(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスが有する熱で高温に予熱された燃焼用空気を用いて、燃料供給部より供給される燃料を燃焼させる蓄熱燃焼型バーナを一対備え、一方の蓄熱燃焼型バーナを燃焼状態とするとともに、他方の蓄熱燃焼型バーナを蓄熱状態とする燃焼モードを交互に繰り返す交番燃焼バーナ装置であって、
前記蓄熱燃焼型バーナのそれぞれに、燃焼用空気供給部および燃焼排ガス排気部として働く給排気部を設け、
前記給排気部のそれぞれに送風機を備えるとともに、
前記送風機は、送風用ファンを備え、前記送風用ファンを正逆回転駆動する駆動機構を備えた交番燃焼バーナ装置。
【請求項２】
前記送風用ファンの回転数を検出する回転数検出手段を設け、燃焼状態とする前記蓄熱燃焼型バーナに対する前記送風用ファンの回転数が所定値を超えたとき、前記燃料供給部から燃料を供給開始する制御手段を設けてある請求項１に記載の交番燃焼バーナ装置。
【請求項３】
前記送風用ファンの回転状態を正逆回転切換するときに、前記送風用ファンの回転を低下するブレーキを設けてある請求項１または２に記載の交番燃焼バーナ装置。
【請求項４】
前記送風用ファンの回転状態を正逆回転切換するクラッチを設けてある請求項１〜３のいずれか一項に記載の交番燃焼バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスが有する熱で高温に予熱された燃焼用空気を用いて、燃料供給部より供給される燃料を燃焼させる蓄熱燃焼型バーナを一対備え、一方の蓄熱燃焼型バーナを燃焼状態とするとともに、他方の蓄熱燃焼型バーナを蓄熱状態とする燃焼モードを交互に繰り返す交番燃焼バーナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱燃焼型バーナなどによる燃焼熱を、金属等の物質の加熱や溶融に使用することが行われている。また、蓄熱燃焼型バーナなどの燃焼部を燃焼室内に一対設けておき、一方の蓄熱燃焼型バーナを燃焼させている間は他方の蓄熱燃焼型バーナの燃焼は休止させ燃焼するバーナと、休止するバーナとを交互に切換える形態の燃焼を行わせるような交番燃焼炉と呼ばれる炉もある。このような交番燃焼炉では、他のガスバーナによって発生された熱量を、燃焼休止中に蓄熱し、自身が燃焼を行う際に使用する空気を予熱しておくことが行われる。上述したような燃焼炉では、燃焼休止中に空気を予熱しておくことで、実際の燃焼工程において使用されるエネルギーを低くすることができる、即ち、エネルギーの有効利用を行うことができるという利点がある。このような燃焼炉は熱を再利用するという意味でリジェネレーション炉と呼ばれている。
【０００３】
図６に示すように、このような交番燃焼炉Ｆで用いられる交番燃焼バーナ装置Ｂは、それぞれの蓄熱燃焼型バーナ１，１に対して、その蓄熱燃焼型バーナ１を燃焼状態にするために燃焼用空気を給気する送風用ファン２ａと、蓄熱状態にするための蓄熱燃焼型バーナ１を介して交番燃焼炉Ｆの排ガスを排気する排気用ファン２ｂとを、それぞれの蓄熱燃焼型バーナ１に各別に設けられる給排気部３に対して接続して構成されている。この状態で、給気路３ａと排気路３ｂとを切換弁Ｖにより切換えて送風用ファン２ａによる燃焼用空気の供給と排気用ファン２ｂによる燃焼排ガスの排気とを切換えつつ、前記蓄熱燃焼型バーナ１，１の燃焼状態と蓄熱状態とを交互に切換える動作を行う（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４２６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、燃焼状態と蓄熱状態との切換を切換弁Ｖで行うと、切換弁Ｖの構造上、切換タイミングでまた、切換弁Ｖの定常姿勢においても、弁羽根Ｖ１と、周壁とのクリアランスにおいて排ガスと燃焼用空気との混合が起きる（以下これらをリークと総称する）。このようなリークは、流通されるガスの１０％におよび、排ガスが燃焼用空気に混合されてしまうと、前記蓄熱燃焼型バーナの燃焼状態が不安定になるとともに、燃焼用空気の不足により不完全燃焼を招来し、出力が不足するとともに、交番燃焼炉から排出される排ガスの性状を悪化するおそれがある。
【０００６】
このようなおそれを解消するために、通常、切換弁を用いた交番燃焼炉では、前記燃焼用空気の供給量を増加して、排ガスの燃焼用空気側へのリークを抑制することが行われている。また、この切換弁の動作にも高圧空気が用いられている。
【０００７】
すると、全体として空気の供給のための動力が増え、エネルギー的に不利に働くほか、配管が複雑になるなど故障の原因となる場合が多くなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、蓄熱燃焼型バーナにおける燃焼状態と蓄熱状態との切換をより安定的に行うことのできる交番燃焼バーナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔構成１〕
上記目的を達成するための本発明の交番燃焼バーナ装置の特徴構成は、燃焼排ガスが有する熱で高温に予熱された燃焼用空気を用いて、燃料供給部より供給される燃料を燃焼させる蓄熱燃焼型バーナを一対備え、一方の蓄熱燃焼型バーナを燃焼状態とするとともに、他方の蓄熱燃焼型バーナを蓄熱状態とする燃焼モードを交互に繰り返す交番燃焼バーナ装置であって、
前記蓄熱燃焼型バーナのそれぞれに、燃焼用空気供給部および燃焼排ガス排気部として働く給排気部を設け、
前記給排気部のそれぞれに送風機を備えるとともに、
前記送風機は、送風用ファンを備え、前記送風用ファンを正逆回転駆動する駆動機構を備えた点にある。
【００１０】
〔作用効果１〕
上記構成によると、燃焼用空気供給部および燃焼排ガス排気部として働く給排気部を設けて、その給排気部のそれぞれに送風機を備えるから、送風用ファン、排気用ファンを切換えて運転する切換弁を設けることなく交番燃焼を行う形態とすることができる。切換弁を設けることなく交番燃焼を行う形態としては、前記送風用ファンを正逆回転駆動する駆動機構を備える送風機を用いることにより、前記送風用ファンを正逆転駆動することにより、給気用、排気用に使い分けることができる。これにより、切替弁を使用する必要が無いから、前記切換弁でガスがリークする問題が解消され、給排気部を流通する燃焼用空気と、排ガスが無用に混合してしまう不都合を回避することができる。
【００１１】
そのため、排ガスのリークを補うために高圧、大容量で供給されていた燃焼用空気の供給を適正化することができ、エネルギー効率を向上することができた。また、単純な配管系となり、空気供給に基づく故障原因を極力減小することができた。したがって、交番燃焼炉の蓄熱燃焼型バーナに対する燃焼用空気のリークに伴うエネルギーの無駄を減少することができ、交番燃焼炉の効率運転に寄与することができた。
【００１２】
〔構成２〕
また、前記送風用ファンの回転数を検出する回転数検出手段を設け、燃焼状態とする前記蓄熱燃焼型バーナに対する前記送風用ファンの回転数が所定値を超えたとき、前記燃料供給部から燃料を供給開始する制御手段を設けてあることが好ましい。
【００１３】
〔作用効果２〕
前の構成１によると、燃焼用空気のリークに伴うエネルギーの無駄を減少することができ、交番燃焼炉の効率運転に寄与することができた。しかし、上記構成によると、前記送風用ファンを起動したとき、前記送風用ファンの回転数の増加途中で燃料を吹き込むと、燃料過多の運転条件となり、不完全燃焼が発生し、十分な出力が得られないばかりか、排ガスの性状を悪化させてしまうおそれが残ることになる。
【００１４】
この状況を、図４を用いて、従来の構成と比較して説明する。
図４（ａ）に、本発明の一対の送風機を備える交番燃焼バーナ装置の給排気部に対して給気、排気を切換える構成とした場合の送風機の回転数および風量の関係を示し、図４（ｂ）に、従来の切換弁を用いて給排気部に対する給気、排気を切換える構成とした場合の送風機の回転数および風量の関係を示す。
図４（ｂ）に示すように、切換弁の切換タイミングでは、切換弁の切換と同時に送風量が燃焼状態となるのに充分な量に達するため、燃料ガスを供給して直接的に燃焼を開始することができるが、図４（ａ）に示すように、送風機の送風用ファンの回転方向を反転する制御を行う場合、送風ファンの回転数が充分高くなり、燃料ガスの燃焼に必要な燃焼用空気の供給が充分量に達するまでにやや時間を要することがわかる。
【００１５】
そこで、前記送風用ファンには回転数検出手段を設け、送風用ファンが所定の回転数に達したときに燃料供給部からの燃料供給を開始するように前記制御手段によって燃料供給制御を行う。送風用ファンが充分量の燃焼用空気の供給可能同回転数に達したかどうかを知り、その回転数（所定値）に達した場合に、燃料の供給を行うこととすれば、燃焼用空気量の不足するタイミングにおいては燃焼を開始せず、燃焼用空気量の充足している場合にのみ燃料を供給して炉内を燃焼状態とできるので、燃焼状態をより安定に維持することができる。
【００１６】
そのため、交番燃焼炉の蓄熱燃焼型バーナの運転状態切換時においても、良好な燃焼状態を維持することができるので、より一層交番燃焼炉の効率運転に寄与することができた。
【００１７】
〔構成３〕
また、前記送風用ファンの回転状態を正逆回転切換するときに、前記送風用ファンの回転を低下するブレーキを設けてあってもよい。
【００１８】
〔作用効果３〕
前記蓄熱燃焼型バーナの運転状態切換時において送風用ファンは正転から逆転あるいは逆転から正転に切換える必要があるが、この際、前記送風用ファンは、回転状態から減速、停止、加速して逆方向での回転状態にいたる。ここで減速して停止するにいたるまでに要する時間は、一対の前記蓄熱燃焼形バーナがいずれも燃焼状態、蓄熱状態のいずれでもない休止状態である。この休止状態が短いほど、蓄熱燃焼形バーナの運転効率は高いといえる。そこで、前記送風用ファンの減速、停止にいたる動作を強制的に行うことによって、前記休止期間を短くすることができ、効率運転を実現することができる。
【００１９】
〔構成４〕
また、前記送風用ファンの回転状態を正逆回転切換するクラッチを設けてあってもよい。
【００２０】
〔作用効果４〕
上記構成における前記送風用ファンの回転状態を正逆回転切換する場合、正逆回転自在なモータ等を用いることもできるが、クラッチを用いることによって、正転のみ行うモータ等を用いた場合であっても前記送風ファンに伝達される回転状態を、正逆回転切換することが可能になる。したがって、一般に用いられている構成部品の組み合わせで本発明の交番燃焼バーナ装置を構成することができ、汎用性が高い。
【発明の効果】
【００２１】
したがって、蓄熱燃焼型バーナにおける燃焼状態と蓄熱状態との切換をより安定的に行うことのできる交番燃焼バーナ装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の交番燃焼バーナ装置の運転状態を示す概略図
【図２】本発明の実施形態における蓄熱燃焼型バーナの概略図
【図３】本発明の実施形態における送風機の構造を示す図
【図４】本発明の実施形態における蓄熱燃焼型バーナの運転切換説明
【図５】本発明の別実施形態における送風機の構造を示す図
【図６】従来の交番燃焼バーナ装置の運転状態を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の交番燃焼バーナ装置を説明する。なお、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２４】
〔交番燃焼バーナ装置〕
【００２５】
図１に示すように、本発明の交番燃焼バーナ装置Ｂは、蓄熱燃焼型バーナ１，１を一対備え、一方の蓄熱燃焼型バーナ１を燃焼状態とするとともに、他方の蓄熱燃焼型バーナ１を燃焼休止して蓄熱状態とする燃焼モードを交互に繰り返す。
【００２６】
交番燃焼バーナ装置Ｂにおける蓄熱燃焼型バーナ１，１は、交番燃焼炉Ｆの炉壁Ｆ１に一対設置されるものであって、炉壁Ｆ１中に設置したバーナタイルに貫通部Ｆ２を設け、給排気部３および燃料供給部４を備えたバーナノズル１ｎを挿通して構成する。なお、蓄熱燃焼型バーナ１，１の設置箇所は炉壁Ｆ１に対向して設けても炉壁Ｆ１に並列に設けてあってもよい。
【００２７】
〔蓄熱燃焼型バーナ〕
図２に示すように、前記蓄熱燃焼型バーナ１は、燃焼用空気供給部および燃焼排ガス排気部として働く給排気部３を設け、燃料ガスを供給する燃料供給部４を備える。前記給排気部３には蓄熱室３ｃを連通接続させて設けている。また燃料供給部４には、炉壁Ｆ１外側にて、燃料バルブ４ａを設けて接続させている。
【００２８】
一対の蓄熱燃焼型バーナ１は、それぞれの給排気部３に送風機５を接続して備えるとともに、前記送風機５に設けられる送風用ファン５１の回転数や、炉内温度、炉内圧力等に基づき、前記送風機５の駆動、燃料ガスの供給切換等を個別に行う制御手段６を備えている（図１参照）。
【００２９】
また、前記蓄熱燃焼型バーナ１は、燃焼状態に移行する際着火するためのパイロットバーナ７を備えており、前記パイロットバーナ７には、燃焼状態、蓄熱状態を問わず、燃料が供給され、種火を形成するように運転される。
【００３０】
〔送風機〕
図３に示すように、前記送風機５は、送風用ファン５１を備え、前記送風用ファン５１を正逆回転駆動する駆動機構５２を備えている。前記駆動機構５２は、前記送風用ファン５１に駆動軸５２ａ、５２ｂを介して回転駆動力を伝達するモータ５２ｃと、そのモータ５２ｃの回転を正逆転切換自在にするクラッチ５２ｄを備える。
【００３１】
前記クラッチ５２ｄは、モータ側の駆動軸５２ａから送風用ファン５１側の駆動軸５２ｂに、正逆転自在に伝達可能なギア機構から構成されており、一姿勢において正転するモータ５２ｃの駆動力をそのまま送風用ファン５１側の駆動軸５２ｂに伝達し、他姿勢において正転するモータ５２ｃの駆動力を逆転させて送風用ファン５１側の駆動軸５２ｂに伝達する構成としてある。前記クラッチ５２ｄにおける一姿勢と他姿勢との切換は、前記制御手段６からの制御信号を受けて電磁的に制御可能に構成されている。また、クラッチ５２ｄの切換に際して、送風用ファン５１の駆動軸側に速やかに回転を低下させるためのブレーキ５２ｅが設けられている。
【００３２】
〔駆動制御〕
前記駆動機構５２における送風用ファン５１の正逆転は、たとえば、前記制御手段６が、３０秒〜６０秒正転後５秒程度の休止をはさんで、３０秒〜６０秒逆転を行うというタイマ制御により行うことができる。これにより、一方の蓄熱燃焼型バーナ１を燃焼状態とするとともに、他方の蓄熱燃焼型バーナ１を蓄熱状態とする燃焼モードを交互に繰り返す。ここで、前記ブレーキ５２ｅは、通常回転状態から休止までの間で動作する。
【００３３】
前記燃料供給部４への燃料ガス供給は、前記制御手段６により前記駆動機構５２により前記送風用ファン５１の駆動が確立した状態で行われるように制御される。すなわち、図４に示すように、駆動機構５２のモータ５２ｃを駆動すると、送風用ファン５１の回転数は、徐々に増加して所定の回転数になったところで安定運転状態となって、所定の出力が得られるようになる。しかし、回転数の増加途中で燃料を吹き込むと、燃料過多の運転条件となり、不完全燃焼が発生し、十分な出力が得られないばかりか、排ガスの性状を悪化させてしまうおそれが残ることになる。そこで、前記送風用ファン５１には回転数検出手段９ａを設け、送風用ファン５１が所定の回転数に達したときに燃料供給部４からの燃料供給を開始するように前記制御手段６によって燃料供給制御が行われる。これにより、より一層の燃焼安定化を図ることができる。
【００３４】
また、送風用ファン５１の給排気部３には、流量センサや圧力センサ等が設けられ、交番燃焼炉Ｆには、炉内温度を検出する温度センサ等が設けられ、前記制御手段６は、流量、圧力、炉内温度等によっても駆動制御を行う。前記制御手段６は、ＣＰＵを有するマイコンなどを備え、各センサからの出力に基づき実行すべき動作を解釈して、各管路に設けられた電磁弁を開閉制御等することにより駆動制御を行う。
【００３５】
〔別実施形態〕
先の実施形態においては、送風機５は送風用ファン５１を駆動するモータ５２ｃと、クラッチ５２ｄと送風用ファン５１側の駆動軸５２ｂを減速し前記送風用ファン５１の回転を低下するブレーキ５２ｅとを備えて構成した（図３）が、特にブレーキ５２ｅを設けることなく実施することもでき（図５（ａ））、さらに、モータ５２ｃ側の駆動軸５２ａにブレーキ５２ｅを設けて実施することもできる（図５（ｂ））。また、正逆転自在なモータ５２ｃを用いる場合、最小限送風ファンを駆動軸５２ｆを介してモータ５２ｃに直結する構成を採用することもできる（図５（ｃ））。この場合においても、駆動軸５２ｆの回転を低下させるブレーキ５２ｅを設けることが好ましい（図５（ｄ））。さらに、一対の送風機５に対して共通のモータ５２ｃを設けて、モータ５２ｃからの出力をクラッチ５２ｄを用いて正逆転制御しつつ各送風用ファン５１に伝達する構成を採用することもできる（図５（ｅ））。この場合、モータ５２ｃの共通化によりさらなる構成の簡略化が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の交番燃焼バーナ装置は、運転切換を効率よく行える交番燃焼炉Ｆに設けて実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１        ：蓄熱燃焼型バーナ
１ｎ      ：バーナノズル
３        ：給排気部
３ｃ      ：蓄熱室
４        ：燃料供給部
４ａ      ：燃料バルブ
５        ：送風機
５１      ：送風用ファン
５２      ：駆動機構
５２ａ    ：駆動軸
５２ｂ    ：駆動軸
５２ｃ    ：モータ
５２ｄ    ：クラッチ
５２ｅ    ：ブレーキ
６        ：制御手段
７        ：パイロットバーナ
９ａ      ：回転数検出手段
Ｂ        ：交番燃焼バーナ装置
Ｆ        ：交番燃焼炉
Ｆ１      ：炉壁
Ｆ２      ：貫通部
【図１】
0005851313.tif 000002
【図２】
0005851313.tif 000003
【図３】
0005851313.tif 000004
【図４】
0005851313.tif 000005
【図５】
0005851313.tif 000006
【図６】
0005851313.tif 000007