JP3267140B2

JP3267140B2 - 加熱炉、その燃焼制御方法及び燃焼制御装置

Info

Publication number: JP3267140B2
Application number: JP03601096A
Authority: JP
Inventors: 宗浩石岡; 善道日野; 峻一杉山
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 2002-03-18
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: JPH09229354A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱炉、その燃焼
制御方法及び燃焼制御装置に関し、詳しくは、ガラスや
アルミニウムなどの溶解炉や鋼材の熱処理炉などに用い
られるバッチ燃焼炉に係り、燃料の節約が可能なゾーン
燃焼による加熱炉、その燃焼制御方法及び燃焼制御装置
に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラスやアルミニウムなどの溶解
炉や鋼材の加熱炉などに用いられるバッチ燃焼装置で
は、炉内温度が均一になるように燃焼制御が行われる。
このようなバッチ燃焼炉では、排ガスの顕熱を熱回収す
ることなしにそのまま炉外に排出するか、熱交換器（レ
キュペレータ）で熱回収を行って燃焼用空気をせいぜい
６００℃程度まで予熱して加熱炉内に供給していた。

【０００３】近年、加熱炉では、燃焼用空気の炉内供給
路及び排ガスの炉外排気路にセラミックボールやセラミ
ック製のハニカム構造体などで形成した蓄熱体を設け
て、この蓄熱体を介して燃焼と排ガスの排出とを交互に
行う蓄熱型交番燃焼バーナが備えられている。この蓄熱
型交番燃焼バーナを備える加熱炉では燃焼排ガスの顕熱
を蓄熱体に蓄積し、燃焼用空気を蓄熱体に蓄積した回収
熱によって予熱して加熱炉内に供給するようにし、加熱
炉の熱回収率及び熱効率を改善するようにしている。こ
の種の蓄熱型交番燃焼バーナを備えた加熱装置は、例え
ば、特開平６−２５７９５１号公報や特開平７−４
６３８号公報などに記載されている。

【０００４】図４に基づいて、従来の蓄熱型交番燃焼バ
ーナを備えた加熱炉について説明すると、加熱炉１には
一対の蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｃ、２Ｂ，２Ｄがそれぞれ
設けられている。蓄熱式バーナ２Ａ〜２Ｄは蓄熱体２ａ
〜２ｄとノズル３ａ〜３ｄとによってそれぞれ形成され
ている。燃料は制御弁５ａ〜５ｄから供給されてノズル
３ａ〜３ｄから炉内に噴出させ、蓄熱体を通過した燃焼
用空気と反応させて燃焼させている。燃焼用空気の供給
と排ガスの排出は切換制御弁６ａ，６ｂを制御すること
によってなされている。制御弁５ａ〜５ｄと切換制御弁
６ａ，６ｂは制御装置１０により制御されている。ま
た、炉内には温度センサ９が備えられている。

【０００５】同図では蓄熱式バーナ２Ｂ，２Ｃが燃焼状
態であり、蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｄが消火状態にあり、
燃焼排ガスは蓄熱体２ａ，２ｄを介して炉外に排出され
ている。所定時間が経過すると、蓄熱式バーナ２Ｂ，２
Ｃは消火して蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｄが燃焼を開始す
る。対となる蓄熱式バーナが燃焼と排ガスの排出を交互
に繰り返して交番燃焼を行って加熱炉内の温度を均一に
している。この蓄熱式バーナ２Ａ〜２Ｄの燃焼時の発熱
量は等しい。加熱炉に蓄熱型交番燃焼バーナを備えるこ
とにより加熱炉の熱効率は改善されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱炉は、熱効
率を改善するために燃焼装置として蓄熱式バーナが用い
られている。蓄熱式バーナは従来のバーナ（蓄熱体を備
えないもの）と比較して省エネルギーが達成できる優れ
た燃焼装置である。しかし、近年、バッチ燃焼炉等の加
熱炉では、更に伝熱効果を改善して燃料の節約がより一
層なし得る加熱炉が望まれており、その伝熱効率の優れ
た燃焼制御方法及び装置が望まれている。本発明は、上
述のような課題に鑑みなされたものであり、熱効率の改
善がなし得る加熱炉、その燃焼制御方法及びその燃焼制
御装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、請求項１の発明は、
部分的に開口部を有する仕切により間仕切りされ、独立
して炉内温度を制御しえる一対の単位炉を備え、これら
単位炉を燃焼時の発熱量が高い単位炉と燃焼時の発熱量
が低いか或いは燃焼による発熱量が零の単位炉とに燃焼
状態を交互に切替えながら燃焼制御することを特徴とす
る加熱炉である。

【０００８】上記請求項１の発明は、高温燃焼ゾーン
（燃焼時の発熱量が高い単位炉）と低温燃焼ゾーン（燃
焼時の発熱量が零を含む単位炉）を切替えながら加熱炉
の温度を制御するものであり、伝熱速度は燃焼ガス温度
の４乗の関数として扱えることから、高温になれば飛躍
的に伝熱速度が向上することを意味しており、この高伝
熱速度のポテンシャルを利用して加熱炉を燃焼制御する
ものである。更に説明を加えると、加熱炉を燃焼ガス温
度Ｔg で均一に加熱するよりも、単位炉毎に、（Ｔg ＋
ΔＴg ）の高温燃焼ゾーンと（Ｔg −ΔＴg ）の低温燃
焼ゾーンとを設けて燃焼させることにより、Ｔg よりも
（Ｔg ＋ΔＴg ）と（Ｔg −ΔＴg ）の伝熱速度は燃焼
ガス温度の４乗の関数に依存することから飛躍的に大き
くなる。従って、高温燃焼ゾーンと低温燃焼ゾーンを切
替えて燃焼制御することにより、被加熱物への伝熱効率
が改善されることになる。すなわち、高温燃焼ゾーンと
低温燃焼ゾーンからの被加熱物への全放射伝熱量は、平
均燃焼ガス温度の燃焼ガス放射伝熱量よりも増加するの
で、同一の伝熱量を得るために必要な燃料は、燃焼ガス
温度Ｔg を均一に加熱するよりも、高温燃焼ゾーンと低
温燃焼ゾーンを分けて燃焼制御する方が燃料の節約とな
り、加熱炉の熱効率が改善できるものである。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に於いて、前記各単位炉毎に燃焼ガスを排出する煙路を
設けたことを特徴とする加熱炉であり、上記の伝熱法則
による熱効率の改善に加えて、煙路から排出される排ガ
ス量によって、高温燃焼ゾーンの単位炉から低温燃焼ゾ
ーン（特に、燃焼時の発熱量が零）の単位炉側に燃焼ガ
スの流れを発生させて燃焼ガスの顕熱を有効に利用でき
るようにして熱効率を高めるものできる。

【００１０】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
に記載の発明の加熱炉に於いて、前記各単位炉に少なく
とも１組の蓄熱式バーナを備える前記単位炉に少なくと
も１組の蓄熱式バーナを備えることによって蓄熱式交番
燃焼バーナを形成することが可能であり、熱効率を高め
ることができるものである。

【００１１】また、請求項４の発明は、燃焼装置を具備
した一対の単位炉からなる加熱炉を備え、燃焼時の発熱
量の高い単位炉と燃焼時の発熱量が低いか或いは非燃焼
状態の単位炉の燃焼状態を切り換えて炉内温度を制御し
て、前記一対の単位炉の燃焼状態をある時間間隔で交互
に切替えて前記炉内温度を所定温度に設定することを特
徴とする加熱炉の燃焼制御方法であり、高温燃焼ゾーン
と低温燃焼ゾーンを交互に切り換えることによって、前
記加熱炉内温度を所定温度に設定することによって熱効
率の改善ができる。

【００１２】また、請求項５の発明は、燃焼装置を具備
した一対の単位炉からなる加熱炉を備え、前記単位炉の
燃焼装置が蓄熱式バーナであって、燃焼時の発熱量の高
い単位炉と燃焼時の発熱量が低いか或いは非燃焼状態の
単位炉との燃焼状態を切替えて炉内温度を制御するよう
にし、一対の単位炉の燃焼状態をある時間間隔で交互に
切替えて前記炉内温度を所定温度に設定し、前記燃焼状
態の切替え時間を前記蓄熱式バーナによる交番燃焼時間
の整数倍に設定したことを特徴とする加熱炉の燃焼制御
方法であり、ゾーン燃焼の切替え時間を交番燃焼時間の
整数倍に設定して、ゾーン燃焼切替えを蓄熱式バーナの
燃焼サイクルに同期させて燃焼制御することにより、ゾ
ーン毎の蓄熱式バーナの燃焼による熱容量を制御するよ
うにして熱効率の改善を図る燃焼制御方法である。

【００１３】また、請求項６の発明は、燃焼時の発熱量
の高い単位炉と非燃焼状態の単位炉を一対として燃焼制
御する燃焼装置を具備した加熱炉であって、前記各単位
炉の燃焼状態をある時間間隔で交互に切替えて前記加熱
炉の炉内温度を制御するとともに、燃焼状態にある単位
炉の燃焼ガスを前記非燃焼状態にある単位炉の煙路から
排出して前記加熱炉の炉内温度を制御することを特徴と
する加熱炉の燃焼制御方法であり、煙路から燃焼ガスを
排出することにより、燃焼ガスの加熱炉単位炉間の流動
が可能であり、流動燃焼ガスによる熱を利用することが
できるので、熱効率の改善ができる燃焼制御方法であ
る。

【００１４】また、請求項７の発明は、前記加熱炉を一
対の単位炉として燃焼制御する燃焼状態の切替えのため
の時間間隔を５乃至３０分の間に設定したことを特徴と
する請求項４乃至６の何れかに記載の加熱炉の燃焼制御
方法であり、ゾーンの燃焼切替え時間を余り長くする
と、被加熱物の温度の均一化が達成出来ないが、また、
短すぎるとゾーン燃焼による伝熱効果が達成できないこ
とから、加熱炉の熱慣性や炉熱損失と被加熱物の熱容量
等で決まる値であり、通常のバッチ燃焼炉を想定し、下
限値は加熱炉の熱慣性が２〜３分程度であることから概
ね５分に設定し、上限値は被加熱物の熱容量や炉熱損失
等で決まり概ね３０分に設定する。このような観点から
５乃至３０分の範囲にゾーン燃焼の切替え時間（周期）
を設定することにより加熱炉の熱効率が改善できる燃焼
制御方法である。

【００１５】また、請求項８の発明は、部分的に開口部
を有する仕切により間仕切りされ、独立して炉内温度を
制御しえる第１単位炉と第２単位炉とからなる一対の単
位炉を備える加熱炉と、燃焼状態とする前記第１単位炉
と燃焼時の発熱量が低いか或いは非燃焼状態とする前記
第２単位炉の燃焼状態をある時間間隔で交互に切替える
燃焼切替制御手段と、前記第１単位炉の燃焼ガスを前記
第２単位炉側から炉外に排出して燃焼制御する排ガス排
出手段とを具備することを特徴とする加熱炉の燃焼制御
装置であり、燃焼制御装置によって、設定した排ガス量
を蓄熱式バーナの場合は蓄熱体を通し、また、煙路から
排出して最適な熱効率を達成するものであり、燃焼切替
制御手段によって設定される切替え時間の設定をし、且
つ、排ガス排出手段により蓄熱式バーナから排気される
排ガス排出量や煙路から排気される排ガス排出量を制御
して最適な燃焼制御を達成するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。本発明の一つは加熱炉に関
し、他の発明は加熱炉の燃焼制御方法及びその燃焼制御
装置に関するものである。図１は、本発明に係る加熱炉
の一実施形態を示す斜視図であり、この加熱炉は特にガ
ラスやアルミニウム等を溶融するバッチ燃焼炉に適した
ものである。加熱炉１は単位炉１Ａ，１Ｂからなり、単
位炉１Ａの炉側壁には、蓄熱体２ａ，２ｃが接続された
配管１ａ，１ｃが設けられ、配管１ａ，１ｃに燃料を噴
射するノズル３ａ，３ｃが設けられている。単位炉１Ｂ
の側壁には、蓄熱体２ｂ，２ｄが接続された配管１ｂ，
１ｄが設けられ、配管１ｂ，１ｄに燃料を噴射するノズ
ル３ｂ，３ｄが設けられている。蓄熱式バーナ２Ａ〜２
Ｄは蓄熱体２ａ〜２ｄとノズル３ａ〜３ｄとをそれぞれ
組み合わせて形成されている。また、単位炉１Ａ，１Ｂ
には余剰排ガスを排出する煙路４ａ，４ｂが設けられ、
単位炉１Ａ，１Ｂ間には部分的に開口を有する仕切、例
えば炉上部より垂下する仕切りが設けられ、独立して単
位炉内温度を制御し得るようになされている。

【００１７】なお、図１では、仕切が設けられてそれぞ
れに一対の蓄熱式バーナを備える単位炉が２つ設けられ
た加熱炉が図示されているが、２つ以上の単位炉であっ
てもよく、その場合であってもそれぞれの単位炉には少
なくとも一対の蓄熱式バーナと煙路が設けられる。ま
た、図１の実施形態では、単位炉毎に煙路が設けられて
いるが、例えば、単位炉間に渡って燃焼ガスを流動させ
て燃焼制御する以外は、この煙路は必要としない。しか
し、本実施形態は燃焼装置として蓄熱式バーナを用いて
いるが、通常方式のバーナ（蓄熱体を有しないバーナ）
を用いる場合には各単位炉毎に煙路を設ける必要があ
る。

【００１８】次に、図２を参照して、上記加熱炉の燃焼
制御装置及び燃焼制御方法について説明する。同図は燃
焼空気、燃料ガス及び燃焼排ガスの配管系と、制御弁、
切替制御弁及び制御ファンの電気系統が示されている。
蓄熱式バーナ２Ａ〜２Ｄには切替制御弁６ａ，６ｂによ
って燃焼空気の供給と燃焼排ガスの排出が制御され、制
御弁５ａ〜５ｄを制御することにより、ノズル３ａ〜３
ｄから燃料ガスが蓄熱式バーナ２Ａ〜２Ｄに供給して炉
内に噴出するようになされている。同図の燃焼状態は、
切替制御弁６ａ，６ｂから蓄熱式バーナ２Ｂ，２Ｃを介
して炉内に燃焼空気が供給され、制御弁５ｂ，５ｃは開
かれて燃料ガスがノズル３ｂ，３ｃを介して炉内に供給
され、制御弁５ａ，５ｄは閉じられて燃料ガスは遮断さ
れている。蓄熱体２ａ，２ｄから燃焼排ガスが切替制御
弁６ａ，６ｂを介して排出されるように調節されてい
る。又、単位炉１Ａ，１Ｂには煙路４ａ，４ｂが設けら
れ、煙路４ａ，４ｂから燃焼排ガスの排出量を排気する
場合は、制御ファン７ａ，７ｂによって排出量が制御さ
れている。各単位炉には温度センサ９ａ，９ｂが設けら
れ、炉内温度が計測されている。

【００１９】制御装置８は、温度センサ９ａ，９ｂによ
って各単位炉内の温度計測値や流量計からの計測値等が
入力され、予め書き込まれたプログラムに従って、制御
弁５ａ〜５ｄ、切替制御弁６ａ，６ｂ及び制御ファン７
ａ，７ｂが制御されている。同図では、蓄熱式バーナ２
Ｂ，２Ｃが燃焼状態にあり、蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｄが
消火状態（非燃焼状態）にある。切替制御弁６ａ，６ｂ
によって、蓄熱式バーナ２Ｂ，２Ｃに燃焼空気を供給
し、蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｄからは排ガスが引き抜かれ
るように調節されている。蓄熱式バーナ２Ｂ側の制御弁
５ｂは開かれ、蓄熱式バーナ２Ｃ側の制御弁５ｃは多少
絞られた状態とし、他の制御弁５ａ，５ｄは遮断状態に
調節されている。

【００２０】このように制御することにより、蓄熱式バ
ーナ２Ｂの燃焼による発熱量は大きくして単位炉１Ｂを
高温燃焼ゾーンとし、蓄熱式バーナ２Ｃの燃焼による発
熱量は小さく設定されて単位炉１Ａを低温燃焼ゾーンと
している。一対の蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｃは所定の時間
間隔（周期）で交番燃焼を繰り返し、蓄熱式バーナ２
Ｂ，２Ｄも同様に所定の時間間隔（周期）で交番燃焼を
繰り返している。単位炉１Ａと１Ｂの燃焼時の発熱量は
異なり、単位炉１Ａは高温燃焼ゾーンと単位炉１Ｂは低
温燃焼ゾーンとし、単位炉１Ａ，１Ｂの燃焼状態はある
時間間隔で交互に切替えられ、高温燃焼ゾーンに設定し
た単位炉を低温燃焼ゾーン、低温燃焼ゾーンの単位炉を
高温燃焼ゾーンへと、各単位炉の燃焼状態を交互に切り
返て加熱炉内温度が均一に制御するようになされてい
る。低温燃焼ゾーンと高温燃焼ゾーンとの切替時間（ゾ
ーン燃焼の切替時間）は、交番燃焼バーナの周期の整数
倍の値とし、交番燃焼バーナの周期の整数倍の時刻で行
うことにより、各ゾーンの蓄熱式バーナが同時に燃焼す
ることがなく、燃焼を効率的に行うことができる。この
燃焼制御方法をゾーン燃焼制御方法と呼ぶ。

【００２１】無論、単位炉は２つ以上の場合もあり、例
えば、３個の単位炉が連設された加熱炉である場合は、
被加熱物を一定温度に加熱するのに、順番に高温燃焼ゾ
ーン（第１単位炉）、低温燃焼ゾーン（第２単位炉）、
高温燃焼ゾーン（第３単位炉）に設定し、次の周期で低
温燃焼ゾーン（第１単位炉）、高温燃焼ゾーン（第２単
位炉）、低温燃焼ゾーン（第３単位炉）のように切り替
えながら燃焼状態を制御して、炉内温度を制御してもよ
いことは明らかである。

【００２２】無論、実施形態では単位炉に一対の蓄熱式
バーナが設けられているが、従来式バーナ（蓄熱体を有
しないもの）によっても高温燃焼ゾーンと低温燃焼ゾー
ンを交互に切替えるゾーン燃焼制御は可能であり、蓄熱
式バーナに限定するものではない。このような従来式の
バーナによって各単位炉を燃焼加熱する場合は、各単位
炉に煙路を設ける必要がある。更に、図２を参照して加
熱炉の他の燃焼制御方法について説明すると、例えば、
単位炉１Ａを燃焼状態とし、他方の単位炉１Ｂを非燃焼
状態（燃焼による発熱量が零）とする。そして、単位炉
１Ａ内の燃焼ガスを単位炉１Ｂ側の煙路４ｂから引き抜
くようにし、この燃焼状態と非燃焼状態を交互に切り換
えるゾーン燃焼制御によって伝熱効率を高める燃焼方法
がある。無論、単位炉に一対の蓄熱式バーナによる蓄熱
型交番燃焼バーナを設けてゾーン燃焼制御をすることに
よって加熱炉の熱効率を一層高めることができることは
周知である。

【００２３】次に、本発明の他の実施形態について図３
を参照して説明する。同図は、他のゾーン燃焼制御装置
を示しており、ある周期の燃焼状態を示している。蓄熱
式バーナ２Ｂ，２Ｄが燃焼状態にあり、蓄熱式バーナ２
Ａ，２Ｃが非燃焼状態にある。次の周期で蓄熱式バーナ
２Ｂ，２Ｄを非燃焼状態とし、蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｃ
を燃焼状態に切り換える。蓄熱式バーナ２Ｂ，２Ｄが燃
焼状態にある場合、燃焼用空気は切替制御弁６を介して
蓄熱式バーナ２Ｂ，２Ｄに供給され、排ガスは蓄熱式バ
ーナ２Ａ，２Ｃから切替制御弁６を介して引き抜かれて
いる。先に説明したように、燃料供給は切替制御弁６の
動作と同期させて制御弁３ａ〜３ｄの開放と遮断を繰り
返すことによって燃焼制御されている。このように燃焼
制御することにより、燃焼ガスと排ガスは単位炉１Ａ，
１Ｂ間を流れ、加熱炉１内の被加熱物の温度を制御する
ことができる。

【００２４】また、非燃焼状態にある蓄熱式バーナから
燃焼排ガスが引き抜かれることによって単位炉１Ａ，１
Ｂ間に燃焼排ガスの流れが形成されるが、更に、煙路４
ａ，４ｂが加熱炉１内の燃焼ガスの流れを制御するのに
用いられる。例えば、図３では制御ファン７ａによって
燃焼ガスを煙路４ａから炉外に引き抜くことにより、単
位炉１Ｂから非燃焼状態の単位炉１Ａに燃焼ガスを流し
込むことができる。また、煙路から排出される燃焼ガス
量は、蓄熱体側から引き抜かれる排ガス量によって異な
り、制御ファン７ａ，７ｂの排気量によって制御でき
る。これらの流量制御は制御装置８の制御プログラムに
従って行われる。このように非燃焼状態にある単位炉に
燃焼ガスを流すことによって熱効率を高めることができ
る。制御装置８はゾーン燃焼のために切替時間の設定
と、煙路４ａ，４ｂから排出され燃焼排ガス量を設定す
る排ガス排出量を調整する制御手段を有する。

【００２５】また、図３の実施形態において、単位炉毎
の蓄熱式バーナ２Ａ，２Ｃ及び２Ｂ，２Ｄをそれぞれ交
番燃焼させて、高温単位炉（高温燃焼ゾーン）と非燃焼
状態の単位炉（低温燃焼ゾーン）を交互に切り換えてゾ
ーン燃焼制御を行ってもよいことは明らかである。その
際、高温燃焼ゾーンから低温燃焼ゾーンに燃焼ガスを流
すことによって、炉内の被加熱物の温度を一定に制御す
る。この実施形態では、加熱炉１は上記実施形態と同一
のものであるが、制御弁等の制御方法によって周辺の制
御系は簡素化できる。

【００２６】次に、本実施形態のゾーン燃焼制御方法と
従来例の燃焼制御方法とによる熱効率を比較して説明す
る。その比較例を表１に示した。この例は、図１で説明
した溶解炉について行った実験である。先ず、加熱炉内
の被加熱物の表面温度を約１０００℃（一定）とし、燃
焼用空気を予熱した後の燃焼ガス温度は約２００℃とし
た。高温燃焼ゾーンと低温燃焼ゾーンのゾーン燃焼切替
時間は１５分に設定して実験を行った。

【００２７】加熱炉内の平均炉内温度Ｔg は約１２００
℃に設定するものとし、燃焼用空気の予熱をしない場合
（空気温度２５℃）を基準とし、その時の熱効率を１と
する。また、燃焼用空気の予熱温度を、５００℃と１０
００℃に設定して行った。表１の実施例１，２はゾーン
燃焼制御を行った場合であり、従来例１，２は二つのゾ
ーンを１２００℃で均一な温度に加熱して、ゾーン燃焼
制御を行わない場合である。なお、実施例１は燃焼用空
気の予熱温度を５００℃とし、実施例２は１０００℃と
している。実施例１，２は、図２に示した実施形態にお
ける加熱炉の燃焼状態（高温燃焼ゾーン，低温燃焼ゾー
ン）で実験を行った。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１の実施例１は、平均炉内温度（１２４
０／１１５０）と表示した意味は、高温燃焼ゾーンが１
２４０℃に設定され、低温燃焼ゾーンが１１５０℃に設
定されることを示し、その平均炉内温度は従来例１と略
等しい１２００℃（１１９５℃）に設定されている。実
施例２及び従来例１，２は表１の通りである。この結果
から明らかなように、燃焼用空気の予熱温度が高温にな
るに伴って、熱効率が向上する。加熱炉の各単位炉を均
一な温度に加熱する場合と比較すると、空気予熱温度に
よらず本実施例によるゾーン燃焼制御の方が熱効率が向
上することを示しており、伝熱効果が向上する分、加熱
炉で消費される燃料が節約できることを意味している。

【００３０】上述のように本発明の加熱炉は、バッチ燃
焼設備に適したものであって、開口を有する仕切りを設
けることによって２つ以上の単位炉が設けられた加熱炉
であって、各単位炉が独立して温度制御できるものであ
る。また、燃焼時の発熱量が高い単位炉（高温燃焼ゾー
ン）と、燃焼時の発熱量が小さい低温単位炉或いは非燃
焼状態の単位炉（低温燃焼ゾーン）とをある時間間隔で
燃焼状態を切り替えるゾーン燃焼制御によって、加熱し
ている。炉内の伝熱は放射が主体であり、伝熱速度は燃
焼ガス温度の４乗の関数であり、高温になれば飛躍的に
伝熱速度が向上することを意味しており、燃焼ガス温度
の伝熱速度を高めることによって伝熱効率を高めて、加
熱炉内の被加熱物を加熱する燃焼制御である。すなわ
ち、本発明の加熱炉は高温燃焼ゾーンと低温燃焼ゾーン
からの加熱炉内の被加熱物への全放射伝熱量は、両者単
位炉を均一に燃焼する燃焼ガスからの放射伝熱量よりも
増加することを利用したものである。

【００３１】更に、ゾーン燃焼制御時に、制御ファンに
より煙路から加熱炉外に引き抜くことにより、高温燃焼
ゾーンから低温燃焼ゾーンへと燃焼ガスを流動させるこ
とによって、燃料を一層節約することが可能であり、煙
路を用いて燃焼ガスを流動させる燃焼方法は、蓄熱式バ
ーナを使用しない従来方式バーナに適している。すなわ
ち、熱回収を蓄熱体に依存することなく、非燃焼状態の
単位炉に流すようにして加熱炉を燃焼制御するものであ
り、このゾーン燃焼制御方法は、従来の単位炉を均一に
加熱する燃焼制御方法よりも燃料を節約することができ
る。

【００３２】また、ゾーン燃焼制御による単位炉毎のゾ
ーン燃焼切替時間は、あまり長くすると被加熱物の温度
均一化が達成されず、又短すぎるとこのゾーン燃焼制御
の効果が得られない。従って、ゾーン燃焼制御における
単位炉毎のゾーン燃焼切替時間は、被燃焼物によっても
異なるが概ね５〜３０分の間が好ましい。このゾーン燃
焼切替時間は、加熱炉の熱慣性や炉熱損失と被加熱物の
熱容量等で決まる値であり、下限値は加熱炉の熱慣性が
２〜３分程度であるので炉内の熱慣性が存在する間にゾ
ーン燃焼切替えを行えば、単位炉の被加熱物の加熱が充
分に行えないことになり、従って、炉内の熱慣性が解消
されて燃焼による加熱効果が現れるに充分な時間として
概ね５分に設定される。また、上限値は被加熱物の熱容
量等で決まり、燃焼を停止して被加熱物の温度が低下す
る以前に燃焼を開始する必要があり、概ね３０分に設定
される。この時間範囲で燃焼切替時間を設定することよ
り、加熱炉の熱効率の改善がなし得る。

【００３３】また、本発明に加熱炉は、加熱炉に設置さ
れるバーナは、上記実施形態に示したものに限定するこ
となく、従来式バーナや蓄熱式バーナの何れであっても
よい。また、省エネルギーの観点から均一な高温場を形
成するには、蓄熱式バーナが最も好ましい。また、高温
燃焼ゾーンから低温燃焼ゾーンに燃焼ガスを導いて燃焼
制御することにより、更に省エネルギー化が達成でき
る。また、上記実施形態では、二つの単位炉を組み合わ
せたものであるが、炉内に設けられる仕切りによって三
つ以上の単位炉を設けたものであってもよい。例えば、
単位炉が高温燃焼ゾーンと低温燃焼ゾーンを順番に切り
替えるようにして燃焼制御を行う。

【００３４】

【発明の効果】上記説明したように、本発明によれば、
高温燃焼ゾーンと低温燃焼ゾーンを交互に切替えてゾー
ン燃焼制御させることによって、加熱炉の被加熱物への
伝熱効率が改善され、従来の燃焼制御方法よりも燃料消
費量が低減できるので、加熱炉の熱効率が向上し、省エ
ネルギー化が達成できる利点がある。無論、加熱炉を形
成する単位炉に蓄熱式バーナを用いることにより、一層
熱効率を改善することができる。また、各単位炉に煙路
を設けることより、単位炉間の燃焼ガスの流れを容易に
形成することが可能であり、高温燃焼ゾーンから低温燃
焼ゾーンに燃焼ガスを流動させて加熱炉の炉内温度を均
一に制御することが可能であり、加熱炉の熱効率が改善
できる利点があり、燃料消費を一層低減することができ
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加熱炉の一実施形態を示す斜視図
である。

【図２】上記実施形態の燃焼制御装置を示す図である。

【図３】上記実施形態の他の燃焼制御装置を示す図であ
る。

【図４】従来の燃焼制御装置を示す図である。

【符号の説明】

１加熱炉１Ａ，１Ｂ単位炉１ａ〜１ｄ配管２Ａ〜２Ｄ蓄熱式バーナ２ａ〜２ｄ蓄熱体３ａ〜３ｄノズル４ａ，４ｂ煙路５ａ〜５ｄ制御弁６ａ，６ｂ切替制御弁７ａ，７ｂ制御ファン８制御装置９ａ，９ｂ温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ２７Ｂ 3/20 Ｆ２７Ｂ 3/20 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１Ａ (56)参考文献特開平７−113582（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23N 5/00 C03B 5/235 C21D 1/52 C21D 9/00 101 F23L 15/02 F27B 3/20 F27D 17/00 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】部分的に開口部を有する仕切により間仕
切りされ、独立して炉内温度を制御しえる一対の単位炉
を備え、これら単位炉を燃焼時の発熱量が高い単位炉と
燃焼時の発熱量が低いか或いは燃焼による発熱量が零の
単位炉とに燃焼状態を交互に切替えながら燃焼制御する
ことを特徴とする加熱炉。
【請求項２】前記各単位炉毎に燃焼ガスを排出する煙
路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】請求項１又は２に記載の加熱炉に於い
て、前記各単位炉に少なくとも１組の蓄熱式バーナを備
えることを特徴とする加熱炉。
【請求項４】燃焼装置を具備した一対の単位炉からな
る加熱炉を備え、燃焼時の発熱量の高い単位炉と燃焼時の発熱量が低いか
或いは非燃焼状態の単位炉の燃焼状態を切り換えて炉内
温度を制御して、少なくとも前記各単位炉の燃焼状態を
ある時間間隔で交互に切替えて前記炉内温度を所定温度
に設定することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項５】燃焼装置を具備した一対の単位炉からな
る加熱炉を備え、前記単位炉の燃焼装置が蓄熱式バーナであって、燃焼時
の発熱量の高い単位炉と燃焼時の発熱量が低いか或いは
非燃焼状態の単位炉との燃焼状態を切替えて炉内温度を
制御するようにし、前記一対の単位炉の燃焼状態をある
時間間隔で交互に切替えて前記炉内温度を所定温度に設
定し、前記燃焼状態の切替え時間を前記蓄熱式バーナに
よる交番燃焼時間の整数倍に設定したことを特徴とする
加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項６】燃焼時の発熱量の高い単位炉と非燃焼状
態の単位炉を一対として燃焼制御する燃焼装置を具備し
た加熱炉であって、前記各単位炉の燃焼状態をある時間
間隔で交互に切替えて前記加熱炉の炉内温度を制御する
とともに、燃焼状態にある単位炉の燃焼ガスを前記非燃
焼状態にある単位炉の煙路から排出して前記加熱炉の炉
内温度を制御することを特徴とする加熱炉の燃焼制御方
法。
【請求項７】前記加熱炉を一対の単位炉として燃焼制
御する燃焼状態の切替えのための時間間隔を５乃至３０
分の間に設定したことを特徴とする請求項４乃至６の何
れかに記載の加熱炉の燃焼制御方法。
【請求項８】部分的に開口部を有する仕切により間仕
切りされ、独立して炉内温度を制御しえる第１単位炉と
第２単位炉からなる一対の単位炉を備える加熱炉と、燃焼状態とする前記第１単位炉と燃焼時の発熱量が低い
か或いは非燃焼状態とする前記第２単位炉の燃焼状態を
ある時間間隔で交互に切替える燃焼切替制御手段と、前記第１単位炉の燃焼ガスを前記第２単位炉側から炉外
に排出して燃焼制御する排ガス排出手段とを具備するこ
とを特徴とする加熱炉の燃焼制御装置。