(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた、蓄熱体を有する一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法であって、
（ａ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定し、
（ｂ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対のバーナの前記排気温度の平均温度の差を計算し、
（ｃ）該排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の損傷を検知することを特徴とするリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法。
【請求項２】
前記一対のバーナの排気温度を、前記バーナと三方弁とのあいだで測定する請求項１記載のリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法。
【請求項３】
ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネバーナの三方弁の異常検出装置であって、
（ａ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定するための一対の温度測定手段と、
（ｂ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対の温度測定手段により測定された前記一対のバーナの排気温度の平均温度の差を算出する偏差算出手段と、
（ｃ）該偏差算出手段により算出されたバーナの排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の異常を判定するための判定手段と
からなるリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出装置。
【請求項４】
前記一対の温度測定手段が、前記バーナと三方弁とのあいだに配置されてなる請求項３記載のリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出装置。
【請求項５】
前記一対の温度測定手段が、熱電対からなる請求項３または４記載のリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法および装置に関する。さらに詳しくは、三方弁の開閉状態を信頼性よく監視することができ、さらに弁体の損傷や異常も検知することができるリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続焼鈍炉、熱処理炉などの比較的高温の加熱帯において、炉内加熱用のヒータとして、近年では省エネルギーの観点から、蓄熱型熱交換器を内蔵するラジアントチューブタイプのリジェネレイティブバーナ（以下、リジェネバーナという）が用いられている。このリジェネバーナは、蓄熱体を有する一対のバーナを備え、バーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するものである。
【０００３】
一般的なラジアントチューブタイプのリジェネバーナは、ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた、蓄熱体を有する一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とから構成されている。
【０００４】
一対の三方弁を所定の時間間隔（２０〜３０秒程度）ごとに切り替えることにより、一方の燃焼を行なうバーナに大気および燃料ガスを導入させ、他方の燃焼していないバーナを通して排気および蓄熱を行なうことができる。また、一対の三方弁の排気側の出口には、排気用のブロアが設けられ、かかるブロアによって生じる吸引作用により、ラジアントチューブ内部を負圧となるようにし、燃焼側のバーナへ大気を導入できるようにしている。
【０００５】
従来では三方弁の開閉状態を監視するために、当該三方弁の弁体にリミットスイッチなどの近接スイッチを設置していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記三方弁に設置されるリミットスイッチは、炉壁近傍でかつ高温の排気ガス通路近傍に設置されるため、当該リミットスイッチの耐熱温度の制約から故障や誤動作などが発生しやすいという問題がある。
【０００７】
また、リミットスイッチによる三方弁の監視では、弁の開閉の確認はできるが、弁体のゆがみなどの損傷状態までは検知することができないという問題がある。
【０００８】
とくに、複数のラジアントチューブが配設される熱処理炉の場合、弁体の損傷状態を個々に検知するためには、すべてのリジェネバーナの燃焼を一旦停止し、三方弁を分解観察する作業を伴うため、膨大な労力を必要としていた。
【０００９】
本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、三方弁の開閉状態を信頼性よく監視することができ、さらに弁体の損傷や異常も検知することができるリジェネバーナの三方弁の異常検出方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出方法は、ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた、蓄熱体を有する一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネバーナの三方弁の異常検出方法であって、
（ａ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定し、
（ｂ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対のバーナの排気温度の平均温度の差を計算し、
（ｃ）該排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の損傷を検知することを特徴としている。
【００１１】
前記一対のバーナの排気温度を、前記バーナと三方弁とのあいだで測定するのが好ましい。
【００１２】
本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出装置は、ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネバーナの三方弁の異常検出装置であって、
（ａ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定するための一対の温度測定手段と、
（ｂ）前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対の温度測定手段により測定された前記一対のバーナの排気温度の平均温度の差を算出する偏差算出手段と、
（ｃ）該偏差算出手段により算出されたバーナの排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の異常を判定するための判定手段と
からなることを特徴とする。
【００１３】
前記一対の温度測定手段が、前記バーナと三方弁とのあいだに配置されてなるのが好ましい。
【００１４】
前記一対の温度測定手段が、熱電対からなるのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら、本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出方法および装置をさらに詳細に説明する。図１は本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出装置を備えたリジェネバーナの一実施の形態を示す断面説明図、図２は図１のリジェネバーナの正常な動作を示す断面説明図、図３は図２のリジェネバーナの正常な動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフ、図４は図１のリジェネバーナの一方の三方弁が排気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図、図５は図４のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフ、図６は図１のリジェネバーナの一方の三方弁が吸気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図、図７は図６のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフ、図８は図１のリジェネバーナの一方の三方弁の弁体が変形した場合の異常動作を示す断面説明図、および図９は図８のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【００１６】
図１に示されるリジェネバーナは、加熱炉Ｆ内部に設けられたＵ字状のラジアントチューブ１と、ラジアントチューブ１の両端に設けられた、蓄熱体７を有する一対のバーナ２、３と、一対のバーナ２、３にそれぞれ接続された燃焼通気切替用の三方弁４、５と、三方弁４、５の排気路８に設けられた排気用ブロア６とから構成されている。
【００１７】
本実施の形態のリジェネバーナは、プル（ｐｕｌｌ）方式と呼ばれ、排気用ブロア６により、ラジアントチューブ１内部の圧力を負圧にすることで、各バーナ２、３に取り付けられた個々の三方弁４、５の吸気路１０を介して燃焼空気をラジアントチューブ１内部に供給することができる。このようなプル方式では、熱処理炉Ｆ内部の材料（図示せず）を熱処理するのに必要な燃焼ガス量がバーナ２、３に供給され、また燃焼空気が投入されたガス量に応じて適正なガスと空気の比率となるように排気用ブロア６直前の圧力が調整される。
【００１８】
蓄熱体７としては、アルミナ小口径ボールまたは通気性を有するハニカム構造のセラミックスなどが採用される。
【００１９】
一対のバーナ２、３は、一方のバーナ２において、ガス管９から供給されるガスを三方弁４の吸気路１０を通して導入された空気と混合させてラジアントチューブ１内部で燃焼させてチューブ１の加熱を行なう。燃焼により発生した排気ガスは、チューブ１内部を通って他方のバーナ３の蓄熱体７を通過し、そのときに排気ガスの熱は蓄熱体７を昇温させるのに用いられる。一対のバーナ２、３の燃焼は、２０〜３０秒程度ごとに交互に行なわれ、その結果、ラジアントチューブ１を、ほぼ一様の温度で加熱することができ、ラジアントチューブの寿命を向上することができる。なお、１１はバーナ２、３の点火を行なうためのパイロットバーナである。
【００２０】
図１に示される本発明にかかわるリジェネバーナの三方弁異常検出装置は、一対のバーナ２、３の排気温度を利用して三方弁の開閉確認および弁本体の損傷状態まで検出する。
【００２１】
すなわち、本実施の形態にかかわる三方弁異常検出装置は、一対のバーナ２、３を通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定するための一対の熱電対１２、１３（図１参照）と、一対の熱電対１２、１３により測定された一対のバーナ２、３の排気温度の偏差を算出する偏差算出手段（図示せず）と、偏差算出手段により算出された偏差に基づいて、一対の三方弁４、５の異常を判定するための判定手段（図示せず）とから構成されている。
【００２２】
熱電対１２、１３は、一対のバーナ２、３の排気温度を測定できる位置であれば、バーナ２または３からブロア６とのあいだの区間の任意の位置に設置可能であるが、排気温度を正確に測定することができるという点で、バーナ２、３と三方弁４、５とのあいだに設けるのが好ましい。
【００２３】
また、本実施の形態では、排気温度を測定する手段として、安価で測定精度の高い熱電対１２、１３を採用しているが、本発明はこれに限定するものではなく、測温抵抗体などの他の温度測定手段を採用してもよい。
【００２４】
偏差算出手段は、前記熱電対１２、１３によって測定されたバーナ２、３の排気温度の偏差を求めるものであり、公知のパーソナルコンピュータなどを採用することができる。
【００２５】
また、判定手段は、前記偏差算出手段により得られた排気温度の偏差が所定の大きさ（たとえば、４０〜５０℃程度）になれば、三方弁４、５のいずれか一方が異常であると判定するものであり、公知のパーソナルコンピュータなどが用いられる。前記偏差算出手段および判定手段は、一台のパーソナルコンピュータで共通化してもよい。
【００２６】
また、前記判定手段が異常であると判断した場合に、オペレータなどに知らせる警報手段を設けることができる。警報手段としては、ランプや液晶表示パネルなどの視覚に訴えるものやブザーなどの聴覚に訴えるものを単独で、または組み合わせて用いることができる。
【００２７】
なお、前記判定手段を用いずに、偏差算出手段の算出結果を表示する機構を採用して、その値をオペレータが見て判断することも可能である。
【００２８】
つぎに、図２〜９を参照しながら、本発明の三方弁異常検出方法を三方弁の種々の異常状態に適用した例を説明する。
【００２９】
まず、三方弁４、５が正常の場合、図２〜３に示されるように、図２（ａ）では、一方の三方弁５を吸気側および他方の三方弁４を排気側にセットし、バーナ３から吸気して燃焼し、バーナ２から排気する。２０〜３０秒経過後、三方弁４、５をそれぞれ切り換えて図２（ｂ）に示されるように、バーナ２から吸気して燃焼し、バーナ３から排気する。この動作を周期的に行なうことにより、ラジアントチューブ１を１０００℃前後まで加熱することができる。
【００３０】
この図２〜３の正常動作のとき、一対のバーナ２、３を通過して排気される排気ガスの排気温度は、前記熱電対１２、１３で測定される。図３のグラフに示されるように、バーナ２付近の排気温度ＴAおよびバーナ３付近の排気温度ＴBは２００〜３００℃程度の範囲で周期的に変動し、排気温度の平均値の偏差は、非常に小さく、０〜２０℃程度の狭い範囲になる。
【００３１】
つぎに、三方弁が異常である場合の一例として、図４〜５に示されるように、一方のバーナ２側の三方弁４が常に排気状態に固定された場合、バーナ３の燃焼時（図４（ａ）参照）は正常に動作するが、バーナ２の燃焼時において本来吸気すべきタイムサイクル時（図４（ｂ）参照）にも三方弁４が排気状態であり、バーナ２の蓄熱体７には、燃焼空気が通気されず、蓄熱された熱は奪われず、正常な三方弁５側の蓄熱体７には熱を与えない。ところが、ある一定のタイムサイクルが経過し、再び本来排気すべきタイムサイクル時（図４（ａ）参照）になれば、正常な三方弁５側のバーナ３の燃焼排気ガスによって、異常のある三方弁４側の蓄熱体７は蓄熱され、正常な三方弁５側の蓄熱体７は所定量の燃焼空気によって抜熱される。
【００３２】
このため、異常のある三方弁４側の蓄熱体７は蓄熱量の方が大きく、異常のある三方弁４側に取り付けられた排気ガス温度ＴAは高温化（４００〜５００℃程度）する。その一方で、正常な三方弁５側の蓄熱体７は、抜熱量の方が大きく低温化し、排気ガス温度ＴBも低温化（５０〜１００℃程度）する。この現象から、２つの排気温度の温度偏差ＴA−ＴBが大きくなる（図５のグラフ参照）。これにより、三方弁４、５のいずれか一方が異常であることを検出することができる。
【００３３】
つぎに、三方弁が異常である場合の他の例として、図６〜７に示されるように、一方のバーナ２側の三方弁４が常に吸気状態に固定された場合、バーナ３の燃焼時において本来排気すべきタイムサイクル時（図６（ａ）参照）にも三方弁４が吸気状態であり、一対の三方弁４、５が両方とも吸気状態になり、燃焼空気量が不足する。このため、正常な三方弁５側の蓄熱体７は、燃焼空気の通過量が減少し、蓄熱体７の熱はあまり抜熱されない。一方、異常のある三方弁４側の蓄熱体７はあまり蓄熱されない。ところが、ある一定のタイムサイクルが経過し、本来吸気すべきタイムサイクルになった時（図６（ｂ）参照）には、異常のある三方弁４側には、所定の空気量が通入されて抜熱され、正常な三方弁５側に設置された蓄熱体７は蓄熱される。
【００３４】
このため、異常のある三方弁４側の蓄熱体７は抜熱量の方が大きく、異常のある三方弁４側に取り付けられた排気ガス温度ＴAは低温化（５０〜１００℃程度）する。一方、正常な三方弁５側の蓄熱体７は、蓄熱量の方が大きく高温化し、排気ガス温度ＴBも高温化（４００〜５００℃程度）する。この現象から、２つの排気温度の温度偏差ＴA−ＴBが大きくなる（図７のグラフ参照）。これにより、三方弁４、５のいずれか一方が異常であることを検出することができる。
【００３５】
また、三方弁が異常である場合のさらに他の例として、図８〜９に示されるように、一方のバーナ２側の三方弁４の弁体４ａに変形が生じた場合、三方弁４、５が吸気側または排気側に関わらず、弁体４ａが傾いて弁体４ａのシール性が悪化する。そして、図８（ａ）に示されるように、バーナ２側の三方弁４からも外気が吸いこまれるため、バーナ３に吸引される燃焼吸気量が減少し、各バーナ２、３の蓄熱体７を通過する燃焼空気量および排気ガス量がともに正常時に比べ減少する。しかしながら、吸気側と排気側で一定量のリーク量となるような変形が弁体４ａに発生する可能性は小さく、経験上、そのどちらかにリーク量が片寄る場合が多い。このリーク量の片寄りは、弁体４ａの変形状態により異なる。
【００３６】
たとえば、図８（ａ）の状態の影響の方が図８（ｂ）の状態の影響よりも大きい場合、すなわち、燃焼空気量がバーナ３の方が少ない場合、バーナ２、３側ともに燃焼空気量は減少するものの、図６〜７の場合（ＴA＜ＴB）と同様の現象が発生し、バーナ２、３の排気温度に偏差ＴA−ＴBが生じる（図９参照）。同様に、図８（ｂ）の状態の影響の方が図８（ａ）の状態の影響よりも大きい場合、すなわち、燃焼空気量がバーナ２の方が少ない場合、バーナ２、３側ともに燃焼空気量は減少するものの、図４〜５の場合（ＴA＞ＴB）と同様の現象が発生し、バーナ２、３の排気温度に偏差ＴA−ＴBが生じる。
【００３７】
この偏差（平均温度の差）は、前述のように三方弁が両方とも正常である場合は、０〜２０℃程度と小さい。したがって、測定誤差も考慮して、通常は、偏差が４０〜５０℃程度になった時点で何らかの異常が三方弁に発生したと判断する。
【００３８】
以上のように、三方弁４、５に異常が生じた場合、バーナ２、３の排気温度に偏差ＴA−ＴBを観測することによって早期に異常を検出することができる。しかも、図５、７、および９に示される温度偏差ＴA−ＴBのパターンを分析すれば、三方弁４、５の異常の種類も知ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、三方弁の開閉状態を信頼性よく監視することができ、さらに弁体の損傷や異常も検知することができる。したがって、複数のリジェネバーナを高い信頼性で遠隔監視を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出装置を備えたリジェネバーナの一実施の形態を示す断面説明図である。
【図２】図１のリジェネバーナの正常な動作を示す断面説明図である。
【図３】図２のリジェネバーナの正常な動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【図４】図１のリジェネバーナの一方の三方弁が排気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図５】図４のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【図６】図１のリジェネバーナの一方の三方弁が吸気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図７】図６のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【図８】図１のリジェネバーナの一方の三方弁の弁体が変形した場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図９】図８のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ラジアントチューブ
２、３  バーナ
４、５  三方弁
７  蓄熱体
１２、１３  熱電対
【図１】
0003869647.tif 000002
【図２】
0003869647.tif 000003
【図３】
0003869647.tif 000004
【図４】
0003869647.tif 000005
【図５】
0003869647.tif 000006
【図６】
0003869647.tif 000007
【図７】
0003869647.tif 000008
【図８】
0003869647.tif 000009
【図９】
0003869647.tif 000010