JPH0612343Y2 - 交互燃焼式バーナ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は交互燃焼式バーナ装置に関する。更に詳述する
と、本考案は、２セットのバーナに燃焼用空気と燃料を
交互に供給するバーナ装置の燃焼用空気供給系と燃料供
給系の流路切替え機構部分の改良に関する。

（従来の技術） ２セットのバーナに燃焼用空気と燃料を交互に供給する
バーナ装置としては、例えば、第７図に示すような蓄熱
式ラジアントチューブバーナ装置がある。このバーナ装
置は、ラジアントチューブバーナ101の両端に蓄熱体102
を有するバーナ103を設け、これらを交互に燃焼させて
その燃焼ガスを燃焼させていないバーナ側の蓄熱体102
を通して排出し、蓄熱体102に蓄熱された燃焼ガスの熱
を使って燃焼用空気をプレヒートするものである（工業
加熱Vol.23,NO.6,P71日本工業炉協会発行）。

従来、このバーナにおける燃焼ガスと燃焼用空気の流路
切替えには、電磁弁を採用することが一般的である。例
えば、燃焼用空気供給系と燃焼ガス排気系とで４箇所の
電磁弁104,105,106,107を設け、これらを選択的に開閉
させることによって一方のバーナ103を燃焼用空気供給
系と接続し、他方のバーナ103を燃焼ガス排気系に接続
する流路切替え構造とされている。また、燃料供給系11
0にも２個の電磁弁108,109が使用されている。

また、多数の電磁弁に代えて第８図に示すような四方弁
207を使用することも考えられる。このロータリ四方弁2
07は、四方に開口する４つのポート201,202,203,204を
有するケーシング205内に切替弁子206を回転自在に設
け、この切替弁子206で四つのポート201,202,203,204の
うちの隣る２つのポートを選択的に連通させることによ
って、燃焼用空気供給系と燃焼ガス排気系のいずれかを
バーナに選択的に接続するようにしたものである。この
場合においても燃料供給系は２つの電磁弁108,109を有
し、これらの２つの電磁弁108,109の切替えによってい
ずれか一方のバーナ103に燃料ガスを供給するようにし
ている。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、電磁弁は高価であり、特に高温雰囲気で
使用可能な電磁弁は高価であり、設備コストを著しく引
上げる。しかも、気体配管用電磁弁は、かなり大型であ
るため、第７図に示すように６個も取付けると、場所を
とる問題がある。特に、ラジアントチューブバーナのよ
うに炉体の周りに数十〜数百個も取付けて使用されるバ
ーナの場合には、場所をとり配管等を複雑にして、メン
テナンスや取付け性を悪化させる問題がある。

また、２０秒〜１分間隔で頻繁に流れの切替えを必要と
する蓄熱式ラジアントチューブバーナの場合、多数の電
磁弁の設置は、故障による作動不良の発生率を高めるこ
ととなる。しかも、一般には電磁弁の寿命は１００万回
程度の開閉までしか保証されておらず、７ケ月〜２年程
度で交換しなければならず設備コストを高くする。

また、四方弁を使用する場合にも、燃料供給系には少な
くとも２個の電磁弁108,109を必要とする。この電磁弁1
08,109は、プラント全体ではその使用個数がばかになら
ない数となることから、コスト上、取付けスペース上、
また故障による作動不良の発生等について同様の問題を
依然として含んでいることとなる。

更に、バーナ装置では一般に燃焼用空気より僅かに遅れ
て燃料が噴射されること、即ち適宜リードタイムを採る
ことが着火の上で好ましい。そこで、このリードタイム
を採るには燃焼用空気の流れが切替えられてから一定時
間が経過した後に燃料が供給されるような制御装置を用
いる等の工夫が必要となる。

そこで、本考案は、コントローラを用いずに流れ方向切
替弁の開閉によって一定のリードタイムを設定できる交
互燃焼式バーナ装置を提供することを目的とする。更
に、本考案は、頻繁に切替えられる流路系から電磁弁を
少なくし、場所をとらずかつ部品点数の少ない流路切替
え機構を有する交互燃焼式バーナ装置を提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本考案は、２セットのバー
ナに燃焼用空気と燃料を交互に供給する交互燃焼式バー
ナ装置において、燃焼用空気供給源と前記バーナの各燃
焼用空気供給系のいずれか一方とを選択的に切替えかつ
前記燃焼用空気供給源に接続されていない燃焼用空気供
給系を大気若しくは排気系に開放させる四方弁と、燃料
供給源と前記バーナの各燃料供給系のいずれか一方とを
切替えていずれか一方のバーナに燃料を供給する三方弁
とを連動させて同時に切替え可能とし、かつ三方弁は回
転弁子内を貫通するＬポートの流路断面積を必要な大き
さだけ確保すると共に回転弁子を大きくして相対的に前
記Ｌポートの穴径を細くするようにしている。

（作用） したがって、三方弁と四方弁は同時に駆動され、一方の
バーナに燃焼用空気供給系と燃料供給系とを接続するの
と同時に他方のバーナへの燃料供給及び燃焼用空気供給
が停止され、他方のバーナを大気若しくは排気系に接続
する。このとき、四方弁と三方弁は同じ角度だけ回転す
るため流路の切替タイミングに差が生じる。即ち、四方
弁は第２図（Ｂ）に示すように、弁が回転しても開度に
変化がない無動作領域を有しかつ全てのポートが閉塞さ
れることなく２つのポート間における通過流体の分配量
が変化する。これに対し、三方弁は第２図（Ａ）に示す
ように、作動と同時にポートの開度が変化しかつ完全に
全てのポートが閉塞されていずれのポートにも流体が流
れ込まない領域を経てから流れ方向が切り替えられる。
このため、燃焼用空気の流れがＡサイドからＢサイドに
切替わる前に燃料のＡサイドへの供給が停止され、かつ
Ｂサイドに燃焼用空気の流れが切替わってから一定のリ
ードタイムが経過した後に燃料がＢサイドに供給され
る。このリードタイムは三方弁の回転弁子の大きさを変
化させることによって必要な流路断面積を確保したまま
調整される。

（実施例） 以下、本考案の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。尚、本実施例としては本考案の交互燃焼式
バーナ装置の一例として蓄熱式ラジアントチューブバー
ナ装置を例に挙げている。

第５図に蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置の一例を
示す。この蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置は、ラ
ジアントチューブバーナ１と、その両端に夫々装備され
たバーナ３Ａ，３Ｂと、各バーナ３Ａ，３Ｂのバーナシ
ェル５内に設けられた蓄熱体２と、各バーナ３Ａ，３Ｂ
を燃焼用空気供給系９と燃焼ガス排気系１０とに選択的
に接続する四方弁８と、各バーナ３Ａ，３Ｂに燃料供給
系１３を選択的に接続していずれか一方のバーナに燃料
を供給する三方弁７及びパイロットバーナ６とから構成
されている。バーナ３Ａ，３Ｂは交互に燃焼してその燃
焼ガスを燃焼させていない方のバーナ側から蓄熱体２を
通して排出させる一方、燃焼させている側のバーナには
蓄熱体２を通して予熱された燃焼用空気を供給する。

蓄熱体２は、ラジアントチューブバーナ１を通過した燃
焼ガスの顕熱を回収して蓄えるためのものであり、一般
には燃焼ガスと反応したり燃焼用空気に悪影響を与えな
い材質から成るハニカムセラミックス等の使用が好まし
い。蓄熱体２はバーナガン４の噴出口よりも上流側、例
えばバーナガン４を包囲するようにバーナシェル５内に
設置したり、場合によってはバーナシェル５の外に設置
されている。尚、符号２ａはラジアントチューブバーナ
１のバング部分１ａに内挿された断熱保護筒を兼ねた補
助の蓄熱体である。

両バーナ３Ａ，３Ｂのバーナシェル５には四方弁８を介
して燃焼用空気供給系９と燃焼ガス排気系１０とが接続
されている。四方弁８の操作によって、燃焼用空気供給
系９の押込み送風機１１から供給される燃焼用空気を２
つのバーナ３Ａ，３Ｂのいずれか一方へ供給して燃焼さ
せる一方、この燃焼ガスを他方のバーナの蓄熱体２を経
て排気ブロワ１２によって誘引排気するように設けられ
ている。この燃焼用空気と燃焼ガスの流れの切替えは、
タイマ（図示省略）を使って一定時間置きに行なわれる
か、あるいは蓄熱体２を通過した燃焼ガス温度をサーモ
センサ（図示省略）で測定してこれが所定温度に達した
ときに行なわれる。

四方弁８は、例えば第１図（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、４つの接続ポート８Ａ〜８Ｄを等間隔置きに有する
弁本体１５と、この弁本体１５内において回転し流路を
切替える回転弁子１６と、この回転弁子１６を支持して
弁本体１５に回転自在に支承させるシャフト１７とから
主に構成されている。回転弁子１６は、弁本体１５の軸
断面形状とほぼ相似する形状の１枚の板から成り、弁本
体１５の４つの接続ポート１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１
５Ｄのうちの２つずつを各々連通させるように弁本体１
５内を仕切るように設けられている。回転弁子１６は弁
本体１５の内周面１５Ｅに対し適宜クリアランスを設定
してあるいはシール材を設けて燃焼用空気のリークを防
ぐようにすることが好ましい。尚、この四方弁８は図示
のものに特に限定されない。更に、回転弁子１６の中央
の回転中心となるシャフト１７は、弁本体１５を貫通
し、その一端が三方弁７のシャフト２２に接続されると
共に他端がアクチュエータ２３のシャフト（作動軸）２
４に接続されている。

三方弁７は例えば第１図（Ａ），（Ｂ）に示すように、
Ｌポート１９を有する回転弁子２０と９０°置きに３つ
のポート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを有する弁本体２１と
から成る。回転弁子２０は弁本体２１内に回転自在に収
容され、中央部分に固着されるシャフト２２の回転によ
って駆動される。また、この回転弁子２０と摺接する弁
本体２１の各ポート２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ部分には、
シール材２５例えばテフロンシートが設けられている。
このロータリ三方弁７を介して燃料供給系１３がバーナ
ガン４に接続されている。三方弁７は回転弁子２０を貫
通するＬポート１９の流路断面積を必要な大きさだけ確
保し、かつ回転弁子２０を大きくして相対的にＬポート
１９の穴径ｄを細くするようにしている。即ち回転弁子
２０の直径をＬポート１９の穴径ｄよりもはるかに大き
く設定することによって、相対的にＬポート１９の穴径
ｄを回転弁子２０の直径より小さくしてＬポート１９の
出口部分における回転角の割合を小さくするようにして
いる。例えば、第４図に示すように、通常直径ｄのＬポ
ート１９に対し回転弁子２０の直径がＤ_１程度に設定さ
れているとすると、切替えに要する回転角はθ_１である
が、回転弁子２０の直径をＤ_１にすると回転角はθ_２で
足り、ポートを閉鎖する時間が長くなる。これによっ
て、Ｌポート１９を通過する燃料ガスの圧力損失を大き
くせずに三方弁７の閉鎖状態を長くすること、即ちリー
ドタイムを大きくすることが可能となる。尚、燃料供給
系１３にはバーナ３，３を停止させるときに燃料供給を
遮断するための電磁弁１４が設けられている。

前記四方弁８と三方弁７を連動して開閉動させる駆動手
段としては、例えばロータリアクチュエータが好適なも
のの１つとして挙げられる。ロータリアクチュエータ２
３は、空気圧や油圧等の流体圧若しくは電気エネルギー
等によって、シャフト２４の回転運動の角度が３６０°
以内に制限された回転形往復運動を行なうアクチュエー
タで、一般にロータリトルクアクチュエータ等と呼ばれ
ている。このロータリアクチュエータは図示していない
が、例えば、一方のポートに空気圧をかけることによっ
てロータを９０°回転させ、他方のポートに逆方向の空
気圧をかけることによって逆方向に９０°回転させるよ
うに設けられている。

四方弁８と三方弁７及びロータリアクチュエータ２３は
例えば第６図に示すように、同軸上に配置されて各々の
シャフト１７，２２，２４が互いに連結されている。即
ち、四方弁８の回転弁子１６の中心を通過するシャフト
１７と三方弁７の回転弁子２０の中心を通過するシャフ
ト２２及びアクチュエータ２３のシャフシト２４とが同
軸上に配置されて固着され、ロータリアクチュエータ２
３によって回転させられる。このロータリアクチュエー
タ２３によって四方弁８と三方弁７とは同じ方向に同じ
角度だけ回転が与えられる。そこで、四方弁８と三方弁
７とは燃料供給系１３と接続するバーナ３と燃焼用空気
供給系９とを接続するバーナ３とを同じにするような位
置関係に配置されて互いに弁本体１５，２１同士が連結
されている。

以上のように構成されているので、回転アクチュエータ
２３の作動によって、四方弁８と三方弁７とが同時に切
替えられると、例えばバーナ３Ａに燃焼用空気と燃料ガ
スが供給されると共に他方のバーナ３Ｂへの燃料ガスと
燃焼用空気の供給が停止されて燃焼用空気供給系から燃
焼ガスが排気される。このとき、三方弁７と四方弁８は
共通の駆動源即ちロータリアクチュエータ２３によって
同時に駆動される。したがって、例えばバーナ３Ａに燃
焼用空気供給系９と燃料供給系１３とが接続されるのと
同時に他方のバーナ３Ｂへの燃料供給が停止され、他方
のバーナ３Ｂと燃焼ガス排気系１０とが接続される。こ
のとき、四方弁８と三方弁７は同じ角度だけ回転するた
め流路の切替タイミングに差が生じる。即ち、四方弁８
は弁が回転しても開度に変化がない一定の無動作領域３
０を有しかつ全てのポート１５Ａ，……，１５Ｄが閉塞
されることなく流体の分配量が変化する点３１を有す
る。これに対し、三方弁７は作動と同時にポート２１
Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの開度が変化しかつ完全に全てのポ
ートが同時に閉鎖される領域３２を経てから流れ方向が
切替わる。このため、燃焼用空気の流れがＡサイドから
Ｂサイドに切替わる前に燃料のＡサイドへの供給が停止
され、かつＢサイドに燃焼用空気の流れが切替わってか
ら一定時間が経過した後に燃料がＢサイドに供給され、
一定のリードタイムが得られる。したがって、第３図に
示すように、一方のバーナ３Ａ側に燃焼用空気が切替え
られて供給され始めたときには、他方のバーナ３Ｂ側へ
の燃料供給は勿論停止されているが、一方のバーナ３Ａ
側にも燃料は供給されず、一方のバーナ３Ａ側には燃焼
用空気だけが先行して供給される。そして、燃焼用空気
の切替完了後から一定の遅れｔ_１の後、一方のバーナ３
Ａ側にも燃料が供給される。また、三方弁７及び四方弁
８がＢサイド側へ切替えられる場合、燃焼用空気が一方
のバーナ３Ａから他方のバーナ３Ｂ側へ分配比を次第に
替えて時間ｔ_２をかけて切替えられるが、燃料は燃焼用
空気が他方のバーナ３Ｂ側へ切替えられる前に一方のバ
ーナ３Ａへの供給が停止され、更に燃焼用空気の供給が
他方のバーナ３Ｂ側へ完全に切換えられてからｔ_１の遅
れを伴って他方のバーナ３Ｂに供給される。これによっ
て、いずれのバーナ３Ａ，３Ｂにおいても燃焼用空気の
遮断よりも先に燃料が供給停止され、かつ燃焼用空気の
供給開始から一定のリードタイムを取った後に燃料が供
給される。

尚、上述の実施例は本考案の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本考案の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本
実施例は主に蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置に適
用した場合について説明したが、特にこれに限定される
ものではなく、オープンフレームバーナ等に適用するこ
とも可能である。

（考案の効果） 以上の説明より明らかなように、本考案の交互燃焼式バ
ーナ装置は、燃焼用空気を２つのバーナのいずれかに選
択的に供給する四方弁と、燃料をいずれか一方のバーナ
に供給する三方弁とを連動させて同時に切替え可能とし
たので、燃料の供給が燃焼用空気の供給に対して一時遅
れかつ燃料の供給停止が燃焼用空気の供給停止よりも先
に行なわれ、好適なリードタイムを取ることができる。
しかも、このバーナ装置は、三方弁の回転弁子内を貫通
するＬポートの流路断面積を必要な大きさだけ確保し、
かつ回転弁子を大きくして相対的に前記Ｌポートの穴径
を細くしているので、圧力損失の増大を招かずにリード
タイムを調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）は本考案のバーナ装置の
燃料と燃焼用空気の供給関係を説明する流路切替弁の概
略図で、第１図（Ａ）はＡサイドのバーナへ、第１図
（Ｂ）はＢサイドのバーナへ供給する場合を示す。 第２図（Ａ）は三方弁の弁開度とポートの開閉状態との
関係を示すグラフ、第２図（Ｂ）は四方弁の弁開度とポ
ートの開閉状態との関係を示すグラフである。 第３図は燃焼用空気と燃料との切替えのタイミングチャ
ート図である。 第４図は三方弁のＬポートの径と回転弁子との関係の説
明図である。 第５図は本考案を蓄熱式ラジアントチューブバーナ装置
に適用した一実施例を示す概略図である。 第６図は本考案の要部たる流路切替え機構の一実施例を
示す正面図である。 第７図は従来の蓄熱式ラジアントチューブ装置の一実施
例を示す概略図である。 第８図は従来の蓄熱式ラジアントチューブ装置の他の実
施例を示す概略図である。 ３Ａ，３Ｂ……バーナ、 ７……三方弁、 ８……四方弁、 ９……燃焼用空気供給系、 １０……燃焼ガス排気系、 １３……燃料供給系、 １９……Ｌポート、 １５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ……四方弁のポート、 ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ……三方弁のポート、 ２３……駆動源たるロータリアクチュエータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】２セットのバーナに燃焼用空気と燃料を交
   互に供給する交互燃焼式バーナ装置において、燃焼用空
   気供給源と前記バーナの各燃焼用空気供給系のいずれか
   一方とを選択的に切替えかつ前記燃焼用空気供給源に接
   続されていない燃焼用空気供給系を大気若しくは排気系
   に開放させる四方弁と、燃料供給源と前記バーナの各燃
   料供給系のいずれか一方とを切替えていずれか一方のバ
   ーナに燃料を供給する三方弁とを連動させて同時に切替
   え可能とし、かつ三方弁の回転弁子内を貫通するＬポー
   トの流路断面積を必要な大きさだけ確保すると共に前記
   回転弁子を大きくして相対的に前記Ｌポートの穴径を細
   くしたことを特徴とする交互燃焼式バーナ装置。