(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内で火炎を形成するように構成された一対のバーナそれぞれに蓄熱体が設けられた蓄熱室を設け、一対の前記バーナを切替時間ずつ交互に燃焼させるとともに、一方の前記バーナの燃焼中には、他方の前記バーナに設けられた前記蓄熱室に排熱が回収されるように構成された交番燃焼バーナ装置において、
炉内の温度を計測する炉内温度センサと、
前記炉内温度センサが計測した温度が低くなるほど前記切替時間が長くなるように前記切替時間を調整する制御部と、を備えた交番燃焼バーナ装置。
【請求項２】
前記バーナの前記蓄熱室を介して炉内に燃焼用空気を供給するための送風手段と、
前記バーナの前記蓄熱室を介して炉内から燃焼排ガスを排気するための排気手段と、
一方の前記バーナに前記送風手段を接続し、他方の前記バーナに前記排気手段を接続する状態と、一方の前記バーナに前記排気手段を接続し、他方の前記バーナに前記送風手段を接続する状態と、を切り替える切替弁と、を備える請求項１に記載の交番燃焼バーナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の交番燃焼バーナ装置を用いるバッチ式の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内で火炎を形成するように構成された一対のバーナそれぞれに蓄熱体が設けられた蓄熱室を設け、一対の前記バーナを切替時間ずつ交互に燃焼させるとともに、一方の前記バーナの燃焼中には、他方の前記バーナに設けられた前記蓄熱室に排熱が回収されるように構成された交番燃焼バーナ装置、及びその装置を用いる加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱体と一体化した一対のバーナを交互に燃焼させることで、省エネ・省コストを実現するリジェネバーナシステム（交番燃焼バーナ装置）が知られている。リジェネバーナシステムでは、一方のバーナが燃焼している時には、その排気が他方のバーナの蓄熱体を通過し加熱するように構成される。これにより、当該加熱された蓄熱体と一体化したバーナが燃焼する際には、燃焼用空気が蓄熱体により予熱される。すなわち、従来であれば捨てていた排気のエネルギーを蓄熱体で回収することにより、高い効率で燃焼が可能となっている。
【０００３】
従来、このようなリジェネバーナシステムにおけるバーナの燃焼制御方法として、バーナの点火時から炉が目的の温度に昇温するまでの間、あらかじめ定められた切替時間毎に燃焼させるバーナを切り替えていた。この切替時間は、長くなると非燃焼側のバーナへの排気温度が上がり、バーナや配管、蓄熱体の焼損などの故障の可能性が生じるため不必要に長くすることはできず、特許文献１の段落００３２に示すように、３０秒程度に設定されるのが通例であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１０１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リジェネバーナシステムにおいては、バーナの切替動作自体に３〜５秒ほどの時間を要する。つまり、バーナを燃焼していない時間が発生する。このため、切替時間が３０秒に設定され、バーナの切替動作に３秒を要する場合には、システムの稼働時間に占めるバーナの燃焼時間は３０／３３≒９１％程度となる。よって、１００％の時間バーナを燃焼させた場合の出力（定格出力）に比べると、出力が小さくなり、炉の昇温などに要する時間が長くなってしまう。さらに、切替時間が短く設定された場合は、長く設定された場合に比べて、バーナの切替回数が多くなるため、バーナの切り替えに係る切替弁等の機械部品の駆動回数が多くなり、早期故障を招く可能性があるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、バーナが実際に燃焼できる燃焼時間を長くし、炉内の加熱にかかる時間を短縮できるとともに、バーナの切替回数を減らすことで、切替弁やバーナの点火に用いるスパークロッドなどバーナの切替時に動作させる機械部品の早期故障を抑制できる交番燃焼バーナ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る交番燃焼バーナ装置の特徴構成は、炉内で火炎を形成するように構成された一対のバーナそれぞれに蓄熱体が設けられた蓄熱室を設け、一対の前記バーナを切替時間ずつ交互に燃焼させるとともに、一方の前記バーナの燃焼中には、他方の前記バーナに設けられた前記蓄熱室に排熱が回収されるように構成された交番燃焼バーナ装置において、
炉内の温度を計測する炉内温度センサと、
前記炉内温度センサが計測した温度が低くなるほど前記切替時間が長くなるように前記切替時間を調整する制御部と、を備えた点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、炉内温度センサにより計測される炉内の温度が低い場合には、切替時間（一方のバーナが燃焼し続ける時間）が長くなる。よって、炉内の温度が低い場合（例えば、バーナの点火時から炉内が目的の温度に昇温するまでの間）には、交番燃焼バーナ装置の稼働時間において、バーナを実際に燃焼させる時間が長くなる。これにより、バーナの切替動作にかかる時間に対して、実際のバーナ燃焼時間が長くなり、炉内の加熱にかかる時間を短縮することができる。
さらに、バーナの切替時間が長くなることで、単位時間あたりのバーナの切替回数を減らすことができる。
また、炉内の温度が低い場合には、他方のバーナ（非燃焼側バーナ）の排気温度は低いため、炉内の温度が高い時に比べて切替時間を長くしても、バーナや蓄熱体の焼損等が生じる可能性は低い。
以上のように、バーナが実際に燃焼できる燃焼時間を長くし、炉内の加熱にかかる時間を短縮できるとともに、バーナの切替回数を減らすことで、バーナの点火に用いるスパークロッドなどバーナの切替時に動作させる機械部品の早期故障を抑制できる交番燃焼バーナ装置を実現できる。
【０００９】
さらなる特徴構成は、前記バーナの前記蓄熱室を介して炉内に燃焼用空気を供給するための送風手段と、
前記バーナの前記蓄熱室を介して炉内から燃焼排ガスを排気するための排気手段と、
一方の前記バーナに前記送風手段を接続し、他方の前記バーナに前記排気手段を接続する状態と、一方の前記バーナに前記排気手段を接続し、他方の前記バーナに前記送風手段を接続する状態と、を切り替える切替弁と、を備える点にある。
【００１０】
上述のようにバーナが実際に燃焼できる燃焼時間を長くし、炉内の加熱にかかる時間を短縮できるとともに、バーナの切替回数を減らすことができる。これにより、一対のバーナの送風手段と排気手段のいずれを接続するかを切り替る切替弁などの機械部品の早期故障を抑制できる交番燃焼バーナ装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明に係る加熱炉の特徴構成は、上述の交番燃焼バーナ装置を備えたバッチ式の加熱炉である点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、バッチ式の加熱炉では、炉内に加熱処理対象物が投入される際に、外気が炉内に侵入するなどの要因によって炉内の温度が低下する。ここで、上述の交番燃焼バーナ装置を備えることで、実際にバーナが燃焼できる燃焼時間が長くなり、炉内の加熱にかかる時間を短縮できる。よって、炉内の温度が低下した場合にも素早く炉内を再加熱することができる。よって、加熱処理対象物の加熱処理にかかる時間を短縮することができ、バッチ処理時において高い生産効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】交番燃焼バーナ装置の構成図
【図２】蓄熱燃焼型バーナの構成図
【図３】バーナの切り替えタイミングを示す図
【図４】加熱炉の外観図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．交番燃焼バーナ装置の概略構成
以下、図面に基づいて、本発明に係る交番燃焼バーナ装置Ｂの実施形態の一例を説明する。
【００１５】
図１に示すように、交番燃焼バーナ装置Ｂは、蓄熱燃焼型バーナ１（１ａ、１ｂ） を一対備え、一方のバーナ１ を燃焼状態とするとともに、他方のバーナ１を蓄熱状態とする燃焼モードを交互に繰り返す。
【００１６】
本実施形態においては、ガラス原料が交番燃焼炉Ｆ内に投入され、一対の蓄熱燃焼型バーナ１によって、ガラス原料を溶解する。ここで、「ガラス原料」が加熱対象物に、「ガラス原料の溶解」が加熱処理に相当する。また、図４に示すように、交番燃焼炉Ｆの側壁には、交番燃焼炉Ｆ内へのガラス原料の投入、及び溶解したガラスを炉内から取出すための扉９が備えられる。交番燃焼炉Ｆはいわゆるバッチ式の加熱炉として構成される。
【００１７】
ここで、燃焼状態の蓄熱燃焼型バーナ１は、供給された燃料ガスＧを燃焼し、交番燃焼炉Ｆ内に火炎を形成する。一方、蓄熱状態の蓄熱燃焼型バーナ１は、燃料ガスＧの供給が停止され、燃焼状態の蓄熱燃焼型バーナ１が形成した火炎により発生した燃焼排ガスＥを取り込み、蓄熱室３ｃ（図２参照）に設けられた蓄熱体で排熱を回収する。
【００１８】
蓄熱室３ｃに設けられた蓄熱体は、送風用ファン２ａから交番燃焼炉Ｆ内に供給される燃焼用空気Ａ、及び交番燃焼炉Ｆ内から排気用ファン２ｂへと排出される燃焼排ガスＥが通過し接触することで熱交換可能に構成される。すなわち、蓄熱室３ｃの蓄熱体によって、燃焼用空気Ａは予熱された状態で交番燃焼炉Ｆ内に供給される。
【００１９】
図２に示すように、交番燃焼バーナ装置Ｂにおけるバーナ１ａ、１ｂ 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。バーナノズル１ｎは円筒状に形成され、円筒の中心に燃料供給部４を備え、燃料供給部４の外側に給排気部３を備える。
【００２０】
なお、バーナ１ａ、１ｂの設置箇所は、対向する炉壁Ｆ１に設けても良いし、同じ炉壁Ｆ１に並列に設けてあっても良い。また、交番燃焼炉Ｆには、炉内の温度を計測するための炉内温度センサ８が設けられる。
【００２１】
２．蓄熱燃焼型バーナ
図２に示すように、蓄熱燃焼型バーナ１は、燃焼用空気Ａが通る燃焼用空気供給部及び燃焼排ガスＥが通る燃焼排ガス排気部として働く給排気部３を備える。交番燃焼バーナ装置Ｂは、燃焼用空気供給部としての給排気部３を介して、交番燃焼炉Ｆ内及びバーナ１の先端に燃焼用空気Ａが供給され、燃焼排ガス排気部としての給排気部３を介して交番燃焼炉Ｆ内の燃焼排ガスＥを排気する。
【００２２】
さらに、蓄熱燃焼型バーナ１は、燃料ガスＧを交番燃焼炉Ｆ内に供給する燃料供給部４を備える。給排気部３ には蓄熱室３ｃを連通接続させて設けている。蓄熱室３ｃは、給排気部３からバーナ１の先端に至るまでに設けられ、内部に蓄熱体が充填される。また燃料供給部４ は、炉壁Ｆ１外側にて、燃料バルブ（不図示）を設けて接続される。
【００２３】
図１に示すように、一対の蓄熱燃焼型バーナ１ は、切替弁Ｖを介して、それぞれの給排気部３ に送風用ファン２ａもしくは排気用ファン２ｂが接続されるように構成される。送風用ファン２ａ、排気用ファン２ｂ、及び切替弁Ｖは制御部６により制御され、切替弁Ｖの動作により一対の蓄熱燃焼型バーナ１のどちらに送風用ファン２ａ又は排気用ファン２ｂが接続されるかが切り替わる。
【００２４】
すなわち、切替弁Ｖにより一対の蓄熱燃焼型バーナ１の燃焼状態及び蓄熱状態が切り替えられる。ここで、送風用ファン２ａが接続されたバーナ１の給排気部３は燃焼用空気供給部として働き、排気用ファン２ｂが接続された蓄熱燃焼型バーナ１の給排気部３は燃焼排ガス排気部として働く。このような構成により、燃焼排ガスＥの排熱の回収と、燃焼用空気Ａの予熱とが同時に行われる。
【００２５】
ここで、送風用ファン２ａが「送風手段」に相当し、排気用ファン２ｂが「排気手段」に相当する。
【００２６】
ここで、一方の蓄熱燃焼型バーナ１が燃焼状態となり、他方の蓄熱燃焼型バーナ１が蓄熱状態となる時間は、切替時間Ｔとして設定される。
【００２７】
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、燃料ガスＧ及び燃焼用空気Ａが供給され、種火を形成するように運転される。
【００２８】
３．バーナの切り替えタイミングの調整
制御部６は、炉内温度センサ８の計測値に基づいて、送風用ファン２ａ、排気用ファン２ｂ、及び切替弁Ｖを制御し、一対のバーナ１ａ及び１ｂを燃焼させるタイミングを調整する。
【００２９】
図３を用いて、一対の蓄熱燃焼型バーナ１の切り替えタイミングの制御方法について説明する。図３のグラフは、横軸に交番燃焼炉Ｆ内で燃焼を開始してからの経過時間、縦軸に炉内温度センサ８により計測した炉内温度Ｔｐを示す。また、グラフの上部には、各時間において燃焼するバーナ１を示している。より詳しくは、交番燃焼炉Ｆ内の温度が目的とする温度に加熱されるまでの初期段階における交番燃焼炉Ｆ内の温度変化を示している。すなわち、１回のバッチ処理が開始された初期段階での温度変化を示す。
【００３０】
図中、「Ｔ、Ｔ１、Ｔ２」は、一対の蓄熱燃焼型バーナ１のいずれかが燃焼している時間である切替時間を示し、「Ｔｓ」は蓄熱燃焼型バーナ１の切替動作にかかる時間を示す。なお、図３に示すグラフは実測値ではなく、本発明を説明するためのイメージ図である。
【００３１】
制御部６は、炉内温度センサ８が計測した炉内温度Ｔｐが低い場合に、切替時間Ｔが長くなる方向に切替時間Ｔを調整する。具体的には、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１より低い場合に、切替時間Ｔを、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１以上の場合に比べて、長くなるように設定する。
【００３２】
ここで、閾値Ｔｐ１としては、例えば、７００℃に設定する。なお、閾値Ｔｐ１とする温度は、燃焼排ガスＥが通過する部材（蓄熱室３ｃに設けられた蓄熱体や切替弁Ｖなど）の耐熱性能などに基づいて設定すると良い。
【００３３】
図３の例では、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１より低い場合に、切替時間Ｔ１として４５秒を設定する。また、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１以上の場合には、切替時間Ｔ２として３０秒を設定する。なお、切替動作にかかる時間Ｔｓは３秒に設定される。
【００３４】
このような制御を行うことで、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１より低い場合には、交番燃焼バーナ装置Ｂの稼働時間に占める蓄熱燃焼型バーナ１の燃焼時間は４５／４８≒９４％程度となる。すなわち、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１以上の場合（蓄熱燃焼型バーナ１の燃焼時間は３０／３３≒９１％程度）に比べて、出力が高くなることから、炉の昇温に要する時間を短くすることができる。
【００３５】
また、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１に達するまでの間に、一対の蓄熱燃焼型バーナ１を切り替える切替回数が減ることから、蓄熱燃焼型バーナ１を切り替える際に動作させる切替弁Ｖの摩耗を抑制することができる。
【００３６】
以上のように、蓄熱燃焼型バーナ１が実際に燃焼できる燃焼時間を長くし、炉内の加熱にかかる時間を短縮できるとともに、蓄熱燃焼型バーナ１の切替回数を減らすことで、切替弁Ｖなどバーナ１の切替時に動作させる機械部品の早期故障を抑制できる交番燃焼バーナ装置Ｂを実現することができる。
【００３７】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、制御部６が、炉内温度Ｔｐが低い場合に切替時間Ｔが長くなる方向に切替時間Ｔを調整する方法の一例として、炉内温度Ｔｐがあらかじめ設定された閾値Ｔｐ１未満か、又は以上であるかをもって、切替時間Ｔの長さを調整する場合の例を示したが、他の調整方法を用いても構わない。
【００３８】
例えば、複数の温度域を設け、炉内温度Ｔｐが属する温度域が低いほど、切替時間Ｔが長くなるように調整しても構わない。具体的には、炉内温度Ｔｐが５００℃未満の場合に切替時間Ｔを５０秒とし、５００℃以上７００℃未満の場合に切替時間Ｔを４５秒とし、７００℃以上の場合に切替時間Ｔを３０秒とすることができる。
【００３９】
また、例えば、炉内温度Ｔｐが閾値Ｔｐ１未満の場合には、炉内温度Ｔｐの値に基づいて切替時間Ｔが決定されるように調整しても構わない。具体的には、Ｔ＝−ａ×Ｔｐ＋ｂ（ａ，ｂは定数）のようなＴｐの関数を用いて、切替時間Ｔが決定されるように構成しても構わない。
【００４０】
（２）上記実施形態においては、交番燃焼バーナ装置Ｂとしてガラス溶解炉を用いる場合の一例を示したが、交番燃焼を行う加熱炉であれば、ガラス溶融炉や金属溶融炉などのその他の用途の炉を用いても構わない。
【００４１】
（３）上記実施形態においては、蓄熱燃焼型バーナ１がパイロットバーナ７を備える場合の一例を示したが、パイロットバーナ７を備えず蓄熱燃焼型バーナ１の点火用にスパークロッドを備える構成でも構わない。
【符号の説明】
【００４２】
１        ：蓄熱燃焼型バーナ
１ａ      ：バーナ
１ｂ      ：バーナ
２ａ      ：送風用ファン（送風手段）
２ｂ      ：排気用ファン（排気手段）
３ｃ      ：蓄熱室
６        ：制御部
８        ：炉内温度センサ
Ａ        ：燃焼用空気
Ｂ        ：交番燃焼バーナ装置
Ｅ        ：燃焼排ガス
Ｆ        ：交番燃焼炉
Ｔ        ：切替時間
Ｔ１      ：切替時間
Ｔ２      ：切替時間
Ｔｐ      ：炉内温度
Ｖ        ：切替弁
【図１】
0006611437.tif 000002
【図２】
0006611437.tif 000003
【図３】
0006611437.tif 000004
【図４】
0006611437.tif 000005