JP3673860B2 - 複数の蓄熱式バーナユニツトを含む加熱装置及びその運転方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は，燃料噴出用ノズルと燃焼用空気の供給通路に設けられる蓄熱体とを有する少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含み，一方の蓄熱式バーナユニツトが燃料遮断弁及び燃料切換え弁を介して燃料を供給され，かつ給−排気切換え弁を介して燃焼用空気を供給されて燃焼動作し，他方の蓄熱式バーナユニツトが燃焼廃ガスを通されて蓄熱動作する，交互切換え燃焼方式の蓄熱式バーナユニツトを用いた加熱装置及びその運転方法に関する。
背景技術
このような加熱装置は公知であり（特開平２-254210号広報），それにより廃熱の回収により熱効率を高めることができる。
発明の開示
本発明の目的は，燃焼動作する蓄熱式バーナユニツトと蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトとを含む加熱装置の燃焼安定性が比較的簡単な手段で確保されるようにすることである。
また本発明は，加熱装置の熱効率が更に高められるようにする。その上本発明は，熱により損傷し易い部材が高温の燃焼廃ガスにさらされるのを防止されるようにする。
更に本発明は，加熱装置の蓄熱式バーナユニツトの中への蓄熱体の取付け又は取外しが簡単で，その一部のみの交換も容易であるようにする。
本発明によれば，給−排気切換え弁を介して燃焼廃ガスを外部へ排出する導管内に，燃焼廃ガスの温度を測定する少なくとも１つのセンサが設けられている。
本発明による加熱装置では，それぞれの蓄熱式バーナユニツトと給−排気切換え弁との間の燃焼用空気供給用空気導管に，それぞれ流量調節弁が設けられている。
燃料切換え弁は両方の蓄熱式バーナユニツトに付属する１つの共通な三方弁から成り，給−排気切換え弁が両方の蓄熱式バーナユニツトにそれぞれ付属する２つの三方弁から成ることができる。
加熱装置を構成する蓄熱式バーナユニツトの蓄熱体は，複数のセグメントから成つている。セグメント自体が蓄熱体から成るか，又は多数の蓄熱素子がセグメント状容器に収容されることができる。
蓄熱式バーナユニツトはメインバーナとパイロツトバーナとを含み，メインバーナのバーナガン内にパイロツトバーナ及びパイロツトバーナの点火兼火炎検出用電極が設けられている。
上述した加熱装置の運転に関して本発明によれば，蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトの蓄熱体へ熱を与えた後の廃ガスの温度を測定し，測定されるこの廃ガス温度に基いて燃料切換え弁及び給−排気切換え弁の切換えを行うことが提案される。
更に蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトから給−排気切換え弁を介して外部へ排出される燃焼廃ガスの未燃ガス濃度を特定の周期で連続的に測定し，未燃ガスの濃度が特定の下限値を越えた時点から特定の判定用周期内に検出される未燃ガス濃度が特定の上限値を越えて増大すると，燃焼動作する蓄熱式バーナユニツトへの燃料の供給を直ちに遮断し，検出される未燃ガス濃度が前記の上限値と下限値との間にあると，周期の終りの時点に警報を発しかつ／又は燃焼動作する蓄熱式バーナユニツトへの燃料の供給を遮断する。
本発明によれば，加熱装置の燃焼廃ガスの酸素濃度測定値又は蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトから熱交換後給−排気切換え弁へ達する燃焼廃ガスの酸素濃度測定値と，給−排気切換え弁から外部へ排出される燃焼廃ガスの酸素濃度測定値とを比較することが提案される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による加熱装置に使用される蓄熱式バーナユニツトを縦断面で示す。第２図はその蓄熱体の種々の構成を斜視図で示す。第３図及び第４図は蓄熱体の異なる変形例を斜視図で示す。第５図は蓄熱式バーナユニツトの変形例を縦断面で示す。第６図及び第７図は第５図の一部を拡大して示す。第８図ないし第11図は，少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含む加熱装置の４つの実施例の接続図である。第12図は，加熱装置の温度及びガス温度と時間との関係を示す線図である。第13図は加熱装置の別の変形例の接続図である。図14図は加熱装置の切換えシーケンスを示す図である。第15図は燃焼廃ガス中のCO濃度の第１の時間的変化パターンを示す図である。第16図は燃焼廃ガス中のCO濃度の第２の時間的変化パターンを示す図である。第17図は燃焼廃ガス中のCO濃度の第３の時間的変化パターンを示す図である。第18図は燃焼用空気の流量と燃焼休止時間との関係を示す線図である。第19図は加熱装置の別の変形例の接続図である。第20図は加熱装置の別の燃焼切換えシーケンスと各酸素センサの酸素濃度の線図とを示す。第21図は火災検出用電極を持つパイロツトバーナの軸線に沿う断面図である。第22図は加熱装置の更に別の変形例の接続図である。
発明を実施するための最良の形態
以下において，ラジアントチユーブを用いる加熱装置について本発明が説明されるが，本発明はこのような加熱装置に限定されるものではない。
第１図において，加熱炉内に延びるラジアントチユーブ２の端部に続く円筒状ハウジング１内には，半径方向間隔をおいて金属又はセラミツクスから成る燃焼筒３が同心的に設けられて，その周壁に分布して複数の穴４を持ち，その先端は先細になつてノズル５を形成している。燃焼筒３の中心軸線に沿つてメインバーナ６が炉壁を貫通して，燃焼筒３の後部範囲へ開口し，先端にノズル７を持つている。このメインバーナ６の炉外にある後端には，燃料接続口８を介して燃料例えばガスが供給される。メインバーナ６外に，これに対して平行にパイロツトバーナ９が延びている。パイロツトバーナ９の長さの大部分を包囲する空気案内管19には，冷却用空気接続口20を介して常に冷却用空気が供給される。ラジアントチユーブ２の後方に続いてこれに対して同軸的に炉外へ延びる空気案内筒10は，燃焼用空気接続口11を持つ空気供給室12へ開口している。空気供給室12内には温度測定用センサ50がある。メインバーナ６と空気案内筒10との間に形成される環状空気供給通路13には，軸線に沿つて複数の環状蓄熱体14が設けられている。穴４を持つ燃焼筒３の範囲の周りには，半径方向間隔をおいてセラミツクス製の保護筒15が設けられている。受け金具16を介して後端の範囲を円筒状ハウジング１内に支持されるこの燃焼筒３の後端を閉鎖する端壁17には，複数の穴18が設けられている。なお端壁17は，これを貫通するメインバーナ６及びパイロツトバーナ９の先端の支持にも役立つ。
第２図のＡに示すように，環状の蓄熱体14は例えばセラミツクスから成り，約1mmの軸線方向細孔を多数持つている。各蓄熱体14は複数（図では４つ）のセグメントから構成され，細孔の目詰まりの際容易に交換可能である。
燃焼筒３に近い側にあつて高温にさらされる蓄熱体141がセラミツクスから成り，燃焼筒３から遠い側にあつて低温にさらされる蓄熱体142が金属好ましくは金鋼（メツシユ）から成ることもできる。
セラミツクスから成る蓄熱体14は，約180°の中心角を持つ２つのセグメント14a（第２図のＢ）又は約120°の中心角を持つ３つのセグメント14b（第２図のＣ）又は約90°の中心角を持つ４つのセグメント14c（第２図のＤ）から構成されることもできる。
第２図のＤからわかるように，パイロツトバーナ９の存在する範囲をあけて，例えば約90°の中心角を持つ３つのセグメント14cを設けることができる。この場合空気案内管19を，セグメント14cとほぼ同じ断面を持つように構成しておけば，この空気案内管19と３つのセグメント14cとによつて，環状の空気案内通路13が満たされることになり，この案内通路13を通る気体のシヨートパスが防止される。
第２図のＥでは，蓄熱体14は例えば120°の中心角を持つ２つのセグメントから成り，それらの間に軸線方向に延びる扇形断面の切欠き14Xを形成している。第２図のＦに示すように，蓄熱体14の端面でこれらの切欠きを扇形の邪魔板14Yでふさぐこともできる。環状の蓄熱体14の端面にこのような邪魔板14Xを取付けることも可能である。
第３図に示すように，このセラミツクス製セグメント14cと同じような断面を持ちかつ両端壁に例えば直径12mmの多数の細孔22を持つセグメント状の耐熱鋼板製ケース21は，例えば12mmの直径で耐熱鋼板製ケース21と同じ長さを持つか又は長さ方向に数分割される中空のセラミツクス製蓄熱素子23aを平行に収容する。複数部分から構成されるセラミツクス製蓄熱素子23aの長手方向の穴が互いに一直線をなすように，耐熱鋼製ケース21の中に保持板33を入れる。また12mmの直径及び12mmの長さを持つ多数のセラミツクス製蓄熱素子23bをケース21内にランダムに収容することもできる。
更に第４図に示すように，両端で開くセグメント状耐熱鋼製ケース21′内に蓄熱素子として複数の凹凸板24を軸線方向に挿入することも可能である。
第５図に示される蓄熱式バーナユニツトでは，メインバーナ６の内部に，これに対し平行にパイロツトバーナ９がびている。
第６図からわかるように，パイロツトバーナ９は，メインバーナ６のバーナガン40内にメインバーナに対して平行に設けられ，その先端41がノズル７とほぼ同じ端面で終るか，鎖線41′で示すようにノズル７から突出している。第７図に示されるように，パイロツトバーナ９の先端41から後方へ離れた所従つてメインバーナのバーナガン40内でパイロツトバーナ９のバーナ管42にある開口43から，絶縁碍子44により絶縁して支持される点火兼火炎検出用ピン電極45が，バーナ管42内へ少し突出している。この電極45は，碍子46により絶縁される導体47を介して外部へ引出されている。バーナ管42内に同心的に設けられて軸線方向へ延びるパイロツト燃料供給管48の先端は，電極45の手前で終つて，バーナ管42内に支持されている。パイロツトバーナ９に常にパイロツト火炎を維持するため，パイロツト燃料供給管48は，燃料源に接続されている。パイロツト燃料供給管48とバーナ管42との間に形成される環状空気通路49も，メインバーナ６とは別の空気源に接続されている。
第８図は，第１図又は第５図に示されるような蓄熱式バーナユニツトの少なくとも１対を使用する加熱装置を概略的に示している。ここで蓄熱式バーナユニツト（以下バーナユニツトと称する）は符号55,55′で示されている。
２つのバーナユニツト55,55′は，加熱炉内に延びるラジアントチユーブ２の両端に接続されて蓄熱式加熱装置を構成している。両方のバーナ55,55′の燃焼用空気接続口にそれぞれ接続される空気導管56,56′は，給−排気切換え弁57により，導管58を介して空気源としての空気押込みフアン59に，又は導管60を介して排気フアン61に選択的に接続可能である。同様にバーナユニツト55,55′の燃料接続口にそれぞれ接続される燃料導管62,62′は，燃料切換え弁63により，燃料遮断弁65を持つ導管64を介して図示しない燃料源としてのガス源に接続可能である。
空気導管56,56′には，燃焼用空気の流量調節弁66,66′がそれぞれ設けられている。空気導管56,56′には，燃焼廃ガスの酸素濃度を測定する酸素センサ67,67′がそれぞれ設けられている。空気導管56,56′にある酸素センサ67,67′は，それぞれ表示兼警報器68,68′を介して，切換え開閉器69により，制御装置70に選択的に接続可能である。切換え開閉器69は，両切換え弁57及び63に連動して切換えられて，蓄熱動作するバーナユニツトの空気導管56又は56′を流れる放熱ずみの焼廃ガスの酸素濃度に関係する信号を制御装置70へ供給するようになつている。制御装置70は，酸素センサ67又は67′の測定値と所定値との偏差に応じて，燃焼用空気流量調節弁66,66′を操作する。
第８図において，両切換え弁57及び63が図示した切換え位置にあり，バーナユニツト55が燃焼動作し，バーナユニツト55′が蓄熱動作しているものとする。燃料導管62を介してバーナユニツト55へ供給されてメインバーナ６のノズル７から噴出する燃料は，同様に空気導管56からバーナユニツト55へ供給されて空気供給通路13にある蓄熱体14を通つて端壁17の穴18から燃焼筒３内へ入る一次空気により，パイロツトバーナ９の火炎を介して着火されて，燃焼筒３内で安定した一次燃焼を行う。一次燃焼ガスの一部は，燃焼筒３の穴４を通つてこの燃焼筒３と保護筒15との間の環状空間へ噴出し，供給通路13から燃焼筒３と円筒状ハウジング１との間の環状空間を通つて供給される二次空気により二次燃焼し，この一次燃焼ガスを含む二次空気は，燃焼筒３のノズル５から噴出する一次燃焼ガスの残部を二次燃焼させる。
この一次燃焼及び二次燃焼により生ずる燃焼ガスは，ラジアントチユーブ２を通る際加熱炉内へ放熱し，バーナユニツト55′の蓄熱体14へ更に放熱して，温度を低下し，燃焼廃ガスとして空気導管56′及び給−排気切換え弁57を経て，排気フアン61により外部へ排出される。切換え弁57及び63が切換えられると，こんどはバーナユニツト55′が燃焼動作し，バーナユニツト55が蓄熱動作する。蓄熱体14の熱容量は，燃焼廃ガスの熱量の0.4倍以上に設計されるのがよい。
このような加熱装置において，両方のバーナユニツトの蓄熱体の形状又は蓄熱素子の充填態様に差があるか，又は蓄熱体の細孔の目詰まり，損傷等があると，蓄熱体を通る燃焼用空気の圧力損失に差が生じるので，燃焼用空気源から両方のバーナユニツトへ同一の圧力で燃焼用空気を供給しても，両方のバーナユニツトを通る燃焼用空気の流量が変化し，両方のバーナユニツトの燃焼条件に差が生じる。例えばバーナユニツト55の蓄熱体における圧力損失が，その健全な場合におけるより大きく，空気不足の燃焼となつた場合，酸素センサ67′の酸素濃度測定値が大きくなる。この測定値が所定値を越えると，制御装置70により燃焼用空気の流量調節弁66の弁開度が調節されて，正常な燃焼が行われるように，バーナユニツト55の空気流量を調節する。空気流量調節弁66又は66′をその弁開度調節範囲内で制御することが不可能な場合は，制御装置70により警報を発し，燃料遮断弁65を閉じて，燃焼動作するバーナユニツト55への燃料の供給を中止し，更に蓄熱体の寿命又は補修及び交換の時期を判定することができる。これは，バーナユニツト55′についても同様である。
なお蓄熱体により予熱される燃焼用空気の圧力損失に応じてラジアントチユーブ２内の圧力も変化するので，ラジアントチユーブ２内の圧力を圧力センサ71で測定し，この圧力測定値にも関係して制御装置70により流量調節弁66又は66′を制御することができる。
第８図では給−排気切換え弁57が両方のバーナユニツト55,55′に共通に付属しているが，第９図においては，２つの給−排気切換え弁72及び72′がバーナユニツト55及び55′にそれぞれ付属している。
給−排気切換え弁72及び72′は，燃料切換え弁63と同じ構造であり，３つのポートa,b,c及びa′,b′,c′と切換え用可動弁部材ｄ及びd′とを持つている。両方の給−排気切換え弁72及び72′のポートａ及びa′は，空気導管56及び56′にそれぞれ接続され，そのポートｂ及びb′は，それぞれ電磁弁73及び73′を持つ部分導管74及び74′を介して，排気フアン61を持つ導管60に接続され，そのポートｃ及びc′は，それぞれ電磁弁75及び75′を持つ部分導管76及び76′を介して，空気押込みフアン59を持つ導管58に接続されている。両方の給−排気切換え弁72及び72′は，制御装置70により制御される共通のサーボモータ77により同時に操作される。なお燃料切換え弁63も，制御装置70により制御されるサーボモータ78により，給−排気切換え弁72及び72′に同期して操作される。
第10図に示すように，燃料切換え弁63及び両方の給−排気切換え弁72及び72′の可動弁部材を互いに結合して，共通なサーボモータ79により操作することも可能である。
第９図及び第10図の構成は，第８図の構成に対して，燃焼動作するバーナユニツトへ供給される空気が蓄熱動作するバーナユニツトから排気フアン61により吸引される燃焼廃ガスに混入しないという利点を持つている。
第11図においては，燃料導管62,62′は，それぞれ電磁弁90,90′を持つ導管91,91′を介して窒素ガス源に接続されている。
空気導管62,62′又はバーナユニツト55,55′の空気供給室12内には，温度センサ50,50′が設けられ，それぞれ温度表示兼警報器92,92′を介して切換え開閉器93により制御装置70に選択的に接続可能になつている。この切換え開閉器93は両切換え弁57及び63に連動して切換えられて，蓄熱動作するバーナユニツトの空気供給室又は空気導管を流れる放熱ずみの燃焼廃ガスの温度に関係する信号を制御装置70へ供給するようになつている。制御装置70は，温度センサ50,50′の出力信号に応じて，燃料切換え弁63の操作用サーボモータ78への操作圧力の給排を制御する電磁弁94及び給−排気切換え弁57の操作用サーボモータ78への液圧の給排を制御する電磁弁95を付勢する。制御装置70は更に燃料遮断弁65及び電磁弁90,90′も制御する。
第11図において，燃料遮断弁65が開放位置にあり，切換え弁57及び63が図示した切換え位置にあり，バーナユニツト55が燃焼動作し，バーナユニツト25′が蓄熱動作するものとする。
バーナユニツト55から出る燃焼ガスは、ラジアントチユーブ２を通る際放熱し，バーナユニツト55′の蓄熱体14へ更に放熱して，温度を低下する。温度センサ50′で測定されるこの燃焼廃ガスの温度の測定値が目標下限以下であると，そのまま動作を続行し，廃ガス温度の測定値が目標上限値を超過すると，制御装置70を介して切換え弁57及び63が切換えられて，こんどはバーナユニツト55′が燃焼動作し，バーナユニツト55が蓄熱動作する。
こうして排出される燃焼廃ガスの温度に応じて燃焼動作と蓄熱動作との切換えを行うので，燃焼廃ガスの廃熱を充分回収して加熱装置全体の熱効率を高めることができる。例えば蓄熱体への放熱後排出される燃焼廃ガスの温度測定値の目標上限値を350℃とし，目標下限値を150℃とすると，蓄熱動作するバーナユニツトの動作時間は60秒で，熱効率は約80％になる。また目標上限値を250℃とし目標下限値を150℃とすると，蓄熱動作するバーナユニツトの動作時間は約40秒で，熱効率は85％以上になる。目標下限値は燃焼廃ガスの露点以上に選ばれる。この露点は燃焼廃ガス中のSO3の濃度に関係して変化するが，130〜150℃に選ぶのがよい。
なお加熱炉内の材料温度や炉温を急速に下げる場合において，第12図に示すように，供給すべき燃料の量を減少させるか又は燃料を遮断しながら，蓄熱体へ放熱した後の廃ガス温度の測定値Tgが，排気側の部材例えば給−排気切換え弁や排気フアンの耐熱温度450℃の上限値Tgmaxを越えない範囲で動作時間を延長するのがよい。ここで破線は従来の切換えによる廃ガス温度Tgの変化を時間ｔについて示し，実線は本発明により動作時間を延長した場合の廃ガス温度Tgの変化を示す。こうして給−排気切換え弁や排気フアンを焼損することなく，実線で示すように，炉温Tfを従来の運転（破線）におけるより急速に下げる運転が可能となる。
別の制御態様では，温度センサ50,50′で測定される廃ガス温度に関係して，燃料遮断弁65が閉鎖され，この燃料遮断弁65の閉鎖から特定の時間後，燃料遮断弁65及び給−排気切換え弁57が切換えられ，これらの切換え弁63及び57の切換えから特定の時間後，燃料遮断弁65が開かれる。
燃焼廃ガスの温度が特定の上限値を超過すると，燃料遮断弁65が閉鎖され，従つて加熱装置の運転が中止されるので，高温の廃ガスにさらされる部材が過熱に対して保護され，その寿命が増大する。
バーナユニツトの燃焼動作と蓄熱動作との間の切換え中の過渡状態においては，制御が中断され，定常状態における制御のみが行われる。
蓄熱動作するバーナユニツト55又は55′の燃料導管62又は62′へ，電磁弁90又は90′を持つ導管91又は91′を介して窒素ガスを供給して，燃料導管62又は62′をパージすると，燃焼動作の際における逆火が回避される。
燃料ガス遮断弁65の閉鎖から開放までの期間に，両方の燃料導管62及び62′を窒素ガスでパージすることも可能である。
第13図において給−排気切換え弁57から排気フアン61に至る廃ガス導管60には，燃焼廃ガス中の未燃ガス濃度を連続的に測定する酸素センサ又は未燃ガス濃度連続分析計96が設けられている。この未燃ガス濃度連続分析計96は，表示兼警報器97を介して制御装置70に接続されている。制御装置70は，未燃ガス濃度連続分析計96の出力信号に応じて，燃料遮断弁65を操作する。
切換え弁57及び63が図示した切換え位置にあり，バーナユニツト55が燃焼動作し，バーナユニツト55′が蓄熱動作するものとする。
バーナユニツト55から出る高温の燃焼ガスは，ラジアントチユーブ２を通る際放熱し，バーナユニツト55′の蓄熱体14へ更に放熱して温度を低下し，空気導管56′及び給−排気切換え弁57を経て，排気フアン61により外部へ排出される。切換え弁57及び63が切換えられると，こんどはバーナユニツト55′が燃焼動作し，バーナユニツト55が蓄熱動作する。前述したように，この切換えの際燃料遮断弁が短時間閉じられるので，燃料供給が遮断され，燃焼休止が行われる（第14図参照）。
第15図は未燃ガスとしてのCOの温度測定値が後述する特定の下限値（管理下限）より大きいことが確認された後，例えば30secの判定周期にわたつて3sec毎にセンサ96により測定されるCO濃度の時間的変化を示している。検出されるCO濃度が，例えば5％CO濃度の爆発限界より低い所にある1％CO濃度の特定の上限値（管理上限）を越えて増大すると，失火，不完全燃焼又は燃料切換え弁の重度の密封性低下と判定されて，燃料遮断弁65が制御装置70により直ちに閉じられて，燃料の供給が遮断される。
第16図に示すように，判定周期にわたつて検出されるCO濃度が管理上限とCOの漏洩なしの基準とされる0.005％（50ppm）の特定の下限値（管理下限）との間の範囲で変動すると，判定周期の終りの時点において，燃料切換え弁63の軽度の密封性低下と判定されて，表示兼警報装置97から燃料切換え弁の故障を示す警報が発せられると共に，燃料遮断弁65が制御装置70により閉じられて，燃料の供給が遮断される。
第17図に示すように，検出されるCO濃度が判定を実施すべき否かの基準となる管理下限の値をとると，燃料遮断弁65が閉じる燃焼休止時間中に，燃焼用空気による燃焼廃ガスの置換が不足であると判定されて，燃焼休止時間が微小な付加時間ΔTだけ延長され，サンプリング開始の時点に復帰する。
第18図は，燃焼用空気の流量に関して理論燃焼休止時間の変化を示している。ここで燃焼時間の理論値TK（sec）は，前述した燃焼廃ガス置換空間の値VGT（Nm）と燃焼空気流量VAR（Nm3／h）との比として次式
TK＝VGT×3600／VAR
で表わされ，VGTが一定なので，双曲線となる。この燃焼休止時間TKに微小付加時間ΔT例えば0.5秒が加算されて，切換えの際における実際の燃料休止時間従つて燃料遮断弁65の遮断時間STK＝TK＋ΔTとなる。
なお両方の切換え弁57及び63及び燃料遮断弁65にリミツトスイツチ又は近接スイツチのような位置をセンサ101,102,103が設けられ，異物により弁体が中間の位置で動かなくなつたことを異常と判断して，燃料の供給を遮断することができる。
第13図の変形としての第19図において，空気導管62,62′，及び給−排気切換え弁57から排気フアン61に至る廃ガス導管60には，燃焼廃ガスの酸素濃度を測定する酸素センサ105,105′及び96がそれぞれ設けられている。空気導管62,62′にある酸素センサ105,105′は，それぞれ表示兼警報装置106,106′を介して，切換え開閉器107により，制御装置70に選択的に接続可能である。廃ガス導管60にある酸素センサ96も，前述したように表示兼警報器97を介して制御装置70に接続されている。切換え開閉器107は，両切換え弁57及び63に連動して切換えられて，蓄熱動作するバーナユニツトの空気導管56又は56′を流れる放熱ずみ燃焼廃ガスの未熱ガス濃度即ち酸素濃度に関係する信号を制御装置70へ供給するようになつている。制御装置70は，酸素センサ150又は150′の測定値と酸素センサ96の測定値との差に応じて，燃料遮断弁65を操作する。
給−排気切換え弁57に漏洩がないと，酸素センサ96の酸素濃度測定値と，酸素センサ105又は105′の酸素濃度測定値の差が著しく小さい。しかし給−排気切換え弁57の密封性が低下して，その空気側から燃焼廃ガス側へ空気が漏洩し，漏洩量が大きくなると，第20図において酸素センサ105又は105′の測定値と酸素センサ96の測定値との差が大きくなり，この差が所定値以上になると，表示兼警報器97が警報を発するか，又は制御装置70により燃料遮断弁65が操作されて，燃焼動作するバーナユニツトへの燃料供給を遮断する。それにより加熱装置全体の運転を中止して，給−排気切換え弁57を修理することができる。
燃料遮断弁65の動作と両方の切換え弁57,63の動作との間の時間間隔を，燃焼用空気の流量に関係して変化するのがよい。それにより効率が改善される。
更に複数対のバーナユニツト55,55′の動作切換えを特定の時間間隔で順次に行うのもよい。それにより加熱装置内の温度の変動や燃料導管62又は62′内における燃料の圧力変動が小さく保たれる。
燃料遮断弁65及び両方の切換え弁57,63の切換えが，瞬時にではなく徐々に行われ，従つて燃料及び空気の供給及び廃ガスの排出が徐々に行われると，未燃ガス成分の発生が低減される。
パイロツトバーナ９におけるパイロツト火炎を検出するため第21図に示すように，パイロツトバーナ９はその先端から離れた所でバーナ管125にある開口126から，碍子127により絶縁して支持される点火兼火炎検出用ピン電極128が，バーナ管125内へ少し突出している。この電極128とバーナ管125との間には，点火のため例えば6000Vの高電圧がかけられるが，そのための手段は示してない。電極128はパイロツト火炎検出電極としても役立ち，導体129を介して増幅器130に接続されている。バーナ管125内に同心的に設けられて軸線方向へ延びるパイロツト燃料供給管131の先端は，電極128より前で終つて，穴132を持つフランジ133によりバーナ管125内に支持されている。パイロツトバーナ９に常にパイロツト火炎を維持するため，パイロツト燃料供給管131は，接続口134を介して燃料例えば都市ガス又はLPGガスを供給される。パイロツト燃料供給管131とバーナ管125との間に形成される環状空気通路135も，接続口136を介してメインバーナ６とは別の空気源に接続されている。
第22図において，バーナユニツト55,55′のパイロツト火炎検出電極にそれぞれ接続される増幅器130,130′は，制御装置70に接続されている。パイロツトバーナ９にパイロツト火炎が存在する時にのみ燃料遮断弁65が開かれて，燃焼を行うバーナユニツトへの燃料供給を可能にする。
バーナユニツト55,55′の少なくとも一方のパイロツトバーナ９にパイロツト火炎が存在しない（失火）と，燃料遮断弁65が閉じられて，燃料ガスの供給を遮断する。
この場合火炎が検出されるバーナユニツトへのみ燃焼動作のため燃料が供給されるように，燃料遮断弁65が制御装置70により制御され，空気は給−排気切換え弁57を介して両方のバーナユニツト55,55′へ周期的に交互に供給される。
一方のバーナユニツト55又は55′における失火の際，燃料遮断弁65を閉じて，両方のバーナユニツト55及び55′への燃料の供給を中断することも可能である。
更にこの場合空気遮断弁180により，両方のバーナユニツト55及び55′の燃焼用空気の供給を中断することも可能である。
本発明は，燃料噴出用ノズルと燃焼用空気の供給通路に設けられる蓄熱体とを有する少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含み，一方の蓄熱式バーナユニツトが燃料遮断弁及び燃料切換え弁を介して燃料を供給され，かつ給−排気切換え弁を介して燃焼用空気を供給されて燃焼動作し，他方の蓄熱式バーナユニツトが燃焼廃ガスを通されて蓄熱動作する，交互切換え燃焼方式の蓄熱式バーナユニツトを用いた加熱装置及びその運転方法に関する。
背景技術
このような加熱装置は公知であり（特開平２-254210号広報），それにより廃熱の回収により熱効率を高めることができる。
発明の開示
本発明の目的は，燃焼動作する蓄熱式バーナユニツトと蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトとを含む加熱装置の燃焼安定性が比較的簡単な手段で確保されるようにすることである。
また本発明は，加熱装置の熱効率が更に高められるようにする。その上本発明は，熱により損傷し易い部材が高温の燃焼廃ガスにさらされるのを防止されるようにする。
更に本発明は，加熱装置の蓄熱式バーナユニツトの中への蓄熱体の取付け又は取外しが簡単で，その一部のみの交換も容易であるようにする。
本発明によれば，給−排気切換え弁を介して燃焼廃ガスを外部へ排出する導管内に，燃焼廃ガスの温度を測定する少なくとも１つのセンサが設けられている。
本発明による加熱装置では，それぞれの蓄熱式バーナユニツトと給−排気切換え弁との間の燃焼用空気供給用空気導管に，それぞれ流量調節弁が設けられている。
燃料切換え弁は両方の蓄熱式バーナユニツトに付属する１つの共通な三方弁から成り，給−排気切換え弁が両方の蓄熱式バーナユニツトにそれぞれ付属する２つの三方弁から成ることができる。
加熱装置を構成する蓄熱式バーナユニツトの蓄熱体は，複数のセグメントから成つている。セグメント自体が蓄熱体から成るか，又は多数の蓄熱素子がセグメント状容器に収容されることができる。
蓄熱式バーナユニツトはメインバーナとパイロツトバーナとを含み，メインバーナのバーナガン内にパイロツトバーナ及びパイロツトバーナの点火兼火炎検出用電極が設けられている。
上述した加熱装置の運転に関して本発明によれば，蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトの蓄熱体へ熱を与えた後の廃ガスの温度を測定し，測定されるこの廃ガス温度に基いて燃料切換え弁及び給−排気切換え弁の切換えを行うことが提案される。
更に蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトから給−排気切換え弁を介して外部へ排出される燃焼廃ガスの未燃ガス濃度を特定の周期で連続的に測定し，未燃ガスの濃度が特定の下限値を越えた時点から特定の判定用周期内に検出される未燃ガス濃度が特定の上限値を越えて増大すると，燃焼動作する蓄熱式バーナユニツトへの燃料の供給を直ちに遮断し，検出される未燃ガス濃度が前記の上限値と下限値との間にあると，周期の終りの時点に警報を発しかつ／又は燃焼動作する蓄熱式バーナユニツトへの燃料の供給を遮断する。
本発明によれば，加熱装置の燃焼廃ガスの酸素濃度測定値又は蓄熱動作する蓄熱式バーナユニツトから熱交換後給−排気切換え弁へ達する燃焼廃ガスの酸素濃度測定値と，給−排気切換え弁から外部へ排出される燃焼廃ガスの酸素濃度測定値とを比較することが提案される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による加熱装置に使用される蓄熱式バーナユニツトを縦断面で示す。第２図はその蓄熱体の種々の構成を斜視図で示す。第３図及び第４図は蓄熱体の異なる変形例を斜視図で示す。第５図は蓄熱式バーナユニツトの変形例を縦断面で示す。第６図及び第７図は第５図の一部を拡大して示す。第８図ないし第11図は，少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含む加熱装置の４つの実施例の接続図である。第12図は，加熱装置の温度及びガス温度と時間との関係を示す線図である。第13図は加熱装置の別の変形例の接続図である。図14図は加熱装置の切換えシーケンスを示す図である。第15図は燃焼廃ガス中のCO濃度の第１の時間的変化パターンを示す図である。第16図は燃焼廃ガス中のCO濃度の第２の時間的変化パターンを示す図である。第17図は燃焼廃ガス中のCO濃度の第３の時間的変化パターンを示す図である。第18図は燃焼用空気の流量と燃焼休止時間との関係を示す線図である。第19図は加熱装置の別の変形例の接続図である。第20図は加熱装置の別の燃焼切換えシーケンスと各酸素センサの酸素濃度の線図とを示す。第21図は火災検出用電極を持つパイロツトバーナの軸線に沿う断面図である。第22図は加熱装置の更に別の変形例の接続図である。
発明を実施するための最良の形態
以下において，ラジアントチユーブを用いる加熱装置について本発明が説明されるが，本発明はこのような加熱装置に限定されるものではない。
第１図において，加熱炉内に延びるラジアントチユーブ２の端部に続く円筒状ハウジング１内には，半径方向間隔をおいて金属又はセラミツクスから成る燃焼筒３が同心的に設けられて，その周壁に分布して複数の穴４を持ち，その先端は先細になつてノズル５を形成している。燃焼筒３の中心軸線に沿つてメインバーナ６が炉壁を貫通して，燃焼筒３の後部範囲へ開口し，先端にノズル７を持つている。このメインバーナ６の炉外にある後端には，燃料接続口８を介して燃料例えばガスが供給される。メインバーナ６外に，これに対して平行にパイロツトバーナ９が延びている。パイロツトバーナ９の長さの大部分を包囲する空気案内管19には，冷却用空気接続口20を介して常に冷却用空気が供給される。ラジアントチユーブ２の後方に続いてこれに対して同軸的に炉外へ延びる空気案内筒10は，燃焼用空気接続口11を持つ空気供給室12へ開口している。空気供給室12内には温度測定用センサ50がある。メインバーナ６と空気案内筒10との間に形成される環状空気供給通路13には，軸線に沿つて複数の環状蓄熱体14が設けられている。穴４を持つ燃焼筒３の範囲の周りには，半径方向間隔をおいてセラミツクス製の保護筒15が設けられている。受け金具16を介して後端の範囲を円筒状ハウジング１内に支持されるこの燃焼筒３の後端を閉鎖する端壁17には，複数の穴18が設けられている。なお端壁17は，これを貫通するメインバーナ６及びパイロツトバーナ９の先端の支持にも役立つ。
第２図のＡに示すように，環状の蓄熱体14は例えばセラミツクスから成り，約1mmの軸線方向細孔を多数持つている。各蓄熱体14は複数（図では４つ）のセグメントから構成され，細孔の目詰まりの際容易に交換可能である。
燃焼筒３に近い側にあつて高温にさらされる蓄熱体141がセラミツクスから成り，燃焼筒３から遠い側にあつて低温にさらされる蓄熱体142が金属好ましくは金鋼（メツシユ）から成ることもできる。
セラミツクスから成る蓄熱体14は，約180°の中心角を持つ２つのセグメント14a（第２図のＢ）又は約120°の中心角を持つ３つのセグメント14b（第２図のＣ）又は約90°の中心角を持つ４つのセグメント14c（第２図のＤ）から構成されることもできる。
第２図のＤからわかるように，パイロツトバーナ９の存在する範囲をあけて，例えば約90°の中心角を持つ３つのセグメント14cを設けることができる。この場合空気案内管19を，セグメント14cとほぼ同じ断面を持つように構成しておけば，この空気案内管19と３つのセグメント14cとによつて，環状の空気案内通路13が満たされることになり，この案内通路13を通る気体のシヨートパスが防止される。
第２図のＥでは，蓄熱体14は例えば120°の中心角を持つ２つのセグメントから成り，それらの間に軸線方向に延びる扇形断面の切欠き14Xを形成している。第２図のＦに示すように，蓄熱体14の端面でこれらの切欠きを扇形の邪魔板14Yでふさぐこともできる。環状の蓄熱体14の端面にこのような邪魔板14Xを取付けることも可能である。
第３図に示すように，このセラミツクス製セグメント14cと同じような断面を持ちかつ両端壁に例えば直径12mmの多数の細孔22を持つセグメント状の耐熱鋼板製ケース21は，例えば12mmの直径で耐熱鋼板製ケース21と同じ長さを持つか又は長さ方向に数分割される中空のセラミツクス製蓄熱素子23aを平行に収容する。複数部分から構成されるセラミツクス製蓄熱素子23aの長手方向の穴が互いに一直線をなすように，耐熱鋼製ケース21の中に保持板33を入れる。また12mmの直径及び12mmの長さを持つ多数のセラミツクス製蓄熱素子23bをケース21内にランダムに収容することもできる。
更に第４図に示すように，両端で開くセグメント状耐熱鋼製ケース21′内に蓄熱素子として複数の凹凸板24を軸線方向に挿入することも可能である。
第５図に示される蓄熱式バーナユニツトでは，メインバーナ６の内部に，これに対し平行にパイロツトバーナ９がびている。
第６図からわかるように，パイロツトバーナ９は，メインバーナ６のバーナガン40内にメインバーナに対して平行に設けられ，その先端41がノズル７とほぼ同じ端面で終るか，鎖線41′で示すようにノズル７から突出している。第７図に示されるように，パイロツトバーナ９の先端41から後方へ離れた所従つてメインバーナのバーナガン40内でパイロツトバーナ９のバーナ管42にある開口43から，絶縁碍子44により絶縁して支持される点火兼火炎検出用ピン電極45が，バーナ管42内へ少し突出している。この電極45は，碍子46により絶縁される導体47を介して外部へ引出されている。バーナ管42内に同心的に設けられて軸線方向へ延びるパイロツト燃料供給管48の先端は，電極45の手前で終つて，バーナ管42内に支持されている。パイロツトバーナ９に常にパイロツト火炎を維持するため，パイロツト燃料供給管48は，燃料源に接続されている。パイロツト燃料供給管48とバーナ管42との間に形成される環状空気通路49も，メインバーナ６とは別の空気源に接続されている。
第８図は，第１図又は第５図に示されるような蓄熱式バーナユニツトの少なくとも１対を使用する加熱装置を概略的に示している。ここで蓄熱式バーナユニツト（以下バーナユニツトと称する）は符号55,55′で示されている。
２つのバーナユニツト55,55′は，加熱炉内に延びるラジアントチユーブ２の両端に接続されて蓄熱式加熱装置を構成している。両方のバーナ55,55′の燃焼用空気接続口にそれぞれ接続される空気導管56,56′は，給−排気切換え弁57により，導管58を介して空気源としての空気押込みフアン59に，又は導管60を介して排気フアン61に選択的に接続可能である。同様にバーナユニツト55,55′の燃料接続口にそれぞれ接続される燃料導管62,62′は，燃料切換え弁63により，燃料遮断弁65を持つ導管64を介して図示しない燃料源としてのガス源に接続可能である。
空気導管56,56′には，燃焼用空気の流量調節弁66,66′がそれぞれ設けられている。空気導管56,56′には，燃焼廃ガスの酸素濃度を測定する酸素センサ67,67′がそれぞれ設けられている。空気導管56,56′にある酸素センサ67,67′は，それぞれ表示兼警報器68,68′を介して，切換え開閉器69により，制御装置70に選択的に接続可能である。切換え開閉器69は，両切換え弁57及び63に連動して切換えられて，蓄熱動作するバーナユニツトの空気導管56又は56′を流れる放熱ずみの焼廃ガスの酸素濃度に関係する信号を制御装置70へ供給するようになつている。制御装置70は，酸素センサ67又は67′の測定値と所定値との偏差に応じて，燃焼用空気流量調節弁66,66′を操作する。
第８図において，両切換え弁57及び63が図示した切換え位置にあり，バーナユニツト55が燃焼動作し，バーナユニツト55′が蓄熱動作しているものとする。燃料導管62を介してバーナユニツト55へ供給されてメインバーナ６のノズル７から噴出する燃料は，同様に空気導管56からバーナユニツト55へ供給されて空気供給通路13にある蓄熱体14を通つて端壁17の穴18から燃焼筒３内へ入る一次空気により，パイロツトバーナ９の火炎を介して着火されて，燃焼筒３内で安定した一次燃焼を行う。一次燃焼ガスの一部は，燃焼筒３の穴４を通つてこの燃焼筒３と保護筒15との間の環状空間へ噴出し，供給通路13から燃焼筒３と円筒状ハウジング１との間の環状空間を通つて供給される二次空気により二次燃焼し，この一次燃焼ガスを含む二次空気は，燃焼筒３のノズル５から噴出する一次燃焼ガスの残部を二次燃焼させる。
この一次燃焼及び二次燃焼により生ずる燃焼ガスは，ラジアントチユーブ２を通る際加熱炉内へ放熱し，バーナユニツト55′の蓄熱体14へ更に放熱して，温度を低下し，燃焼廃ガスとして空気導管56′及び給−排気切換え弁57を経て，排気フアン61により外部へ排出される。切換え弁57及び63が切換えられると，こんどはバーナユニツト55′が燃焼動作し，バーナユニツト55が蓄熱動作する。蓄熱体14の熱容量は，燃焼廃ガスの熱量の0.4倍以上に設計されるのがよい。
このような加熱装置において，両方のバーナユニツトの蓄熱体の形状又は蓄熱素子の充填態様に差があるか，又は蓄熱体の細孔の目詰まり，損傷等があると，蓄熱体を通る燃焼用空気の圧力損失に差が生じるので，燃焼用空気源から両方のバーナユニツトへ同一の圧力で燃焼用空気を供給しても，両方のバーナユニツトを通る燃焼用空気の流量が変化し，両方のバーナユニツトの燃焼条件に差が生じる。例えばバーナユニツト55の蓄熱体における圧力損失が，その健全な場合におけるより大きく，空気不足の燃焼となつた場合，酸素センサ67′の酸素濃度測定値が大きくなる。この測定値が所定値を越えると，制御装置70により燃焼用空気の流量調節弁66の弁開度が調節されて，正常な燃焼が行われるように，バーナユニツト55の空気流量を調節する。空気流量調節弁66又は66′をその弁開度調節範囲内で制御することが不可能な場合は，制御装置70により警報を発し，燃料遮断弁65を閉じて，燃焼動作するバーナユニツト55への燃料の供給を中止し，更に蓄熱体の寿命又は補修及び交換の時期を判定することができる。これは，バーナユニツト55′についても同様である。
なお蓄熱体により予熱される燃焼用空気の圧力損失に応じてラジアントチユーブ２内の圧力も変化するので，ラジアントチユーブ２内の圧力を圧力センサ71で測定し，この圧力測定値にも関係して制御装置70により流量調節弁66又は66′を制御することができる。
第８図では給−排気切換え弁57が両方のバーナユニツト55,55′に共通に付属しているが，第９図においては，２つの給−排気切換え弁72及び72′がバーナユニツト55及び55′にそれぞれ付属している。
給−排気切換え弁72及び72′は，燃料切換え弁63と同じ構造であり，３つのポートa,b,c及びa′,b′,c′と切換え用可動弁部材ｄ及びd′とを持つている。両方の給−排気切換え弁72及び72′のポートａ及びa′は，空気導管56及び56′にそれぞれ接続され，そのポートｂ及びb′は，それぞれ電磁弁73及び73′を持つ部分導管74及び74′を介して，排気フアン61を持つ導管60に接続され，そのポートｃ及びc′は，それぞれ電磁弁75及び75′を持つ部分導管76及び76′を介して，空気押込みフアン59を持つ導管58に接続されている。両方の給−排気切換え弁72及び72′は，制御装置70により制御される共通のサーボモータ77により同時に操作される。なお燃料切換え弁63も，制御装置70により制御されるサーボモータ78により，給−排気切換え弁72及び72′に同期して操作される。
第10図に示すように，燃料切換え弁63及び両方の給−排気切換え弁72及び72′の可動弁部材を互いに結合して，共通なサーボモータ79により操作することも可能である。
第９図及び第10図の構成は，第８図の構成に対して，燃焼動作するバーナユニツトへ供給される空気が蓄熱動作するバーナユニツトから排気フアン61により吸引される燃焼廃ガスに混入しないという利点を持つている。
第11図においては，燃料導管62,62′は，それぞれ電磁弁90,90′を持つ導管91,91′を介して窒素ガス源に接続されている。
空気導管62,62′又はバーナユニツト55,55′の空気供給室12内には，温度センサ50,50′が設けられ，それぞれ温度表示兼警報器92,92′を介して切換え開閉器93により制御装置70に選択的に接続可能になつている。この切換え開閉器93は両切換え弁57及び63に連動して切換えられて，蓄熱動作するバーナユニツトの空気供給室又は空気導管を流れる放熱ずみの燃焼廃ガスの温度に関係する信号を制御装置70へ供給するようになつている。制御装置70は，温度センサ50,50′の出力信号に応じて，燃料切換え弁63の操作用サーボモータ78への操作圧力の給排を制御する電磁弁94及び給−排気切換え弁57の操作用サーボモータ78への液圧の給排を制御する電磁弁95を付勢する。制御装置70は更に燃料遮断弁65及び電磁弁90,90′も制御する。
第11図において，燃料遮断弁65が開放位置にあり，切換え弁57及び63が図示した切換え位置にあり，バーナユニツト55が燃焼動作し，バーナユニツト25′が蓄熱動作するものとする。
バーナユニツト55から出る燃焼ガスは、ラジアントチユーブ２を通る際放熱し，バーナユニツト55′の蓄熱体14へ更に放熱して，温度を低下する。温度センサ50′で測定されるこの燃焼廃ガスの温度の測定値が目標下限以下であると，そのまま動作を続行し，廃ガス温度の測定値が目標上限値を超過すると，制御装置70を介して切換え弁57及び63が切換えられて，こんどはバーナユニツト55′が燃焼動作し，バーナユニツト55が蓄熱動作する。
こうして排出される燃焼廃ガスの温度に応じて燃焼動作と蓄熱動作との切換えを行うので，燃焼廃ガスの廃熱を充分回収して加熱装置全体の熱効率を高めることができる。例えば蓄熱体への放熱後排出される燃焼廃ガスの温度測定値の目標上限値を350℃とし，目標下限値を150℃とすると，蓄熱動作するバーナユニツトの動作時間は60秒で，熱効率は約80％になる。また目標上限値を250℃とし目標下限値を150℃とすると，蓄熱動作するバーナユニツトの動作時間は約40秒で，熱効率は85％以上になる。目標下限値は燃焼廃ガスの露点以上に選ばれる。この露点は燃焼廃ガス中のSO3の濃度に関係して変化するが，130〜150℃に選ぶのがよい。
なお加熱炉内の材料温度や炉温を急速に下げる場合において，第12図に示すように，供給すべき燃料の量を減少させるか又は燃料を遮断しながら，蓄熱体へ放熱した後の廃ガス温度の測定値Tgが，排気側の部材例えば給−排気切換え弁や排気フアンの耐熱温度450℃の上限値Tgmaxを越えない範囲で動作時間を延長するのがよい。ここで破線は従来の切換えによる廃ガス温度Tgの変化を時間ｔについて示し，実線は本発明により動作時間を延長した場合の廃ガス温度Tgの変化を示す。こうして給−排気切換え弁や排気フアンを焼損することなく，実線で示すように，炉温Tfを従来の運転（破線）におけるより急速に下げる運転が可能となる。
別の制御態様では，温度センサ50,50′で測定される廃ガス温度に関係して，燃料遮断弁65が閉鎖され，この燃料遮断弁65の閉鎖から特定の時間後，燃料遮断弁65及び給−排気切換え弁57が切換えられ，これらの切換え弁63及び57の切換えから特定の時間後，燃料遮断弁65が開かれる。
燃焼廃ガスの温度が特定の上限値を超過すると，燃料遮断弁65が閉鎖され，従つて加熱装置の運転が中止されるので，高温の廃ガスにさらされる部材が過熱に対して保護され，その寿命が増大する。
バーナユニツトの燃焼動作と蓄熱動作との間の切換え中の過渡状態においては，制御が中断され，定常状態における制御のみが行われる。
蓄熱動作するバーナユニツト55又は55′の燃料導管62又は62′へ，電磁弁90又は90′を持つ導管91又は91′を介して窒素ガスを供給して，燃料導管62又は62′をパージすると，燃焼動作の際における逆火が回避される。
燃料ガス遮断弁65の閉鎖から開放までの期間に，両方の燃料導管62及び62′を窒素ガスでパージすることも可能である。
第13図において給−排気切換え弁57から排気フアン61に至る廃ガス導管60には，燃焼廃ガス中の未燃ガス濃度を連続的に測定する酸素センサ又は未燃ガス濃度連続分析計96が設けられている。この未燃ガス濃度連続分析計96は，表示兼警報器97を介して制御装置70に接続されている。制御装置70は，未燃ガス濃度連続分析計96の出力信号に応じて，燃料遮断弁65を操作する。
切換え弁57及び63が図示した切換え位置にあり，バーナユニツト55が燃焼動作し，バーナユニツト55′が蓄熱動作するものとする。
バーナユニツト55から出る高温の燃焼ガスは，ラジアントチユーブ２を通る際放熱し，バーナユニツト55′の蓄熱体14へ更に放熱して温度を低下し，空気導管56′及び給−排気切換え弁57を経て，排気フアン61により外部へ排出される。切換え弁57及び63が切換えられると，こんどはバーナユニツト55′が燃焼動作し，バーナユニツト55が蓄熱動作する。前述したように，この切換えの際燃料遮断弁が短時間閉じられるので，燃料供給が遮断され，燃焼休止が行われる（第14図参照）。
第15図は未燃ガスとしてのCOの温度測定値が後述する特定の下限値（管理下限）より大きいことが確認された後，例えば30secの判定周期にわたつて3sec毎にセンサ96により測定されるCO濃度の時間的変化を示している。検出されるCO濃度が，例えば5％CO濃度の爆発限界より低い所にある1％CO濃度の特定の上限値（管理上限）を越えて増大すると，失火，不完全燃焼又は燃料切換え弁の重度の密封性低下と判定されて，燃料遮断弁65が制御装置70により直ちに閉じられて，燃料の供給が遮断される。
第16図に示すように，判定周期にわたつて検出されるCO濃度が管理上限とCOの漏洩なしの基準とされる0.005％（50ppm）の特定の下限値（管理下限）との間の範囲で変動すると，判定周期の終りの時点において，燃料切換え弁63の軽度の密封性低下と判定されて，表示兼警報装置97から燃料切換え弁の故障を示す警報が発せられると共に，燃料遮断弁65が制御装置70により閉じられて，燃料の供給が遮断される。
第17図に示すように，検出されるCO濃度が判定を実施すべき否かの基準となる管理下限の値をとると，燃料遮断弁65が閉じる燃焼休止時間中に，燃焼用空気による燃焼廃ガスの置換が不足であると判定されて，燃焼休止時間が微小な付加時間ΔTだけ延長され，サンプリング開始の時点に復帰する。
第18図は，燃焼用空気の流量に関して理論燃焼休止時間の変化を示している。ここで燃焼時間の理論値TK（sec）は，前述した燃焼廃ガス置換空間の値VGT（Nm）と燃焼空気流量VAR（Nm3／h）との比として次式
TK＝VGT×3600／VAR
で表わされ，VGTが一定なので，双曲線となる。この燃焼休止時間TKに微小付加時間ΔT例えば0.5秒が加算されて，切換えの際における実際の燃料休止時間従つて燃料遮断弁65の遮断時間STK＝TK＋ΔTとなる。
なお両方の切換え弁57及び63及び燃料遮断弁65にリミツトスイツチ又は近接スイツチのような位置をセンサ101,102,103が設けられ，異物により弁体が中間の位置で動かなくなつたことを異常と判断して，燃料の供給を遮断することができる。
第13図の変形としての第19図において，空気導管62,62′，及び給−排気切換え弁57から排気フアン61に至る廃ガス導管60には，燃焼廃ガスの酸素濃度を測定する酸素センサ105,105′及び96がそれぞれ設けられている。空気導管62,62′にある酸素センサ105,105′は，それぞれ表示兼警報装置106,106′を介して，切換え開閉器107により，制御装置70に選択的に接続可能である。廃ガス導管60にある酸素センサ96も，前述したように表示兼警報器97を介して制御装置70に接続されている。切換え開閉器107は，両切換え弁57及び63に連動して切換えられて，蓄熱動作するバーナユニツトの空気導管56又は56′を流れる放熱ずみ燃焼廃ガスの未熱ガス濃度即ち酸素濃度に関係する信号を制御装置70へ供給するようになつている。制御装置70は，酸素センサ150又は150′の測定値と酸素センサ96の測定値との差に応じて，燃料遮断弁65を操作する。
給−排気切換え弁57に漏洩がないと，酸素センサ96の酸素濃度測定値と，酸素センサ105又は105′の酸素濃度測定値の差が著しく小さい。しかし給−排気切換え弁57の密封性が低下して，その空気側から燃焼廃ガス側へ空気が漏洩し，漏洩量が大きくなると，第20図において酸素センサ105又は105′の測定値と酸素センサ96の測定値との差が大きくなり，この差が所定値以上になると，表示兼警報器97が警報を発するか，又は制御装置70により燃料遮断弁65が操作されて，燃焼動作するバーナユニツトへの燃料供給を遮断する。それにより加熱装置全体の運転を中止して，給−排気切換え弁57を修理することができる。
燃料遮断弁65の動作と両方の切換え弁57,63の動作との間の時間間隔を，燃焼用空気の流量に関係して変化するのがよい。それにより効率が改善される。
更に複数対のバーナユニツト55,55′の動作切換えを特定の時間間隔で順次に行うのもよい。それにより加熱装置内の温度の変動や燃料導管62又は62′内における燃料の圧力変動が小さく保たれる。
燃料遮断弁65及び両方の切換え弁57,63の切換えが，瞬時にではなく徐々に行われ，従つて燃料及び空気の供給及び廃ガスの排出が徐々に行われると，未燃ガス成分の発生が低減される。
パイロツトバーナ９におけるパイロツト火炎を検出するため第21図に示すように，パイロツトバーナ９はその先端から離れた所でバーナ管125にある開口126から，碍子127により絶縁して支持される点火兼火炎検出用ピン電極128が，バーナ管125内へ少し突出している。この電極128とバーナ管125との間には，点火のため例えば6000Vの高電圧がかけられるが，そのための手段は示してない。電極128はパイロツト火炎検出電極としても役立ち，導体129を介して増幅器130に接続されている。バーナ管125内に同心的に設けられて軸線方向へ延びるパイロツト燃料供給管131の先端は，電極128より前で終つて，穴132を持つフランジ133によりバーナ管125内に支持されている。パイロツトバーナ９に常にパイロツト火炎を維持するため，パイロツト燃料供給管131は，接続口134を介して燃料例えば都市ガス又はLPGガスを供給される。パイロツト燃料供給管131とバーナ管125との間に形成される環状空気通路135も，接続口136を介してメインバーナ６とは別の空気源に接続されている。
第22図において，バーナユニツト55,55′のパイロツト火炎検出電極にそれぞれ接続される増幅器130,130′は，制御装置70に接続されている。パイロツトバーナ９にパイロツト火炎が存在する時にのみ燃料遮断弁65が開かれて，燃焼を行うバーナユニツトへの燃料供給を可能にする。
バーナユニツト55,55′の少なくとも一方のパイロツトバーナ９にパイロツト火炎が存在しない（失火）と，燃料遮断弁65が閉じられて，燃料ガスの供給を遮断する。
この場合火炎が検出されるバーナユニツトへのみ燃焼動作のため燃料が供給されるように，燃料遮断弁65が制御装置70により制御され，空気は給−排気切換え弁57を介して両方のバーナユニツト55,55′へ周期的に交互に供給される。
一方のバーナユニツト55又は55′における失火の際，燃料遮断弁65を閉じて，両方のバーナユニツト55及び55′への燃料の供給を中断することも可能である。
更にこの場合空気遮断弁180により，両方のバーナユニツト55及び55′の燃焼用空気の供給を中断することも可能である。
Claims (7)
- 燃料噴出用ノズルと燃焼用空気の供給通路に設けられる蓄熱体とを有する少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含み，一方の蓄熱式バーナユニツトが燃料遮断弁及び燃料切換え弁を介して燃料を供給され，かつ給−排気切換え弁を介して燃焼用空気を供給されて燃焼動作し，他方の蓄熱式バーナユニツトが燃焼廃ガスを通されて蓄熱動作する，交互切換え燃焼方式の蓄熱式バーナユニツトを用いた加熱装置において，燃料切換え弁が両方の蓄熱式バーナユニツトに共通に付属する１つの三方弁から成り，給−排気切換え弁が両方の蓄熱式バーナユニツトにそれぞれ付属する２つの三方弁から成ることを特徴とする，加熱装置。
- 燃料切換え弁と給−排気切換え弁が同期して操作されることを特徴とする，請求項１に記載の加熱装置。
- 燃料噴出用ノズルと燃焼用空気の供給通路に設けられる蓄熱体とを有する少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含み，一方の蓄熱式バーナユニツトが燃料遮断弁及び燃料切換え弁を介して燃料を供給され，かつ給−排気切換え弁を介して燃焼用空気を供給されて燃焼動作し，他方の蓄熱式バーナユニツトが燃焼廃ガスを通されて蓄熱動作する，交互切換え燃焼方式の蓄熱式バーナユニツトを用いた加熱装置において，バーナユニツトの燃焼廃ガス流入側にあつて高温にさらされる蓄熱体がセラミツクスから成り，高温廃ガス流出側にあつてセラミツクス蓄熱体より低い温度にさらされる残りの蓄熱体が金属から成ることを特徴とする，加熱装置。
- 金属から成る蓄熱体が金網状であることを特徴とする，請求項３に記載の加熱装置。
- 燃料噴出用ノズルと燃焼用空気の供給通路に設けられる蓄熱体とを有する少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含み，一方の蓄熱式バーナユニツトが燃料遮断弁及び燃料切換え弁を介して燃料を供給され，かつ給−排気切換え弁を介して燃焼用空気を供給されて燃焼動作し，他方の蓄熱式バーナユニツトが燃焼廃ガスを通されて蓄熱動作する，交互切換え燃焼方式の蓄熱式バーナユニツトを用いた加熱装置において，蓄熱式バーナユニツトが、円筒状ハウジング内に半径方向間隔をおいて同心的に設けられかつ周壁に分布して複数の穴を持つ燃焼筒と，この燃焼筒の中心軸線に沿つて延びかつ燃焼筒の後部範囲へ開口する燃料噴出用ノズルを持つメインバーナと，メインバーナと円筒状ハウジングとの間に形成される燃焼用空気の供給通路に設けられる少なくとも１つの蓄熱体とを含み，燃焼筒がセラミツクスから成つていることを特徴とする，加熱装置。
- 燃料噴出用ノズルと燃焼用空気の供給通路に設けられる蓄熱体とを有する少なくとも１対の蓄熱式バーナユニツトを含み，一方の蓄熱式バーナユニツトが燃料遮断弁及び燃料切換え弁を介して燃料を供給され，かつ給−排気切換え弁を介して燃焼用空気を供給されて燃焼動作し，他方の蓄熱式バーナユニツトが燃焼廃ガスを通されて蓄熱動作する，交互切換え燃焼方式の蓄熱式バーナユニツトを用いた加熱装置において，蓄熱式バーナユニツトが、円筒状ハウジング内に半径方向間隔をおいて同心的に設けられかつ周壁に分布して複数の穴を持つ燃焼筒と，この燃焼筒の中心軸線に沿つて延びかつ燃焼筒の後部範囲へ開口する燃料噴出用ノズルを持つメインバーナと，メインバーナと円筒状ハウジングとの間に形成される燃焼用空気の供給通路に設けられる少なくとも１つの蓄熱体とを含み，メインバーナのバーナガン内に，パイロツトバーナ及びパイロツトバーナの点火兼火炎検出用ピン電極が設けられていることを特徴とする，加熱装置。
- 蓄熱体が軸線方向に延びる切欠き又は端面の一部を覆う邪魔板を持つていることを特徴とする，請求項６に記載の加熱装置。
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