(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、該バーナへのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁とを備え、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リジェネレイティブバーナのガス切替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値を算出し、該一対のバーナの排気温度の平均値の偏差を計算し、
（ｃ）該排気温度の平均値の偏差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対のガス切替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ガス切替弁の異常検出方法。
【請求項２】
前記一対のバーナの排気温度を、前記バーナと燃焼通気切替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ガス切替弁の異常検出方法。
【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、該バーナへのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁とを備え、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リジェネレイティブバーナのガス切替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値を算出し、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値の偏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前記排気温度の平均値の偏差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対のガス切替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ガス切替弁の異常検出装置。
【請求項４】
前記一対の温度測定手段が、前記バーナと燃焼通気切替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ガス切替弁の異常検出装置。
【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ガス切替弁の異常検出装置。
【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ガス切替弁の異常検出方法に関する。さらに詳しくは、ガス切替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ガス切替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、該バーナへのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁とから構成されている。
【０００４】
一対のバーナの吸気と排気とを切り替える燃焼通気切替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。
【０００５】
従来では、ガス切替弁の開閉状態を監視するために、当該ガス切替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、前記ガス切替弁に設置されるリミットスイッチは、炉周りの高温の環境下におかれるため、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ガス切替弁の監視では、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、ガス切替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、ガス切替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ガス切替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ガス切替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、該バーナへのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁とを備え、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リジェネバーナのガス切替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値を算出し、該一対のバーナの排気温度の平均値の偏差を計算し、
（ｃ）該排気温度の平均値の偏差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対のガス切替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、前記バーナと燃焼通気切替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ガス切替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、該バーナへのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁とを備え、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リジェネバーナのガス切替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値を算出し、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値の偏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前記排気温度の平均値の偏差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対のガス切替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、前記バーナと燃焼通気切替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ガス切替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ガス切替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であるプッシュ・プル方式のリジェネバーナの断面説明図、図２は本発明のリジェネバーナのガス切替弁の異常検出装置を備えたリジェネバーナの他の実施の形態であるプル方式のリジェネバーナの断面説明図、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はリジェネバーナの一方のガス切替弁が全開にならない場合の異常動作を示す断面説明図、図５は図１のリジェネバーナの一方のガス切替弁が全閉にならない場合の異常動作を示す断面説明図、図６は図４〜５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７〜８は図１のリジェネバーナの一方のガス切替弁が全閉状態のまま全く動作しない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】
本発明のリジェネバーナのガス切替弁異常検出方法および装置は、プッシュ・プル方式のリジェネバーナ（図１参照）およびプル方式のリジェネバーナ（図２参照）の両方に適用することができる。リジェネバーナの具体的構成は以下の通りである。
【００１７】
図１に示されるプッシュ・プル方式のリジェネバーナは、加熱炉（図示せず）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、ガス管６からバーナ２、３へのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁４、５と、一対のバーナ２、３のあいだに接続された燃焼通気切替用四方弁８と、四方弁８の給気路１１に設けられた給気用ブロア１２と、四方弁８の排気路１３に設けられた排気用ブロア１４とから構成されている。
【００１８】
図１のプッシュ・プル方式のリジェネバーナは、四方弁８を介して、一方のバーナ２を給気路１１に接続し、他方のバーナ３を排気路１３に接続し、給気用ブロア１２によりバーナ２から燃焼空気をラジアントチューブ１内部に供給し、排気用ブロア１４によりバーナ３からバーナ２の燃焼ガスを排気することができる。また、四方弁８を切り替えることにより、バーナ３から給気してバーナ２から排気することができる。このようなプッシュ・プル方式では、熱処理炉内部の材料（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、給気用ブロア１２および排気用ブロア１４によって調整される。
【００１９】
一方、図２に示されるプル方式のリジェネバーナは、加熱炉内部に設けられた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、ガス管６からバーナ２、３へのガスの供給および遮断を行なう一対のガス切替弁４、５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９、１０と、三方弁９、１０の排気路１３に設けられた排気用ブロア１４とから構成されている。
【００２０】
図２のプル方式のリジェネバーナは、排気用ブロア１４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９、１０の給気路１１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、熱処理炉内部の材料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１４直前の圧力が調整される。
【００２１】
図１〜２の蓄熱体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。
【００２２】
また、図１〜２のリジェネバーナにおいて、一対のバーナ２、３は、一方のバーナ２において、ガス管６から供給されるガスを四方弁８の給気路１１または三方弁９の給気路１１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１の寿命を向上することができる。なお、１５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。
【００２３】
図１〜２に示される本発明にかかわるリジェネバーナのガス切替弁異常検出装置は、一対のバーナ２、３の排気温度を利用してガス切替弁の開閉確認および弁本体の損傷状態まで検出する。
【００２４】
すなわち、本実施の形態にかかわるガス切替弁異常検出装置は、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１６、１７（図１〜２参照）と、一対の熱電対１６、１７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、一対のガス切替弁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。
【００２５】
熱電対１６、１７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から排気用ブロア１４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と四方弁８または三方弁９、１０とのあいだに設けるのが好ましい。
【００２６】
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１６、１７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。
【００２７】
偏差算出手段は、前記熱電対１６、１７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。
【００２８】
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、ガス切替弁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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
つぎに、図３〜９を参照しながら、本発明のガス切替弁異常検出方法をガス切替弁の種々の異常状態に適用した例を説明する。なお、図１〜２のいずれのリジェネバーナの場合も発生するガス切替弁の異常は同じである。また、ガス切替弁は安全上、内部にスプリングを具備し、圧力空気で押し込んだ場合のみ弁が開き、ガスがバーナへ供給されるものが一般的である。
【００３２】
まず、ガス切替弁４、５が正常の場合、バーナ２、３の両方へ所定のガス量を供給することができ、バーナ２、３を２０〜３０秒間隔で燃焼させることができる。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。この正常動作のとき、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１６、１７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。
【００３３】
つぎに、ガス切替弁が異常である場合の一例として、図４〜６に示されるように、バーナ２側のガス切替弁４の弁体が変形した場合には、全開状態および全閉状態にならず、本来供給すべき状態でない場合でもガス切替弁４から燃焼ガスがバーナ２にリークし、また本来供給すべき状態の場合には燃焼ガスの供給量が所定量よりも不足することになる。
【００３４】
このため、たとえば、図４に示されるように、一方のガス切替弁４が全開状態にならない場合、異常のガス切替弁４側のバーナ２で発生する燃焼熱は、正常時に比べ不足し、正常なガス切替弁５側の蓄熱体７に与える蓄熱量は少なくなり、たとえばガス供給量が正常ガス量の７０〜８０％程度である場合、正常なガス切替弁５側の蓄熱体７を介して排気される排気ガス温度ＴBは正常時に比べ低温化（２００〜２５０℃程度）する。
【００３５】
一方、正常なガス切替弁５側のバーナ３で発生する燃焼熱は、正常時とほぼ同程度（より正確には、正常なガス切替弁５側の蓄熱体７への蓄熱量が低下した分、この切替弁５側の蓄熱体７を通って予熱される燃焼空気の温度が低下している）であるが、異常なガス切替弁４側の蓄熱体７の近傍では、正常なガス切替弁５側のバーナ２で燃焼した燃焼排気ガス中の余剰空気と異常なガス切替弁４からリークする燃焼ガスとが反応して燃焼するため、異常なガス切替弁４弁側では、蓄熱体７を介して排気される排気ガス温度ＴAは、正常なガス切替弁５側から排気される排気ガス温度ＴBよりも高温化（３００〜３５０℃程度）する。
【００３６】
したがって、一対の蓄熱体７付きのバーナ２、３を介して排気される排気ガスには温度偏差ＴA−ＴBが生じる（図６参照）。これにより、ガス切替弁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。
【００３７】
つぎに、ガス切替弁が異常である場合の他の例として、図７〜９に示されるように、一方のガス切替弁４の弁体が全く動作しなくなったような場合（すなわち、常時閉状態）では、正常なガス切替弁５側の蓄熱体７を介して排気される排気ガス温度ＴBは正常時よりも大幅に低下する（１００〜１５０℃程度）。一方、異常なガス切替弁４側の蓄熱体７を介して排気される排気ガス温度ＴAは正常時よりも若干低温化する（２００〜２５０℃程度）が、正常なガス切替弁５側の蓄熱体７を介して排気される排気ガス温度ＴBより高温であり、この場合も一対のバーナ２、３の排気ガス温度ＴA−ＴBに偏差が生じる。これにより、ガス切替弁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。
【００３８】
以上のように、ガス切替弁４、５に異常が生じた場合、バーナ２、３の排気温度の偏差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６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、ガス切替弁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、ガス切替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ガス切替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であるプッシュ・プル方式のリジェネバーナの断面説明図である。
【図２】本発明のリジェネバーナのガス切替弁の異常検出装置を備えたリジェネバーナの他の実施の形態であるプル方式のリジェネバーナの断面説明図である。
【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】リジェネバーナの一方のガス切替弁が全開にならない場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図５】図１のリジェネバーナの一方のガス切替弁が全閉にならない場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図６】図４〜５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７】図１のリジェネバーナの一方のガス切替弁が全閉状態のまま全く動作しない場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図８】図１のリジェネバーナの一方のガス切替弁が全閉状態のまま全く動作しない場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図９】図７〜８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  ガス切替弁
７  蓄熱体
８  四方弁
９、１０  三方弁
１６、１７  熱電対
【図１】
0003869653.tif 000002
【図２】
0003869653.tif 000003
【図３】
0003869653.tif 000004
【図４】
0003869653.tif 000005
【図５】
0003869653.tif 000006
【図６】
0003869653.tif 000007
【図７】
0003869653.tif 000008
【図８】
0003869653.tif 000009
【図９】
0003869653.tif 000010