JP2003329240A

JP2003329240A - 加熱炉

Info

Publication number: JP2003329240A
Application number: JP2002131839A
Authority: JP
Inventors: Soichi Takamichi; 創一高道; Masaki Osako; 昌樹大迫; Kazuma Kiyohira; 一眞清飛羅; Hitoshi Inoue; 仁司井上; Kazushige Yoshida; 和茂美田
Original assignee: SHINKO TANZO KK; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: SHINKO TANZO KK; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】低廉化を図りながら省エネルギー化を図るこ
とができる加熱炉を提供する。【解決手段】燃料と燃焼用空気とが供給されて、炉内
２で燃料を燃焼させるバーナ３と、炉内２の酸素濃度を
調節するための濃度調節用酸素含有ガスを炉内２に供給
する酸素含有ガス供給部４とが設けられた加熱炉であっ
て、炉内２の燃焼排ガスを排出する排気経路５が設けら
れ、バーナ３に供給される燃焼用空気を排気経路５にて
排出される燃焼排ガスと熱交換させて予熱する対燃焼用
空気熱交換部Ｋｆと、酸素含有ガス供給部４に供給され
る濃度調節用酸素含有ガスを排気経路５にて排出される
燃焼排ガスと熱交換させて予熱する対濃度調節用酸素含
有ガス熱交換部Ｋｄとが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と燃焼用空気
とが供給されて、炉内で燃料を燃焼させるバーナと、前
記炉内の酸素濃度を調節するための濃度調節用酸素含有
ガスを前記炉内に供給する酸素含有ガス供給部とが設け
られた加熱炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる加熱炉は、炉内の酸素濃度を調節
するための濃度調節用酸素含有ガスを炉内に供給する酸
素含有ガス供給部を設けて、その酸素含有ガス供給部か
ら濃度調節用酸素含有ガスを炉内に供給することによ
り、炉内の酸素濃度を、炉内加熱用のバーナによって単
に燃料を燃焼用空気にて燃焼させるだけでは得られない
程度の高い酸素濃度に調節可能なようにしたものであ
る。つまり、加熱対象物を加熱処理するに当たって、例
えば、チタンを鍛造加熱処理する場合のように、単にバ
ーナを燃焼させるだけでは得られない程度の高い酸素濃
度雰囲気にて加熱する処理（以下、高酸素濃度加熱処理
と略記する場合がある）が必要となる場合があり、かか
る加熱炉は、このような高酸素濃度加熱処理が可能なよ
うに構成したものである。

【０００３】高酸素濃度加熱処理が可能なようにするた
めに燃焼用空気とは別の濃度調節用酸素含有ガスを供給
する必要がある点について説明を加えると、バーナを安
定して燃焼させることが可能な燃焼用空気量は、通常、
空気比で１．１〜１．４の範囲であり、そして、例えば
空気比で１．２に対応する量の燃焼用空気をバーナに供
給して燃料を燃焼させるだけでは、炉内の酸素濃度は４
％程度にしかならず、高酸素濃度加熱処理では例えば８
〜１２％程度の高酸素濃度に調節する必要がある。そこ
で、燃焼用空気とは別の濃度調節用酸素含有ガスを酸素
含有ガス供給部から炉内に供給して、炉内の酸素濃度を
高酸素濃度に調節するように構成してある。

【０００４】かかる加熱炉においては、省エネルギー化
が望まれるものであり、本発明の発明者は、特願２００
１−３１７６９０号にて、バーナを、交互に燃焼状態に
切り換えられ且つ蓄熱手段を備える複数の燃焼部を備え
て、それら燃焼部のうち燃焼停止中の燃焼部の蓄熱手段
を前記炉内からの燃焼排ガスの通過により加熱させ、そ
れら燃焼部のうち燃焼中の燃焼部の燃焼用空気を蓄熱手
段によって予熱する蓄熱燃焼形式に構成し、炉内の酸素
濃度を調節するための濃度調節用酸素含有ガスとして、
常温の空気を送風手段にて酸素含有ガス供給部に供給す
るように構成したものを提案した。つまり、バーナを蓄
熱燃焼形式に構成して、燃焼排ガスからの排熱回収によ
り燃焼用空気を予熱するようにすることにより、炉内を
所定の温度に加熱するに当たって、燃料消費量を低減で
きるようにして、省エネルギー化を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃焼用
空気を燃焼排ガスからの排熱回収により予熱するように
することにより、省エネルギー化はある程度図れるもの
の、未だ不十分であり、一層の省エネルギー化を図る上
で改善の余地があった。又、バーナを蓄熱燃焼形式にす
るためには、複数の燃焼部のそれぞれに蓄熱手段を設け
て、複数の燃焼部を交互に燃焼状態に切り換えると共
に、蓄熱手段に燃焼排ガスを通流させる状態と燃焼用空
気を通流させる状態とに切り換えるように構成する必要
があるので、バーナの構成並びに加熱炉の全体構成が複
雑化し、もって、加熱炉の低廉化を図り難いという問題
があった。

【０００６】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、低廉化を図りながら省エネルギ
ー化を図ることができる加熱炉を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の加熱炉は、燃料と燃焼用空気とが供給
されて、炉内で燃料を燃焼させるバーナと、前記炉内の
酸素濃度を調節するための濃度調節用酸素含有ガスを前
記炉内に供給する酸素含有ガス供給部とが設けられたも
のであって、前記炉内の燃焼排ガスを排出する排気経路
が設けられ、前記バーナに供給される燃焼用空気を前記
排気経路にて排出される燃焼排ガスと熱交換させて予熱
する対燃焼用空気熱交換部と、前記酸素含有ガス供給部
に供給される濃度調節用酸素含有ガスを前記排気経路に
て排出される燃焼排ガスと熱交換させて予熱する対濃度
調節用酸素含有ガス熱交換部とが設けられている点を特
徴とする。即ち、バーナによって燃料が燃焼用空気にて
燃焼され並びに酸素含有ガス供給部から濃度調節用酸素
含有ガスが供給されることによって炉内に存在する燃焼
排ガスが、排気経路を通じて排出され、バーナに供給さ
れる燃焼用空気が、対燃焼用空気熱交換部にて燃焼排ガ
スとの熱交換により予熱され、酸素含有ガス供給部に供
給される濃度調節用酸素含有ガスが、対濃度調節用酸素
含有ガス熱交換部にて燃焼排ガスとの熱交換により予熱
される。そして、燃焼用空気及び濃度調節用酸素含有ガ
スの両方を、炉内から排出される燃焼排ガスとの熱交換
により予熱することから、従来のように燃焼用空気のみ
を予熱する場合に比べて、燃焼用空気及び濃度調節用酸
素含有ガスにて炉内に持ち込む熱量を多くすることが可
能となって、燃料消費量を低減することが可能となるの
で、一層の省エネルギー化を図ることができる。又、炉
内の燃焼排ガスはバーナとは別に設けた排気経路を通じ
て排出し、対燃焼用空気熱交換部にて予熱した燃焼用空
気をバーナに供給するようにすることにより、バーナと
しては、単に予熱されて供給される燃焼用空気にて燃料
を燃焼させるように構成すれば良く、バーナを従来の如
き蓄熱燃焼形式にする場合に比べて、バーナの構成並び
に加熱炉の全体構成を簡略化することができる。従っ
て、対燃焼用空気熱交換部及び対濃度調節用酸素含有ガ
ス熱交換部を設けるものの、従来に比べてバーナの構成
並びに加熱炉の全体構成を簡略化することができること
から、加熱炉の低廉化を図ることができる。要するに、
低廉化を図りながら省エネルギー化を図ることができる
加熱炉を提供することができるようになった。

【０００８】〔請求項２記載の発明〕請求項２に記載の
加熱炉は、請求項１において、前記対燃焼用空気熱交換
部及び前記対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部として機
能させる共用熱交換部と、その共用熱交換部に空気を送
風する送風手段とが設けられて、前記共用熱交換部にて
予熱された予熱空気が、燃焼用空気として前記バーナに
及び濃度調節用酸素含有ガスとして前記酸素含有ガス供
給部にそれぞれ供給されるように構成されている点を特
徴とする。即ち、送風手段を送風作動させると、送風手
段から送風される空気は、共用熱交換部にて燃焼排ガス
との熱交換により予熱されたのち、燃焼用空気としてバ
ーナに及び濃度調節用酸素含有ガスとして酸素含有ガス
供給部にそれぞれ供給される。つまり、送風手段を燃焼
用空気の供給用及び濃度調節用酸素含有ガスの供給用と
して共用するようにし、且つ、共用熱交換部を対燃焼用
空気熱交換部及び対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部と
して機能させるようにすることにより、送風手段及び熱
交換部の設置数を少なくすることが可能となり、しか
も、空気を送風手段から熱交換部を経由してバーナ及び
酸素含有ガス供給部のそれぞれに導くための送風経路を
簡略化することが可能となる。ちなみに、送風手段を燃
焼用空気の供給用及び濃度調節用酸素含有ガスの供給用
として各別に設けたり、対燃焼用空気熱交換部及び対濃
度調節用酸素含有ガス熱交換部を別個に設けることが想
定されるが、この場合は、送風手段や熱交換部の設置数
が多くなり、しかも、空気を送風手段から熱交換部を経
由してバーナ及び酸素含有ガス供給部のそれぞれに導く
ための送風経路が複雑化する。従って、送風手段及び熱
交換部の設置数の少数化並びに空気を送風手段から熱交
換部を経由してバーナ及び酸素含有ガス供給部のそれぞ
れに導くための送風経路の簡略化により、加熱炉の低廉
化を一段と図ると共に、更に、加熱炉の小型化を図るこ
とができるようになった。

【０００９】〔請求項３記載の発明〕請求項３に記載の
特徴構成は、請求項１又は２において、前記酸素含有ガ
ス供給部に濃度調節用酸素含有ガスを供給する状態と供
給しない状態とに切り換える切換手段が設けられている
点を特徴とする。即ち、切換手段を、酸素含有ガス供給
部に濃度調節用酸素含有ガスを供給する状態（以下、供
給状態と略記する場合がある）に切り換えることによ
り、酸素含有ガス供給部から濃度調節用酸素含有ガスが
炉内に供給され、一方、切換手段を、酸素含有ガス供給
部に濃度調節用酸素含有ガスを供給しない状態（以下、
停止状態と略記する場合がある）に切り換えると、酸素
含有ガス供給部から炉内への濃度調節用酸素含有ガスの
供給が停止される。つまり、切換手段を供給状態に切り
換えると、酸素含有ガス供給部から濃度調節用酸素含有
ガスが炉内に供給されて、炉内の酸素濃度が、単にバー
ナを燃焼させるだけでは得られない程度の高酸素濃度に
調節されるので、高酸素濃度加熱処理が可能となり、一
方、切換手段を停止状態に切り換えると、酸素含有ガス
供給部から炉内への濃度調節用酸素含有ガスの供給が停
止されて、炉内の酸素濃度は、バーナを供給される燃焼
用空気にて燃焼させることにより現出する酸素濃度とな
り、高酸素濃度加熱処理よりも低い酸素濃度雰囲気にて
加熱する処理（以下、低酸素濃度加熱処理と略記する場
合がある）が可能となる。従って、高酸素濃度加熱処理
が可能な運転状態と、その高酸素濃度加熱処理よりも低
い酸素濃度の雰囲気にて加熱処理する低酸素濃度加熱処
理が可能な運転状態とに切り換えて運転することが可能
となるので、加熱炉の汎用性を向上することができるよ
うになった。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。図１に示すように、加熱炉は、
ガス燃料と燃焼用空気Ａとが供給されて、炉壁１にて区
画された炉内２でガス燃料を燃焼させる４台のバーナ３
と、炉内２の酸素濃度を調節するための濃度調節用酸素
含有ガスとして濃度調節用空気Ａを炉内２に供給する酸
素含有ガス供給部としての空気供給口４とを備えて構成
してある。

【００１１】４台のバーナ３は、２台ずつを炉壁１の左
右の対向する側壁部に振り分けて設け、各側壁部におい
ては、２台のバーナ３を水平方向に間隔をあけて並べて
設け、炉壁１の左右の各側壁部には、空気供給口４を各
バーナ３に隣接させて設けてある。

【００１２】炉壁１には、炉内２から燃焼排ガスＥを排
出する煙突５を接続して、その煙突５にて、炉内２の燃
焼排ガスＥを排出する排気経路を構成するようにしてあ
る。そして、バーナ３に供給される燃焼用空気Ａを煙突
５にて排出される燃焼排ガスＥと熱交換させて予熱する
対燃焼用空気熱交換部Ｋｆと、空気供給口４に供給され
る濃度調節用空気Ａを煙突５にて排出される燃焼排ガス
Ｅと熱交換させて予熱する対濃度調節用酸素含有ガス熱
交換部としての対濃度調節用空気熱交換部Ｋｄとを設け
てある。

【００１３】そして、本実施形態においては、対燃焼用
空気熱交換部Ｋｆ及び対濃度調節用酸素含有ガス熱交換
部Ｋｄとして機能させる共用熱交換部としての共用熱交
換器６と、その共用熱交換器６に空気を送風する送風手
段としての送風機８を設け、共用熱交換器６にて予熱さ
れた予熱空気を、燃焼用空気Ａとしてバーナ３に及び濃
度調節用空気Ａとして空気供給口４にそれぞれ供給する
ように構成してある。

【００１４】説明を加えると、共用熱交換器６は、煙突
５に、その煙突５を通流する燃焼排ガスＥを加熱側の流
体とする状態で設け、空気供給路７を、送風機８にて送
風される空気を共用熱交換器６を経由して導くように設
けて、共用熱交換器６にて、送風機８からの空気を煙突
５を通流する燃焼排ガスＥとの熱交換により予熱するよ
うに構成してある。空気供給路７を、燃焼用空気供給路
９と濃度調節用空気供給路１０とに分岐させ、燃焼用空
気供給路９は４台のバーナ３に接続し、濃度調節用空気
供給路１０は４個の空気供給口４に接続して、共用熱交
換器６にて燃焼排ガスＥとの熱交換により予熱した空気
を、燃焼用空気供給路９を通じて燃焼用空気Ａとして各
バーナ３に供給し、濃度調節用空気供給路１０を通じて
濃度調節用空気Ａとして各空気供給口４に供給するよう
に構成してある。

【００１５】燃焼用空気供給路９には４台のバーナ３へ
の燃焼用空気の供給量の合計量を調節する燃焼用空気量
制御弁１１を設け、濃度調節用空気供給路１０には、４
個の空気供給口４への濃度調節用空気の供給を断続自在
で且つ濃度調節用空気の供給量の合計量を調節自在な濃
度調節用空気量制御弁１２を設け、煙突５には、燃焼排
ガスの排気量を調節して、炉内圧力を調節する炉内圧力
制御弁１３を設けてある。つまり、濃度調節用空気量制
御弁１２は、空気供給口４に濃度調節用空気を供給する
状態と供給しない状態とに切り換える切換手段として機
能する。

【００１６】そして、送風機８を作動させると、送風機
８からの空気Ａが共用熱交換器６にて燃焼排ガスＥとの
熱交換により予熱されたのち、空気供給路７及び燃焼用
空気供給路９を通じて燃焼用空気Ａとして各バーナ３に
供給され、更に、濃度調節用空気量制御弁１２を開弁す
ると、前述のように共用熱交換器６にて予熱された空気
Ａが、濃度調節用空気Ａとして空気供給路７及び濃度調
節用空気供給路１０を通じて４個の空気供給口４に導か
れて、それら４個の空気供給口４から炉内２に供給され
ることとなる。ちなみに、燃焼用空気及び濃度調節用空
気は、例えば、５００〜６００°Ｃの範囲の温度に予熱
する。

【００１７】各バーナ３には、都市ガス（１３Ａ）等の
ガス燃料を導くガス燃料供給路１４から分岐させたガス
燃料個別供給路１４ｄを接続してある。そして、ガス燃
料供給路１４には、均圧弁１５を設け、各ガス燃料個別
供給路１４ｄには、バーナ３へのガス燃料の供給を断続
するガス燃料用電磁弁１６を設けてある。均圧弁１５
は、燃焼用空気量制御弁１１にて供給量が制御されて燃
焼用空気供給路９を通流する燃焼用空気Ａの圧力が制御
用圧力として制御圧力印加路１５ｒにて印加されて、そ
の制御用圧力に応じて制御用圧力が大になるほどガス燃
料の供給圧を高くしてガス燃料の供給量が多くなるよう
に、４台のバーナ３へのガス燃料の供給量の合計量を制
御するように構成してある。

【００１８】更に、炉内２の温度を検出する温度センサ
１７、炉内２の酸素濃度を検出する酸素センサ１８、及
び、炉内２の圧力を検出する圧力センサ１９を設けてあ
る。

【００１９】図２に示すように、加熱炉の運転を制御す
る運転制御部２０、及び、その運転制御部２０に各種の
制御情報を指令する操作盤２１を設けてある。操作盤２
１には、図示を省略するが、運転開始及び停止を指令す
る運転スイッチ、各種運転モードの指令を行うモード設
定部、炉内２を加熱するための目標加熱温度を設定する
目標温度設定部、炉内２の雰囲気の酸素濃度を調節する
ための目標酸素濃度を設定する目標酸素濃度設定部、炉
内２の圧力を調節するための目標炉内圧を設定する目標
炉内圧設定部等を備えてある。モード設定部により、低
酸素濃度運転モード及び高酸素濃度運転モード等を指令
することができる。

【００２０】図２に示すように、運転制御部２０は、温
度センサ１７、酸素センサ１８及び圧力センサ１９夫々
の検出情報、並びに、操作盤２１からの指令情報が入力
されるように構成すると共に、それらの入力情報に基づ
いて、送風機８、燃焼用空気量制御弁１１、濃度調節用
空気量制御弁１２、炉内圧力制御弁１３、及び、４個の
ガス燃料用電磁弁１６夫々の作動を制御するように構成
してある。

【００２１】以下、運転制御部２０の制御動作について
説明する。運転制御部２０は、操作盤２１から運転開始
が指令されると共に、高酸素濃度運転モードが指令され
ると、送風機８を作動させ、４個のガス燃料用電磁弁１
６を開弁して、各バーナ３の点火プラグ（図示省略）を
作動させて、各バーナ３を燃焼させ、並びに、濃度調節
用空気量制御弁１２を開弁し、続いて、炉内温度を操作
盤２１の目標温度設定部にて設定された目標加熱温度に
維持する燃焼制御、炉内圧を操作盤２１の目標炉内圧設
定部にて設定された目標炉内圧に維持する炉内圧制御、
及び、炉内２の酸素濃度を操作盤２１の目標酸素濃度設
定部にて設定された目標酸素濃度に維持する酸素濃度制
御を並行して実行し、操作盤２１から運転停止が指令さ
れると、４個のガス燃料用電磁弁１６閉弁すると共に送
風機８を停止させることにより、４台のバーナ３の燃焼
を停止させて、加熱炉の運転を停止させる。

【００２２】又、操作盤２１から運転開始が指令される
と共に、低酸素濃度運転モードが指令されると、送風機
８を作動させ、４個のガス燃料用電磁弁１６を開弁し
て、各バーナ３の点火プラグ（図示省略）を作動させ
て、各バーナ３を燃焼させると共に、濃度調節用空気量
制御弁１２を閉弁し、続いて、前記燃焼制御及び前記炉
内圧制御を並行して実行し、操作盤２１から運転停止が
指令されると、４個のガス燃料用電磁弁１６閉弁すると
共に送風機８を停止させることにより、４台のバーナ３
の燃焼を停止させて、加熱炉の運転を停止させる。

【００２３】次に、前記燃焼制御について説明を加え
る。温度センサ１７にて検出される炉内温度が目標加熱
温度になるように、燃焼用空気量制御弁１１を制御す
る。具体的には、検出炉内温度が目標加熱温度に対して
低い場合は、低くなるほど開度が大になるように、又、
検出炉内温度が目標加熱温度に対して高い場合は、高く
なるほど開度が小になるように、燃焼用空気量制御弁１
１を制御する。従って、燃焼用空気量制御弁１１の開度
が大になると、燃焼用空気供給路９を通流する燃焼用空
気の流量が多くなって圧力が高くなり、それに伴って、
制御圧力印加路１５ｒにて均圧弁１５に印加される制御
用圧力が高くなり、均圧弁１５の開度が大となってガス
燃料供給路１４を流れるガス燃料の流量が多くなるの
で、バーナ３へのインプットが多くなる。又、逆に、燃
焼用空気量制御弁１１の開度が小になると、燃焼用空気
供給路９を通流する燃焼用空気の流量が少なくなって圧
力が低くなり、それに伴って、制御圧力印加路１５ｒに
て均圧弁１５に印加される制御用圧力が低くなり、均圧
弁１５の開度が小となってガス燃料供給路１４を流れる
ガス燃料の流量が少なくなるので、バーナ３へのインプ
ットが少なくなる。

【００２４】尚、燃焼用空気量制御弁１１の開度調節に
よりバーナ３への燃焼用空気の供給量が調節され、その
燃焼用空気量制御弁１１の開度調節に伴って、均圧弁１
５の開度が調節されてバーナ３へのガス燃料の供給量が
調節されることになるが、そのように互いに関連付けて
調節されるバーナ３へのガス燃料の供給量と燃焼用空気
の供給量との関係は、バーナ３を安定して燃焼させるこ
とができる関係、即ち、空気比にて例えば１．１〜１．
４の間の所定の値に維持されるように構成してある。

【００２５】次に、前記炉内圧制御について説明を加え
る。圧力センサ１９にて検出される炉内圧が目標炉内圧
設定部にて設定される目標炉内圧になるように、炉内圧
力制御弁１３を制御する。具体的には、検出炉内圧が目
標炉内圧に対して低くなるほど開度を小にして排気量を
少なくするように、且つ、検出炉内圧が目標炉内圧に対
して高くなるほど開度を大にして排気量を多くするよう
に、炉内圧力調節弁１３を制御する。ちなみに、前記炉
内圧制御により、炉内２の圧力を、例えば、炉外の圧力
（大気圧）に対して、−４．９〜＋９．８Ｐａの範囲の
差圧となるように調節する。

【００２６】次に、前記酸素濃度制御について説明を加
える。酸素センサ１８にて検出される炉内２の酸素濃度
が目標酸素濃度設定部にて設定される目標酸素濃度にな
るように、濃度調節用空気量制御弁１２を制御する。具
体的には、検出酸素濃度が目標酸素濃度に対して低くな
るほど開度を大にして濃度調節用空気の供給量を多くす
るように、且つ、検出酸素濃度が目標酸素濃度に対して
高くなるほど開度を小にして濃度調節用空気の供給量を
少なくするように、濃度調節用空気量制御弁１２を制御
する。

【００２７】従って、高酸素濃度運転モードにおいて
は、空気供給口４からの濃度調節用空気の供給量の調節
により、炉内２の酸素濃度が目標酸素濃度設定部にて設
定された目標酸素濃度になるように調節されることか
ら、バーナ３を供給される燃焼用空気にて燃焼させるだ
けでは得られない程度の高酸素濃度に、炉内２の酸素濃
度を調節することが可能となる。そこで、高酸素濃度運
転モードにて運転することにより、高酸素濃度加熱処理
を行うことができ、例えば、炉内２の酸素濃度を８〜１
２％程度の高酸素濃度に維持し、炉内の温度を９００°
Ｃ程度に維持して、チタンの鍛造加熱処理を行うことが
できる。

【００２８】低濃度運転モードにおいては、濃度調節用
空気量制御弁１２が閉弁されて、空気供給口４から炉内
２への濃度調節用空気の供給が停止され、又、酸素濃度
制御が実行されないので、炉内２の酸素濃度は、バーナ
３を設定空気比にて燃焼させることにより現出する酸素
濃度となり、例えば、空気比が１．２に設定される場合
は、炉内２の酸素濃度は４％程度になる。又、酸素濃度
調整用の空気を供給することがなくて、炉内１の熱負荷
を小さくすることが可能となるので、炉内１を高酸素濃
度運転モードによる運転よりも少ない燃料消費量で加熱
することが可能となる。従って、低酸素濃度運転モード
にて運転することにより、バーナ３を供給される燃焼用
空気にて燃焼させるだけで得られる酸素濃度以上に炉内
１の酸素濃度を高くする必要がない低酸素濃度加熱処理
や、又、そのように炉内１の酸素濃度を高くする必要が
なく、しかも、例えば１２００°Ｃ以上の高温が必要な
高温での低酸素濃度加熱処理、例えば、普通鋼、ステン
レス鋼等の通常の鍛造加熱処理を行うことができる。

【００２９】次に、上述のように燃焼用空気及び濃度調
節用空気の両方を燃焼排ガス（即ち排気に相当する。以
下同様）にて予熱するように構成した本願発明の加熱炉
（以下、発明加熱炉と称する場合がある）による省エネ
ルギーを、燃焼用空気は燃焼排ガスにて予熱するものの
濃度調節用空気は予熱せずに常温にて炉内２に供給する
ように構成した従来の加熱炉（以下、従来リジェネ加熱
炉と称する場合がある）と比較して検証した結果を説明
する。

【００３０】検証試験においては、下記の数１にて、発
明加熱炉及び従来リジェネ加熱炉のそれぞれについてガ
ス消費量Ｍを求め、発明加熱炉について求めたガス消費
量Ｍｉと従来リジェネ加熱炉について求めたガス消費量
Ｍｃとから、下記の数４にて、節約率Ｓ_Bを求めて、発
明加熱炉による省エネルギーを検証した。検証試験の条
件は、ガス燃料として１３Ａの都市ガスを用い、バーナ
３の空気比（燃焼用空気供給量に対応する空気比）は
１．１に設定し、炉内２の酸素濃度は１０％に調節し、
燃焼排ガスの温度は９００°Ｃである。又、発明加熱炉
においては、燃焼用空気及び濃度調節用空気を５００°
Ｃに予熱し、従来リジェネ加熱炉においては燃焼用空気
を７００°Ｃに予熱した。

【００３１】そして、発明加熱炉では、ガス消費量Ｍｉ
はＱｏ／２９１５０となり、従来リジェネ加熱炉では、
ガス消費量ＭｃはＱｏ／２７０２５となり、節約率Ｓ_B
は７．３％となり、発明加熱炉によれば、従来リジェネ
加熱炉に比べて７．３％の省エネルギーを図ることが可
能となることが検証できた。

【００３２】

【数１】

【００３３】但し、Ｍ：ガス消費量（ｍ³／ｈ）Ｑｏ：必要熱量（ｋＷ）Ｈ_L：低位発熱量（ｋＪ／ｍ³（標準状態）、１３Ａの
場合は４１５６７）ｑ：予熱空気の持ち込む熱量（ｋＪ／ｍ³、下記の数２
にて求められる）Ｇｏｗ：理論湿り排気量（ｍ³（標準状態）／ｍ³（標
準状態）、１３Ａの場合は１２．１）ｍ：燃焼用空気及び濃度調節用空気を合わせた合計空気
供給量に対応する空気比（下記の数３にて求められ、本
実施形態では１．８２である）Ａｏ：理論空気量（ｍ³（標準状態）／ｍ³（標準状
態）、１３Ａの場合は１１）Ｃｐ：排気の平均比熱（１．３８ｋＪ／ｍ³（標準状
態）°Ｃ）Ｔ：排気温度（°Ｃ、本実施形態では９００°Ｃであ
る。）

【００３４】

【数２】ｑ＝ｍ’×Ａｏ×Ｃｐ’×ｔ

【００３５】但し、ｍ’：予熱されて供給される予熱空気に対応する空気比Ｃｐ’：予熱空気の平均比熱（１．３８ｋＪ／ｍ³（標
準状態）°Ｃ）ｔ：予熱空気の温度（°Ｃ、本実施形態においては、発
明加熱炉では５００°Ｃ、従来リジェネ加熱炉では７０
０°Ｃである。）

【００３６】尚、予熱空気の持ち込む熱量ｑを算出する
に当たっては、発明加熱炉においては、燃焼用空気及び
濃度調節用空気の両方を予熱するので、空気比ｍ’は下
記の数３にて求められる１．８２とするが、従来リジェ
ネ加熱炉では、燃焼用空気のみを予熱するので、空気比
ｍ’は、バーナ３の空気比である１．１とする。

【００３７】

【数３】

【００３８】但し、Ｇｏ：理論乾き排気量（ｍ³（標準状態）／ｍ³（標準
状態）、１３Ａの場合は９．９）〔Ｏ₂〕：乾き排気中残存酸素濃度（％、炉内２の酸素
濃度に相当し、本実施形態では１０％）

【００３９】上記の数３により、〔Ｏ₂〕、即ち、炉内
２の酸素濃度が１０％のときの空気比ｍを求めると、ｍ
＝１．８２になる。

【００４０】

【数４】Ｓ_B＝（１−Ｍｉ／Ｍｃ）×１００

【００４１】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。（イ）上記の実施形態においては、対燃焼用空気熱交
換部Ｋｆ及び対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部Ｋｄと
して機能させる共用熱交換器６を設ける場合について例
示したが、対燃焼用空気熱交換部Ｋｆ及び対濃度調節用
酸素含有ガス熱交換部Ｋｄを別個に設けても良い。その
場合、対燃焼用空気熱交換部Ｋｆ及び対濃度調節用酸素
含有ガス熱交換部Ｋｄに送風する送風手段としては、対
燃焼用空気熱交換部Ｋｆ及び対濃度調節用酸素含有ガス
熱交換部Ｋｄの両方に送風する共用の１台の送風手段を
設けても良いし、２台の送風手段を対燃焼用空気熱交換
部Ｋｆ及び対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部Ｋｄに各
別に対応させる状態で設けても良い。対燃焼用空気熱交
換部Ｋｆ及び対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部Ｋｄを
別個に設ける場合は、燃焼用空気及び濃度調節用空気そ
れぞれの予熱温度を異ならせても良い。

【００４２】（ロ）バーナ３の設置数及び空気供給口
４の設置数は、上記の実施形態において例示した４個に
限定されるものではなく、４個よりも多くても少なくて
も良く、１個でも良い。又、バーナ３の設置数と空気供
給口４の設置数とを異ならせても良い。

【００４３】（ハ）燃焼用空気及び濃度調節用空気そ
れぞれの予熱温度は、処理条件（目標加熱温度やバーナ
３の空気比等）に応じて、上記の実施形態において例示
した５００〜６００°Ｃの範囲外にも設定可能である。
但し、４００°Ｃよりも低くすると、省エネルギーの効
果が小さくなる。又、６００°Ｃよりも高くすると、省
エネルギーの効果は大きくなるものの、排熱回収率を高
くするために、対燃焼用空気熱交換部Ｋｆ及び対濃度調
節用空気熱交換部Ｋｄの伝熱面積を大きくする必要があ
って、対燃焼用空気熱交換部Ｋｆ及び対濃度調節用空気
熱交換部Ｋｄがコストアップする傾向となる。従って、
省エネルギー及び低廉化の両方を図る上では、燃焼用空
気及び濃度調節用空気それぞれの予熱温度は、４００〜
６００°Ｃの範囲が好まく、５００〜６００°Ｃの範囲
が更に好ましい。

【００４４】（ニ）上記の実施形態においては、空気
供給口４に濃度調節用空気を供給する状態と供給しない
状態とに切り換える切換手段としての濃度調節用空気量
制御弁１２を設けて、高酸素濃度運転モードと低酸素濃
度運転モードとに運転を切り換え可能なように構成する
場合について例示したが、切換手段を省略して、高酸素
濃度運転モードのみの運転が可能なように構成しても良
い。

【００４５】（ホ）高酸素濃度運転モードにおいて調
節する炉内２の酸素濃度は、加熱対象物や処理条件等に
応じて、上記の実施形態において例示した範囲外にも種
々に調節することができる。

【００４６】（ヘ）空気供給口４から炉内２に供給す
る濃度調節用酸素含有ガスとしては、上記の実施形態に
おいて例示した空気に限定されるものではなく、例え
ば、酸素濃度を高くした酸素富化空気又は純酸素でも良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態にかかる加熱炉の全体構成を示すブロ
ック図

【図２】実施形態にかかる加熱炉の制御構成を示すブロ
ック図

【符号の説明】

２炉内３バーナ４酸素含有ガス供給部５排気経路６共用熱交換部８送風手段１２切換手段Ｋｄ対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部Ｋｆ対燃焼用空気熱交換部

フロントページの続き (72)発明者大迫昌樹大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者清飛羅一眞大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者井上仁司大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者美田和茂兵庫県高砂市梅井五丁目２番７号振興鍛造株式会社内Ｆターム(参考） 3K023 JA01 QA03 QB01 QC08 4K056 AA08 BB01 CA02 CA04 DA02 DA22 DA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と燃焼用空気とが供給されて、炉内
で燃料を燃焼させるバーナと、前記炉内の酸素濃度を調節するための濃度調節用酸素含
有ガスを前記炉内に供給する酸素含有ガス供給部とが設
けられた加熱炉であって、前記炉内の燃焼排ガスを排出する排気経路が設けられ、前記バーナに供給される燃焼用空気を前記排気経路にて
排出される燃焼排ガスと熱交換させて予熱する対燃焼用
空気熱交換部と、前記酸素含有ガス供給部に供給される濃度調節用酸素含
有ガスを前記排気経路にて排出される燃焼排ガスと熱交
換させて予熱する対濃度調節用酸素含有ガス熱交換部と
が設けられている加熱炉。
【請求項２】前記対燃焼用空気熱交換部及び前記対濃
度調節用酸素含有ガス熱交換部として機能させる共用熱
交換部と、その共用熱交換部に空気を送風する送風手段
とが設けられて、前記共用熱交換部にて予熱された予熱空気が、燃焼用空
気として前記バーナに及び濃度調節用酸素含有ガスとし
て前記酸素含有ガス供給部にそれぞれ供給されるように
構成されている請求項１記載の加熱炉。
【請求項３】前記酸素含有ガス供給部に濃度調節用酸
素含有ガスを供給する状態と供給しない状態とに切り換
える切換手段が設けられている請求項１又は２記載の加
熱炉。