JP2010091239A

JP2010091239A - 炉圧制御装置および炉圧制御方法

Info

Publication number: JP2010091239A
Application number: JP2008264494A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Aoki; 康修青木
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP5405794B2

Abstract

【課題】炉圧計や制御弁や制御機やダンパが不要で、部品点数が少なく、炉内の高温に直接曝される部品がなく、可動部分が少なくて信頼性や耐久性に優れると共に調整が特に必要なく、電力を必要とせず、安価である、炉圧制御装置・方法を提供する。
【解決手段】炉１に加熱手段としての燃焼装置２を設けると共に排気煙道３を接続し、前記排気煙道３に制圧用空気流路４を接続し、前記制圧用空気流路４に均圧弁５を設けた炉圧制御装置である。均圧弁５は、内部にダイヤフラム５１にて仕切られた一次室５２と二次室５３とを有し、一次室５２と二次室５３はそれぞれ内外を連通する導入孔５２ａ、５３ａを備える。一次室５２の導入孔５２ａと炉１に形成され炉１の内外を連通する導出孔との間に導圧管１３を接続すると共に、二次室５３の導入孔５３ａと目標圧力の気体を有する空間とを連通し、ダイヤフラム５１に接続された弁体６にて制圧用空気流路４の開度を調節する。
【選択図】図２

Description

本発明は、工業炉等の炉の圧力を制御する炉圧制御装置および炉圧制御方法に関するものである。

従来より、工業炉等の炉の圧力を制御するには、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３に示されるものにあっては、炉に圧力を計測する炉圧計を設け、電動の制御弁を備えた制圧用空気流入路を炉に接続すると共に前記制御弁を駆動する制御機を設け、前記炉圧計の計測信号を基に、前記制御弁を制御して制圧用空気流路を介して流入させる制圧用空気の流量を調整して、炉内の圧力を制御するものであった。

また特許文献４に示されるものは、炉に圧力を計測する炉圧計を設け、炉に炉内の排気ガスを排出する排気煙道を接続すると共に、前記排気煙道内にダンパを設け、前記炉圧計の計測信号を基に、前記ダンパを制御して炉内の圧力を制御するものであった。
特願平６−１０２０７３号特開２００１−８２７３７公報特開２００２−２２０６２０号公報特公昭６１−３４０４８号公報

上記従来例にあっては、炉に炉圧計を設けたり、電動の制御弁や制御機を設けたり、排気煙道内にダンパを設けたりする必要があった。このため、部品点数が多くなってしまい、制御弁や制御機やダンパ等は可動部分があり、且つ高温に曝されるため信頼性や耐久性に劣り調整が必要であり、また電力が必要である、といった欠点があるものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、炉圧計や制御弁や制御機やダンパが不要で、部品点数が少なく、炉内の高温に直接曝される部品がなく、可動部分が少なくて信頼性や耐久性に優れると共に調整が特に必要なく、電力を必要とせず、安価である、炉圧制御装置および炉圧制御方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、炉１に加熱手段としての燃焼装置２を設けると共に排気煙道３を接続し、前記排気煙道３に制圧用空気流路４を接続し、前記制圧用空気流路４に均圧弁５を設けた炉圧制御装置であって、均圧弁５は、内部に弁体６が接続されるダイヤフラム５１にて仕切られた一次室５２と二次室５３とを有し、一次室５２と二次室５３はそれぞれ内外を連通する導入孔５２ａ、５３ａを備え、一次室５２の導入孔５２ａと炉１に形成され炉１の内外を連通する導出孔との間に導圧管１３を接続すると共に、二次室５３の導入孔５３ａと目標圧力の気体を有する空間とを連通し、二次室５３の圧力と比較して一次室５２の圧力が高い程、制圧用空気流路４の開度を小さくして成ることを特徴とするものである。

上記のような均圧弁５を用いることで、従来例と異なり、炉圧計や制御弁や制御機やダンパが不要で、部品点数を少なくすることができ、また、炉１内の高温に直接曝される部品がなく、また、可動部分がダイヤフラム５１（および弁体６）のみと少ないため信頼性や耐久性に優れると共に調整が特に必要なく、また、電力を必要とせず、安価に行うことが可能となる。

また請求項２に係る発明は、加熱手段としての燃焼装置２を備えると共に排気煙道３を接続してなる炉１の炉圧制御方法であって、前記排気煙道３に制圧用空気流路４を接続すると共に、前記制圧用空気流路４に内部にダイヤフラム５１にて仕切られた一次室５２と二次室５３とを有する均圧弁５を設け、一次室５２に炉１内の気体を導入して一次室５２の気圧を炉圧と略同じにすると共に、二次室５３に目標圧力の気体を導入して二次室５３の気圧を目標圧力とし、二次室５３の圧力と比較して一次室５２の圧力が高い程、制圧用空気流路４の開度を小さくするように調節して制圧用空気の流量を制御し、炉圧を目標圧力とすることを特徴とするものである。

上記のような均圧弁５を用いた方法とすることで、従来例と異なり、炉圧計や制御弁や制御機やダンパが不要で、部品点数を少なくすることができ、また、炉１内の高温に直接曝される部品がなく、また、可動部分がダイヤフラム５１（および弁体６）のみと少ないため信頼性や耐久性に優れると共に調整が特に必要なく、また、電力を必要とせず、安価に行うことが可能となる。

本発明にあっては、簡単な構成で容易に安価に炉圧を一定に維持することが可能となるものである。

以下、本発明の一実施形態について図１に基づいて説明する。

炉１は、例えば鍛造炉をはじめとする加熱炉や熱処理炉といった様々な工業炉が挙げられるが、他の炉であってもよく特に限定されない。

炉１は、炉壁１１、炉床、炉天井に囲まれて密閉される炉内空間を有し、炉壁１１に出入口を形成して開閉自在な扉を設けてある。また、炉壁１１又は炉天井に排気口１２を設けると共に、前記排気口１２に内部が排気煙道３となるダクト３０を接続してある。そして、炉壁１１に加熱手段としての燃焼装置２を設けてある。図中の符号２０は燃焼装置２に空気を送るためのブロアであり、符号３１は排気煙道３に設けられる誘引ファンである。

本発明では、排気煙道３を接続した炉１において、炉１内の圧力を適正に保つため制圧用空気を排気煙道３内に導入するもので、具体的には、排気煙道３に、内部が制圧用空気流路４となる制圧用空気管４０の下流側の端部を接続すると共に、制圧用空気管４０に均圧弁５を設けるものである。なお、制圧用空気流路４の上流側の端部は、本実施形態では大気に開放されている。

均圧弁５は、図２に示すように、外殻ケーシング５０ａを有する本体部５０と、本体部５０から突出する弁体６と、制圧用空気流路４に設けられ前記弁体６にて開度が調節される弁開口４２とで主体が構成される。

本体部５０は、密閉された内部にダイヤフラム５１にて仕切られた一次室５２と二次室５３とを有し、一次室５２と二次室５３のそれぞれの壁部に、内外を連通する導入孔５２ａ、５３ａを貫通して形成してある。そして、一次室５２の壁部に形成した導入孔５２ａと、炉１の炉壁１１に形成され炉１の内外を連通する導出孔との間に導圧管１３を接続する。導圧管１３を接続したことで、一次室５２と炉内空間とが連通し、一次室５２に炉１内の気体を導入して一次室５２の気圧を炉圧と略同じにすることが可能となる。

また、二次室５３の導入孔５３ａは、目標圧力の気体を有する空間と連通させるもので、前記空間と連通する流路を二次室５３の導入孔５３ａに接続したり、目標圧力の気体が大気である場合には導入孔５３ａを介して二次室５３を大気開放する。二次室５３に目標圧力の気体を導入して、二次室５３の気圧を目標圧力とすることができる。

ダイヤフラム５１には上述した弁体６が接続される。更に説明すると、弁体６は、基端部がダイヤフラム５１に接続され、中間部が外殻ケーシング５０ａの壁部に形成された挿通孔５０ｂを介して外殻ケーシング５０ａ外に突出し、その先端部が弁開口４２の開度を調節する弁部６１となっている。

制圧用空気管４０には、側壁の一部に貫通孔４１が形成され、この貫通孔４１と均圧弁５の外郭ケーシングの挿通孔５０ｂとを連通するように外殻ケーシング５０ａが取り付けられる。制圧用空気管４０の貫通孔４１と外郭ケーシングの挿通孔５０ｂは、弁体６の移動方向に垂直な断面における断面積と略同じとなっていて、弁体６が挿通されると隙間が閉塞され、貫通孔４１および挿通孔５０ｂを介した気体の流出入はない。そして、制圧用空気管４０の貫通孔４１を介して挿入される弁部６１に対応する位置に、上記弁開口４２が設けられる。弁開口４２は、制圧用空気管４０内に、制圧用空気流路４の流路面積を絞る絞りの絞られた開口として設けられるもので、本実施形態では、制圧用空気流路４に垂直な方向に移動する弁部６１に合わせて、弁開口４２も制圧用空気流路４に垂直な方向を向くように設けてある。

そして弁体６は、ダイヤフラム５１の撓みに応じて外殻ケーシング５０ａからの突出量が変化して、弁部６１の位置が移動し、弁部６１と弁開口４２との間の流路の面積が変化することで、開度が調節される。本実施形態では、図２に示すように、均圧弁５の本体部５０の制圧用空気管４０に近い方の空気室を一次室５２とすると共に他方を二次室５３とし、ダイヤフラム５１が一次室５２側に撓む程、制圧用空気流路４の開度が大きくなるものであるが、二次室５３側に撓む程開度が大きくなるようにも設定することができ、また、一次室５２と二次室５３の配置も逆に設定することができ、これらは任意に設計可能な事項である。

以上のように構成される炉圧制御装置を用いた炉圧制御方法について説明する。

まず、炉圧が目標圧力と同じである場合には、一次室５２と二次室５３の圧力が均衡し、ダイヤフラム５１は撓みのない自然状態となる。この時、開度が所定の値となって所定量の制圧用空気が流れる状態となり、この状態が平衡状態となって炉圧は一定（目標圧力）に維持される。

平衡状態から炉圧が低くなると、一次室５２の圧力が二次室５３の圧力よりも低くなってダイヤフラム５１は一次室５２側に撓み、弁体６が外殻ケーシング５０ａから突出する方向に移動して、開度が大きくなり、排気煙道３内に流入する制圧用空気の流量が増加する。排気煙道３内を上昇する排気ガスの温度よりも低い制圧用空気の流量が増加することで、排気煙道３内を上昇する排気ガスと制圧用空気とからなる新たな排気ガスの温度が元の排気ガスの温度よりも低下することによるドラフトの減少と、排気煙道３内を上昇する排気ガス（新たな排気ガス）の流量増加による流路抵抗の増加の二つの効果により、炉圧が高くなる方に振れる。炉圧が高くなると、ダイヤフラム５１は二次室５３側に撓んで排気煙道３内に流入する制圧用空気の流量が減少し、上記二つの効果と逆の効果、すなわち、制圧用空気の流量が増加して排気煙道３内を上昇する新たな排気ガスの温度が上昇することによるドラフトの増加と、排気煙道３内を上昇する排気ガスの流量減少による流路抵抗の減少の二つの効果により、炉圧が低くなる方に振れるため、目標圧力でバランスして平衡状態となる。また、平衡状態から炉圧が高くなる場合も、上記説明における圧力の高低や流量の増減等を逆にした説明が成り立ち、目標圧力でバランスして平衡状態となる。

本発明の炉圧制御装置を用いた炉圧制御方法にあっては、上述した均圧弁５を用いることで、従来例と異なり、炉圧計や制御弁や制御機やダンパが不要で、部品点数を少なくすることができ、また、炉１内の高温に直接曝される部品がなく、また、可動部分がダイヤフラム５１（および弁体６）のみと少なく信頼性や耐久性に優れると共に調整が特に必要なく、また、電力を必要とせず、安価に行うことが可能となる。

また、図１に示す例のように排気煙道３に誘引ファン３１を設けていない場合には、図３に示す例のように制圧用空気流路４の上流側の端部にブロア４３を接続したり、図４に示す例のように制圧用空気流路４の上流側の端部に燃焼装置２に空気を送るブロア２０からの分岐流路４４を接続することで、制圧用空気の排気煙道３への流入を確保することができる。

また図３に示す例を更に改良した例として、図５に示すように、制圧用空気流路４の下流側の端部に、排気煙道３内に配置されるノズル４５を設けてもよい。図１乃至図４に示す例では、制圧用空気流路４の下流端を排気煙道３のダクト３０の側壁に接続しただけであるが、図５に示す例では、制圧用空気流路４の下流端を更に延長して排気煙道３の略中央部に配置すると共に、その先端に排気煙道３の上流側に向けて制圧用空気を噴出するノズル４５を設けてある。またなお、本例では図３に示す例のように制圧用空気流路４の上流端に専用のブロア２０を接続しているが、図４に示す例のように燃焼装置２に空気を送るブロア２０と共用としてもよい。

本例では、平衡状態から炉圧が低くなると、ダイヤフラム５１は一次室５２側に撓んで開度が大きくなり、排気煙道３内に流入する制圧用空気の流量が増加する。制圧用空気は排気煙道３の上流側に向けて噴出されるため、排気煙道３内を上昇する排気ガスと制圧用空気とからなる新たな排気ガスの流量が低下し、炉圧が高くなる方に振れる。炉圧が低くなる場合は炉圧が高くなる方に振れ、目標圧力でバランスして平衡状態となる。

また図６に示すように、ノズル４５の向きを、排気煙道３の下流側に向けて制圧用空気を噴出するように設け、ノズル４５の先端部において、排気煙道３のダクト３０の内壁を内方に膨出させてスロート部３２を形成し、排気煙道３を絞ってもよい。

本例では、制圧用空気の流量が増加すると、エゼクタ効果により排気煙道３内を上昇する排気ガスの流量が増加し、炉圧が低くなる方に振れるため、炉圧が高くなると制圧用空気の流量が増加するように設定する必要がある。すなわち、均圧弁５の本体部５０の制圧用空気管４０に近い方の空気室を二次室５３とすると共に他方を一次室５２とするか、あるいは一次室５２と二次室５３はそのままにして、弁体６が外殻ケーシング５０ａから突出する方向に移動するほど開度が小さくなるようにする必要がある。

図５、図６に示す例でも、上述した図１乃至図４に示す例と同様の効果が得られる。

次に、他の実施形態について図７に基づいて説明する。なお、図１乃至図６に示す上実施形態と同様の説明は省略し、異なる部分について説明する。

本実施形態では、燃焼装置２として蓄熱式交番燃焼装置２を用い、排気煙道３を用いない点で異なっている。

蓄熱式交番燃焼装置２は、一対のバーナ２１を交番燃焼させるもので、図７に示すように、炉壁１１に一対のバーナ２１を設けると共に、この一対のバーナ２１にそれぞれ蓄熱体２２を収容した蓄熱室２３を付設する。そして、給気ブロア２４および排気ブロア２５を四方弁２６を介して両方のバーナ２１にそれぞれ接続し、両方のバーナ２１を交互に燃焼させて、一方のバーナ２１の燃焼中に、他方のバーナ２１を通して炉１内の高温の排気ガスを排出すると共にこの時に蓄熱体２２で熱回収を行い、次に、この他方のバーナ２１が燃焼する時に蓄熱体２２で回収した熱で燃焼用空気を予熱するものである。図中の符号２７は給気ブロア２４と四方弁２６とを接続する給気管であり、符号２８は排気ブロア２５と四方弁２６とを接続する排気管である。なお、四方弁２６を用いずに、給気ブロア２４および排気ブロア２５をそれぞれ両方のバーナ２１に別々に接続して、各接続管の弁の開閉により制御してもよい。

このため、炉１には排気煙道３を設ける必要がなく、排気ガスを排出する側のバーナ２１を介した流路が排気煙道３として機能する。

そして制圧用空気流路４は、下流側の端部を排気管２８に接続している。均圧弁５は、図１に示す例と同様に、一次室５２の導入孔５２ａと炉壁１１の導出孔との間に導圧管１３を接続し、二次室５３の導入孔５３ａを目標圧力となる大気に開放している。

炉圧が目標圧力と同じである場合には、一次室５２と二次室５３の圧力が均衡してダイヤフラム５１は自然状態となり、均圧弁５の開度が所定の値となって所定量の制圧用空気が流れる平衡状態となって炉圧は目標圧力に維持される。

平衡状態から炉圧が低くなると、一次室５２の圧力が二次室５３の圧力よりも低くなって開度が大きくなり、排気管２８内に流入する制圧用空気の流量が増加する。排気管２８内を流れる排気ガスの温度が低下してドラフトが減少すると共に、排気管２８内を流れる排気ガスの流量増加による流路抵抗の増加の二つの効果により、炉圧が高くなる方に振れる。炉圧が高くなると、開度が小さくなって排気管２８内に流入する制圧用空気の流量が減少し、炉圧が低くなる方に振れる。これにより、目標圧力でバランスして平衡状態となる。

図７に示す例では、制圧用空気流路４の上流側の端部を大気に開放していて、自然吸気により大気中の空気を吸引しているが、図８に示す例のように、制圧用空気流路４の上流側の端部を給気管２７の途中に接続して、給気ブロア２４からの空気を供給することで、制圧用空気の流量を確保することができる。

本実施形態においても、炉圧計や制御弁や制御機やダンパが不要で、部品点数を少なくすることができ、また、炉１内の高温に直接曝される部品がなく、また、可動部分がダイヤフラム５１（および弁体６）のみと少なく信頼性や耐久性に優れると共に調整が特に必要なく、また、電力を必要とせず、安価に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の断面図である。同上の炉圧制御装置における均圧弁および制圧用空気流路の断面図である。同上の実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の他例の断面図である。同上の実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の更に他例の断面図である。同上の実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の更に他例の断面図である。同上の実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の更に他例の断面図である。他の実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の断面図である。同上の実施形態の炉圧制御装置を設けた炉の他例の断面図である。

符号の説明

１炉
１０炉内空間
１１炉壁
１２排気口
１３導圧管
２燃焼装置
２０ブロア
２１バーナ
２２蓄熱体
２３蓄熱室
２４給気ブロア
２５排気ブロア
２６四方弁
２７給気管
３排気煙道
３０ダクト
３１誘引ファン
３２スロート部
４制圧用空気流路
４０制圧用空気管
４１貫通孔
４２弁開口
４３ブロア
４４分岐流路
４５ノズル
５均圧弁
５０本体部
５０ａ外殻ケーシング
５０ｂ挿通孔
５１ダイヤフラム
５２一次室
５２ａ導入孔
５３二次室
５３ａ導入孔
６弁体
６１弁部

Claims

炉に加熱手段としての燃焼装置を設けると共に排気煙道を接続し、前記排気煙道に制圧用空気流路を接続し、前記制圧用空気流路に均圧弁を設けた炉圧制御装置であって、均圧弁は、内部に弁体が接続されるダイヤフラムにて仕切られた一次室と二次室とを有し、一次室と二次室はそれぞれ内外を連通する導入孔を備え、一次室の導入孔と炉に形成され炉内外を連通する導出孔との間に導圧管を接続すると共に、二次室の導入孔と目標圧力の気体を有する空間とを連通し、二次室の圧力と比較して一次室の圧力が高い程、制圧用空気流路の開度を小さくして成ることを特徴とする炉圧制御装置。
加熱手段としての燃焼装置を備えると共に排気煙道を接続してなる炉の炉圧制御方法であって、前記排気煙道に制圧用空気流路を接続すると共に、前記制圧用空気流路に内部にダイヤフラムにて仕切られた一次室と二次室とを有する均圧弁を設け、一次室に炉内の気体を導入して一次室の気圧を炉圧と略同じにすると共に、二次室に目標圧力の気体を導入して二次室の気圧を目標圧力とし、二次室の圧力と比較して一次室の圧力が高い程、制圧用空気流路の開度を小さくするように調節して制圧用空気の流量を制御し、炉圧を目標圧力とすることを特徴とする炉圧制御方法。