(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナを備え、
それぞれの該リジェネレイティブバーナごとに、圧縮空気で駆動する一対の燃焼通気切替用三方弁および一対のガス切替弁が設けられ、
所定の燃焼グループ内にある複数のリジェネレイティブバーナの前記の燃焼通気切替用三方弁およびガス切替弁を、それぞれ同一の切替方向になるよう、各々の燃焼通気切替用三方弁に２本づつ設けられた圧縮空気導管内および各々のガス切替弁に設けられた圧縮空気導管内を通って圧送される前記圧縮空気を用いて制御する熱処理炉であって、
前記所定の燃焼グループ内のすべての燃焼通気切替用三方弁に送られる圧縮空気を制御するための共通の第１の電磁弁を備え、かつ
前記所定の燃焼グループ内のすべてのガス切替弁に送られる圧縮空気を制御するための共通の第２の電磁弁を備え、
それぞれのラジアントチューブ両端におけるバーナと燃焼通気切替用三方弁との間の排気ガス温度を測定する熱電対が設けられ、それぞれの前記リジェネレイティブバーナと前記共通の電磁弁とのあいだの圧縮空気導管に手動弁が設けられてなる熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱処理炉に関する。さらに詳しくは、安価で簡単な構成で複数のリジェネバーナの弁制御を行なうことができ、しかも弁制御の信頼性を向上させた熱処理炉に関する。
【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用切替弁およびガス切替弁とから構成されている。
【０００４】
一対の燃焼通気用切替弁およびガス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できる。
【０００５】
熱処理炉内部には、通常、１５０〜３００台程度の複数のリジェネバーナが設けられている。複数のリジェネバーナは、炉内の同一のグループでは、同一の切替方向になるように燃焼通気用切替弁およびガス切替弁が制御されている。なお、１つのグループは、３〜１４台程度のリジェネバーナで構成されており、このグループが、通常２グループ以上集まって、同一温度に制御されるゾーンを構成している。
【０００６】
それぞれの燃焼通気用切替弁およびガス切替弁は、制御用の圧縮空気を用いて駆動される。圧縮空気の供給および遮断は、各切替弁ごとに設けられた電磁弁を用いて行なわれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の熱処理炉では、各リジェネバーナの燃焼通気用切替弁およびガス切替弁にそれぞれ圧縮空気を供給、遮断するための電磁弁が設けられているため、電磁弁の数が非常に多くなり、電気計装にかかわる設備費がかかるという問題がある。
【０００８】
一方、特開平９-１４５０２０号公報記載の複数のリジェネバーナは、吸排気用の配管およびガス管を共通化することにより、切替弁の所要個数を少なくし、設備コストの低減を図り、燃焼切替時の応答性を改善している。具体的には、このリジェネバーナでは、図５に示されるように、複数のラジアントチューブ５１のそれぞれの両端のバーナ５２は、共通の吸気管５３、排気管５４およびガス管５５に接続されている。共通の吸気管５３、排気管５４およびガス管５５には、それぞれ切替弁５６、５７および５８が１個づつ設けられている。
【０００９】
しかし、図５のリジェネバーナでは、直径の大きい共通配管の敷設のために、膨大なスペースを必要とする。しかも、あるラジアントチューブで亀裂が影響したときに他のラジアントチューブへ影響が及ぶのを防止するために、吸気管５３および排気管５４の共有配管部分に耐熱性を有する高価な遮断弁を設ける必要がある。
【００１０】
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、安価で簡単な構成で複数のリジェネバーナの弁制御を行なうことができ、しかも弁制御の信頼性を向上させた熱処理炉を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１にかかわる熱処理炉は、複数のラジアントチューブ式リジェネレイティブバーナを備え、
それぞれの該リジェネレイティブバーナごとに、圧縮空気で駆動する一対の燃焼通気切替用三方弁および一対のガス切替弁が設けられ、
所定の燃焼グループ内にある複数のリジェネレイティブバーナの前記の燃焼通気切替用三方弁およびガス切替弁を、それぞれ同一の切替方向になるよう、各々の燃焼通気切替用三方弁に２本づつ設けられた圧縮空気導管内および各々のガス切替弁に設けられた圧縮空気導管内を通って圧送される前記圧縮空気を用いて制御する熱処理炉であって、
前記所定の燃焼グループ内のすべての燃焼通気切替用三方弁に送られる圧縮空気を制御するための共通の第１の電磁弁を備え、かつ
前記所定の燃焼グループ内のすべてのガス切替弁に送られる圧縮空気を制御するための共通の第２の電磁弁を備え、
それぞれのラジアントチューブ両端におけるバーナと燃焼通気切替用三方弁との間の排気ガス温度を測定する熱電対が設けられ、それぞれの前記リジェネレイティブバーナと前記共通の電磁弁とのあいだの圧縮空気導管に手動弁が設けられてなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら、複数のリジェネレイティブバーナを備えた熱処理炉をさらに詳細に説明する。図１は本発明の複数のリジェネレイティブバーナを備えた熱処理炉の一実施の形態を示す三方弁およびガス切替弁を制御するための共通の電磁弁を備えた熱処理炉の配管を模式的に示す平面説明図、図２は図１のリジェネバーナの断面説明図、図３は図１の共通の電磁弁、ガス切替弁および手動弁の動作を説明するためのブロック図、図４は図１の熱処理炉内部のリジェネバーナの配置を示す説明図である。
【００１８】
図１〜４に示される熱処理炉は、複数のラジアントチューブ式リジェネバーナ２１を備えたものである。図４に示されるように熱処理炉内部には、リジェネバーナ２１が８４台設けられている。リジェネバーナ２１は、後述する電磁弁２８〜３１によって、６台からなるグループ単位で同一の切替方向になるように、燃焼通気用三方弁９、１０およびガス切替弁４、５が制御されている。そして、各ゾーン内で同じ温度になるように温度制御を行なっている。
【００１９】
図４の熱処理炉では、リジェネバーナ２１がマトリックス状に配置されており、１つのゾーンは複数の縦列に並ぶグループ（２〜４グループ）からなる。１列のグループからなる少ないゾーンを基準に作業者のいる側（ワークサイド）と機械のある側（ドライブサイド）とに分けた場合、１グループ６台としている。
【００２０】
たとえば、図４の例では、熱処理炉内部に、一列のグループからなるゾーンと２列のグループからなるゾーンの２種類がある。全グループ数は、１４グループで、ワークサイドおよびドライブサイドはともに７グループで構成されている。設備投資額の削減を図るためには、グループ数を減らすほうがよいが、反対に電磁弁の故障時の熱処理ラインへの影響が大きくなる。
【００２１】
図２に示されるプル方式のリジェネバーナ２１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。
【００２２】
図２のプル方式のリジェネバーナ２１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の吸気路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。
【００２３】
図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。
【００２４】
また、図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三方弁９の吸気路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、加熱炉内部をムラなく均一に加熱することができる。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。
【００２５】
熱処理炉の所定の燃焼ゾーン（図１および図４参照）内にある複数のリジェネバーナ２１の三方弁９、１０およびガス切替弁４、５は、それぞれ各グループ内で同一の切替方向になるように、圧縮空気源（図示せず）から圧縮空気導管２２〜２７を通って圧送される圧縮空気を用いて制御される。
【００２６】
圧縮空気導管２２、２３の組および圧縮空気導管２４、２５の組は、１対の三方弁９、１０内部の弁体を吸気側と排気側とのあいだで往復移動させるために左右２本づつ設けられている。また、ガス切替弁４、５内部の弁体は、スプリングで常時閉状態に付勢されているため、圧縮空気導管２６、２７は、一方向の駆動力を得るために各々１本づつでよい。
【００２７】
図１の熱処理炉は、圧縮空気導管２２〜２５を通して所定の燃焼グループ内のすべての一対の三方弁９、１０に送られる圧縮空気をそれぞれ制御するために、共通の第１の電磁弁２８、２９を備えている。
【００２８】
また、図１の熱処理炉は、圧縮空気導管２６、２７を通して所定の燃焼グループ内のすべてのガス切替弁４、５に送られる圧縮空気をそれぞれ制御するための共通の第２の電磁弁３０、３１（図１および図３参照）を備えている。
【００２９】
かかる構成により、本実施の形態の熱処理炉では、第１の電磁弁２８、２９および第２の電磁弁３０、３１を動作させることにより、三方弁９、１０のための圧縮空気導管２２〜２５、およびガス切替弁４、５のための圧縮空気導管２６、２７に圧力がかかり、複数のリジェネバーナの三方弁９、１０およびガス切替弁４、５を同時に動作させることができる。また、電磁弁動作後の圧縮空気導管内の圧力の伝達速度は速く、弁動作時のタイムラグをほとんど発生させることもないため、グループ単位で電磁弁を共用化することができる。
【００３０】
このグループ共通の電磁弁を用いた制御方式では、電磁弁の個数を大幅に減らすことが可能であり、設備投資の削減やメンテナンスの費用負担を軽減することができる。また、電磁弁を炉近傍から離して温度の低い場所に設置することが可能であり、電磁弁の寿命延長と弁制御の動作の信頼性向上につながる。
【００３１】
また、複数のリジェネバーナ２１のいずれか１つのラジアントチューブ１（図２参照）に亀裂が生じた場合、従来では、燃焼ガスの供給を停止して排気ガス中のＯ2濃度を測定することにより、亀裂の発生を検知している。
【００３２】
本実施の形態では、リジェネバーナの排気ガス温度の上昇により亀裂を検知している。すなわち、ラジアントチューブ１に亀裂が発生した場合、亀裂部からの炉内のガス浸入により蓄熱帯を通過する燃焼エアー量が減少する一方、蓄熱帯を通過する排気ガス量は、亀裂のない場合とほぼ同量であり、その結果、ラジアントチューブ１両端におけるバーナ２と三方弁９とのあいだ、およびバーナ３と三方弁１０とのあいだの排気ガス温度が高温化するので、このような温度を熱電対１６、１７（図２参照）などで測定すれば、亀裂の発生を検知することができる。
【００３３】
以上のように、あるリジェネバーナ２１のラジアントチューブ１に亀裂が発生したときに、他のリジェネバーナに影響が及ばないように、それぞれのリジェネバーナ２１と共通の電磁弁２８〜３１とのあいだの圧縮空気導管２２〜２７にそれぞれ手動弁３２を設けるのが好ましい。前述の方法により、ラジアントチューブ１の亀裂の発生を検知したときに、作業者が異常になったリジェネバーナ２１に通じる圧縮空気導管２２〜２７の手動弁３２をすべて閉じ、かつ三方弁の弁体を適切な位置に固定することで異常になったリジェネバーナ２１のみ運転を休止し、他の正常なリジェネバーナ２１を通常通り作動させることができる。
【００３４】
本実施の形態では、燃焼通気用三方弁およびガス切替弁を、共通の電磁弁で制御する例をあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のリジェネバーナの態様にも適用することができる。たとえば、一対の三方弁の代わりに１個の燃焼通気用四方弁を採用し、排気ブロアとともに吸気ブロアを四方弁に接続した、いわゆるプッシュ・プル方式のリジェネバーナに採用してもよい。また、グループ共通の電磁弁による弁制御は、前記三方弁や四方弁などの燃焼通気用切替弁のみの弁制御、ガス切替弁のみの弁制御でもよいし、燃焼通気用切替弁およびガス切替弁の両方の弁制御を行なってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、安価で簡単な構成で複数のリジェネバーナの弁制御を行なうことができ、しかも弁制御の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数のリジェネレイティブバーナを備えた熱処理炉の一実施の形態を示す三方弁およびガス切替弁を制御するための共通の電磁弁を備えた熱処理炉の配管を模式的に示す平面説明図である。
【図２】図１のリジェネバーナの断面説明図である。
【図３】図１の共通の電磁弁、ガス切替弁および手動弁の動作を説明するためのブロック図である。
【図４】図１の熱処理炉内部のリジェネバーナの配置を示す説明図である。
【図５】従来の複数のリジェネバーナを備えた熱処理炉を示すブロック図である。
【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
９、１０  三方弁
２１  リジェネバーナ
２２、２３、２４、２５  圧縮空気導管
２６、２７  圧縮空気導管
２８、２９  第１の電磁弁
３０、３１  第２の電磁弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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