JP3869647B2 - リジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法および装置に関する。さらに詳しくは、三方弁の開閉状態を信頼性よく監視することができ、さらに弁体の損傷や異常も検知することができるリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
連続焼鈍炉、熱処理炉などの比較的高温の加熱帯において、炉内加熱用のヒータとして、近年では省エネルギーの観点から、蓄熱型熱交換器を内蔵するラジアントチューブタイプのリジェネレイティブバーナ(以下、リジェネバーナという)が用いられている。このリジェネバーナは、蓄熱体を有する一対のバーナを備え、バーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するものである。
【0003】
一般的なラジアントチューブタイプのリジェネバーナは、ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた、蓄熱体を有する一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とから構成されている。
【0004】
一対の三方弁を所定の時間間隔(20〜30秒程度)ごとに切り替えることにより、一方の燃焼を行なうバーナに大気および燃料ガスを導入させ、他方の燃焼していないバーナを通して排気および蓄熱を行なうことができる。また、一対の三方弁の排気側の出口には、排気用のブロアが設けられ、かかるブロアによって生じる吸引作用により、ラジアントチューブ内部を負圧となるようにし、燃焼側のバーナへ大気を導入できるようにしている。
【0005】
従来では三方弁の開閉状態を監視するために、当該三方弁の弁体にリミットスイッチなどの近接スイッチを設置していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記三方弁に設置されるリミットスイッチは、炉壁近傍でかつ高温の排気ガス通路近傍に設置されるため、当該リミットスイッチの耐熱温度の制約から故障や誤動作などが発生しやすいという問題がある。
【0007】
また、リミットスイッチによる三方弁の監視では、弁の開閉の確認はできるが、弁体のゆがみなどの損傷状態までは検知することができないという問題がある。
【0008】
とくに、複数のラジアントチューブが配設される熱処理炉の場合、弁体の損傷状態を個々に検知するためには、すべてのリジェネバーナの燃焼を一旦停止し、三方弁を分解観察する作業を伴うため、膨大な労力を必要としていた。
【0009】
本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、三方弁の開閉状態を信頼性よく監視することができ、さらに弁体の損傷や異常も検知することができるリジェネバーナの三方弁の異常検出方法および装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出方法は、ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた、蓄熱体を有する一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネバーナの三方弁の異常検出方法であって、
(a)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定し、
(b)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対のバーナの排気温度の平均温度の差を計算し、
(c)該排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の損傷を検知することを特徴としている。
【0011】
前記一対のバーナの排気温度を、前記バーナと三方弁とのあいだで測定するのが好ましい。
【0012】
本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出装置は、ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネバーナの三方弁の異常検出装置であって、
(a)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定するための一対の温度測定手段と、
(b)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対の温度測定手段により測定された前記一対のバーナの排気温度の平均温度の差を算出する偏差算出手段と、
(c)該偏差算出手段により算出されたバーナの排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の異常を判定するための判定手段と
からなることを特徴とする。
【0013】
前記一対の温度測定手段が、前記バーナと三方弁とのあいだに配置されてなるのが好ましい。
【0014】
前記一対の温度測定手段が、熱電対からなるのが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら、本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出方法および装置をさらに詳細に説明する。図1は本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出装置を備えたリジェネバーナの一実施の形態を示す断面説明図、図2は図1のリジェネバーナの正常な動作を示す断面説明図、図3は図2のリジェネバーナの正常な動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフ、図4は図1のリジェネバーナの一方の三方弁が排気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図、図5は図4のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフ、図6は図1のリジェネバーナの一方の三方弁が吸気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図、図7は図6のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフ、図8は図1のリジェネバーナの一方の三方弁の弁体が変形した場合の異常動作を示す断面説明図、および図9は図8のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【0016】
図1に示されるリジェネバーナは、加熱炉F内部に設けられたU字状のラジアントチューブ1と、ラジアントチューブ1の両端に設けられた、蓄熱体7を有する一対のバーナ2、3と、一対のバーナ2、3にそれぞれ接続された燃焼通気切替用の三方弁4、5と、三方弁4、5の排気路8に設けられた排気用ブロア6とから構成されている。
【0017】
本実施の形態のリジェネバーナは、プル(pull)方式と呼ばれ、排気用ブロア6により、ラジアントチューブ1内部の圧力を負圧にすることで、各バーナ2、3に取り付けられた個々の三方弁4、5の吸気路10を介して燃焼空気をラジアントチューブ1内部に供給することができる。このようなプル方式では、熱処理炉F内部の材料(図示せず)を熱処理するのに必要な燃焼ガス量がバーナ2、3に供給され、また燃焼空気が投入されたガス量に応じて適正なガスと空気の比率となるように排気用ブロア6直前の圧力が調整される。
【0018】
蓄熱体7としては、アルミナ小口径ボールまたは通気性を有するハニカム構造のセラミックスなどが採用される。
【0019】
一対のバーナ2、3は、一方のバーナ2において、ガス管9から供給されるガスを三方弁4の吸気路10を通して導入された空気と混合させてラジアントチューブ1内部で燃焼させてチューブ1の加熱を行なう。燃焼により発生した排気ガスは、チューブ1内部を通って他方のバーナ3の蓄熱体7を通過し、そのときに排気ガスの熱は蓄熱体7を昇温させるのに用いられる。一対のバーナ2、3の燃焼は、20〜30秒程度ごとに交互に行なわれ、その結果、ラジアントチューブ1を、ほぼ一様の温度で加熱することができ、ラジアントチューブの寿命を向上することができる。なお、11はバーナ2、3の点火を行なうためのパイロットバーナである。
【0020】
図1に示される本発明にかかわるリジェネバーナの三方弁異常検出装置は、一対のバーナ2、3の排気温度を利用して三方弁の開閉確認および弁本体の損傷状態まで検出する。
【0021】
すなわち、本実施の形態にかかわる三方弁異常検出装置は、一対のバーナ2、3を通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定するための一対の熱電対12、13(図1参照)と、一対の熱電対12、13により測定された一対のバーナ2、3の排気温度の偏差を算出する偏差算出手段(図示せず)と、偏差算出手段により算出された偏差に基づいて、一対の三方弁4、5の異常を判定するための判定手段(図示せず)とから構成されている。
【0022】
熱電対12、13は、一対のバーナ2、3の排気温度を測定できる位置であれば、バーナ2または3からブロア6とのあいだの区間の任意の位置に設置可能であるが、排気温度を正確に測定することができるという点で、バーナ2、3と三方弁4、5とのあいだに設けるのが好ましい。
【0023】
また、本実施の形態では、排気温度を測定する手段として、安価で測定精度の高い熱電対12、13を採用しているが、本発明はこれに限定するものではなく、測温抵抗体などの他の温度測定手段を採用してもよい。
【0024】
偏差算出手段は、前記熱電対12、13によって測定されたバーナ2、3の排気温度の偏差を求めるものであり、公知のパーソナルコンピュータなどを採用することができる。
【0025】
また、判定手段は、前記偏差算出手段により得られた排気温度の偏差が所定の大きさ(たとえば、40〜50℃程度)になれば、三方弁4、5のいずれか一方が異常であると判定するものであり、公知のパーソナルコンピュータなどが用いられる。前記偏差算出手段および判定手段は、一台のパーソナルコンピュータで共通化してもよい。
【0026】
また、前記判定手段が異常であると判断した場合に、オペレータなどに知らせる警報手段を設けることができる。警報手段としては、ランプや液晶表示パネルなどの視覚に訴えるものやブザーなどの聴覚に訴えるものを単独で、または組み合わせて用いることができる。
【0027】
なお、前記判定手段を用いずに、偏差算出手段の算出結果を表示する機構を採用して、その値をオペレータが見て判断することも可能である。
【0028】
つぎに、図2〜9を参照しながら、本発明の三方弁異常検出方法を三方弁の種々の異常状態に適用した例を説明する。
【0029】
まず、三方弁4、5が正常の場合、図2〜3に示されるように、図2(a)では、一方の三方弁5を吸気側および他方の三方弁4を排気側にセットし、バーナ3から吸気して燃焼し、バーナ2から排気する。20〜30秒経過後、三方弁4、5をそれぞれ切り換えて図2(b)に示されるように、バーナ2から吸気して燃焼し、バーナ3から排気する。この動作を周期的に行なうことにより、ラジアントチューブ1を1000℃前後まで加熱することができる。
【0030】
この図2〜3の正常動作のとき、一対のバーナ2、3を通過して排気される排気ガスの排気温度は、前記熱電対12、13で測定される。図3のグラフに示されるように、バーナ2付近の排気温度TAおよびバーナ3付近の排気温度TBは200〜300℃程度の範囲で周期的に変動し、排気温度の平均値の偏差は、非常に小さく、0〜20℃程度の狭い範囲になる。
【0031】
つぎに、三方弁が異常である場合の一例として、図4〜5に示されるように、一方のバーナ2側の三方弁4が常に排気状態に固定された場合、バーナ3の燃焼時(図4(a)参照)は正常に動作するが、バーナ2の燃焼時において本来吸気すべきタイムサイクル時(図4(b)参照)にも三方弁4が排気状態であり、バーナ2の蓄熱体7には、燃焼空気が通気されず、蓄熱された熱は奪われず、正常な三方弁5側の蓄熱体7には熱を与えない。ところが、ある一定のタイムサイクルが経過し、再び本来排気すべきタイムサイクル時(図4(a)参照)になれば、正常な三方弁5側のバーナ3の燃焼排気ガスによって、異常のある三方弁4側の蓄熱体7は蓄熱され、正常な三方弁5側の蓄熱体7は所定量の燃焼空気によって抜熱される。
【0032】
このため、異常のある三方弁4側の蓄熱体7は蓄熱量の方が大きく、異常のある三方弁4側に取り付けられた排気ガス温度TAは高温化(400〜500℃程度)する。その一方で、正常な三方弁5側の蓄熱体7は、抜熱量の方が大きく低温化し、排気ガス温度TBも低温化(50〜100℃程度)する。この現象から、2つの排気温度の温度偏差TA−TBが大きくなる(図5のグラフ参照)。これにより、三方弁4、5のいずれか一方が異常であることを検出することができる。
【0033】
つぎに、三方弁が異常である場合の他の例として、図6〜7に示されるように、一方のバーナ2側の三方弁4が常に吸気状態に固定された場合、バーナ3の燃焼時において本来排気すべきタイムサイクル時(図6(a)参照)にも三方弁4が吸気状態であり、一対の三方弁4、5が両方とも吸気状態になり、燃焼空気量が不足する。このため、正常な三方弁5側の蓄熱体7は、燃焼空気の通過量が減少し、蓄熱体7の熱はあまり抜熱されない。一方、異常のある三方弁4側の蓄熱体7はあまり蓄熱されない。ところが、ある一定のタイムサイクルが経過し、本来吸気すべきタイムサイクルになった時(図6(b)参照)には、異常のある三方弁4側には、所定の空気量が通入されて抜熱され、正常な三方弁5側に設置された蓄熱体7は蓄熱される。
【0034】
このため、異常のある三方弁4側の蓄熱体7は抜熱量の方が大きく、異常のある三方弁4側に取り付けられた排気ガス温度TAは低温化(50〜100℃程度)する。一方、正常な三方弁5側の蓄熱体7は、蓄熱量の方が大きく高温化し、排気ガス温度TBも高温化(400〜500℃程度)する。この現象から、2つの排気温度の温度偏差TA−TBが大きくなる(図7のグラフ参照)。これにより、三方弁4、5のいずれか一方が異常であることを検出することができる。
【0035】
また、三方弁が異常である場合のさらに他の例として、図8〜9に示されるように、一方のバーナ2側の三方弁4の弁体4aに変形が生じた場合、三方弁4、5が吸気側または排気側に関わらず、弁体4aが傾いて弁体4aのシール性が悪化する。そして、図8(a)に示されるように、バーナ2側の三方弁4からも外気が吸いこまれるため、バーナ3に吸引される燃焼吸気量が減少し、各バーナ2、3の蓄熱体7を通過する燃焼空気量および排気ガス量がともに正常時に比べ減少する。しかしながら、吸気側と排気側で一定量のリーク量となるような変形が弁体4aに発生する可能性は小さく、経験上、そのどちらかにリーク量が片寄る場合が多い。このリーク量の片寄りは、弁体4aの変形状態により異なる。
【0036】
たとえば、図8(a)の状態の影響の方が図8(b)の状態の影響よりも大きい場合、すなわち、燃焼空気量がバーナ3の方が少ない場合、バーナ2、3側ともに燃焼空気量は減少するものの、図6〜7の場合(TA<TB)と同様の現象が発生し、バーナ2、3の排気温度に偏差TA−TBが生じる(図9参照)。同様に、図8(b)の状態の影響の方が図8(a)の状態の影響よりも大きい場合、すなわち、燃焼空気量がバーナ2の方が少ない場合、バーナ2、3側ともに燃焼空気量は減少するものの、図4〜5の場合(TA>TB)と同様の現象が発生し、バーナ2、3の排気温度に偏差TA−TBが生じる。
【0037】
この偏差(平均温度の差)は、前述のように三方弁が両方とも正常である場合は、0〜20℃程度と小さい。したがって、測定誤差も考慮して、通常は、偏差が40〜50℃程度になった時点で何らかの異常が三方弁に発生したと判断する。
【0038】
以上のように、三方弁4、5に異常が生じた場合、バーナ2、3の排気温度に偏差TA−TBを観測することによって早期に異常を検出することができる。しかも、図5、7、および9に示される温度偏差TA−TBのパターンを分析すれば、三方弁4、5の異常の種類も知ることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、三方弁の開閉状態を信頼性よく監視することができ、さらに弁体の損傷や異常も検知することができる。したがって、複数のリジェネバーナを高い信頼性で遠隔監視を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリジェネバーナの三方弁の異常検出装置を備えたリジェネバーナの一実施の形態を示す断面説明図である。
【図2】図1のリジェネバーナの正常な動作を示す断面説明図である。
【図3】図2のリジェネバーナの正常な動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【図4】図1のリジェネバーナの一方の三方弁が排気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図5】図4のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【図6】図1のリジェネバーナの一方の三方弁が吸気状態で固定された場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図7】図6のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【図8】図1のリジェネバーナの一方の三方弁の弁体が変形した場合の異常動作を示す断面説明図である。
【図9】図8のリジェネバーナの異常動作時における一対のバーナの排気温度の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ラジアントチューブ
2、3 バーナ
4、5 三方弁
7 蓄熱体
12、13 熱電対
Claims (5)
- ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた、蓄熱体を有する一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法であって、
(a)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定し、
(b)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対のバーナの前記排気温度の平均温度の差を計算し、
(c)該排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の損傷を検知することを特徴とするリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法。 - 前記一対のバーナの排気温度を、前記バーナと三方弁とのあいだで測定する請求項1記載のリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出方法。
- ラジアントチューブと、該ラジアントチューブの両端に設けられた一対のバーナと、該一対のバーナにそれぞれ接続された一対の燃焼通気切替用三方弁とを備え、所定の時間間隔ごとに一対の燃焼通気切替用三方弁を切り替えてバーナを交互に燃焼させることにより、一方のバーナの燃焼によって生じる排気ガスの熱を他方のバーナの蓄熱体によって回収するリジェネバーナの三方弁の異常検出装置であって、
(a)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度を測定するための一対の温度測定手段と、
(b)前記一対のバーナを通過して排気される排気ガスのそれぞれの排気温度の平均温度を算出し、該一対の温度測定手段により測定された前記一対のバーナの排気温度の平均温度の差を算出する偏差算出手段と、
(c)該偏差算出手段により算出されたバーナの排気温度の平均温度の差が所定の大きさを超えた場合に、前記一対の三方弁の異常を判定するための判定手段と
からなるリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出装置。 - 前記一対の温度測定手段が、前記バーナと三方弁とのあいだに配置されてなる請求項3記載のリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出装置。
- 前記一対の温度測定手段が、熱電対からなる請求項3または4記載のリジェネレイティブバーナの三方弁の異常検出装置。
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