(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱体を具備し空燃比を１以下にて燃焼させる蓄熱型バーナを一対または複数対を１組として炉体に複数組設け、その一対または複数対の蓄熱型バーナの燃料燃焼と燃焼ガス排出とを交代させるタイミングを組ごとにずらすとともに、該蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に該蓄熱型バーナに他の組の蓄熱型バーナを通して排出された燃焼ガスを供給するようにしたことを特徴とする蓄熱型バーナを熱源とする炉内雰囲気保持方法。
【請求項２】
蓄熱型バーナを通して排出された炉内の燃焼ガスを一時貯留するガスタンクを設け、蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に該ガスタンクに貯留された燃焼ガスを該蓄熱型バーナを通して炉内に供給するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱型バーナを熱源とする炉内雰囲気保持方法。
【請求項３】
蓄熱体を具備し空燃比を１以下にて燃焼させる蓄熱型バーナを一対または複数対を１組として炉体に複数組設け、その一対または複数対の蓄熱型バーナの燃料燃焼と燃焼ガス排出とを交代させるタイミングを組ごとにずらすとともに、該蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に前記蓄熱型バーナを通して無酸化性ガスを炉内に供給するようにしたことを特徴とする蓄熱型バーナを熱源とする炉内雰囲気保持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源として蓄熱型バーナを使用し、炉内雰囲気を無酸化性に保持して被熱物を熱処理する炉内雰囲気保持方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工業用炉の省エネルギー化のために考え出された蓄熱型バーナ（リジェネバーナとも称される。）は、例えば特開昭６２−９４７０３号公報等に記載されているように、通気性の蓄熱体を具備したバーナが炉側壁等に少なくとも一対設けられ、一方のバーナで燃料ガス等を燃焼させているとき、他方のバーナからその燃焼ガスを蓄熱体を通して排出させることによって該蓄熱体を加熱し、数十秒〜数分の間隔でその両バーナの状態を頻繁に交代させることにより燃料燃焼と燃焼ガス排出とが交互に行われるようにし、燃焼ガスにより加熱された蓄熱体により燃焼用空気が予熱され、もって高い排熱回収効率が達成され、省エネルギー化を図るようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような蓄熱型バーナでは、炉内で燃料ガスが爆発するのを防ぐために、燃焼開始時には燃焼用空気のみを先に送給しその後で燃料ガスを送給し、燃焼終了時には燃料ガスを先に停止させ、後で燃焼用空気を停止させるようにしている。このため、空燃比を１以下にて燃焼させていても炉内ガスは酸化性になり易く、被熱物を酸化させるおそれがあった。また、炉内温度の上昇速度を抑えたり炉内温度を一定に保つために、該蓄熱型バーナの燃焼をターンダウンしようとすると、該蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮することで安定した燃焼が維持する必要があるので、その場合それによって生じる交代までの空白時に該蓄熱型バーナを過熱から保護するために燃焼用空気のみを継続して供給し続ける必要があるため、ターンダウンしようとすると一層炉内ガスが酸化性に傾くこととなる問題がある。このため従来ではこのような蓄熱型バーナは無酸化性雰囲気炉の熱源としての使用は不向きであると考えられていた。
【０００４】
本発明は上記課題を解決し、蓄熱型バーナを無酸化性雰囲気炉の熱源として使用することを可能にするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明に係る炉内雰囲気保持方法は、蓄熱体を具備し空燃比を１以下にて燃焼させる蓄熱型バーナを一対または複数対を１組として炉体に複数組設け、その一対または複数対の蓄熱型バーナの燃料燃焼と燃焼ガス排出とを交代させるタイミングを組ごとにずらすとともに、該蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に該蓄熱型バーナに他の組の蓄熱型バーナを通して排出された燃焼ガスを供給するようにしたことを特徴とする。
また本発明は上記炉内雰囲気保持方法において、蓄熱型バーナを通して排出された炉内の燃焼ガスを一時貯留するガスタンクを設け、蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に該ガスタンクに貯留された燃焼ガスを該蓄熱型バーナを通して炉内に供給するようにしたことを特徴とする。
また本発明に係る炉内雰囲気保持方法は、蓄熱体を具備し空燃比を１以下にて燃焼させる蓄熱型バーナを一対または複数対を１組として炉体に複数組設け、その一対または複数対の蓄熱型バーナの燃料燃焼と燃焼ガス排出とを交代させるタイミングを組ごとにずらすとともに、該蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に前記蓄熱型バーナを通して無酸化性ガスを炉内に供給するようにしたことを特徴とする。
なお本発明の無酸化性ガスには、窒素ガスなどの不活性ガス、発熱形ガスなどの還元性ガス、空燃比１以下にて燃焼された燃焼ガスや高炉ガスなどが含まれる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に図面に従い本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る雰囲気炉に設けられた蓄熱型バーナの配管系統図であって、１は炉体、２ａ，２ｂは該炉体１の一側壁に設けられた一対の蓄熱型バーナ、３ａ，３ｂは該各蓄熱型バーナに設けられた通気性セラミックス体等の蓄熱体、４ａ，４ｂは該炉体１の他側壁に設けられた一対の蓄熱型バーナ、５ａ，５ｂは該各蓄熱型バーナに設けられた同様の蓄熱体である。６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂは該各蓄熱型バーナに配管された給排気管路、８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂは該各蓄熱型バーナに燃料ガスを供給する燃料弁である。
【０００７】
１０は該給排気管路６ａ，６ｂを二方に接続した四方向切換弁で、該四方向切換弁１０の他の二方には給気管１１と排気管１２が接続されている。また１３は該給排気管路７ａ，７ｂを二方に接続した四方向切換弁で、該四方向切換弁１３の他の二方には給気管１４と排気管１５が接続されている。１６，１７は該排気管１２，１５に設けられた排気ファン、１８は給気管１９に燃焼用空気を圧送する給気ファンである。
【０００８】
２０は給気管１１と排気管１５と給気管１９と排気管２１が接続された四方向切換弁、２２は給気管１４と排気管１２と給気管１９と排気管２３が接続された四方向切換弁である。なおこれらの四方向切換弁や三方向切換弁は電動または空気作動式である。
【０００９】
図３にこれらの蓄熱型バーナ２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの燃料燃焼と燃焼ガス排出との交代のタイミングチャートを示す。同図中、斜線部が燃焼中であることを表わす。
【００１０】
この雰囲気炉では、一方の蓄熱型バーナ２ａにて燃料燃焼をさせているときに他方の蓄熱型バーナ２ｂから炉内の燃焼ガスを排出させている。即ち、四方向切換弁１０および四方向切換弁２０を図１に示した切り換え状態としたとき、給気ファン１８により圧送した燃焼用空気は該四方向切換弁２０，四方向切換弁１０を通って蓄熱型バーナ２ａに供給され、燃料弁８ａを開いて燃料ガスを供給することにより該蓄熱型バーナ２ａが燃焼状態となり、炉内の燃焼ガスは排気ファン１６の作用により蓄熱型バーナ２ｂに吸引され蓄熱体３ｂを通過させることにより該蓄熱体３ｂを該燃焼ガスの排熱により加熱させ、該燃焼ガスは四方向切換弁２２を通って外部に排出される。
【００１１】
また、一方の蓄熱型バーナ４ａにて燃料燃焼をさせているときに他方の蓄熱型バーナ４ｂから炉内の燃焼ガスを排出させている。即ち、四方向切換弁１３および四方向切換弁２２が図１に示した切り換え状態であるとき、給気ファン１８により圧送した燃焼用空気は該四方向切換弁２２，四方向切換弁１３を通って蓄熱型バーナ４ａに供給され、燃料弁９ａを開いて燃料ガスを供給することにより該蓄熱型バーナ４ａが燃焼状態となり、炉内の燃焼ガスは排気ファン１７の作用により蓄熱型バーナ４ｂに吸引され蓄熱体５ｂを通過させることにより該蓄熱体５ｂを該燃焼ガスの排熱により加熱させ、該燃焼ガスは四方向切換弁２０を通って外部に排出される。
【００１２】
そして、一定時間後に四方向切換弁１０，１３は図２に示したように切り換えられ、給気ファン１８により圧送した燃焼用空気は該四方向切換弁１０，１３を通って蓄熱型バーナ２ｂ，４ｂに供給され蓄熱体３ｂ，５ｂを通過することにより該燃焼用空気が予熱され、燃料弁８ｂ，９ｂを開いて燃料ガスを供給することにより該蓄熱型バーナ２ｂ，４ｂを燃焼状態とするとともに、炉内の燃焼ガスは蓄熱型バーナ２ａ，４ａに吸引され蓄熱体３ａ，５ａを通過することにより該蓄熱体を該燃焼ガスの排熱により加熱させる。そしてまた一定時間後に四方向切換弁１０，１３は図１の状態に戻される。これによって燃焼用空気を予熱させ省エネルギー化がなされる。
【００１３】
そして蓄熱型バーナ２ａ，２ｂの組と蓄熱型バーナ４ａ，４ｂの組とでは図３のタイミングチャートに表わしたように、燃料燃焼と燃焼ガス排出とを交代させるタイミングがずれるように設定される。また蓄熱型バーナ２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂは上記のように燃焼状態にあるときはその空燃比が１以下で燃料リッチな状態で燃焼されることによりその燃焼ガスが無酸化性または還元性に保たれるようにする。また発熱を抑えるためにこの蓄熱型バーナ２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂをターンダウンさせるには、安定した燃焼を維持するため図４の斜線部に示したように燃焼時間を短縮させ、それによって生じる交代までの空白時ｅに、例えば図５に蓄熱型バーナ２ａが空白時であるときを示したように四方向切換弁２０を切り換えることにより、排気管１５を通って排出された炉内の燃焼ガスを該蓄熱型バーナ２ａを通して炉内に再供給されるようにする。同様に蓄熱型バーナ２ｂの燃焼時間を短縮させた時も四方向切換弁２０を切り換えることにより、排気管１５を通って排出された炉内の燃焼ガスを該蓄熱型バーナ２ｂを通して炉内に再供給されるようにする。また蓄熱型バーナ４ａおよび４ｂの燃焼時間を短縮させた時は四方向切換弁２２を切り換えることにより、排気管１２を通って排出された炉内の燃焼ガスを該蓄熱型バーナ４ｂおよび４ｂを通して炉内に再供給されるようにする。こうすることで各空白時間ｅに該各蓄熱型バーナを通して炉内に空気が供給されることがなくなり、炉内雰囲気が酸化性になるおそれはなく、大幅なターンダウンの要請にも難なく応じることができるようになる。
【００１４】
また、図６は請求項２に記載の発明に係る炉内雰囲気保持方法の実施形態を示した蓄熱型バーナの配管系統図であって、同図中図１と同一符号は同一部材を表わす。この実施形態では、給気管１１に三方向切換弁２５を介して給気管１９とガスタンク２６が接続され、給気管１４には三方向切換弁２７を介して給気管１９とガスタンク２６が接続されている。なお２８は該ガスタンク２６に外部から窒素ガス，燃焼ガス，発熱形ガス等の無酸化性ガスを補給するために設けられた給ガス弁、２９はガスタンク２６の燃焼ガスが過剰な場合にそれを外部に排出し該ガスタンクの圧力上昇を抑える安全弁である。
【００１５】
該ガスタンク２６には排気管１２，１５を通して排出された炉内の無酸化性または還元性の燃焼ガスを貯留することができるので、該燃焼ガスを各蓄熱型バーナの燃焼空白時に三方向切換弁２５または２７を切り換えて該蓄熱型バーナに供給し炉内に再循環させることができる。従って、このようにガスタンク２６を設けることでは、炉内にて発生する燃焼ガスに過不足があってもそれを平準化することができ、例えば大幅なターンダウンの要請が一時的にあってもその際の燃焼ガスの不足を補うことができる。
【００１６】
また、図７は請求項３に記載の発明に係る炉内雰囲気保持方法の実施形態を示した蓄熱型バーナの配管系統図である。即ち、この実施形態では、窒素ガスまたは発熱形ガス等の無酸化性ガスの外部供給源と連通させた給ガス路３０を設け、一方の四方向切換弁２０，四方向切換弁１０を介して蓄熱型バーナ２ａまたは２ｂに該無酸化性ガスを供給し得るようにし、同様に他方の四方向切換弁２２，四方向切換弁１３を介して蓄熱型バーナ４ａまたは４ｂに該無酸化性ガスを供給し得るようにしたものである。このように蓄熱型バーナの燃焼時間を短縮させた場合にそれによって生じる交代までの空白時に炉内に供給する無酸化性ガスは外部から得ることも可能である。
【００１７】
なおこの実施形態では一対の蓄熱型バーナを２組設けた例を示したが、３本以上の複数対を１組として３組以上を設けた場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。また、炉内にガスセンサ（図示せず）を設けてＣＯ濃度等を測定し、その測定データを基に各蓄熱型バーナの空燃比が自動調節されるようにし炉内雰囲気が常に無酸化性に維持されるようにするのもよい。
【００１８】
【発明の効果】
このように本発明に係る炉内雰囲気保持方法は、蓄熱型バーナを無酸化性雰囲気炉の熱源としての使用することを可能にするので、蓄熱型バーナの用途を広げ省エネルギー効果を増大させる有益な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る雰囲気炉に設けられた蓄熱型バーナの配管系統図。
【図２】図１の作動状態図。
【図３】蓄熱型バーナの燃焼交代のタイミングチャート。
【図４】蓄熱型バーナの燃焼交代のタイミングチャート。
【図５】図１の作動状態図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す蓄熱型バーナの配管系統図。
【図７】本発明の他の実施形態を示す蓄熱型バーナの配管系統図。
【符号の説明】
１          炉体
２ａ，２ｂ  蓄熱型バーナ
３ａ，３ｂ  蓄熱体
４ａ，４ｂ  蓄熱型バーナ
５ａ，５ｂ  蓄熱体
６ａ，６ｂ  給排気管路
７ａ，７ｂ  給排気管路
８ａ，８ｂ  燃料弁
９ａ，９ｂ  燃料弁
１０        四方向切換弁
１１        給気管
１２        排気管
１３        四方向切換弁
１４        給気管
１５        排気管
１６，１７  排気ファン
１８        給気ファン
１９        給気管
２０        四方向切換弁
２１        排気管
２２        四方向切換弁
２３        排気管
２５        三方向切換弁
２６        ガスタンク
２７        三方向切換弁
３０        給ガス路
【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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【図６】
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【図７】
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