JP2009100666A - 省エネ型葉たばこ乾燥機および葉たばこ乾燥制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥室内の温度および湿度の平準化を図り、乾燥運転制御の安定と、乾燥葉の品質向上を図り、併せて、燃料消費の削減を図ることのできる省エネ型葉たばこ乾燥機を提供する。
【解決手段】熱風発生機２内に、葉たばこ乾燥室３の排気口１３からの排気熱を回収し、吸気口１１から吸入した外気Ｉｎを加温する排熱回収部１４を設け、火炉６と葉たばこ乾燥室３の下部との間に、火炉からの輻射熱を受熱して遠赤外線を放射する遠赤外線放射板２４を配置し、葉たばこ乾燥運転中に、加温された外気Ｉｎと循環空気の混合空気であって、火炉６によって再加熱された乾燥混合空気と、蓄熱された遠赤外線放射板２４から放射される遠赤外線とを同時に葉たばこ乾燥室３に供給する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱風発生装置で生成された高温の乾燥空気を乾燥室内に吹き上げて乾燥室内の葉たばこを乾燥させる省エネ型葉たばこ乾燥機と、葉たばこ乾燥制御方法に関する。

従来一般の葉たばこ乾燥機において、葉たばこ乾燥運転中の熱効率は約５０％程度であり、残りは熱損失として、火炉から続く外部煙突から１５％、乾燥室の排気口から３５％がそれぞれ外部に排熱されている。運転中は、乾燥室の排気口からは乾燥室内の湿潤空気の一部を排出し、吸気口からは排出量に見合う量の外気を吸入して、乾燥室内の温度および湿度をコントロールしている。近年、原油の高騰によって、葉たばこ乾燥機の運転に用いる燃料コストが上昇しており、熱量の損失を減らし、熱効率をアップさせることが大きな課題となっている。

従来、乾燥室の排気口から排出された排気熱を回収して葉たばこ乾燥に利用する装置が種々提案されている（特許文献１、特許文献２を参照）。

実開昭５５−５０４４号公報 実開昭５６−９０６９１号公報

これらの装置は熱効率の改善に一定の効果を奏するものの、燃料コストの上昇から、さらなる熱効率の改善が要求されている。一方、湿潤空気の循環と吸気口からの外気の吸入においては、これらの混合空気が不均衡のまま乾燥室に供給され、乾燥室内の温度および湿度が十分に平準化されていないのが現状である。

乾燥室の温度および湿度が十分に平準化されないと、乾燥運転制御の不安定、燃料消費量の悪化、乾燥品質のばらつきといった問題を引き起こす。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、乾燥室内の温度および湿度の平準化を図り、乾燥運転制御の安定と、乾燥葉の品質向上を図り、併せて、燃料消費の削減を図ることのできる省エネ型葉たばこ乾燥機と葉たばこ乾燥制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る請求項１の省エネ型葉たばこ乾燥機は、
循環空気および／または吸気口から吸入した外気を火炉によって加熱し、高温の乾燥空気を生成する熱風発生装置と、熱風発生装置に連設され、高温の乾燥空気を下部から吹き上げる葉たばこ乾燥室とを備える葉たばこ乾燥装置において、
前記熱風発生機内に、葉たばこ乾燥室の排気口からの排気熱を回収し、吸気口から吸入した外気を加温する排熱回収部を設け、
前記火炉と葉たばこ乾燥室の下部との間に、火炉からの輻射熱を受熱して遠赤外線を放射する遠赤外線放射部を配置し、
葉たばこ乾燥運転中に、加温された外気と循環空気の混合空気であって、火炉によって再加熱された乾燥混合空気と、蓄熱された遠赤外線放射部から放射される遠赤外線とを同時に葉たばこ乾燥室に供給する構成であることを特徴とする。

葉たばこ乾燥運転中に、葉たばこ乾燥室の排気口から排気される湿潤空気の排気熱が、排熱回収部に回収され、吸気口に吸入された外気と熱交換され、速やかに加温された外気が乾燥室からの循環空気と混合され、熱バランスが改善された混合空気となって、火炉によって再加熱される。

一方、火炉からの輻射熱が火炉と乾燥室の間に配置された遠赤外線放射部に蓄熱される。蓄熱された遠赤外線放射部からは、乾燥運転中、常時、多量の遠赤外線が安定的に放射される。遠赤外線は、火炉によって再加熱された混合空気を再び加温し、遠赤外線の加温によって混合空気の熱バランスがさらに改善される。多量の安定した遠赤外線の放射によって、乾燥室内に供給される混合空気の熱バランスがより平衡になる。

乾燥室内には安定した熱バランスの乾燥温風が供給される。このため、乾燥室内の温度および湿度が平準化される。乾燥に供された後の湿潤空気は、循環口から大部分が熱風発生装置内に戻され、加温された外気と再び混合される。熱風発生装置内の熱バランスと乾燥室内の熱バランスが平衡になるので、温度制御が大幅に改善され、乾燥運転制御が安定する。

また、吸気ダンパおよび排湿ダンパの動作も安定するため、乾燥室内の温度および湿度の変動幅が小さく、このため、葉たばこの葉温が安定し、ストレスのない安定的な脱水効果が生まれる。これにより、乾燥葉の品質のばらつきがなくなる。

遠赤外線放射部は、請求項２の記載のごとく、その主成分がシラスバルーンおよび粒状のトルマリン石から構成されることが望ましい。シラスバルーンおよび粒状のトルマリン石は、熱容量が大きく大量の熱を蓄熱できると共に、比較的低温（表面温度約５０〜５５℃付近）で多量の遠赤外線を安定して放射し、熱バランスの改善に大きく寄与する。

遠赤外線放射部から放射される遠赤外線は、乾燥室にも放射される。乾燥室内の葉たばこは、乾燥される間、遠赤外線を吸収し、乾燥葉が明るく、鮮明に仕上がる。これにより、乾燥葉の仕上りの外観性状の品質が向上する。また、廃棄葉が減少し、乾燥葉の歩留り率が向上する。

本発明に係る請求項３の葉たばこ乾燥機は、遠赤外線放射部が、粒径１ｍｍ〜８ｍｍのシラスバルーンを３５〜５５重量％、粒径５０〜３００ミクロンのシラスバルーンを３〜１５重量％、粒状のトルマリン石を１〜１０重量％にして配合し、ケイ酸ナトリウム及びアルミナセメントにより凝固させて板状に成形されていることを特徴とする。

乾燥室の下部ピットの形状に合わせて所定の形状に焼結成形して、火炉の下方に安定して設置することができる。

本発明に係る請求項４記載の葉たばこ乾燥機は、火炉の外面に遠赤外線塗料を塗布したことを特徴とする。

葉たばこ乾燥運転中、火炉の表面熱によって遠赤外線塗料から遠赤外線を常時安定的に放射させ、熱風発生装置内の混合空気を加温し、熱風発生装置内の熱バランスの改善に寄与する。

本発明に係る請求項５記載の葉たばこ乾燥機は、火炉から外部煙突に続く内部排気通路内にスクリュー板を挿入配置したことを特徴とする。

火炉から外部煙突に続く内部排気通路内にスクリュー板を挿入配置することによって、外部煙突から排気される排気熱を熱風発生装置内に回収し、回収した排気熱によって、熱風発生装置内の熱バランスの改善に寄与することができる。

本発明に係る請求項６記載の葉たばこ乾燥機は、火炉から外部煙突に続く内部排気通路の管体外面に排熱回収フィンを設けたことを特徴とする。

火炉から外部煙突に続く内部排気通路内の管体外面に排熱回収フィンを設けることによって、外部煙突から排気される排気熱を熱風発生装置内に回収し、回収した排気熱によって、熱風発生装置内の熱バランスの改善に寄与することができる。

本発明に係る請求項７記載の葉たばこ乾燥制御方法は、請求項１記載の葉たばこ乾燥機を用いた葉たばこ乾燥制御方法であって、熱風発生装置の火炉に用いられるバーナーについて、乾燥室内に設置した温度センサーに従い、下限値および上限値の二位置で燃焼と停止を動作制御し、その燃焼と停止の動作の周期を８分以上、１２分以下になるように制御することを特徴とする。

バーナーの二位置動作制御においては、温度センサー（例えば乾球温度）の設定値を下限値とし、下限値でバーナーを着火燃焼させる。上限値は例えば下限値＋１℃とし、上限値で停止するように温度制御する。

本発明の葉たばこ乾燥制御方法によれば、循環空気と外気の混合空気が排熱回収部と遠赤外線放射部の相乗作用効果によって、極めて安定した熱バランスとなり、温度制御性がよくなる。このため、バーナーの制御性とダンパの開閉制御性がともに安定し、乾燥室内の温度・湿度が平準化される。熱バランスが良くなると、従来に比べてバーナーの燃焼および停止の動作の周期が８分から１２分と長くなり、運転（燃焼）回数が減少する。また、排湿ダンパ、吸気ダンパの動作が安定し、これらの作用が乾燥室内の温度および湿度のより一層の平準化をもたらす。

熱バランスの安定により、バーナー停止後のオーバーシュートおよびバーナー運転後のアンダーシュートの間の制御幅を２℃以下に保持することが可能となって、熱風発生装置から乾燥室に向かう温風のボリュームの変動幅が小さくなり、これにより乾燥室下部（の整流板）からの通風速度が安定し、乾燥室内の変流や縮流の発生を防ぎ、安定した乾燥を行うことができる。

乾燥時間の短縮を期待することができ、また、バーナーの制御幅を２℃以下に保持することが可能であり、従来の階段昇温式の制御方法に替えて、リニアに昇温する制御方法を採用することも可能である。

以上説明したように、本発明に係る省エネ型葉たばこ乾燥機によると、熱風発生装置内における循環空気と外気の混合空気の熱バランスを大幅に改善して、安定した乾燥温風を乾燥室内に供給することができ、これによって、乾燥室内の温度および湿度の平準化が図れ、安定した葉たばこ乾燥の運転制御を行うことができる。
これにより、乾燥葉の品質を良好にし、併せて、燃料消費の削減を図ることができる効果を奏する。
また、本発明に係る葉たばこ乾燥制御方法によれば、バーナーの燃焼および停止の動作の周期を長期化することによって、運転回数を減少させ、燃料消費の削減を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。図１において、符号１は省エネ型葉たばこ乾燥機、符号２は熱風発生装置、符号３は乾燥室である。

まず、熱風発生装置２を概略説明すると、図１に示すように、ケーシング４の左半分には下部にバーナー５を備える火炉６と、火炉６に連絡する熱交換器７が配置され、その上部には送風機８が配置されている。ケーシング４の左半分の外部には図示しない制御盤と、熱交換器７から内部排気通路９を介して連通する煙突１０が取り付けられている。

ケーシング４の右半分には下部側方に吸気口１１を備える吸気ダクト１２が組み込まれている。この吸気ダクト１２はケーシング４内で上向きに延びるとともに、ケーシング４の内部天井付近から送風機８の上方に達して開口し、排湿にしたがい、吸気口１１から吸入された外気Ｉｎが吸気ダクト１２内をケーシング４の内部天井付近に案内され、送風機８の上方から送風機８によって火炉６へ向けて下方に吸い込まれるようになっている。

また、吸気ダクト１２には、乾燥室３の排気口１３から排気される排気熱を回収する排熱回収部１４が組み込まれている。この排熱回収部１４において回収された排気熱は、吸気口１１から吸気ダクト１２内に吸入された外気Ｉｎとの熱交換に用いられる。

排熱回収部１４は、具体的には、図２および図３を参照して、吸気ダクト１２内を上方に外気Ｉｎが通過する複数の外気流通路１５，１５・・・と、排気口１１から排気の流通方向に排気Ｅｘが通過する複数の排気流通路１６，１６・・・とが、交互にアルミ泊などの熱良導性薄板１７によって区割形成されている。アルミ泊などの熱良導性薄板１７は、図３に示すように、波形成型によって、熱交換効率をアップすることができる。排気口１３から排出される排気は排熱回収部１４の排気流通路１６，１６・・・を通過して外部に排出され、吸気口１１から吸気ダクト１２内に吸入される外気は前記排熱回収部１４の外気流通路１５，１５・・・を通過してケーシング４の天井付近から向きを変え、送風機８によって火炉６へ送り込まれる。その間、排気流通路１６，１６・・・を通過する排気と、外気流通路１５，１５・・・を通過する外気との間で熱交換され、外気が＋１０〜１５℃に加温される。

なお、吸気口１１および排気口１３の前方出口には、それぞれ吸気ダンパ１８および排湿ダンパ１９が設けられている。

以上のように構成された熱風発生装置２によれば、吸気口１１から吸入された外気Ｉｎが排熱回収部１４によって速やかに加温されることにより、同外気と、乾燥室３の循環口２０から循環された湿潤空気との混合空気の熱バランスが改善される。送風機８は、通常のファンでもよいが、排熱回収部１５における吸・排気抵抗を鑑みて、図１に示すような静圧のとれる多翼型送風機（シロッコファン）を採用してもよい。排熱回収部１４によって排気口１３からの損失熱量３５％のうち、最大２５％を熱風発生装置２内に回収することが可能である。

熱交換器７の内部および同熱交換器７から続く内部排気通路９内には、それぞれ、図２に示すように、その内部を通過する排気Ｅｘを螺旋状に案内するスクリュー板２１，２１が挿入配置されている。各スクリュー板２１の配置によって排気ガスが熱交換器７内および内部排気通路９内に滞留する時間が長くなり、排気熱を熱風発生装置２内に回収することができる。同じく、内部排気通路９の管体外面には、複数枚の排熱回収フィン２２が取り付けられている。これらのスクリュー板２１および排熱回収フィン２２によって、煙突１０から外部に放出される損失熱量１５％のうち、最大１０％程度を回収することが可能である。

下部ピット２３には、火炉６の近傍に位置する遠赤外線放射板（遠赤外線放射部）２４が配置されている。遠赤外線放射板２４は、シラスバルーンと粒状のトルマリン石を主体とし、より具体的には、粒径１ｍｍ〜８ｍｍのシラスバルーンを３５〜５５重量％、粒径５０〜３００ミクロンのシラスバルーンを３〜１５重量％、粒状のトルマリン石を１〜１０重量％にして配合し、ケイ酸ナトリウムおよびアルミナセメントにより凝固させてプレート状に形成したものである。上面に凹凸を形成して、表面積を拡大し、より多量の遠赤外線を放出するようにしてもよい。

乾燥室３は、箱型のコンテナ２５の内部に、図４および図５に示すように、葉たばこ（生葉）２６を葉詰めした吊具２７を上下２段にわたり吊り込み、下部ピット２３から整流板２８を通して吹き上げられる乾燥温風によって葉たばこ２６を乾燥させるようになっている。

乾燥室３の整流板２８付近には、熱風発生装置２寄りに乾球温度計２９と湿球温度計３０が設置されている。葉たばこの乾燥制御は、この乾球温度計２９の乾球温度と、湿球温度計３０の湿球温度の組合わせによる温湿度条件のコントロールによって行う。

湿球温度計３０の湿球温度は、吸気ダンパ１８の開閉によりコントロールされる。湿球温度が設定温度を超えると、湿球温度計３０からの温度変化量（偏差）に基づく比例制御信号により、図４に示すように、吸気ダンパ１８が開き、吸気口１１から外気Ｉｎを吸入すると同時に、風圧式排湿ダンパ１９が開き、外部へ必要な排湿が行なわれる。湿球温度が設定温度に戻ると、吸気ダンパ１８が温度バランスした開度で止まり安定した排湿が行われる。

乾球温度計２９の乾球温度は、バーナー５の二位置動作（燃焼と停止）制御によりコントロールされる。下限値（設定温度）でバーナー５を着火燃焼し、上限値（設定温度＋１℃）でバーナー５を停止する。乾燥室３内の熱バランスの安定により、バーナー５の燃焼と停止の動作の周期が８分から１２分の間となるように制御され、また、下限値のアンダーシュートと上限値のオーバーシュートの間の制御幅を２℃以下に保持可能である。

上記の如く構成された省エネ型葉たばこ乾燥機１によれば、排熱回収部１４、スクリュー板２１、排熱回収フィン２２の各排熱回収手段によって、損失熱量５０％のうち、最大３５％を回収することが可能であり、極めて高効率な葉たばこ乾燥機を実現することができる。また、排熱回収によって、熱風発生装置２内の熱バランスの不均衡が解消され、併せて、遠赤外線効果によって、熱バランスを極めて安定させた状態で乾燥温風を乾燥室３内に供給することができる。これによって、乾燥室３内の温度および湿度が平準化され、温度制御性が安定して、葉たばこ乾燥運転制御が安定し、安定した葉たばこ乾燥を行うことができる。また、乾燥葉の仕上がり品質を安定させることができる。

本発明者は、本発明に係る図１の葉たばこ乾燥機１と、従来の葉たばこ乾燥機を用いて、葉たばこ乾燥の比較試験を実施した。

図６は、本発明に係る葉たばこ乾燥機１と従来の葉たばこ乾燥機のそれぞれの葉たばこ乾燥運転中の乾球温度の変化を示している。従来の葉たばこ乾燥機によると、バーナーの二位置動作（燃焼と停止）制御において、乾球温度の下限値（Ｕ．Ｌ）を超えるアンダーシュートの値と、乾球温度の上限値（Ｏ．Ｌ）を超えるオーバーシュートの値の間の制御幅が３〜４℃と大きく、燃焼と停止の動作の周期も２．５〜３．５分と短いことが分かる。これは従来の葉たばこ乾燥機が、乾燥運転中、バーナーの着火・停止を頻繁に繰り返し、温度コントロールが不安定であることを示している。

これに対し、本発明の省エネ型葉たばこ乾燥機１によると、まず、アンダーシュートの値とオーバーシュートの値の間の制御幅が１〜２℃と非常に小さく、また、バーナーの燃焼と停止の動作の周期も１０〜１２分と非常に長いことが分かる。これは本発明の省エネ型葉たばこ乾燥機１の温度制御が非常に安定し、乾燥運転制御を安定して行えることを示している。

本発明に係る省エネ型葉たばこ乾燥機を示す全体斜視図、 図１に示す省エネ型葉たばこ乾燥機の熱風発生装置の断面図、 排熱回収部の具体例を示す斜視図、 図１に示す省エネ型葉たばこ乾燥機のＡ−Ａ線矢視断面図、 図１に示す省エネ型葉たばこ乾燥機のＢ−Ｂ線矢視断面図、 従来の葉たばこ乾燥機と本発明の省エネ型葉たばこ乾燥機のそれぞれの乾燥運転中の乾球温度の変化を示す図である。

符号の説明

１ 省エネ型葉たばこ乾燥機
２ 熱風発生装置
３ 乾燥室
４ ケーシング
５ バーナー
６ 火炉
７ 熱交換器
８ 送風機
９ 内部排気通路
１０ 煙突
１１ 吸気口
１２ 吸気ダクト
１３ 排気口
１４ 排熱回収部
１５ 外気流通路
１６ 排気流通路
１７ 熱良導性薄板
１８ 吸気ダンパ
１９ 排湿ダンパ
２０ 循環口
２１ スクリュー板
２２ 排熱回収フィン
２３ 下部ピット
２４ 遠赤外線放射板（遠赤外線放射部）
２５ コンテナ
２６ 葉たばこ（生葉）
２７ 吊具
２７ 整流板
２９ 乾球温度計
３０ 湿球温度計

Claims (7)

1. 循環空気および／または吸気口から吸入した外気を火炉によって加熱し、高温の乾燥空気を生成する熱風発生装置と、熱風発生装置に連設され、高温の乾燥空気が下部から吹き上げられる葉たばこ乾燥室とを備える葉たばこ乾燥装置において、
   前記熱風発生機内に、葉たばこ乾燥室の排気口からの排気熱を回収し、吸気口から吸入した外気を加温する排熱回収部が設けられ、
   前記火炉と葉たばこ乾燥室の下部との間に、火炉からの輻射熱を受熱して遠赤外線を放射する遠赤外線放射部が配置され、
   葉たばこ乾燥運転中に、加温された外気と循環空気の混合空気であって、火炉によって再加熱された乾燥混合空気と、蓄熱された遠赤外線放射部から放射される遠赤外線とが同時に葉たばこ乾燥室に供給される構成である、ことを特徴とする省エネ型葉たばこ乾燥機。
2. 前記遠赤外線放射部は、その主成分がシラスバルーンおよび粒状のトルマリン石から構成される、ことを特徴とする請求項１記載の省エネ型葉たばこ乾燥機。
3. 前記遠赤外線放射部は、粒径１ｍｍ〜８ｍｍのシラスバルーン３５〜５５重量％、粒径５０〜３００ミクロンのシラスバルーン３〜１５重量％、粒状のトルマリン石１〜１０重量％を配合し、ケイ酸ナトリウム及びアルミナセメントにより凝固させて板状に成形されている、ことを特徴とする請求項１記載の省エネ型葉たばこ乾燥機。
4. 火炉の外面に遠赤外線塗料が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の省エネ型葉たばこ乾燥機。
5. 火炉から外部煙突に続く内部排気通路内にスクリュー板が挿入配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の省エネ型葉たばこ乾燥機。
6. 火炉から外部煙突に続く内部排気通路の管体外面に排熱回収フィンが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の省エネ型葉たばこ乾燥機。
7. 請求項１記載の葉たばこ乾燥機を用いた葉たばこ乾燥制御方法において、
   熱風発生装置の火炉に用いられるバーナーについて、乾燥室内に設置した温度センサーの設定温度の下限値および上限値の二位置で燃焼と停止を動作制御し、その燃焼と停止の動作の周期を８分以上、１２分以下になるように制御することを特徴とする、葉たばこ乾燥制御方法。

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