という。）を燃料とするペレット燃焼器の燃焼熱により、吸収式冷温水機の希溶液を加熱して濃溶液に再生する高温再生器の熱源として用いる煙管式熱交換器が提案されている。具体的には、希溶液が導入される高温再生器内に、ペレット燃焼器の燃焼排ガスを流通させる伝熱管である複数の煙管を横置きに配列してなる構造の煙管式熱交換器が採用されている。特に、吸収液の希溶液との熱交換を向上させるため、煙管内に帯板を捻った形状のスパイラル羽根からなるバッフルプレートをガス流れ方向に沿って挿入し、バッフルプレートにより燃焼排ガスを旋回撹拌させることが提案されている。

特開２００９−２３６３２２号公報

一方、特許文献１には、煙管式熱交換器の煙管内の燃焼排ガスの流速が低いことから、木質系ペレットの燃料排ガス中の灰や煤塵からなる飛灰が煙管内に堆積して熱交換効率が低下することに鑑み、煙管内に飛灰が堆積しにくい構造にすることが提案されている。しかし、同文献に記載の技術は、煙管内に堆積する飛灰による熱交換効率の低下を回避するには、必ずしも十分ではない場合がある。

そこで、帯状の板材を捻った形状のスパイラル羽根の捻り軸を回転軸としてあるいはスパイラル羽根を回転軸周りに巻き付けて、煙管内にスパイラル羽根を回転可能に挿入することが考えられる。これによれば、スパイラル羽根の回転により煙管内に堆積した飛灰を煙管の一端に移送して排出することができるから、堆積飛灰による熱交換効率の低下を回避することができる。

しかし、ペレット燃焼器の運転停止時等において煙管内の水分が凝縮すると、煙管内面に付着した飛灰が結露水によりペースト状になり、セメントのように硬化してしまうことがある。このような硬化した飛灰の固着層が煙管内壁に形成されると、スパイラル羽根の先端が固着層と接触して回転することになるから、それらの間の摩擦が大きくなってスパイラル羽根の回転駆動機構の負荷トルクが増大するという問題がある。また、スパイラル羽根先端と固着層との間に異物が噛み込むと、負荷トルクが急激に大きくなって回転駆動機構を損傷させ、あるいはスパイラル羽根自体を損傷させるおそれがある。

このことについて図３を参照して説明する。図３は、特許文献１に記載のように、帯板をらせん状に捻って形成したスパイラル羽根１０１を円筒管である煙管１０２内に回転可能に挿入し、スパイラル羽根１０１を回転軸Ｏに直交する面で切った羽根断面１０３を示している。羽根断面１０３は回転軸Ｏに対称な矩形の断面である。なお、回転軸Ｏは、スパイラル羽根１０１の捻り軸であるスパイラル軸Ｏｓと一致する。図示例のスパイラル軸Ｏｓは、帯板の板幅方向の矩形断面の幾何学的中心、つまり矩形断面の対角線の交点を通り、帯板の長手方向に沿った線である。ここで、スパイラル羽根１０１を煙管１０２内で回転して用いると、例えば、高温再生器の運転停止時等において、煙管１０２内の水分が凝縮して、凝縮水により煙管内面に付着した飛灰がペースト状になって硬化してしまう場合がある。この場合、煙管１０２の内壁面に硬化した飛灰の固着層１０５が形成され、スパイラル羽根１０１の先端が固着層１０５と接触した状態で、例えば矢印１０６方向に回転する。そのため、スパイラル羽根１０１の先端と固着層１０５との間の摩擦が大きくなって、スパイラル羽根１０１の回転駆動機構の負荷トルクが増大する。しかも、スパイラル羽根１０１の先端と固着層１０５との間に異物１０７が噛み込むと、負荷トルクが急激に大きくなって回転駆動機構を損傷させ、あるいはスパイラル羽根１０１自体を損傷させるおそれがある。

このような問題は、煙管式熱交換器に適用する回転スパイラル羽根装置に限られるものではなく、円筒管内に挿入されたスパイラル羽根を回転させて粉粒体を移送するスクリューフィーダ等の回転スパイラル羽根装置についても同様である。すなわち、粉粒体が凝縮水等によってペースト状になると、スパイラル羽根が挿入された円筒管の内壁に粉粒体の固着層が形成される場合があり、スパイラル羽根と固着層との摩擦が増大する。また、スパイラル羽根先端と固着層との間に異物が噛み込むと、負荷トルクが急激に大きくなって回転駆動機構を損傷させ、あるいはスパイラル羽根自体を損傷させるおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、回転駆動されるスパイラル羽根を円筒管内に挿入して形成される回転スパイラル羽根装置において、円筒管の内壁に形成される飛灰や粉粒体の固着層によるスパイラル羽根の回転トルクの増大、スパイラル羽根の損傷及び回転駆動機構の損傷を防止することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の回転スパイラル羽根装置は、円筒管内に回転可能に挿入されるスパイラル羽根と、前記スパイラル羽根を回転可能に支持するとともに回転駆動する駆動機構とを備えてなり、前記スパイラル羽根は、帯板を当該帯板の長手方向に直交する断面の幾何学的中心から帯幅方向の片側に偏った点を通り、又は該点を通る板厚の中心線上から前記断面で直交方向に離した点を通り、前記帯板の長手方向に沿ったスパイラル軸Ｏｓの回りにらせん状に捻った形状を有し、前記スパイラル軸を回転軸Ｏとして前記駆動機構に回転可能に支持され、該スパイラル羽根の回転軸Ｏに直交する断面における羽根径Ｄのうち、前記回転軸Ｏから羽根先端までの一方の第１片羽根の羽根半径Ｄａが前記円筒管の内壁との間に設定隙間を有して形成され、他方の第２片羽根の羽根半径Ｄｂが前記第１片羽根の羽根半径Ｄａよりも短く形成され、前記スパイラル羽根の前記回転軸Ｏを構成する部材を設けていないことを特徴とする。

このような回転スパイラル羽根を備えた本発明の回転スパイラル羽根装置によれば、煙管などの円筒管の内壁との間に設定隙間（初期クリアランス）が形成される第１片羽根の先端により、結露水によりペースト状になった飛灰などの粉流体が、円筒管の内壁面に塗り付けられて硬化することがあっても、第２片羽根の羽根半径Ｄｂは第１片羽根の羽根半径Ｄａよりも短いから、硬化した粉流体の固着層に第２片羽根が接触することがない。その結果、スパイラル羽根の先端が固着層と接触して摩擦力が発生するのは第１片羽根側だけになるから回転トルクの増加を半減することができる。また、飛灰の固着層が形成されていない場合でも、駆動機構により片持ちで支持されるスパイラル羽根は、軸方向に複数形成される羽根半径Ｄａの第１片羽根によって常に円筒管の内壁に接触して回転する。一方、羽根半径Ｄｂの第２片羽根は円筒管の内壁に接触せずに回転するから、スパイラル羽根と円筒管との摩擦力を軽減して、負荷回転トルクを常時軽減できる。

また、円筒管の内壁面に固着層が形成された状態では、従来のスパイラル羽根によれば、羽根と固着層との間には隙間（クリアランス）がなくなるため、小さな異物であっても羽根の先端と固着層との間に挟まってしまうと、スパイラル羽根が回転し難くなる。この点本発明の第１の態様によれば、捻り角の位相が１８０°異なる軸方向位置ごとに大径の第１片羽根が回転軸の上側と下側に形成されるから、例えば、上側に位置する第１片羽根の１つの先端と固着層との隙間に異物が噛み込んだとき、軸方向の両隣りの２つの第１片羽根の先端は下側の固着層に摺接している。そして、その両隣りの２つの第１片羽根が支点となって、異物を噛み込んだ第１片羽根に作用する力によってスパイラル羽根が下方の第２片羽根側に撓むことから、第１片羽根の先端と固着層との隙間が広がって、異物を乗り越えることができる。これにより、円筒管の内壁に形成される飛灰や粉粒体の固着層によるスパイラル羽根の損傷及び回転駆動機構の損傷を防止することができる。

この場合において、スパイラル軸は、前記帯板の長手方向に直交する矩形断面の内部に、例えば、矩形断面の帯板の板厚の中心線上に設定することができる。また、スパイラル軸は、前記帯板の長手方向に直交する矩形断面の外部に、つまり矩形断面の帯板の板厚の中心線上から直交方向に離して（偏心させて）、矩形断面からはずれた帯板の長手方向に平行に設定することができる。後者のように、スパイラル軸を帯板の板厚の中心線上から偏心させることにより、スパイラル羽根の第１片羽根の先端の羽根面が円筒管の内壁面又は固着層面に対して常に斜めに当接することになる。その結果、第１片羽根の先端と固着層との間に異物が噛み込まれた場合でも、羽根面が固着層面に鉛直に当接する場合に比べて、スパイラル羽根の先端が異物を乗り越えるために必要なスパイラル羽根面の変形量（角度）が小さくて済むため、負荷トルクの増大を一層抑えることができる。なお、帯板の板厚の中心線上から偏心させるスパイラル軸（回転軸）の偏心方向は、スパイラル羽根の第１片羽根が進む方向の領域の反対側に偏心させることにより、異物を乗り越え易くなる。

本発明の回転スパイラル羽根装置は、吸収冷温水機の高温再生器の煙管式熱交換器の煙管に適用することができる。この場合、吸収冷温水機の高温再生器は、木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器を備えた炉と、再生対象の希溶液が導入される容器と、前記容器内に横置きに配置された複数の煙管を有し、前記炉から排出される燃焼排ガスを前記煙管に流通して前記希溶液を加熱して再生する煙管式熱交換器とを備えて構成することができる。

このように吸収冷温水機の高温再生器を構成することにより、飛灰の濃度が高い木質系ペレットの燃料排ガスを煙管式熱交換器の煙管内に流通させても、回転スパイラル羽根装置により飛灰が煙管内に堆積することなく排出されるから、熱交換効率の低下を回避することができる。しかも、ペレット燃焼器の運転停止時等において煙管内の水分が凝縮して、煙管内面に付着した飛灰がセメントのように硬化して固着層が煙管内壁に形成されても、スパイラル羽根の回転駆動機構の負荷トルクの増大を抑制できる。また、スパイラル羽根先端と固着層との間に異物が噛み込んでも負荷トルクの急激な増大を抑えることができるから、回転駆動機構を損傷させ、あるいはスパイラル羽根自体を損傷させることを回避できる。

本発明によれば、回転駆動されるスパイラル羽根を円筒管内に挿入して形成される回転スパイラル羽根装置において、円筒管の内壁に形成される飛灰や粉粒体の固着層によるスパイラル羽根の損傷及び回転駆動機構の損傷を防止することができる。

本発明の回転スパイラル羽根装置が適用される一実施形態の煙管式熱交換器を備えた吸収冷温水機の高温再生器の断面図である。本発明の一実施形態の吸収冷温水機の高温再生器の全体を示す斜視図である。従来のスパイラル羽根を円筒管内で回転した場合の問題を説明する図である。本発明の回転スパイラル羽根の実施例１の構成を示す図である。実施例１の回転スパイラル羽根の動作を設明する図である。本発明の回転スパイラル羽根の実施例２の構成を示す図である。実施例２の回転スパイラル羽根の動作を設明する図である。実施例２の回転スパイラル羽根の効果を設明する図である。本発明の実施例１、２のスパイラル羽根をプレス加工により製造する場合の一例を説明する図である。

図１及び図２を参照して、本発明の回転スパイラル羽根装置が適用される一実施形態の煙管式熱交換器を備えた吸収冷温水機の高温再生器について説明する。図１は、本実施形態の吸収冷温水機の高温再生器を半割にして示しており、横形の円筒炉１と、円筒炉１の上方に配置された再生容器２と、再生容器２内に設けられた煙管式熱交換器３を備えて構成されている。煙管式熱交換器３は、再生容器２内に横置きに配列された複数の煙管４を備え、煙管４内に回転可能に支持されたスパイラル羽根５が管軸方向に挿入されている。円筒炉１の図において左側の端部の円筒部１ａに、図示していない木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器が脱着可能に設けられている。円筒炉１の図において右側の端部の円筒部１ｂは、後部煙室６に開口されている。また、後部煙室６には、煙管式熱交換器３の煙管４の一端が開口されている。煙管４の他端は前部煙室７に開口されている。後部煙室６の底部は円筒炉１の位置よりも下方に位置させて設けられた灰集積箱８に連結されている。前部煙室７の底部には、円筒炉１の下方に位置させて排気筒７ａが設けられ、排気筒７ａは図示していないサイクロンを介して誘引ブロワに連結されている。再生容器２は、円筒炉１と煙管４の外周側を取り巻いて形成され、内部に希溶液が導入されるようになっている。また、後部煙室６と前部煙室７の上部と側部の壁は二重に形成され、その二重壁の内部に希溶液を流通して再生容器２の一部を構成している。なお、後部煙室６の背面側の壁には、断熱材１３が設けられている。

ここで、本実施形態の特徴構成である煙管式熱交換器３の詳細構成について説明する。複数の煙管４の内部には、帯板をらせん状に形成したスパイラル羽根５がそれぞれ挿入されている。スパイラル羽根５の一端は、再生容器２の容器壁を形成する前部煙室７のケーシングに開口された煙管４から引き出され、前部煙室７の容器壁の反対側のケーシングに設けられた軸受９に回転可能に軸支された回転軸１０に連結されている。一方、スパイラル羽根５の他端は、後部煙室６に開口された煙管４内に回転可能にフリー状態で挿入されている。すなわち、スパイラル羽根５は回転軸１０に回りに回転可能に片持ちで支持されている。軸受９に軸支された回転軸１０は、スパイラル羽根５の回転駆動機構１１に連結されている。本実施形態の回転駆動機構１１は、モータ１２により歯車、チェーン、スプロケットなどの動力伝達機構を介してスパイラル羽根５を回転軸１０の回りに回転駆動するように構成されている。

このように構成されることから、本実施形態の高温再生器によれば、円筒炉１の円筒部１ａに装着される燃焼器によって燃焼された木質系ペレット燃料の燃焼排ガスは、後部煙室６を通って煙管式熱交換器２を構成する煙管４に導かれる。煙管４に導かれた燃焼排ガスは煙管４を流通して前部煙室７から煙突に排出される。円筒炉１及び複数の煙管４を流通する過程で、再生容器２内に導入される吸収液の希溶液が燃焼排ガスの熱によって加熱される。また、再生容器２内の希溶液は円筒炉１の炉壁からの熱によっても加熱される。これにより、希溶液が濃縮されて、図示していない低温再生器に導かれる一方、再生容器２で発生した蒸気は、同じく低温再生器に導かれ、再生容器２から供給される濃溶液の加熱再生に用いられる。

一方、煙管４を流通する燃焼排ガスは流速が比較的低く、かつ飛灰濃度が高いが、スパイラル羽根５により燃焼排ガスが旋回されるため、煙管４の管壁から再生容器２内の希溶液を伝達される伝熱量を高めることができるので熱交換効率を向上させることができる。しかし、一方で、煙管４内に飛灰が沈降して堆積しやすいため、飛灰の堆積層により熱伝導が阻害される。この点、本実施形態によれば、スパイラル羽根５を回転駆動機構１１により回転させているから、煙管４内に堆積する飛灰は回転するスパイラル羽根５によって、例えば後部煙室６に移送され下部の灰集積箱に排出される。また、煙管４内で浮遊した飛灰及び後述するようにスパイラル羽根５によって削られた粉状の灰は、燃焼排ガスに同伴して前部煙室７側に飛ばされて、排気筒７aを介してサイクロンで捕集されることになる。その結果、煙管４内の飛灰の堆積層により伝熱が阻害されるのを抑制することができる。

以下、本発明の回転スパイラル羽根の実施例について、図を用いて説明する。
（実施例１）
図４に、本発明の回転スパイラル羽根の実施例１の構成を示す。同図（ａ）は本実施例１のスパイラル羽根５１を回転軸方向から見た図、同図（ｂ）はスパイラル羽根５１の斜視図、同図（ｃ）はスパイラル羽根５１の側面図である。但し、同図（ｃ）は、本実施例の特徴を誇張して表しており、同図（ａ）、（ｂ）とは縮尺が異なっている。本実施例のスパイラル羽根５１は、帯板５２をらせん状に捻った形状に形成されている。スパイラル羽根５１の回転軸Ｏに直交する任意の断面における羽根径Ｄのうち、回転軸Ｏから羽根先端までの一方の第１片羽根５１ａの羽根半径Ｄａが、煙管４の内壁との間に設定隙間（初期クリアランス）が形成される寸法に形成されている。他方の第２片羽根５１ｂの羽根半径Ｄｂが第１片羽根５１ａの羽根半径Ｄａよりも短く形成されている。なお、スパイラル羽根５１は、羽根径Ｄに対応する幅の帯板５２を、羽根半径Ｄａと羽根半径Ｄｂで按分した点を通り、帯板５２の長手方向に延在する線を捻り軸（スパイラル軸）としてらせん状に捻った形状を有している。したがって、同図（ｃ）に示すように、捻り角１８０°ごとの周期で、第１片羽根５１ａと第２片羽根５１ｂの羽根周方向の位置が変わる。また、スパイラル羽根５１のスパイラル軸は、図４（ａ）に示したＯｓであるが、図から明らかなように、スパイラル羽根５１の回転軸Ｏと一致させている。言い換えれば、本実施例のスパイラル羽根５１は、帯板５２の長手方向に直交する矩形断面の帯幅方向の中心よりも片側に偏った点を通り、帯板５２の長手方向に延在する軸（スパイラル軸Ｏｓ）の回りに帯板５２を捻った形状を有し、スパイラル軸Ｏｓを回転軸Ｏとして回転可能に回転駆動機構１１に支持されている。

このように形成される実施例１によれば、図５に示すように、飛灰の固着層２０が煙管４の内壁に形成されても、回転駆動機構１１の負荷トルクの増大を抑制でき、かつスパイラル羽根５１の先端と固着層２０との間に異物２１が噛み込んでも、回転駆動機構１１を損傷させ、あるいはスパイラル羽根５１自体を損傷させることを回避できる。つまり、図５（ａ）は、スパイラル羽根５１の任意の位置における回転軸Ｏに直交する断面５３を示す。同図に示すように、回転軸Ｏからの第１片羽根５１ａの羽根半径Ｄａが、煙管４の内壁との間に設定隙間である初期クリアランスＤｃを保持する寸法に位置されている。一方、羽根半径Ｄｂに形成されている第２片羽根５１ｂの先端と煙管４の内壁との隙間は、初期クリアランスＤｃに羽根半径の差（Ｄａ−Ｄｂ）を加えたクリアランスに保持される。

その結果、本実施例１によれば、図５（ｂ）に示すように、スパイラル羽根５１が図示矢印２２の方向に回転すると、第１片羽根５１ａの先端が固着層２０の表面を擦って回転する。一方、第２片羽根５１ｂの先端の回転軌跡２３は図示一点鎖線のようになるから、固着層２０の表面との間には十分な隙間５５がある。その結果、第２片羽根５１ｂの先端は、固着層２０の表面を擦ることなく回転する。つまり、スパイラル羽根５１の先端が固着層２０と接触して摩擦力が発生するのは、第１片羽根５１ａだけの片側になるから、固着層２０が形成されたことによる回転駆動機構１１の負荷トルクの増加を半減することができる。また、飛灰の固着層２０が形成されていない場合でも、回転駆動機構１１により片持ちで支持されるスパイラル羽根５１は、軸方向に複数形成される羽根半径Ｄａの第１片羽根５１ａによって常に煙管４の内壁に接触して回転する。一方、羽根半径Ｄｂの第２片羽根５１ｂは煙管４の内壁に接触せずに回転するから、スパイラル羽根５１と煙管４との摩擦力を軽減して、負荷回転トルクを常時軽減できる。

また、同図（ｃ）に示すように、煙管４の内壁面に固着層２０が形成された状態で、異物２１が第１片羽根５１ａの先端と固着層２０との間に挟まっても、第２片羽根５１ｂの先端と固着層２０との間に十分な隙間５５がある。その結果、第１片羽根５１ａの先端が異物２１を噛み込んだとき、その噛み込み力によって隙間５５の分だけスパイラル羽根５１が図示矢印５６の方向に変位されるので、第１片羽根５１ａの先端は異物２１を乗り越えることができる。すなわち、図４（ｃ）に示したように、捻り角の位相が１８０°異なる軸方向位置ごとに大径の第１片羽根５１ａが回転軸の上側と下側に形成されている。したがって、例えば、図において上側に位置する第１片羽根５１ａの１つの先端と固着層２０との隙間に異物２１が噛み込んだとき、軸方向の両隣りの２つの第１片羽根５１ａの先端は、下側の固着層２０に摺接している。そして、その両隣りの２つの第１片羽根５１ａが支点となって、異物２１を噛み込んだ第１片羽根５１ａに作用する力によってスパイラル羽根５１が下方の第２片羽根側５１ｂ側に撓むことから、第１片羽根５１ａの先端と固着層２０との隙間が広がって、異物２１を乗り越えることができる。これにより、煙管４の内壁に形成される飛灰の固着層２０によるスパイラル羽根５１の損傷、及び回転駆動機構１１の損傷を防止することができる。

（実施例２）
図６に、本発明の回転スパイラル羽根の実施例２の構成を示す。同図（ａ）は本実施例２のスパイラル羽根６１を回転軸方向から見た図であり、同図（ｂ）は回転スパイラル羽根６１の斜視図である。図示のように、本実施例２のスパイラル羽根６１が、実施例１のスパイラル羽根５１と相違する点は、スパイラル羽根６１を形成する帯板５２のスパイラル軸Ｏｓを、帯板５２の長手方向に直交する矩形の断面６３の内部ではなく外部に設定したことを特徴とする。すなわち、スパイラル軸Ｏｓを、帯板５２の矩形の断面６３の板厚の中心線上から直交方向に離して、つまり帯板５２の厚み方向に偏心させて、断面６３からはずれた帯板５２の長手方向に平行に設定している。その他の構成は実施例１と同様である。つまり実施例１と同様の構成の第１片羽根と第２片羽根を備え、スパイラル羽根６１のスパイラル軸Ｏｓと回転軸Ｏとを一致させて構成されている。

このように形成される実施例２によれば、飛灰の固着層２０が煙管４の内壁に形成されても、回転駆動機構１１の負荷トルクの増大を抑制でき、かつスパイラル羽根６１の先端と固着層２０との間に異物２１が噛み込んでも、回転駆動機構１１を損傷させ、あるいはスパイラル羽根６１自体を損傷させるおそれを回避できる。このことについて、図７を参照して説明する。図７（ａ）は、スパイラル羽根６１の任意の位置における回転軸Ｏに直交する方向の断面６３を示している。言い換えれば、スパイラル羽根６１の任意の位置における回転軸Ｏ（Ｏｓ）を通るスパイラル羽根６１の断面６３を示している。このように、本実施例のスパイラル羽根６１は、帯板５２の矩形の断面６３を、スパイラル軸Ｏｓに直交する方向、つまり帯板５２の厚み方向に偏心させてらせん状に形成し、そのスパイラル軸Ｏｓを回転軸Ｏとして、形成されている。

本実施例２によれば、スパイラル羽根６１の羽根面６４は、回転軸Ｏから直交方向にシフトしているため、スパイラル羽根６１の先端部の羽根面６４が煙管４の内壁面又は固着層２０の表面に対して、常に斜めに当接することになる。ところで、例えば、羽根面６４が固着層２０の表面に鉛直に当接する場合（図８（ａ））に、スパイラル羽根６１の先端と固着層２０との間に異物２１が噛み込まれた場合、スパイラル羽根６１の角度θ変形しても、高さＨ１の異物しか乗り越えらない。これに比べて、本実施例２では、スパイラル羽根６１の先端が角度θ変形すれば、高さＨ２＞Ｈ１の異物２１を乗り越えられる。言い換えれば、同じ高さの異物２１を乗り越えるために必要な羽根面６４の変形角度θが小さくて済む（図８（ｂ））。その結果、負荷トルクの増大を実施例１に比べて一層抑えることができる。さらに言い換えれば、本実施例２は、スパイラル羽根６１を形成する帯板の板厚の中心線上から偏心させたスパイラル軸（Ｏｓ＝Ｏ）は、スパイラル羽根６１の羽根面６４がスパイラル軸Ｏｓから羽根面６４の直交方向に離れるように、つまり羽根面６４をスパイラル軸Ｏｓから図示矢印２２側の領域（第1片羽根６1ａが進む方向の領域）にずらして、あるいはスパイラル羽根６１のスパイラル軸Ｏｓを矢印２２側の反対側に偏心させることにより、異物２１を乗り越え易くなる。

なお、上述した実施例１，２では、いずれもスパイラル羽根５１、６１の回転軸Ｏを構成する部材を設けていない例を示した。しかし、本発明は、これに限られるものではなく、回転軸Ｏを構成する部材にスパイラル羽根５１、６１を固定して形成することができ、また回転軸Ｏを構成する部材の回りにスパイラル羽根５１、６１を巻き付けて形成することもできる。さらに、実施例１、２のスパイラル羽根５１、６１は、帯板を捻って形成することができるが、これに代えて、他の周知の製法を適用することができる。例えば、プレス加工によりスパイラル羽根５１、６１を製造する場合は、図９に示す上型７１と下型７２からなるプレス装置により、図示矢印７３の方向に帯板を順次ずらしながら上型７１と下型７２を開閉してスパイラル羽根５１、６１を加工することができる。また、スパイラル羽根５１を加工するときは、図示矢印７３に直交する方向の上型７１と下型７２の中心に第１片羽根５１ａと第２片羽根５１ｂの境界を位置させ、図示矢印７３の方向に帯板を送って加工する。一方、スパイラル羽根６１の加工方法も、スパイラル羽根５１の加工方法と同じである。異なる点は、スパイラル羽根５１は、第１片羽根５１ａと第２片羽根５１ｂの境界を上型７１と下型７２の中心位置にセットし、その境界部分の伸びがゼロになるバランスの場合である。スパイラル羽根６１は、第１片羽根６１ａと第２片羽根６２ｂの伸びのバランスが崩れて、板幅の全長にわたって変位が発生した形状である。

以上説明したように、本発明の一実施形態の煙管式熱交換器を備えた吸収冷温水機の高温再生器によれば、煙管４を流通する燃焼排ガスは流速が比較的低く、かつ飛灰濃度が高いが、煙管４内に実施例１又は２のスパイラル羽根５１又は６１を挿入したから、それらのスパイラル羽根により燃焼排ガスが旋回される。その結果、煙管４の管壁から再生容器２内の希溶液を伝達される熱移動量を高めることができるので熱交換効率を向上させることができる。

また、煙管４内に飛灰が沈降して堆積しやすいため、飛灰の堆積層により熱伝導が阻害されるが、本実施形態の煙管４内に実施例１又は２のスパイラル羽根５１又は６１を挿入して回転駆動機構１１により回転させているから、煙管４内に堆積する飛灰は回転するスパイラル羽根５１又は６１によって前部煙室７に移送されて灰排出口７ａから灰集積箱に排出される。そのため、煙管４内の飛灰の堆積層により熱伝導が阻害されるのを抑制して、熱交換効率を一層向上させることができる。

さらに、高温再生器の運転停止時等において、煙管４内の水分が凝縮して煙管４の内面に付着した飛灰が結露水により硬化して固着層２０が形成されても、スパイラル羽根５１又は６１の先端が固着層２０と接触回転するスパイラル羽根５１又は６１の長さを半減することができる。その結果、スパイラル羽根５１又は６１の回転駆動機構１１の負荷トルクの増大を半減することができる。また、スパイラル羽根５１又は６１の先端と固着層２０との間に異物２１が噛み込んでも、スパイラル羽根５１又は６１がシフト又は変形して異物２１を乗り越えるから、負荷トルクが急激に大きくなって回転駆動機構１１を損傷させ、あるいはスパイラル羽根５１又は６１自体の損傷を回避できる。また、飛灰の固着層２０が形成されていない場合でも、回転駆動機構１１により片持ちで支持されるスパイラル羽根５１又は６１は、軸方向に複数形成される第２片羽根は煙管４の内壁に接触せずに回転するから、スパイラル羽根５１又は６１と煙管４との摩擦力を軽減して、負荷回転トルクを常時軽減できる。

以上、本発明の回転スパイラル羽根装置を、吸収式冷温水器の高温再生器に備えられる煙管式熱交換器に適用した実施形態に基づいて説明したが、これに限らず、本発明の回転スパイラル羽根装置をスクリューフィーダ等の粉流体の移送装置に適用することができる。

５スパイラル羽根
５１スパイラル羽根
５１ａ第１片羽根
５１ｂ第２片羽根
５２帯板
６１スパイラル羽根
Ｏ回転軸
Ｏｓスパイラル軸

Claims

円筒管内に回転可能に挿入されるスパイラル羽根と、前記スパイラル羽根を回転可能に支持するとともに回転駆動する駆動機構とを備えてなり、
前記スパイラル羽根は、帯板を当該帯板の長手方向に直交する断面の幾何学的中心から帯幅方向の片側に偏った点で、かつ板厚の中心線上から前記断面で直交方向に離した点を通り、前記帯板の長手方向に沿ったスパイラル軸Ｏｓの回りにらせん状に捻った形状を有し、前記スパイラル軸を回転軸Ｏとして前記駆動機構に回転可能に支持され、該スパイラル羽根の回転軸Ｏに直交する断面における羽根径Ｄのうち、前記回転軸Ｏから羽根先端までの一方の第１片羽根の羽根半径Ｄａが前記円筒管の内壁との間に設定隙間を有して形成され、他方の第２片羽根の羽根半径Ｄｂが前記第１片羽根の羽根半径Ｄａよりも短く形成され、前記スパイラル羽根の前記回転軸Ｏを構成する部材を設けていないことを特徴とする回転スパイラル羽根装置。
前記スパイラル軸が、前記帯板の長手方向に直交する矩形断面の内部に設定されることを特徴とする請求項１に記載の回転スパイラル羽根装置。
前記スパイラル軸が、前記帯板の長手方向に直交する矩形断面の外部に設定されることを特徴とする請求項１に記載の回転スパイラル羽根装置。
木質系ペレット燃料を燃焼する燃焼器を備えた炉と、再生対象の希溶液が導入される容器と、前記容器内に横置きに配置されたそれぞれ円筒管からなる複数の煙管を有し、前記炉から排出される燃焼排ガスを前記煙管に流通して前記希溶液を加熱して再生する煙管式熱交換器とを備えてなるペレット燃焼器の煙管式熱交換器において、
前記煙管の円筒管内に回転可能に挿入されるスパイラル羽根と、前記スパイラル羽根を回転可能に支持するとともに回転駆動する駆動機構とを備えてなり、
前記スパイラル羽根は、帯板を当該帯板の長手方向に直交する断面の幾何学的中心から帯幅方向の片側に偏った点を通り、又は該点を通る板厚の中心線上から前記断面で直交方向に離した点を通り、前記帯板の長手方向に沿ったスパイラル軸Ｏｓの回りにらせん状に捻った形状を有し、前記スパイラル軸を回転軸Ｏとして前記駆動機構に回転可能に支持され、該スパイラル羽根の回転軸Ｏに直交する断面における羽根径Ｄのうち、前記回転軸Ｏから羽根先端までの一方の第１片羽根の羽根半径Ｄａが前記円筒管の内壁との間に設定隙間を有して形成され、他方の第２片羽根の羽根半径Ｄｂが前記第１片羽根の羽根半径Ｄａよりも短く形成され、前記スパイラル羽根の前記回転軸Ｏを構成する部材を設けていない回転スパイラル羽根装置を備えてなることを特徴とするペレット燃焼器の煙管式熱交換器。
前記スパイラル軸が、前記帯板の長手方向に直交する矩形断面の内部に設定されることを特徴とする請求項４に記載のペレット燃焼器の煙管式熱交換器。
前記スパイラル軸が、前記帯板の長手方向に直交する矩形断面の外部に設定されることを特徴とする請求項４に記載のペレット燃焼器の煙管式熱交換器。