JPH05187629A - 炉温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バーナを熱源とする工業用炉において、バー
ナの単位時間内の発熱量を実質的に大幅に変化させるこ
とができ、炉内温度を広範に調節し得るようし、しかも
炉内温度を目標温度に精度良く維持できるようにする。 【構成】 炉内温度を検出しバーナ３へ送給する燃焼用
空気，燃料等の供給量を制御器１２を介して流量調節弁
７，８により操作することによりバーナ３の燃焼を止め
ることなく炉内温度を目標温度にフィードバック制御す
る連続燃焼式制御系と、上記連続燃焼式制御系の作動中
にバーナ３への燃焼用空気，燃料等の供給量が低流量カ
ットポイントを下まわったときに移行する間歇燃焼式制
御系とを具備し、該間歇燃焼式制御系は、予め決められ
た周期ごとに前記制御器１２より出力される所要操作量
に相当する時間長をもってバーナ３を燃焼させるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バーナを熱源とする工
業用炉において、バーナの燃焼を制御し炉内温度を目標
温度に安定的にコントロールする炉温度制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ラジアントチューブバーナが設けられた
熱処理炉、或いは直火式加熱炉等の熱源としてバーナを
使用している工業用炉においては、炉内温度を目標温度
にコントロールするために、従来から炉内温度を検出し
バーナへ送給される燃焼用空気，燃料等の供給量をＰＩ
Ｄ調節計等の制御器を介して流量調節弁により操作する
ことによりフィードバック制御する方式が採られてい
る。

【０００３】しかし流量調節弁を絞ることによってバー
ナの燃焼を安定して変化させ得る発熱量の範囲は１：３
程度であり、それ以下に流量調節弁を絞ると燃焼不良を
起こし事故を招くおそれがある。

【０００４】そこで上記変化範囲を拡大するため従来か
ら間引き制御が行なわれていた。この間引き制御とは、
複数のバーナが設けられている場合、それを例えば２つ
の系統に分け、発熱量が少ないときは一方の系統のバー
ナのみを燃焼させ他方の系統のバーナは休止させ、多く
の発熱量を要するときは両系統のバーナとも燃焼させる
ようにするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のようにバ
ーナを複数の系統に分割すると、電磁弁，調節弁，操作
スイッチ，電気回路等の機器がその分割数にほぼ比例し
て数倍必要になって来るためコストがかさむという問題
がある。

【０００６】また、上記ＰＩＤ調節計等の制御器は、検
出温度と目標温度との偏差の比例項と積分項と微分項と
を三要素とする操作量が出力され、周知のように、炉内
温度を目標温度に早期に安定的に収束させようとするも
のであるが、実際の炉操業においては、上記各項の係数
が例えば均熱時における加熱と冷却の切換を伴なう時に
温度偏差のふらつきを小さくするための値と、温度目標
値の変化に炉温を追従させる時の過渡応答を良くするた
めの値とでは相違するなど調整が難しく、かつ性能に限
界があった。また加熱と冷却の切換時には積分項を排除
し切換応答性を高めることもあったので加熱と冷却の切
換えを伴なう区間（均熱時等）において積分項本来の機
能が得られず制御性能がよくなかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の炉温度制御方法
は上記課題を解決しようとするもので、炉内温度を検出
しバーナへ送給する燃焼用空気，燃料等の供給量を制御
器を介して流量調節弁により操作することによりバーナ
の燃焼を止めることなく炉内温度を目標温度にフィード
バック制御する連続燃焼式制御系と、上記連続燃焼式制
御系の作動中にバーナへの燃焼用空気，燃料等の供給量
が低流量カットポイントを下まわったときに移行する間
歇燃焼式制御系とを具備し、該間歇燃焼式制御系は、予
め決められた周期ごとに、前記制御器より出力される所
要操作量に相当する時間長をもってバーナを燃焼させる
ようにしたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】系統を複数にすることなく発熱量変化範囲を広
くできるので低コストで制御系の性能を向上させること
ができる。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１において、１は炉体２に設けられたラジアントチュ
ーブで、その一端にバーナ３が設けられている。４は該
バーナ３に燃焼用空気を供給する給気管、５は該バーナ
３に燃料を供給する給ガス管である。

【００１０】給気管４にはコントロールモータ６によっ
て開度を調節し得る流量調節弁７が設けられている。８
は該給ガス管５に設けられた流量調節弁で、該流量調節
弁８は給気管４と給ガス管５の差圧により作動するダイ
ヤフラム９により開度が調節され、該給ガス管５を流れ
る燃料量が給気管４を流れる空気量に比例しバーナ３に
おける空燃比が常に望ましい値に保たれるようにしてい
る。１０は給ガス管５に設けられた低流量カット弁であ
る。

【００１１】１１は炉体２内の温度を検出する熱電対で
ある。しかしてこの制御系では、熱電対１１によって検
出された炉内温度と目標温度との偏差が演算されその偏
差がＰＩＤ調節計等の制御器１２に入力される。制御器
１２はその偏差の大小，時間的変位，時間的累積、即
ち、比例値，微分値，積分値を演算するもので、その和
が操作量としてロジック回路１３に出力される。

【００１２】ロジック回路１３では制御器１２から受け
た操作量に従い流量調節弁７に開度を指令する。このた
め給気管４を通してバーナ３に流量調節弁７の開度に即
した燃焼用空気が供給されると共に、その流量に従いダ
イヤフラム９によって流量調節弁８の開度が調節される
ためにバーナ３にその燃料ガスが供給されバーナ３で燃
焼しラジアントチューブ１を介して炉体２内を加熱す
る。

【００１３】このような連続燃焼式制御系にロジック回
路１３より指令される流量調節弁７の開度は制御器１２
より出力される操作量に従い変化する。即ち図２に例示
したようにロジック回路１３より指令される流量調節弁
７の開度が所定の低流量カットポイント以上であるとき
は、低流量カット弁１０は開状態にあり該ロジック回路
１３より指令される流量調節弁７の開度が制御器１２よ
り出力される操作量に比例して増大するようにし、該流
量調節弁７，流量調節弁８の開度が調節されることによ
りバーナ３の発熱量が調整され、そのとき熱電対１１に
て検出される炉内温度がフィードバックされることによ
り炉内温度が目標温度に自動制御されるようにしてい
る。

【００１４】一方、炉内温度が目標温度に近くなり制御
器１２より出力される操作量が小さくなって流量調節弁
７に指令される開度が低流量カットポイントを下まわっ
たとき間歇燃焼式制御系に移行する。この間歇燃焼式制
御系ではロジック回路１３は図４に示したように流量調
節弁７および低流量カット弁１０に予め決められた一定
周期ｔごとに開指令を出す。この開指令の出ている時間
長ｍ、即ちバーナ３の燃焼持続時間は図３に示したよう
に制御器１２より出力される操作量に比例して（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）に示したように次第に長くなるようにす
る。なおこのときの流量調節弁７の開度は低流量カット
ポイントの少し上に保持される。

【００１５】このように一定周期ｔでバーナ３を燃焼さ
せると共にその燃焼持続時間ｍが操作量に比例して制御
されることによってその時間内の発熱量が制御され、炉
内温度を目標温度に維持できる。そして低流量カットポ
イント以上になったときはこの間歇燃焼式制御系から元
の連続燃焼式制御系に戻されロジック回路１３は流量調
節弁７に元どおり開度指令を出すようになる。

【００１６】なお周期ｔは短かく設定したほうが炉内温
度の変動幅をより小さくできるが、あまり短かくすると
流量調節弁７，低流量カット弁１０の開閉頻度がはげし
くなりその耐久性が問題となるので、実用上２〜５分程
度が望ましく、その場合均熱時の炉内温度変動幅を２℃
以内に抑えることができ、従来の変動幅（７℃以上）に
比べ大幅な改善が認められた。なお周期ｔの最適値は炉
の温度特性や弁の耐久性等を考慮して決定されるので上
記２〜５分の範囲外になることもあるのは言うまでもな
い。

【００１７】

【発明の効果】このように本発明の炉温度制御方法は、
連続燃焼式制御系と間歇燃焼式制御系を具備することに
よつてバーナの単位時間内の発熱量を実質的に大幅に変
化させることができ、炉内温度を広範に調節し得るよう
になる。しかも炉内温度を目標温度に精度良く維持でき
るようになり制御性能が向上する有益な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る炉温度制御方法のブロック図。

【図２】操作量と流量調節弁開度の関係を示す線図。

【図３】操作量とバーナの燃焼持続時間の関係を示す線
図。

【図４】バーナ燃焼のタイミングチャート。

【符号の説明】

２ 炉体 ３ バーナ ４ 給気管 ５ 給ガス管 ７ 流量調節弁 ８ 流量調節弁 １０ 低流量カット弁 １１ 熱電対 １２ 制御器 １３ ロジック回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内温度を検出しバーナへ送給する燃焼
   用空気，燃料等の供給量を制御器を介して流量調節弁に
   より操作することによりバーナの燃焼を止めることなく
   炉内温度を目標温度にフィードバック制御する連続燃焼
   式制御系と、上記連続燃焼式制御系の作動中にバーナへ
   の燃焼用空気，燃料等の供給量が低流量カットポイント
   を下まわったときに移行する間歇燃焼式制御系とを具備
   し、該間歇燃焼式制御系は、予め決められた周期ごと
   に、前記制御器より出力される所要操作量に相当する時
   間長をもってバーナを燃焼させるようにしたことを特徴
   とする炉温度制御方法。