(57)【要約】【課題】外部の空気を炉内に供給する場合に炉内温度の低下を抑制する加熱炉を構成する。【解決手段】一対のバーナＢを交互に燃焼させ、燃焼が停止するバーナＢに対応する蓄熱部Ｃに燃焼ガスの熱を蓄えておき、蓄熱部Ｃで予熱した空気を燃焼状態のバーナＢに供給できるように加熱炉の燃焼形態を設定する。蓄熱部Ｃを、蓄熱体と、これを支持する支持体２３とで構成し、蓄熱部Ｃに空気が流れる場合には、支持体２３で空気を加熱して補助空気として炉内に供給できるように、燃焼状態に対応して空気の流れを切り換える切換部２０を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内を加熱する一対のバーナを備え、これら一対の前記バーナに個別に空気を供給する空気流路を備え、一対の前記空気流路の夫々に蓄熱部を備えると共に、前記蓄熱部が、前記空気流路を流れる空気に接触する蓄熱体と、前記空気流路での空気の流れを許容しつつ前記蓄熱体を支持する支持体とを備えており、
一対の前記バーナを交互に燃焼させ、一方の前記バーナの燃焼時には、当該燃焼する前記バーナの前記空気流路に流れる空気を前記蓄熱部の熱で加熱し、且つ、他方の前記バーナの前記空気流路を介して燃焼ガスの排気を行うことで、他方の前記蓄熱部の前記蓄熱体に排気の熱を蓄えるように構成された加熱炉であって、
一対の前記支持体が、前記炉内に供給される補助空気を内部に流して加熱する熱交換機構として構成され、一対の前記支持体のうち燃焼する前記バーナに対応する前記支持体を通して前記補助空気を流すように、一対の前記支持体に対する前記補助空気の流動状態を切り換える切換部が設けられている加熱炉。
【請求項２】
前記支持体が、前記補助空気として取り込まれた外気が供給される空気導入管と、前記補助空気を前記炉内に送り出す空気排出管とを平行姿勢で対向配置する状態で備えると共に、前記空気導入管と前記空気排出管との間で前記補助空気を流すために前記空気導入管と前記空気排出管との間に平行姿勢で配置される複数の熱交換パイプを備えている請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記支持体で加熱された前記補助空気を、炉内酸素濃度を調整するために炉内に供給する炉内供給流路を備えている請求項１又は２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記支持体で加熱された前記補助空気を、前記一対の前記バーナの夫々に対応して設けたパイロットバーナに供給するパイロットバーナ供給流路を備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内を加熱する一対のバーナを備え、これら一対のバーナに個別に空気を供給する空気流路を備え、一対の空気流路の夫々に蓄熱部を備え、蓄熱部が、空気流路を流れる空気に接触する蓄熱体と、空気流路での空気の流れを許容しつつ蓄熱体を支持する支持体とを備えており、一対のバーナを交互に燃焼させ、一方のバーナの燃焼時には、当該燃焼するバーナの空気流路に流れる空気を蓄熱部の熱で加熱し、且つ、他方のバーナの空気流路を介して燃焼ガスの排気を行うことで、他方の蓄熱部の蓄熱体に排気の熱を蓄えるように構成された加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱炉として特許文献１には、炉内を加熱する一対のバーナと、単一のブロアと、単一の排気ファンと、切換弁とを備え、切換弁の制御により一方のバーナに対してブロアからの空気を供給して燃焼を行い、他方のバーナの燃焼を停止する状態で停止状態のバーナから炉内の燃焼ガスを、切換弁を介して排気ファンに送る技術が示されている。
【０００３】
この特許文献１の実施形態では、バーナに連通する空気の流路に対してセラミックス材料で成る多数の蓄熱体粒子を有する蓄熱部を備えており、バーナの燃焼時には、蓄熱体粒子に蓄えられた熱で空気の予熱を行い、バーナの効率的な燃焼を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００‐１０４９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工業用の加熱炉として金属の熱処理を行うものを考えると、例えば、チタン鍛造炉では、チタンインゴットを炉内で熱処理を行う場合に、炉内酸素濃度を常時１０％以上に維持している。これは、水素脆性を防止するために行われるものであり、具体的な処理形態として、外部の空気を専用のブロアを用いて炉内に供給する処理が行われている。
【０００６】
このように炉内に外部の空気を供給する処理形態では、空気が供給されることにより炉内温度が低下することになり、例えば、バーナの燃焼時の熱量を増大させる等の対策を必要とするものであった。
【０００７】
また、バーナの燃焼開始を円滑に行わせるため、バーナの近傍にはパイロットバーナが備えられるものであるが、このパイロットバーナに対しても炉外の空気が直接的に供給されるため、この空気も炉内に流入し炉内の温度低下を招くことも考えられている。
【０００８】
このような理由から、外部の空気を炉内に供給する場合に炉内温度の低下を抑制し得る技術が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、炉内を加熱する一対のバーナを備え、これら一対の前記バーナに個別に空気を供給する空気流路を備え、一対の前記空気流路の夫々に蓄熱部を備えると共に、前記蓄熱部が、前記空気流路を流れる空気に接触する蓄熱体と、前記空気流路での空気の流れを許容しつつ前記蓄熱体を支持する支持体とを備えており、
一対の前記バーナを交互に燃焼させ、一方の前記バーナの燃焼時には、当該燃焼する前記バーナの前記空気流路に流れる空気を前記蓄熱部の熱で加熱し、且つ、他方の前記バーナの前記空気流路を介して燃焼ガスの排気を行うことで、他方の前記蓄熱部の前記蓄熱体に排気の熱を蓄えるように構成された加熱炉であって、
一対の前記支持体が、前記炉内に供給される補助空気を内部に流して加熱する熱交換機構として構成され、一対の前記支持体のうち燃焼する前記バーナに対応する前記支持体を通して前記補助空気を流すように、一対の前記支持体に対する前記補助空気の流動状態を切り換える切換部が設けられた点にある。
【００１０】
これによると、一対のバーナのうち一方が燃焼する場合には、蓄熱部に蓄えられた熱で予熱された空気をバーナに供給して燃焼効率を高めることが可能となる。また、一方のバーナが燃焼する場合には、他方のバーナ（燃焼が停止するバーナ）に対応する空気流路に対して炉内の燃焼ガスの排気を行うため、他方の蓄熱部の蓄熱体に熱を蓄えると共に、支持体にも熱を蓄えることが可能となる。この加熱炉では、燃焼するバーナの切換えに連動して、燃焼状態のバーナの支持体に補助空気が流れるように切換部を操作することにより、蓄熱体に蓄えられた熱だけでなく支持体に蓄えられた熱によって補助空気の加熱が可能となる。これにより、簡単な構成でありながら炉内に供給される補助空気に予め加熱しておくことで、補助空気が炉内に供給された場合にも炉内の温度を低下させる不都合が抑制される。
このように、外部の空気を炉内に供給する場合に炉内温度の低下を抑制して効率的な加熱を可能にする加熱炉が構成された。これにより、炉内に空気を供給する場合に、炉内の温度低下を抑制する目的でバーナの熱量を増大させる処理も不要となり、省エネルギーも実現する。
【００１１】
本発明は、前記支持体が、前記補助空気として取り込まれた外気が供給される空気導入管と、前記補助空気を前記炉内に送り出す空気排出管とを平行姿勢で対向配置する状態で備えると共に、前記空気導入管と前記空気排出管との間で前記補助空気を流すために前記空気導入管と前記空気排出管との間に平行姿勢で配置される複数の熱交換パイプを備えても良い。
【００１２】
これによると、燃焼が停止するバーナに対応する空気流路に燃焼ガスが流れることにより、この燃焼ガスの熱が支持体を構成する複数の熱交換パイプに作用する。これにより、外部からの補助空気が空気導入管から複数の熱交換パイプに流れ、更に、空気排出管に流れることで補助空気の加熱が可能となる。特に、支持体は、蓄熱体を支持するため蓄熱部に従来から備えられるため、内部に補助空気が流れるように支持体を中空状に構成するだけで、蓄熱部の構成を大きく変更することなく補助空気の加熱が可能となる。
【００１３】
本発明は、前記支持体で加熱された前記補助空気を、炉内酸素濃度を調整するために炉内に供給する炉内供給流路を備えても良い。
【００１４】
これによると、支持体において加熱された補助空気を、炉内供給流路を介して炉内に供給することにより炉内酸素濃度の調整が実現する。
【００１５】
本発明は、前記支持体で加熱された前記補助空気を、前記一対の前記バーナの夫々に対応して設けたパイロットバーナに供給するパイロットバーナ供給流路を備えても良い。
【００１６】
これによると、支持体において加熱された補助空気を、パイロットバーナ供給流路を介してパイロットバーナに供給することによりパイロットバーナの燃焼を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一方のバーナが燃焼状態にある加熱炉の構成を示す図である。
【図２】他方のバーナが燃焼状態にある加熱炉の構成を示す図である。
【図３】バーナと炉内供給流路との配置を示す加熱炉の斜視図である。
【図４】蓄熱部と支持体との配置を示す耐熱ケースの断面図である。
【図５】支持体の一部切欠き斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図３に示すように、複数の炉壁１の１つに一対のバーナＢを備えると共に、一対のバーナＢに個別に空気を供給する空気流路２を備え、各々の空気流路２に蓄熱部Ｃを備え、一対のバーナＢを交互に燃焼させることで、加熱空間Ｓ（炉内）に収容した加熱対象を加熱するリジェネバーナ型の加熱炉が構成されている。
【００１９】
この加熱炉は、一方のバーナＢの燃焼時に、この燃焼状態のバーナＢに連通する空気流路２に流れる空気を蓄熱部Ｃで予熱し、且つ、他方のバーナＢに連通する空気流路２を介して燃焼ガスの排気を行うことで、他方の蓄熱部Ｃに燃焼ガスの熱を蓄えるように燃焼が制御されたものである。
【００２０】
〔空気・燃料供給構成〕
一対の空気流路２は切換弁３に接続しており、この切換弁３に接続する給気路４に空気を供給する給気ブロア５を備え、切換弁３に接続する排気路６から燃焼ガスを排出する排気ブロア７を備えている。給気路４には、供給される空気量を設定する空気流量制御弁８と、空気の流量を検知する流量センサ２６とが備えられている。
【００２１】
尚、切換弁３は、弁体の回転により流路を切り換えるロータリ型に構成され、弁体の回転により、給気路４からの空気を一対の空気流路２の一方に供給し、且つ、一対の空気流路２の他方からの燃焼ガスを排気路６に送り出す切換作動を可能にする。空気流量制御弁８は弁体の作動により弁開度を設定できるように構成されている。この切換弁３と、空気流量制御弁８とは電動アクチュエータにより制御可能に構成されている。
【００２２】
一対のバーナＢに都市ガスやＬＰガス等のガス状の燃料を供給するため、燃料供給源１０からの燃料を供給する燃料供給路１１を備え、この燃料供給路１１から分岐する一対の主バーナ燃料供給路１２を備えている。この主バーナ燃料供給路１２には個別に燃料の供給を停止する状態から、供給量の増大を可能にする主燃料制御弁１３を備えている。
【００２３】
一対のバーナＢには、点火用のパイロットバーナ２５を備えており、パイロットバーナ２５に燃料を供給する一対の副バーナ燃料供給路１４を燃料供給路１１から分岐して備えている。また、この副バーナ燃料供給路１４には個別に燃料の供給を停止する状態から、供給量の増大を可能にする副燃料制御弁１５を備えている。尚、主燃料制御弁１３と副燃料制御弁１５とは、電動アクチュエータにより制御可能に構成されている。
【００２４】
この加熱炉では、外気を加熱することで加熱された補助空気を作り出す構成を備えており、この補助空気を、炉内酸素濃度を調整するため複数のノズル１６Ａを介して炉内に供給する炉内供給流路１６を備えている。
【００２５】
また、補助空気を一対のパイロットバーナ２５に供給するパイロットバーナ供給流路１７を備えている。パイロットバーナ供給流路１７には補助空気の流れを停止する状態から、増大を可能にする補助空気流量制御弁１８を備えている。
【００２６】
給気路４から分岐する一対の補助空気流路１９を分岐して備えており、各々の補助空気流路１９を蓄熱部Ｃの支持体２３（図４、図５を参照）に対して補助空気を供給できるように構成している。また、支持体２３を流れた空気を炉内供給流路１６と補助空気流量制御弁１８とに供給する流路系を備えている。補助空気流路１９には補助空気を停止する状態から、増大を可能にする補助空気制御弁２０（切換部の一例）を備えている。この補助空気制御弁２０は、電動アクチュエータにより制御可能に構成されている。
【００２７】
図面には示していないが、この加熱炉では、マイクロプロセッサにより制御を行う制御部を備えており、この制御部は、流量センサ２６の検知信号を取得すると共に、切換弁３と、空気流量制御弁８と、主燃料制御弁１３と副燃料制御弁１５と、補助空気流量制御弁１８と、補助空気制御弁２０とに制御信号を出力して加熱炉の制御を実現するように構成されている。
【００２８】
〔バーナ・蓄熱部〕
図４に示すように、バーナＢは高温に耐える耐熱ケース２１の上部位置に配置されている。耐熱ケース２１は、空気流路２としても機能するものであり、下側に空気流路２が連通している。また、この耐熱ケース２１の上下方向の中間位置には、セラミックボールで成る複数の蓄熱体２２と、これらの蓄熱体２２を載置する支持体２３とを有する蓄熱部Ｃを備えている。
【００２９】
尚、蓄熱体２２として、複数のボール状のものに代えて、空気が流通する多数の貫通孔が形成されたセラミックブロック状のものを用いても良い。
【００３０】
具体構成として、耐熱ケース２１の下部で支持体２３より下側に、空気流路２が連通する連通空間２１Ａを形成しており、耐熱ケース２１の上方に燃焼空間２１Ｂを形成している。この耐熱ケース２１は、連通空間２１Ａから燃焼空間２１Ｂに空気が流れる場合と、燃焼空間２１Ｂから連通空間２１Ａに燃焼ガスが流れる場合との何れの場合にも、蓄熱部Ｃの蓄熱体２２と支持体２３とに空気又は燃焼ガスを接触させて熱交換を可能にしている。
【００３１】
バーナＢは、燃焼空間２１Ｂに燃料噴出部２４を備えて構成されている。また、燃焼空間２１Ｂにはパイロットバーナ２５を備えている。バーナＢの燃焼時には、連通空間２１Ａから取り込んだ空気が蓄熱部Ｃを介して燃焼空間２１Ｂに流れる。これと同時に燃料噴出部２４から燃料が噴出することにより、蓄熱部Ｃで予熱された空気と燃料とを燃焼空間２１Ｂで混合して燃焼を実現する。
【００３２】
バーナＢの燃焼の停止時には、炉内の燃焼ガスが燃焼空間２１Ｂから蓄熱部Ｃを介して連通空間２１Ａに流れる。これにより蓄熱部Ｃの蓄熱体２２に燃焼ガスの熱を蓄えることが可能となる。
【００３３】
尚、パイロットバーナ２５には、パイロットバーナ供給流路１７から予め加熱された補助空気が供給されると共に、副バーナ燃料供給路１４から燃料が供給されることにより燃焼状態を維持する。
【００３４】
〔蓄熱部：支持体〕
この加熱炉では、燃焼が停止するバーナＢの空気流路２から燃焼ガスを排出する際に、燃焼ガスを蓄熱体２２と支持体２３に接触させて蓄熱を行う。また、バーナＢの燃焼時には、そのバーナＢの蓄熱部Ｃで補助空気を加熱し、前述した炉内供給流路１６とパイロットバーナ２５とに供給できるように構成されている。
【００３５】
支持体２３は、図４、図５に示すように、補助空気として取り込まれた外気が供給される空気導入管２３Ａと、補助空気を炉内に送り出す空気排出管２３Ｂとを平行姿勢で対向配置する状態で備えると共に、空気導入管２３Ａと空気排出管２３Ｂとの間で補助空気を流すために空気導入管２３Ａと空気排出管２３Ｂとの間に平行姿勢で配置される複数の熱交換パイプ２３Ｃを備えて構成されている。具体構成として、空気導入管２３Ａと空気排出管２３Ｂとが同軸芯上に配置され、各々の内端には中継管２３Ｄを連通状態で備え、これらの中継管２３Ｄの間に平行姿勢で中継管２３Ｄに連通する複数の熱交換パイプ２３Ｃを備えている。尚、空気導入管２３Ａと空気排出管２３Ｂと中継管２３Ｄと熱交換パイプ２３Ｃとは耐熱性に優れた管状の金属材で構成されている。
【００３６】
空気導入管２３Ａと空気排出管２３Ｂとは耐熱ケース２１の壁部に貫通する状態で支持され、空気導入管２３Ａは補助空気流路１９に連通する。また、空気排出管２３Ｂは炉内供給流路１６と、パイロットバーナ供給流路１７とに連通する。複数の熱交換パイプ２３Ｃは、連通空間２１Ａと燃焼空間２１Ｂとの間での空気の流れを許しつつ、蓄熱体２２を保持できるように、熱交換パイプ２３Ｃの間隔が設定されている。
【００３７】
〔制御形態〕
このような構成から、例えば、チタンインゴットを炉内に収容して熱処理を行う場合には、給気ブロア５と排気ブロア７とを稼働させ、切換弁３の制御により一方のバーナＢに給気を行い、主燃料制御弁１３の制御により一方のバーナＢにだけ燃料を供給して燃焼を行わせ、他方のバーナＢの燃焼は停止する状態を維持する。
【００３８】
この燃焼を行う場合には、流量センサ２６の検知信号に基づいて空気流量制御弁８の開度を設定することにより目標とする流量の空気を供給する制御が行われる。つまり、図１に示すように、切換弁３の制御により一方のバーナＢ（同図で上側のバーナＢ）に給気を行って燃焼を行う場合には、燃焼状態のバーナＢの蓄熱部Ｃの支持体２３に補助空気を流すように、対応する（同図では上側）補助空気流路１９の補助空気制御弁２０を開放状態に設定する。これに連係して他方（同図では下側）の補助空気制御弁２０は閉塞状態に維持される。
【００３９】
これとは逆に、他方のバーナＢの燃焼時には、図２に示すように、切換弁３の制御により他方の燃焼状態のバーナＢの蓄熱部Ｃの支持体２３に補助空気を流すように、対応する（同図では下側）補助空気流路１９の補助空気制御弁２０を開放状態に設定する。これに連係して一方（同図では上側）の補助空気制御弁２０は閉塞状態に維持される。
【００４０】
これにより、このようにバーナＢの燃焼により、炉内が加熱されると共に、加熱空間Ｓの燃焼ガスが停止状態のバーナＢの蓄熱部Ｃを流れ、切換弁３を介して排気路６に流れ、排気ブロア７により排気される。このように燃焼ガスが流れることにより、他方の蓄熱部Ｃの蓄熱体２２に燃焼ガスが接触して蓄熱が行われる。
【００４１】
これと同時に、燃焼状態にあるバーナＢの蓄熱部Ｃの支持体２３の内部に流れる補助空気が加熱され、炉内供給流路１６とパイロットバーナ供給流路１７とに供給される。これにより、炉内供給流路１６に流れた補助空気は複数のノズル１６Ａから炉内に供給され、パイロットバーナ供給流路１７に流れた補助空気は一対のパイロットバーナ２５に供給される。
【００４２】
このように、交互にバーナＢを燃焼させることにより、燃焼するバーナＢに対して蓄熱部Ｃの熱で予熱された空気を供給して効率的な燃焼を実現する。また、蓄熱部Ｃで加熱された補助空気を、炉内供給流路１６を介して炉内に供給することにより炉内温度（加熱空間Ｓ）の低下を抑制しつつ、炉内酸素濃度を高め、チタンの水素脆性の防止を実現する。更に、蓄熱部Ｃで加熱された補助空気をパイロットバーナ２５に供給することにより炉内温度の低下を抑制する。
【００４３】
尚、一対のパイロットバーナ２５は常時燃焼するものを想定しているが、バーナＢの燃焼の開始に先立って燃焼を行うように切り換えて燃焼させるものでも良い。
【００４４】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００４５】
（ａ）補助空気流路１９に対して、給気ブロア５からの空気を供給する構成に代えて、専用のブロアを備える。このように専用のブロアを備えることにより、安定した補助空気の供給が可能となる。
【００４６】
（ｂ）蓄熱部Ｃを、空気が横向きに流れるように構成し、支持体２３が蓄熱体２２の位置を規制するものとして構成しても良い。このように構成したものであっても、支持体２３において補助空気の加熱を可能にする。
【００４７】
（ｃ）例えば、蓄熱体２２が空気の流通を許す多数の開口が形成されたセラミックブロックを用いた場合には、支持体２３は蓄熱体２２の位置決めを行う構成であれば良く、熱交換パイプ２３Ｃとして、チューブを屈曲させて構成して構成することも可能である。また、支持体２３としては、補助空気を加熱するように熱交換を可能にするものであれば、形状も任意に設定することが可能である。更に、支持体２３は、蓄熱体２２を挟み込むように２箇所に設けても良い。
【００４８】
（ｄ）実施形態では、切換部として一対の補助空気制御弁２０を備えていたが、これに代えて、例えば、三方弁を用いることや、実施形態において切換弁３として説明したように弁体を回転させて流路を切り換えるロータリ型に構成しても良い。
【００４９】
（ｅ）バーナＢと蓄熱部Ｃとが分離する位置に配置されるように構成しても良い。このような構成では、バーナＢと蓄熱部Ｃとの間に形成される空気流路２を耐熱性に優れた管状部材で構成することになるものの、蓄熱部Ｃの配置の自由度が高まり設計が容易で、支持体２３に連通する補助空気の流路の配置も容易となる。
【００５０】
（ｆ）パイロットバーナ２５に蓄熱部Ｃで加熱された空気を供給する構成を省略した構成であっても良い。このように構成することにより加熱炉が簡素化する。
【００５１】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、リジェネバーナ型の加熱炉に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
２          空気流路
１６        炉内供給流路
１７        パイロットバーナ供給流路
２０        切換部（補助空気制御弁）
２２        蓄熱体
２３        支持体
２３Ａ      空気導入管
２３Ｂ      空気排出管
２３Ｃ      熱交換パイプ
Ｂ          バーナ
Ｃ          蓄熱部
【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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