加熱炉の燃焼監視装置および燃焼監視方法並びに燃焼制御システム
【課題】本発明は、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視装置および燃焼監視方法、並びに、不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能な燃焼制御システムを提供することを目的とする。
【解決手段】圧力スイッチ５１、５２、５３、５４に対応する配管１１、１２、１３、１４経路の燃料の圧力、配管６１、６２、６３、６４経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった場合には、異常信号を送出する判定部１４０と、この判定部１４０から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部１４２と、を備えたことを特徴とするものである。
【解決手段】圧力スイッチ５１、５２、５３、５４に対応する配管１１、１２、１３、１４経路の燃料の圧力、配管６１、６２、６３、６４経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった場合には、異常信号を送出する判定部１４０と、この判定部１４０から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部１４２と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業窯炉（金属材の加熱処理炉を含む）における燃焼監視装置および燃焼監視方法並びに燃焼制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、蓄熱式切り替え燃焼を行う蓄熱式バーナは、１対を最小単位として燃焼ゾーン（加熱炉に相当する）あたり複数対で使用される。すなわち、図４に示すように、加熱炉３０５において、蓄熱式バーナ３０１と３０２の１対と蓄熱式バーナ３０３と３０４の１対という複数対をひとまとめにして燃料や燃焼空気、排気ガスの流量制御が行われている。
【０００３】
このような蓄熱式バーナ３０１、３０２、３０３、３０４において、蓄熱から燃焼又は燃焼から蓄熱に切り替わる際に、燃料・燃焼空気・排ガスの突入流量を抑え、異常な燃焼状態を抑制することを目的にした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記のような目的を達成するために、上記特許文献１に係る発明においては、図５に示すように、燃料切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、燃焼空気切替弁３７１、３７２、３７３、３７４及び排ガス切替弁４１１、４１２、４１３、４１４を順次切り替えて行く際、各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４がそれぞれ閉方向に切替を開始すると同時に、各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４と対応する燃料流量調節弁３２７、燃焼空気流量調節弁３７７及び排ガス流量調節弁４１７の開度を、順次各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４の切替タイミングに合わせてそれぞれ切り替え動作開始直前の開度から一定量閉方向に閉じて所定開度に保持し、各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４がそれぞれ切り替わった時点で、順次各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４に対応する各流量調節弁３２７、３７７、４１７の開度を、それぞれ切り替え動作開始直前の開度に戻す動作を開始し、各流量調節弁３２７、３７７、４１７の弁開度が切り替え直前の開度に近づいた時点で、各流量調節弁３２７、３７７、４１７の流量制御を再開するように構成したものである。
【０００５】
図５に示すように、上記特許文献１に係る発明において、例えば、対をなす蓄熱式バーナ３０１、３０３の各バーナ本体３０１ａ、３０３ａに詰まりが発生せず、かつ、配管３１１、３１３からの漏洩も発生しない正常状態では、バーナ本体３０１ａ前の燃料の圧力、バーナ本体３０３ａ前の燃料の圧力はそれぞれ下限圧力値３０Ｐａを超え安定している（カ点、キ点参照）。このような状態で、燃料タンク３２９から供給される燃料を燃料流量計３２８で監視し計測した場合、バーナ本体３０１ａと３０３ａの燃料の合計流量のプロセス量(ＰＶ)の計測実績値は、警報を発報するＰＶ値のレベル（下限流量値）を遥かに超えている（ク点参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１９６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図５に示すように、上記特許文献１に係る発明において、例えば、対をなす蓄熱式バーナ３０２、３０４の各バーナ本体３０２ａ、３０４ａの内のバーナ本体３０４ａに詰まりが発生すると、バーナ本体３０４ａ前の燃料の圧力は、下限圧力値３０Ｐａ以下になってしまう（コ点参照）虞がある。逆に、バーナ本体３０２ａ前の燃料の圧力は、バーナ本体３０４ａ前の燃料の圧力の低下を補うように下限圧力値３０Ｐａを超えるように増加する（ケ点参照）。このような異常が発生していても、燃料タンク３２９から供給される燃料を燃料流量計３２８で監視し計測した場合、バーナ本体３０２ａと３０４ａの燃料の合計流量のプロセス量(ＰＶ)の計測実績値は、警報を発報するＰＶ値のレベル（下限流量値）を僅かに超えている（サ点参照）。したがって、バーナ本体３０２ａ前の燃料の圧力やバーナ本体３０４ａ前の燃料の圧力の下限圧力値３０Ｐａを監視し計測する構成を有さず、燃料流量計３２８で燃料の合計流量のプロセス量(ＰＶ)を監視し計測するだけの構成を備えた上記特許文献１に係る発明では、上記異常を検知できないという問題点があった。すなわち、上記異常に基づく不完全燃焼による失火等を防止することができない。以上、燃料の圧力、流量についてのみ説明したが、燃焼空気の圧力、流量についても同様のことが言える。
【０００８】
本発明の目的は、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視装置および燃焼監視方法、並びに、不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能な燃焼制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視装置であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路にそれぞれ対応するように配設され、かつ、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチと、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が入力されるように構成されており、少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、異常信号を送出する判定部と、
この判定部から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼監視装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視方法であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路には、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチがそれぞれ配設され、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部に入力されるように構成されており、前記判定部で少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、前記判定部より異常信号を送出する異常信号送出工程と、
この異常信号送出工程で送出された異常信号に基づき、警告発報部より警告を発報する警告発報工程と、
を有したことを特徴とする加熱炉の燃焼監視方法である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の加熱炉の燃焼監視装置と、
前記判定部から送出された異常信号に基づき、前記配管経路の燃料の圧力または前記配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるための弁閉信号を送出する弁閉信号送出部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼制御システムである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置によれば、
各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路にそれぞれ対応するように配設され、かつ、所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチと、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が入力されるように構成されており、少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、異常信号を送出する判定部と、
この判定部から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部と、
を備えているため、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視装置を実現できる。
【００１３】
また、本発明に係る加熱炉の燃焼監視方法によれば、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路には、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチがそれぞれ配設され、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部に入力されるように構成されており、前記判定部で少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、前記判定部より異常信号を送出する異常信号送出工程と、
この異常信号送出工程で送出された異常信号に基づき、警告発報部より警告を発報する警告発報工程と、
を有しているため、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視方法を提供可能になる。
【００１４】
また、本発明に係る加熱炉の燃焼制御システムによれば、
上述した本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置と、
判定部から送出された異常信号に基づき、配管経路の燃料の圧力または配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるための弁閉信号を送出する弁閉信号送出部と、
を備えているため、不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能な燃焼制御システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置および燃焼制御システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示す燃料の導圧管４１の長さＬ/直径ｄと圧力スイッチ５１での燃料圧力の検知遅れ時間の関係を説明するためのグラフである。
【図３】図１に示す加熱炉の燃焼監視装置のタイムチャート（シーケンス）図および各バーナ本体前の燃料の圧力の推移を説明するためのグラフである。
【図４】従来の加熱炉の燃焼監視装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】図４に示す加熱炉の燃焼監視装置のタイムチャート（シーケンス）図並びに燃料流量のＰＶの流量計３２８での計測実績・調整弁３２７のＭＶおよび各バーナ本体前の燃料の圧力の推移を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置および燃焼制御システムの構成を説明するためのブロック図、図２は図１に示す燃料の導圧管の長さＬ/直径ｄと圧力スイッチでの燃料圧力の検知遅れ時間の関係を説明するためのグラフ、図３は図１に示す加熱炉の燃焼監視装置のタイムチャート（シーケンス）図および各バーナ本体前の燃料の圧力の推移を説明するためのグラフである。
【００１７】
最初に、図１を用いて、加熱炉の燃焼監視装置および燃焼制御システムの構成を説明する。
【００１８】
１はバーナ本体１ａとバーナ本体１ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体１ｂから構成された蓄熱式バーナ、２はバーナ本体２ａとバーナ本体２ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体２ｂから構成された蓄熱式バーナ、３はバーナ本体３ａとバーナ本体３ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体３ｂから構成された蓄熱式バーナ、４はバーナ本体４ａとバーナ本体４ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体４ｂから構成された蓄熱式バーナ、５は加熱炉である。加熱炉５の一方の両側面に蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続するように蓄熱式バーナ１、２が対向して配置され、さらに加熱炉５の他方の両側面に蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続するように蓄熱式バーナ３、４が対向して配置されている。
【００１９】
バーナ本体１ａ、２ａ、３ａ、４ａには、それぞれ配管１１、１２、１３、１４を介して燃料切替弁２１、２２、２３、２４が接続され、この燃料切替弁２１、２２、２３、２４は配管２５を介して、燃料ゾーン遮断弁２６、燃焼流量調節弁２７、燃料流量計２８、燃料タンク２９の順番に接続されている。また、配管１１、１２、１３、１４の途中には、それぞれ導圧管４１、４２、４３、４４を介して第１の下限リミット付圧力スイッチとしての圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、５５が接続されている。
【００２０】
また、蓄熱体１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂには、それぞれ配管６１、６２、６３、６４を介して燃焼空気切替弁７１、７２、７３、７４が接続され、この燃焼空気切替弁７１、７２、７３、７４は配管７５を介して、燃焼空気流量調節弁７７、燃焼空気流量計７８、燃焼空気タンク７９の順番に接続されている。また、配管６１、６２、６３、６４の途中には、それぞれ導圧管８１、８２、８３、８４を介して第２の下限リミット付圧力スイッチとしての圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４、９５が接続されている。さらに、蓄熱体１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂには、配管１０１、１０２、１０３、１０４を介して排ガス切替弁１１１、１１２、１１３、１１４が接続され、この排ガス切替弁１１１、１１２、１１３、１１４は配管１１５を介して、排ガス流量計１１８、排ガス流量調節弁１１７、排ガスタンク１１９の順番に接続されている。
【００２１】
圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、５５、圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４、９５は、それぞれ下限圧力値検知信号を伝達する信号線１２１、１２２、１２３、１２４、１３１、１３２、１３３、１３４を介して、判定部１４０に接続されている。さらに、判定部１４０は、判定部１４０から送出された異常信号を伝達する信号線１４１を介して、警告発報部１４２に接続されている。また、圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、５５と圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４、９５は、予め決定されている所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定されている。
【００２２】
以上により、加熱炉の燃焼監視装置１５０が構成される。
【００２３】
上記加熱炉５用の蓄熱式バーナ（大気圧大容量バーナ）１、２、３、４は、下記条件範囲で設計されることが多い。
・バーナ燃焼量範囲 ： ターンダウン１／５〜１／１０（安定燃焼範囲）
・燃料供給圧力Ｐ２ ： ３〜５ｋＰａ
・ターンダウン１／１０以下、つまり最大燃焼量の１／１０以下になると、不安定燃焼にて失火の恐れがある。
・圧力比｛バーナ前供給圧力Ｐ１／燃料供給圧力Ｐ２｝＝燃焼量比（ターンダウン）の２乗の関係がある。
【００２４】
したがって、ターンダウン１／１０の場合のバーナ前供給圧力Ｐ１は、３０〜５０Ｐａとなる。そこで、本実施形態においては、圧力スイッチ（ＰＳ）５１で対応する配管１１経路の燃料の圧力を監視し、この監視する燃料の圧力の所定の下限圧力値を例えば３０Ｐａと設定する。同じく、圧力スイッチ（ＰＳ）５２、５３、５４により、燃料の圧力を監視する下限圧力値も３０Ｐａに設定する。また、圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４により燃焼空気の圧力を監視する下限圧力値も３０Ｐａに設定する。
【００２５】
所定の下限圧力値＝３０Ｐａにて圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４を使用するにあたっては、導圧管４１、４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４の検知遅れ時間の関係を予め把握しておく必要がある。
【００２６】
そこで、代表例として導圧管４１の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５１の検知遅れ時間の関係を３水準（監視する燃料圧力の下限圧力値：２０Ｐａ、３０Ｐａ、１００Ｐａ）について、予め実験により求めておいた。その結果を図２に示す。図２より、燃料の圧力の所定の下限圧力値＝３０Ｐａの場合、検知遅れ時間を３秒以下とするためには、導圧管４１の長さＬ／直径ｄは約８００以下とする必要がある。好ましくは、導圧管４１の長さＬ／直径ｄは、３００以上８００以下の範囲で、出来る限り小さくするのがよい。これにより、異常検知が速くなり、異常時に後述する燃料切替弁２１を閉じるタイミングも速くできる。ただし、導圧管４１の長さＬ／直径ｄは、これに限定されるものではなく、監視する燃料の圧力の所定の下限圧力値（例えば、３０〜５０Ｐａ）と要求される検知遅れ時間に応じて決定すればよい。本実施形態においては、導圧管４１の長さＬ／直径ｄ＝３５０〜６００に設定した。
【００２７】
以上、圧力スイッチ（ＰＳ）５１に関する導圧管４１の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５１の検知遅れ時間の関係を説明したが、圧力スイッチ（ＰＳ）５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４に関する導圧管４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４の検知遅れ時間の関係も同様の結果を示す。したがって、導圧管４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄは、監視する燃料・燃焼空気の圧力の所定の下限圧力値（例えば、３０〜５０Ｐａ）と要求される検知遅れ時間に応じて決定すればよい。本実施形態においては、導圧管４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄも３５０〜６００に設定した。
【００２８】
また、判定部１４０は、判定部１４０から送出された異常信号を伝達する信号線１４１を介して、弁閉信号送出部１６０に接続されている。この弁閉信号送出部１６０には、燃料ゾーン遮断弁２６を閉じる信号送出部１６０ａ、Ｎ２パージ弁３１を閉じる信号送出部１６０ｂ、燃料切替弁２１、２２、２３、２４を閉じる信号送出部１６０ｃ、燃焼空気切替弁７１、７２、７３、７４を閉じる信号送出部１６０ｄ、排ガス切替弁１１１、１１２、１１３、１１４を閉じる信号送出部１６０ｅを有している。また、燃料遮断弁２６直後の配管２５には配管３０が接続され、この配管３０にはＮ２パージ弁３１、Ｎ２タンク３２の順番に接続されている。これらが、加熱炉の燃焼監視装置１５０に付加されて燃焼制御システム１７０が構成される。
【００２９】
次に、図１〜図３を用いて、加熱炉の燃焼監視装置１５０による燃焼監視方法と燃焼制御システム１７０による燃焼制御方法について説明する。
【００３０】
図３に示す所定のタイムチャート（シーケンス）において、蓄熱式バーナ１、３が燃焼モードで、蓄熱式バーナ２、４が排気（蓄熱）モードの場合からまず説明する。
【００３１】
上記所定のタイムチャート（シーケンス）に基づき、蓄熱式バーナ１の燃焼空気切替弁７１と蓄熱式バーナ２の排ガス切替弁１１２が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２１が閉から開に切り替えられる。圧力スイッチ（ＰＳ）５１での監視より、この燃料切替弁２１が閉から開に完全に切り替わるまでの時間ｔ＝３（秒）の間にバーナ本体１ａ前の燃料の圧力が、すでに所定の下限圧力値（３０Ｐａ）を十分超えていることがわかる（ア点参照）。
【００３２】
燃料切替弁２１が完全に開に切り替わった後、次に蓄熱式バーナ３の燃焼空気切替弁７３と蓄熱式バーナ４の排ガス切替弁１１４が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２３が閉から開に切り替えられる。圧力スイッチ（ＰＳ）５３での監視より、この燃料切替弁２３が閉から開に完全に切り替わるまでの時間ｔ＝３（秒）の間にバーナ本体３ａ前の燃料の圧力が、すでに所定の下限圧力値（３０Ｐａ）を十分超えていることがわかる（イ点参照）。
【００３３】
これにより、蓄熱式バーナ１、３の各バーナ本体１ａ、３ａに詰まりもなく、かつ、配管１１、１３からの漏洩もない正常状態であることがわかる。
【００３４】
蓄熱式バーナ１が上記所定のタイムチャート（シーケンス）に基づき、規定時間継続して燃焼した後、燃料切替弁２１が開から閉に切り替えられる。燃料切替弁２１が完全に閉に切り替わった後、次に燃焼空気切替弁７１と排ガス切替弁１１２が開から閉に切り替えられる。これらが完全に閉に切り替わった後、次に燃料切替弁２３が開から閉に切り替えられ、同時に蓄熱式バーナ２の燃焼空気切替弁７２と蓄熱式バーナ１の排ガス切替弁１１１が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２２が閉から開に切り替えられ、同時に燃焼空気切替弁７３と排ガス切替弁１１４が開から閉に切り替えられる。
【００３５】
燃料切替弁２２が完全に開に切り替わった後、次に蓄熱式バーナ４の燃焼空気切替弁７４と蓄熱式バーナ３の排ガス切替弁１１３が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２４が閉から開に切り替えられる。本シーケンスは、以上の燃焼パターンが繰り返されるように構成されている。
【００３６】
上記燃料切替弁２４が閉から開に切り替えられてもバーナ本体４ａに詰まりが発生していると、バーナ本体４ａ前の燃料の圧力は、圧力スイッチ（ＰＳ）５４での監視の結果、下記のようになっていることがわかる。すなわち、燃料切替弁２４が閉から開に完全に切り替わるまでの時間ｔ＝３（秒）の間にバーナ本体４ａ前の燃料の圧力が、所定の下限圧力値（３０Ｐａ）以下になっていることがわかる（エ点参照）。したがって、圧力スイッチ（ＰＳ）５４から信号線１２４を介して判定部１４０に下限圧力値検知信号が伝達され、さらに判定部１４０から信号線１４１を介して警告発報部１４２に異常信号が送出され、警告発報部１４２から監視者等に警告が発報される。また、エ点を経過後もバーナ本体４ａ前の燃料の圧力は、所定の下限圧力値（３０Ｐａ）以下のままであることもわかる。この異常に基づく不完全燃焼による失火等を検知することも可能である。
【００３７】
上述したように、バーナ本体４ａに詰まりが発生していると、逆に、バーナ本体２ａ前の燃料の圧力は、バーナ本体４ａ前の燃料の圧力の低下を補うように下限圧力値３０Ｐａを超えるように増加する（ウ点参照）ため、圧力スイッチ（ＰＳ）５２から信号線１２２を介して判定部１４０に下限圧力値検知信号が伝達されることはない。
【００３８】
本実施形態においては、蓄熱式バーナに係る燃料の詰まりによる異常を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、蓄熱式バーナに接続された配管からの燃料の漏洩や蓄熱式バーナに係る燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生も上述同様の本発明の技術思想に基づき検知可能である。すなわち、ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する配管経路の燃料の圧力、配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部１４０に入力されるように構成されており、判定部１４０で少なくともいずれかの圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、判定部１４０より異常信号を送出し、この異常信号に基づき、警告発報部１４２より警告を発報することが可能である。
【００３９】
判定部１４０から信号線１４１を介して送出された異常信号は、警告発報部１４２に伝達されるばかりでなく、弁閉信号送出部１６０にも伝達される。これにより、信号送出部１６０ａから燃料ゾーン遮断弁２６を閉じる信号が燃料ゾーン遮断弁２６に送られ、燃料ゾーン遮断弁２６が閉じる。同時に、信号送出部１６０ｂからＮ２パージ弁３１を閉じる信号がＮ２パージ弁３１に送られ、Ｎ２パージ弁３１も閉じる。
【００４０】
燃料ゾーン遮断弁２６とＮ２パージ弁３１が閉じた信号を受け、信号送出部１６０ｃから燃料切替弁２４を閉じる信号が燃料切替弁２４に送られ、燃料切替弁２４が閉じる。同時に、信号送出部１６０ｄから燃焼空気切替弁７４を閉じる信号が燃焼空気切替弁７４に送られ、燃焼空気切替弁７４が閉じ、かつ、信号送出部１６０ｅから排ガス切替弁１１４を閉じる信号が排ガス切替弁１１４に送られ、排ガス切替弁１１４が閉じる。これらにより、蓄熱式バーナに係る燃料の詰まりによる異常に基づく不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態においては、上述した燃焼監視方法の場合同様に、蓄熱式バーナに係る燃料の詰まりによる異常のみに限定されるものではない。例えば、蓄熱式バーナに接続された配管からの燃料の漏洩や蓄熱式バーナに係る燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生の場合にも上述同様の本発明の技術思想に基づき、異常に基づく不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態においては、蓄熱式バーナ４に係る燃料の詰まりによる異常に基づき、燃料ゾーン遮断弁２６、Ｎ２パージ弁３１、燃料切替弁２４、燃焼空気切替弁７４と排ガス切替弁１１４のすべてを閉じる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、さまざま形態が考えられる。すなわち、判定部１４０から送出された異常信号に基づき、配管経路の燃料の圧力または配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるために、弁閉信号送出部１６０内の信号送出部１６０ｃから弁閉信号を送出するような構成になっていればよい。
【００４３】
なお、本実施形態においては、蓄熱式バーナが二対配設された加熱炉の例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉が本発明の対象となる。
【符号の説明】
【００４４】
１、２、３、４ 蓄熱式バーナ
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ バーナ本体
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ 蓄熱体
５ 加熱炉
１１、１２、１３、１４、２５、３０、６１、６２、６３、６４、７５、１０１、１０２、１０３、１０４、１１５ 配管
２１、２２、２３、２４ 燃料切替弁
２６ 燃料ゾーン遮断弁
２７ 燃焼流量調節弁
２８ 燃料流量計
２９ 燃料タンク
３１ Ｎ２パージ弁
３２ Ｎ２タンク
４１、４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４ 導圧管
５１、５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４ 圧力スイッチ（ＰＳ）
７１、７２、７３、７４ 燃焼空気切替弁
７７ 燃焼空気流量調節弁
７８ 燃焼空気流量計
７９ 燃焼空気タンク
１１１、１１２、１１３，１１４ 排ガス切替弁
１１７ 排ガス流量調節弁
１１８ 排ガス流量計
１１９ 排ガスタンク
１２１、１２２、１２３、１２４、１３１、１３２、１３３、１３４、１４１ 信号線
１４０ 判定部
１４２ 警告発報部
１５０ 加熱炉の燃焼監視装置
１６０ 弁閉信号送出部
１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ、１６０ｅ 信号送出部
１７０ 燃焼制御システム
Ｌ 導圧管の長さ
ｄ 導圧管の直径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業窯炉（金属材の加熱処理炉を含む）における燃焼監視装置および燃焼監視方法並びに燃焼制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、蓄熱式切り替え燃焼を行う蓄熱式バーナは、１対を最小単位として燃焼ゾーン（加熱炉に相当する）あたり複数対で使用される。すなわち、図４に示すように、加熱炉３０５において、蓄熱式バーナ３０１と３０２の１対と蓄熱式バーナ３０３と３０４の１対という複数対をひとまとめにして燃料や燃焼空気、排気ガスの流量制御が行われている。
【０００３】
このような蓄熱式バーナ３０１、３０２、３０３、３０４において、蓄熱から燃焼又は燃焼から蓄熱に切り替わる際に、燃料・燃焼空気・排ガスの突入流量を抑え、異常な燃焼状態を抑制することを目的にした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記のような目的を達成するために、上記特許文献１に係る発明においては、図５に示すように、燃料切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、燃焼空気切替弁３７１、３７２、３７３、３７４及び排ガス切替弁４１１、４１２、４１３、４１４を順次切り替えて行く際、各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４がそれぞれ閉方向に切替を開始すると同時に、各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４と対応する燃料流量調節弁３２７、燃焼空気流量調節弁３７７及び排ガス流量調節弁４１７の開度を、順次各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４の切替タイミングに合わせてそれぞれ切り替え動作開始直前の開度から一定量閉方向に閉じて所定開度に保持し、各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４がそれぞれ切り替わった時点で、順次各切替弁３２１、３２２、３２３、３２４、３７１、３７２、３７３、３７４、４１１、４１２、４１３、４１４に対応する各流量調節弁３２７、３７７、４１７の開度を、それぞれ切り替え動作開始直前の開度に戻す動作を開始し、各流量調節弁３２７、３７７、４１７の弁開度が切り替え直前の開度に近づいた時点で、各流量調節弁３２７、３７７、４１７の流量制御を再開するように構成したものである。
【０００５】
図５に示すように、上記特許文献１に係る発明において、例えば、対をなす蓄熱式バーナ３０１、３０３の各バーナ本体３０１ａ、３０３ａに詰まりが発生せず、かつ、配管３１１、３１３からの漏洩も発生しない正常状態では、バーナ本体３０１ａ前の燃料の圧力、バーナ本体３０３ａ前の燃料の圧力はそれぞれ下限圧力値３０Ｐａを超え安定している（カ点、キ点参照）。このような状態で、燃料タンク３２９から供給される燃料を燃料流量計３２８で監視し計測した場合、バーナ本体３０１ａと３０３ａの燃料の合計流量のプロセス量(ＰＶ)の計測実績値は、警報を発報するＰＶ値のレベル（下限流量値）を遥かに超えている（ク点参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１９６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図５に示すように、上記特許文献１に係る発明において、例えば、対をなす蓄熱式バーナ３０２、３０４の各バーナ本体３０２ａ、３０４ａの内のバーナ本体３０４ａに詰まりが発生すると、バーナ本体３０４ａ前の燃料の圧力は、下限圧力値３０Ｐａ以下になってしまう（コ点参照）虞がある。逆に、バーナ本体３０２ａ前の燃料の圧力は、バーナ本体３０４ａ前の燃料の圧力の低下を補うように下限圧力値３０Ｐａを超えるように増加する（ケ点参照）。このような異常が発生していても、燃料タンク３２９から供給される燃料を燃料流量計３２８で監視し計測した場合、バーナ本体３０２ａと３０４ａの燃料の合計流量のプロセス量(ＰＶ)の計測実績値は、警報を発報するＰＶ値のレベル（下限流量値）を僅かに超えている（サ点参照）。したがって、バーナ本体３０２ａ前の燃料の圧力やバーナ本体３０４ａ前の燃料の圧力の下限圧力値３０Ｐａを監視し計測する構成を有さず、燃料流量計３２８で燃料の合計流量のプロセス量(ＰＶ)を監視し計測するだけの構成を備えた上記特許文献１に係る発明では、上記異常を検知できないという問題点があった。すなわち、上記異常に基づく不完全燃焼による失火等を防止することができない。以上、燃料の圧力、流量についてのみ説明したが、燃焼空気の圧力、流量についても同様のことが言える。
【０００８】
本発明の目的は、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視装置および燃焼監視方法、並びに、不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能な燃焼制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視装置であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路にそれぞれ対応するように配設され、かつ、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチと、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が入力されるように構成されており、少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、異常信号を送出する判定部と、
この判定部から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼監視装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視方法であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路には、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチがそれぞれ配設され、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部に入力されるように構成されており、前記判定部で少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、前記判定部より異常信号を送出する異常信号送出工程と、
この異常信号送出工程で送出された異常信号に基づき、警告発報部より警告を発報する警告発報工程と、
を有したことを特徴とする加熱炉の燃焼監視方法である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の加熱炉の燃焼監視装置と、
前記判定部から送出された異常信号に基づき、前記配管経路の燃料の圧力または前記配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるための弁閉信号を送出する弁閉信号送出部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼制御システムである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置によれば、
各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路にそれぞれ対応するように配設され、かつ、所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチと、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が入力されるように構成されており、少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、異常信号を送出する判定部と、
この判定部から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部と、
を備えているため、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視装置を実現できる。
【００１３】
また、本発明に係る加熱炉の燃焼監視方法によれば、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路には、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチがそれぞれ配設され、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部に入力されるように構成されており、前記判定部で少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、前記判定部より異常信号を送出する異常信号送出工程と、
この異常信号送出工程で送出された異常信号に基づき、警告発報部より警告を発報する警告発報工程と、
を有しているため、蓄熱式バーナに係る燃料や燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生を検知可能な加熱炉の燃焼監視方法を提供可能になる。
【００１４】
また、本発明に係る加熱炉の燃焼制御システムによれば、
上述した本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置と、
判定部から送出された異常信号に基づき、配管経路の燃料の圧力または配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるための弁閉信号を送出する弁閉信号送出部と、
を備えているため、不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能な燃焼制御システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置および燃焼制御システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示す燃料の導圧管４１の長さＬ/直径ｄと圧力スイッチ５１での燃料圧力の検知遅れ時間の関係を説明するためのグラフである。
【図３】図１に示す加熱炉の燃焼監視装置のタイムチャート（シーケンス）図および各バーナ本体前の燃料の圧力の推移を説明するためのグラフである。
【図４】従来の加熱炉の燃焼監視装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】図４に示す加熱炉の燃焼監視装置のタイムチャート（シーケンス）図並びに燃料流量のＰＶの流量計３２８での計測実績・調整弁３２７のＭＶおよび各バーナ本体前の燃料の圧力の推移を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る加熱炉の燃焼監視装置および燃焼制御システムの構成を説明するためのブロック図、図２は図１に示す燃料の導圧管の長さＬ/直径ｄと圧力スイッチでの燃料圧力の検知遅れ時間の関係を説明するためのグラフ、図３は図１に示す加熱炉の燃焼監視装置のタイムチャート（シーケンス）図および各バーナ本体前の燃料の圧力の推移を説明するためのグラフである。
【００１７】
最初に、図１を用いて、加熱炉の燃焼監視装置および燃焼制御システムの構成を説明する。
【００１８】
１はバーナ本体１ａとバーナ本体１ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体１ｂから構成された蓄熱式バーナ、２はバーナ本体２ａとバーナ本体２ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体２ｂから構成された蓄熱式バーナ、３はバーナ本体３ａとバーナ本体３ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体３ｂから構成された蓄熱式バーナ、４はバーナ本体４ａとバーナ本体４ａ近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部としての蓄熱体４ｂから構成された蓄熱式バーナ、５は加熱炉である。加熱炉５の一方の両側面に蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続するように蓄熱式バーナ１、２が対向して配置され、さらに加熱炉５の他方の両側面に蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続するように蓄熱式バーナ３、４が対向して配置されている。
【００１９】
バーナ本体１ａ、２ａ、３ａ、４ａには、それぞれ配管１１、１２、１３、１４を介して燃料切替弁２１、２２、２３、２４が接続され、この燃料切替弁２１、２２、２３、２４は配管２５を介して、燃料ゾーン遮断弁２６、燃焼流量調節弁２７、燃料流量計２８、燃料タンク２９の順番に接続されている。また、配管１１、１２、１３、１４の途中には、それぞれ導圧管４１、４２、４３、４４を介して第１の下限リミット付圧力スイッチとしての圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、５５が接続されている。
【００２０】
また、蓄熱体１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂには、それぞれ配管６１、６２、６３、６４を介して燃焼空気切替弁７１、７２、７３、７４が接続され、この燃焼空気切替弁７１、７２、７３、７４は配管７５を介して、燃焼空気流量調節弁７７、燃焼空気流量計７８、燃焼空気タンク７９の順番に接続されている。また、配管６１、６２、６３、６４の途中には、それぞれ導圧管８１、８２、８３、８４を介して第２の下限リミット付圧力スイッチとしての圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４、９５が接続されている。さらに、蓄熱体１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂには、配管１０１、１０２、１０３、１０４を介して排ガス切替弁１１１、１１２、１１３、１１４が接続され、この排ガス切替弁１１１、１１２、１１３、１１４は配管１１５を介して、排ガス流量計１１８、排ガス流量調節弁１１７、排ガスタンク１１９の順番に接続されている。
【００２１】
圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、５５、圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４、９５は、それぞれ下限圧力値検知信号を伝達する信号線１２１、１２２、１２３、１２４、１３１、１３２、１３３、１３４を介して、判定部１４０に接続されている。さらに、判定部１４０は、判定部１４０から送出された異常信号を伝達する信号線１４１を介して、警告発報部１４２に接続されている。また、圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、５５と圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４、９５は、予め決定されている所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定されている。
【００２２】
以上により、加熱炉の燃焼監視装置１５０が構成される。
【００２３】
上記加熱炉５用の蓄熱式バーナ（大気圧大容量バーナ）１、２、３、４は、下記条件範囲で設計されることが多い。
・バーナ燃焼量範囲 ： ターンダウン１／５〜１／１０（安定燃焼範囲）
・燃料供給圧力Ｐ２ ： ３〜５ｋＰａ
・ターンダウン１／１０以下、つまり最大燃焼量の１／１０以下になると、不安定燃焼にて失火の恐れがある。
・圧力比｛バーナ前供給圧力Ｐ１／燃料供給圧力Ｐ２｝＝燃焼量比（ターンダウン）の２乗の関係がある。
【００２４】
したがって、ターンダウン１／１０の場合のバーナ前供給圧力Ｐ１は、３０〜５０Ｐａとなる。そこで、本実施形態においては、圧力スイッチ（ＰＳ）５１で対応する配管１１経路の燃料の圧力を監視し、この監視する燃料の圧力の所定の下限圧力値を例えば３０Ｐａと設定する。同じく、圧力スイッチ（ＰＳ）５２、５３、５４により、燃料の圧力を監視する下限圧力値も３０Ｐａに設定する。また、圧力スイッチ（ＰＳ）９１、９２、９３、９４により燃焼空気の圧力を監視する下限圧力値も３０Ｐａに設定する。
【００２５】
所定の下限圧力値＝３０Ｐａにて圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４を使用するにあたっては、導圧管４１、４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５１、５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４の検知遅れ時間の関係を予め把握しておく必要がある。
【００２６】
そこで、代表例として導圧管４１の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５１の検知遅れ時間の関係を３水準（監視する燃料圧力の下限圧力値：２０Ｐａ、３０Ｐａ、１００Ｐａ）について、予め実験により求めておいた。その結果を図２に示す。図２より、燃料の圧力の所定の下限圧力値＝３０Ｐａの場合、検知遅れ時間を３秒以下とするためには、導圧管４１の長さＬ／直径ｄは約８００以下とする必要がある。好ましくは、導圧管４１の長さＬ／直径ｄは、３００以上８００以下の範囲で、出来る限り小さくするのがよい。これにより、異常検知が速くなり、異常時に後述する燃料切替弁２１を閉じるタイミングも速くできる。ただし、導圧管４１の長さＬ／直径ｄは、これに限定されるものではなく、監視する燃料の圧力の所定の下限圧力値（例えば、３０〜５０Ｐａ）と要求される検知遅れ時間に応じて決定すればよい。本実施形態においては、導圧管４１の長さＬ／直径ｄ＝３５０〜６００に設定した。
【００２７】
以上、圧力スイッチ（ＰＳ）５１に関する導圧管４１の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５１の検知遅れ時間の関係を説明したが、圧力スイッチ（ＰＳ）５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４に関する導圧管４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄと圧力スイッチ（ＰＳ）５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４の検知遅れ時間の関係も同様の結果を示す。したがって、導圧管４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄは、監視する燃料・燃焼空気の圧力の所定の下限圧力値（例えば、３０〜５０Ｐａ）と要求される検知遅れ時間に応じて決定すればよい。本実施形態においては、導圧管４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４の長さＬ／直径ｄも３５０〜６００に設定した。
【００２８】
また、判定部１４０は、判定部１４０から送出された異常信号を伝達する信号線１４１を介して、弁閉信号送出部１６０に接続されている。この弁閉信号送出部１６０には、燃料ゾーン遮断弁２６を閉じる信号送出部１６０ａ、Ｎ２パージ弁３１を閉じる信号送出部１６０ｂ、燃料切替弁２１、２２、２３、２４を閉じる信号送出部１６０ｃ、燃焼空気切替弁７１、７２、７３、７４を閉じる信号送出部１６０ｄ、排ガス切替弁１１１、１１２、１１３、１１４を閉じる信号送出部１６０ｅを有している。また、燃料遮断弁２６直後の配管２５には配管３０が接続され、この配管３０にはＮ２パージ弁３１、Ｎ２タンク３２の順番に接続されている。これらが、加熱炉の燃焼監視装置１５０に付加されて燃焼制御システム１７０が構成される。
【００２９】
次に、図１〜図３を用いて、加熱炉の燃焼監視装置１５０による燃焼監視方法と燃焼制御システム１７０による燃焼制御方法について説明する。
【００３０】
図３に示す所定のタイムチャート（シーケンス）において、蓄熱式バーナ１、３が燃焼モードで、蓄熱式バーナ２、４が排気（蓄熱）モードの場合からまず説明する。
【００３１】
上記所定のタイムチャート（シーケンス）に基づき、蓄熱式バーナ１の燃焼空気切替弁７１と蓄熱式バーナ２の排ガス切替弁１１２が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２１が閉から開に切り替えられる。圧力スイッチ（ＰＳ）５１での監視より、この燃料切替弁２１が閉から開に完全に切り替わるまでの時間ｔ＝３（秒）の間にバーナ本体１ａ前の燃料の圧力が、すでに所定の下限圧力値（３０Ｐａ）を十分超えていることがわかる（ア点参照）。
【００３２】
燃料切替弁２１が完全に開に切り替わった後、次に蓄熱式バーナ３の燃焼空気切替弁７３と蓄熱式バーナ４の排ガス切替弁１１４が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２３が閉から開に切り替えられる。圧力スイッチ（ＰＳ）５３での監視より、この燃料切替弁２３が閉から開に完全に切り替わるまでの時間ｔ＝３（秒）の間にバーナ本体３ａ前の燃料の圧力が、すでに所定の下限圧力値（３０Ｐａ）を十分超えていることがわかる（イ点参照）。
【００３３】
これにより、蓄熱式バーナ１、３の各バーナ本体１ａ、３ａに詰まりもなく、かつ、配管１１、１３からの漏洩もない正常状態であることがわかる。
【００３４】
蓄熱式バーナ１が上記所定のタイムチャート（シーケンス）に基づき、規定時間継続して燃焼した後、燃料切替弁２１が開から閉に切り替えられる。燃料切替弁２１が完全に閉に切り替わった後、次に燃焼空気切替弁７１と排ガス切替弁１１２が開から閉に切り替えられる。これらが完全に閉に切り替わった後、次に燃料切替弁２３が開から閉に切り替えられ、同時に蓄熱式バーナ２の燃焼空気切替弁７２と蓄熱式バーナ１の排ガス切替弁１１１が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２２が閉から開に切り替えられ、同時に燃焼空気切替弁７３と排ガス切替弁１１４が開から閉に切り替えられる。
【００３５】
燃料切替弁２２が完全に開に切り替わった後、次に蓄熱式バーナ４の燃焼空気切替弁７４と蓄熱式バーナ３の排ガス切替弁１１３が閉から開に切り替えられる。これらが完全に開に切り替わった後、次に燃料切替弁２４が閉から開に切り替えられる。本シーケンスは、以上の燃焼パターンが繰り返されるように構成されている。
【００３６】
上記燃料切替弁２４が閉から開に切り替えられてもバーナ本体４ａに詰まりが発生していると、バーナ本体４ａ前の燃料の圧力は、圧力スイッチ（ＰＳ）５４での監視の結果、下記のようになっていることがわかる。すなわち、燃料切替弁２４が閉から開に完全に切り替わるまでの時間ｔ＝３（秒）の間にバーナ本体４ａ前の燃料の圧力が、所定の下限圧力値（３０Ｐａ）以下になっていることがわかる（エ点参照）。したがって、圧力スイッチ（ＰＳ）５４から信号線１２４を介して判定部１４０に下限圧力値検知信号が伝達され、さらに判定部１４０から信号線１４１を介して警告発報部１４２に異常信号が送出され、警告発報部１４２から監視者等に警告が発報される。また、エ点を経過後もバーナ本体４ａ前の燃料の圧力は、所定の下限圧力値（３０Ｐａ）以下のままであることもわかる。この異常に基づく不完全燃焼による失火等を検知することも可能である。
【００３７】
上述したように、バーナ本体４ａに詰まりが発生していると、逆に、バーナ本体２ａ前の燃料の圧力は、バーナ本体４ａ前の燃料の圧力の低下を補うように下限圧力値３０Ｐａを超えるように増加する（ウ点参照）ため、圧力スイッチ（ＰＳ）５２から信号線１２２を介して判定部１４０に下限圧力値検知信号が伝達されることはない。
【００３８】
本実施形態においては、蓄熱式バーナに係る燃料の詰まりによる異常を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、蓄熱式バーナに接続された配管からの燃料の漏洩や蓄熱式バーナに係る燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生も上述同様の本発明の技術思想に基づき検知可能である。すなわち、ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する配管経路の燃料の圧力、配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部１４０に入力されるように構成されており、判定部１４０で少なくともいずれかの圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、判定部１４０より異常信号を送出し、この異常信号に基づき、警告発報部１４２より警告を発報することが可能である。
【００３９】
判定部１４０から信号線１４１を介して送出された異常信号は、警告発報部１４２に伝達されるばかりでなく、弁閉信号送出部１６０にも伝達される。これにより、信号送出部１６０ａから燃料ゾーン遮断弁２６を閉じる信号が燃料ゾーン遮断弁２６に送られ、燃料ゾーン遮断弁２６が閉じる。同時に、信号送出部１６０ｂからＮ２パージ弁３１を閉じる信号がＮ２パージ弁３１に送られ、Ｎ２パージ弁３１も閉じる。
【００４０】
燃料ゾーン遮断弁２６とＮ２パージ弁３１が閉じた信号を受け、信号送出部１６０ｃから燃料切替弁２４を閉じる信号が燃料切替弁２４に送られ、燃料切替弁２４が閉じる。同時に、信号送出部１６０ｄから燃焼空気切替弁７４を閉じる信号が燃焼空気切替弁７４に送られ、燃焼空気切替弁７４が閉じ、かつ、信号送出部１６０ｅから排ガス切替弁１１４を閉じる信号が排ガス切替弁１１４に送られ、排ガス切替弁１１４が閉じる。これらにより、蓄熱式バーナに係る燃料の詰まりによる異常に基づく不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態においては、上述した燃焼監視方法の場合同様に、蓄熱式バーナに係る燃料の詰まりによる異常のみに限定されるものではない。例えば、蓄熱式バーナに接続された配管からの燃料の漏洩や蓄熱式バーナに係る燃焼空気の異常（詰まりや漏洩）発生の場合にも上述同様の本発明の技術思想に基づき、異常に基づく不完全燃焼による失火等を防止し安定燃焼を図ることが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態においては、蓄熱式バーナ４に係る燃料の詰まりによる異常に基づき、燃料ゾーン遮断弁２６、Ｎ２パージ弁３１、燃料切替弁２４、燃焼空気切替弁７４と排ガス切替弁１１４のすべてを閉じる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、さまざま形態が考えられる。すなわち、判定部１４０から送出された異常信号に基づき、配管経路の燃料の圧力または配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるために、弁閉信号送出部１６０内の信号送出部１６０ｃから弁閉信号を送出するような構成になっていればよい。
【００４３】
なお、本実施形態においては、蓄熱式バーナが二対配設された加熱炉の例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉が本発明の対象となる。
【符号の説明】
【００４４】
１、２、３、４ 蓄熱式バーナ
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ バーナ本体
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ 蓄熱体
５ 加熱炉
１１、１２、１３、１４、２５、３０、６１、６２、６３、６４、７５、１０１、１０２、１０３、１０４、１１５ 配管
２１、２２、２３、２４ 燃料切替弁
２６ 燃料ゾーン遮断弁
２７ 燃焼流量調節弁
２８ 燃料流量計
２９ 燃料タンク
３１ Ｎ２パージ弁
３２ Ｎ２タンク
４１、４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４ 導圧管
５１、５２、５３、５４、９１、９２、９３、９４ 圧力スイッチ（ＰＳ）
７１、７２、７３、７４ 燃焼空気切替弁
７７ 燃焼空気流量調節弁
７８ 燃焼空気流量計
７９ 燃焼空気タンク
１１１、１１２、１１３，１１４ 排ガス切替弁
１１７ 排ガス流量調節弁
１１８ 排ガス流量計
１１９ 排ガスタンク
１２１、１２２、１２３、１２４、１３１、１３２、１３３、１３４、１４１ 信号線
１４０ 判定部
１４２ 警告発報部
１５０ 加熱炉の燃焼監視装置
１６０ 弁閉信号送出部
１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ、１６０ｅ 信号送出部
１７０ 燃焼制御システム
Ｌ 導圧管の長さ
ｄ 導圧管の直径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視装置であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路にそれぞれ対応するように配設され、かつ、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチと、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が入力されるように構成されており、少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、異常信号を送出する判定部と、
この判定部から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼監視装置。
【請求項２】
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視方法であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路には、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチがそれぞれ配設され、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部に入力されるように構成されており、前記判定部で少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、前記判定部より異常信号を送出する異常信号送出工程と、
この異常信号送出工程で送出された異常信号に基づき、警告発報部より警告を発報する警告発報工程と、
を有したことを特徴とする加熱炉の燃焼監視方法。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱炉の燃焼監視装置と、
前記判定部から送出された異常信号に基づき、前記配管経路の燃料の圧力または前記配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるための弁閉信号を送出する弁閉信号送出部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼制御システム。
【請求項１】
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視装置であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路にそれぞれ対応するように配設され、かつ、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチと、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が入力されるように構成されており、少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、異常信号を送出する判定部と、
この判定部から送出された異常信号に基づき警告を発報するための警告発報部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼監視装置。
【請求項２】
バーナ本体近傍に蓄熱機能を有する蓄熱部を設け、所定のシーケンスに基づき予め決められた時間間隔で前記蓄熱部を通過する気体の方向を切り替え、蓄熱と燃焼を交互に行いながら燃焼を継続する蓄熱式バーナが一対以上配設された加熱炉の燃焼監視方法であって、
前記各蓄熱式バーナのバーナ本体から燃料切替弁の間の配管経路と前記各蓄熱式バーナの蓄熱部から燃焼空気切替弁の間の配管経路には、前記所定のシーケンスに基づき燃焼モード中のみ動作（ＯＮ）し、蓄熱モード中は非動作（ＯＦＦ）となるように設定された第１、第２の下限リミット付圧力スイッチがそれぞれ配設され、
ＯＮ状態の前記第１、第２の下限リミット付圧力スイッチに対応する前記配管経路の燃料の圧力、前記配管経路の燃焼空気の圧力が所定の下限圧力値以下になった場合には、該当する前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信され、この下限圧力値検知信号が判定部に入力されるように構成されており、前記判定部で少なくともいずれかの前記圧力スイッチから下限圧力値検知信号が発信されたと判断された場合には、前記判定部より異常信号を送出する異常信号送出工程と、
この異常信号送出工程で送出された異常信号に基づき、警告発報部より警告を発報する警告発報工程と、
を有したことを特徴とする加熱炉の燃焼監視方法。
【請求項３】
請求項１に記載の加熱炉の燃焼監視装置と、
前記判定部から送出された異常信号に基づき、前記配管経路の燃料の圧力または前記配管経路の燃焼空気の圧力の少なくともいずれかが所定の下限圧力値以下になった蓄熱式バーナのバーナ本体に係る燃料切替弁を少なくとも閉じるための弁閉信号を送出する弁閉信号送出部と、
を備えたことを特徴とする加熱炉の燃焼制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−９４９０６（Ｐ２０１１−９４９０６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０５７３（Ｐ２００９−２５０５７３）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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