JP2011013152A - 蓄熱式バーナの流量測定方法及び流量測定回路 - Google Patents

Abstract

【課題】オリフィスを設置する位置が制限されず、合理的な給排ガス管の配置を実現できる蓄熱式バーナの流量測定方法及びその方法を用い得る給気排ガス装置の提供。
【解決手段】交互燃焼する蓄熱式バーナ１ａ，１ｂに各々直結する引出管２ａ，２ｂを備え、引出管２ａ，２ｂに繋がる給気ブリッジ３及び排ガスブリッジ４を備え、給気ブリッジ３及び排ガスブリッジ４における給気管連結部３Ｊ又は排ガス管連結部４Ｊの両側に各側で交互に開閉する遮断弁７を備え、引出管２ａ，２ｂを流通する気体の温度を検出する温度検出器１０を設置し、引出管２ａ，２ｂに、オリフィス８、及びオリフィス前後の気圧差を検出する差圧検出器９を設置し、オリフィス８の前後に給気時及び排ガス時において旋回流の発生を抑制し得る直管部２Ｓａ，２Ｓｂを備え、差圧情報と温度情報を差圧・温度−流量特性に当て嵌め燃焼空気及び排ガスの流量を導出する蓄熱式バーナの流量測定回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄熱式バーナを交互に燃焼させるリジェネバーナの給気排ガス回路に関し、特に、給気管及び排ガス管における流量測定方法及び流量測定回路に関する。

リジェネバーナは、蓄熱体を内蔵し、排ガスと燃焼空気を交互に流通させることにより、排ガスのもつ熱エネルギーを高い効率で回収し省エネルギーを図るものである。
リジェネバーナの燃焼制御には、排ガスと燃焼空気の流量制御が不可欠であり（例えば、下記特許文献１参照。）、従来、流量の検出は、オリフィスと、その前後に配置した圧力検出器と、温度検出器を用い、管内の温度に基づいて補正を施しつつ、オリフィス前後の差圧から流量を導く手法が採られている（例えば、下記特許文献２参照。）。

特開平１０−１６９９６９号公報 特開２００９−０２４５３２号公報

従来は、各蓄熱式バーナから、各々引出管を経ると共に、更に、両蓄熱式バーナが給気経路として共用する管路（以下、給気ブリッジと記す。）、及び両蓄熱式バーナが排ガス経路として共用する管路（以下、排ガスブリッジと記す。）を経て、給気本管及び排ガス本管にそれぞれ一方向の流量を測定するために設置されていた。

この様に、オリフィスを用いて一方向の流量を測定する前提では、オリフィスの設置箇所は、前記給気排ガス回路の機能構造上、設置箇所が各蓄熱式バーナの引出管を結ぶ給気ブリッジ又は排ガスブリッジを経た給気又は排ガス専用の配管に限られる。しかも、オリフィスを用いる際は、流速分布の偏りや旋回流を減少させるために所定長の直管部が必要であり、一般的には、流れ方向におけるオリフィスの直前に１０Ｄ長（Ｄ：管の口径）、直後に５Ｄ長必要とされる。

その結果、各々の直管部は限られた炉側方の配管スペースには収まらず、給気本管又は排ガス本管に設置する場合には、両本管の直管部をスペース上効率良く確保するために、給気管連結部又は排ガス管連結部から各バーナに至る配管にオフセットを与える必要があった。また、比較的高温な炉の天板上に設置することが余儀なくされることが多く、その結果、各種計器が好ましくない環境に置かれる場合が多かった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、流量計測器を設置する位置の制限を取り払い、合理的な給気管及び排ガス管の配置を実現できる蓄熱式バーナの流量測定方法及び流量測定回路の提供を目的とする。

上記課題を解決する為になされた本発明は、対となって交互燃焼する蓄熱式バーナに各々直結する引出管を備え、両蓄熱式バーナの引出管に繋がる給気ブリッジ及び排ガスブリッジを備え、給気ブリッジ及び排ガスブリッジの中間部に繋がる給気本管及び排ガス本管を備え、給気ブリッジ及び排ガスブリッジにおける給気管連結部又は排ガス管連結部の両側に各側で交互に開閉する遮断弁を備える給気排ガス回路に用いる流量測定方法及び流量測定回路である。

当該方法及び給気排ガス回路は、各蓄熱式バーナの引出管を流通する気体の温度を検出する温度検出器を設置し、各蓄熱式バーナの引出管に、オリフィス、及びオリフィス前後の気圧差を検出する差圧検出器を設置し、引出管におけるオリフィスの前後に給気時及び排ガス時において旋回流の発生を抑制し得る長さの直管部を設け、演算手段により、差圧検出器から得た差圧情報と温度検出器から得た温度情報を、引出管の差圧・温度−流量特性に当て嵌め、燃焼空気及び排ガスの流量を導出することを特徴とする。

各蓄熱式バーナの引出管を流通する気体の温度は、当該気体の流通経路のいずれで検出しても良いが、より精度の高い気温を検出するには、温度検出器をオリフィスが設置された引出管に設置することが望ましい。前記直管部の長さは、オリフィスの前後各々について、各管の口径の１０倍以上必要であり、設置スペースや他の配管との組み合わせの関係より適宜設定することとなる。口径の１１倍や１２倍など、１０倍を超える長さとしても、直管部を設ける目的上の不都合は無いが、長くしたからと言って当該目的上、顕著な利益が得られるものでもない。

引出管におけるオリフィスの前後に給気時及び排ガス時において旋回流の発生を抑制し得る長さの直管部を設けることによって、各蓄熱式バーナの引出管にオリフィス、差圧検出器、及び温度検出器を設置できる。
引出管にオリフィスを設置できる結果、給気管連結部又は排ガス管連結部から各バーナに至る配管にオフセットを与えなければならない様な制限がなく、両バーナの配管を対称的に設置し、或いは計器の設置環境を考慮するなど、与えられた設置スペースに応じて合理的に設計することが可能となる（図５参照）。
また、運転状況は温度検出で把握でき、給気運転又は排ガス運転のいずれにあっても、差圧検出器から得た差圧情報及び温度検出器から得た温度情報を旋回流の影響が少ない引出管の差圧・温度−流量特性に当て嵌め、比較的正確な燃焼空気及び排ガスの流量を導出することができる。

本発明による蓄熱式バーナの流量測定回路及び蓄熱式バーナの一例を示す説明図である。 本発明による蓄熱式バーナの流量測定回路及び蓄熱式バーナの一例を示す説明図である。 本発明による蓄熱式バーナの流量測定回路が備える引出管の一例を示す説明図である。 本発明による蓄熱式バーナの流量測定回路及び蓄熱式バーナの制御網の一例を示す説明図である。 本発明による蓄熱式バーナの流量測定回路の実施態様例を示す側面図である。 従来の蓄熱式バーナの流量測定回路の実施態様例を示す平面図である。

以下、本発明による蓄熱式バーナの流量測定方法及び流量測定回路の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、炉Ｘに装備された一対の蓄熱式バーナ（以下、バーナと記す）１ａ，１ｂと、両バーナ１ａ，１ｂについて、それらが交互に燃焼し交互に蓄熱する形態を採る際に採用される給気排ガス回路の一例を示したものである。

図に示す給気排ガス回路は、両バーナ１ａ，１ｂに各々直結する引出管２ａ，２ｂと、両引出管２ａ，２ｂを通じて両バーナ１ａ，１ｂに繋がる給気ブリッジ３及び排ガスブリッジ４と、給気ブリッジ３及び排ガスブリッジ４の中間部に繋がる給気本管５及び排ガス本管６を備える。

当該給気排ガス回路は、給気ブリッジ３及び排ガスブリッジ４における給気管連結部３Ｊ又は排ガス管連結部４Ｊの両側に各々遮断弁７,７を備え、給気本管５及び排ガス本管６に空気流量制御弁１１及び排ガス流量制御弁１２を備える。
更に、当該給気排ガス回路は、各蓄熱式バーナ１ａ，１ｂの引出管２ａ，２ｂに、流通方向で差圧−流量特性の異なるオリフィス８及び差圧検出器９を備え、各オリフィス８の近傍（当該例では、各バーナの蓄熱器とオリフィス８の間の配管）にそれぞれ温度検出器１０を備えて流量測定回路を構成する（図１乃至図３参照）。

当該流量測定回路の引出管２ａ，２ｂは、オリフィス８の前後に給気時及び排ガス時において旋回流の発生を抑制し得る長さの直管部２Ｓａ，２Ｓｂを備える。当該例の直管部２Ｓａ，２Ｓｂの長さは、オリフィス８の前後各々について、各引出管２ａ，２ｂの口径の１０倍に設定されている。

旋回流の発生を抑制するには、オリフィス８に対して流れの上流に当たる側に、直管部２Ｓａ，２Ｓｂの口径Ｄの１０倍以上の長さの直管部２Ｓａ（２Ｓｂ）を備え、且つ下流に当たる側に直管部２Ｓａ，２Ｓｂの口径Ｄの５倍以上の長さの直管部２Ｓｂ（２Ｓａ）があれば良いが、当該例ではオリフィス８は双方向に用いるので、オリフィス８の前後各々に直管部２Ｓａ，２Ｓｂの口径Ｄの１０倍以上の長さが必要となる。尚、炉Ｘの周囲の限られたスペースを無駄にしない為には、必要最低限の長さで足り、精々１０数倍となる様に設計することが望ましい。

遮断弁７は、給気管連結部３Ｊ又は排ガス管連結部４Ｊの各バーナ１ａ，１ｂ側で交互に開閉し、且つ一方のバーナ１ａが排ガス本管６側に通じれば他方のバーナ１ｂが給気本管５側に通じる様に互い違いに開閉する様に制御する（図１及び図２参照）。空気流量制御弁１１及び排ガス流量制御弁１２は、炉Ｘ内や引出管２ａ，２ｂの温度検出器１０から温度情報を得ると共に、両バーナ１ａ，１ｂにおける引出管２ａ，２ｂ内の流量情報を得て、炉Ｘ内における適正な燃焼状態が維持できる開閉量となる様に（例えば、炉Ｘ内が負圧とならない様に、或いは炉Ｘ内の温度が低下しない開閉量となる様に）制御する。

これら遮断弁７並びに空気流量制御弁１１及び排ガス流量制御弁１２の制御は、炉Ｘの燃焼制御部１３によって行われる（図４参照）。
炉の燃焼制御部１３は、演算手段１４を備え、当該例の演算手段は、前記流量測定回路の引出管２ａ，２ｂに設置した各オリフィスについて、温度補正を伴った、給気時と排ガス時における固有の差圧・温度−流量特性をそれぞれ保持し（当該例では、給気時と排ガス時における特性は異なるが、給気時と排ガス時の特性を等しくする場合もある）、差圧検出器９から得た差圧情報と温度検出器１０から得た温度情報を、温度補正を伴うオリフィス８の前後に生じる差圧・温度−流量特性（数式又はテーブル）に当て嵌め、給気時及び排ガス時の流量を導出する。

引出管２ａ，２ｂの中間部に入れたオリフィス８の前後に生じる圧力差を差圧検出器９で測定し、オリフィス８の前後に生じる差圧をベルヌーイの定理により開平し、差圧を流量に変換するリニアな差圧−流量特性を得る。ここで、流通方向で差圧−流量特性が異なるとは、この様にリニアな特性を導いた場合において、差圧−流量特性の傾きが、オリフィス８を給気時に通過する時と排ガス時に通過する時とで異なること等をいう。差圧−流量特性をリニアな特性に変換しない構成として差圧情報を当て嵌めることもできる。

また、気体は温度と圧力によって体積が大きく変化することに鑑み、温度検出器１０から得た温度情報に基づいて給気時及び排ガス時の流量を補正する。補正は、例えば、前記流量測定回路のオリフィス８に関する給気時及び排ガス時における固有の差圧・温度−流量特性から導いた値を、標準状態（例えば、２０℃、一気圧）における体積流量（立米／ｈ）に換算して保持する。

給気時と排ガス時等の運転状況は、給気時の管内温度と排ガス時の管内温度との格差に基づき、温度検出器１０から得た温度情報より判別し、当該判別結果から流量導出の際に当て嵌めるべき差圧・温度−流量特性を決定する。

１ａ，１ｂ 蓄熱式バーナ，
２ａ，２ｂ 引出管，２Ｓａ，２Ｓｂ 直管部，
３ 給気ブリッジ，３Ｊ 給気管連結部,
４ 排ガスブリッジ，４Ｊ 排ガス管連結部，
５ 給気本管，６ 排ガス本管，
７ 遮断弁，８ オリフィス，９ 差圧検出器，１０ 温度検出器，
１１ 空気流量制御弁，１２ 排ガス流量制御弁，
１３ 燃焼制御部，１４ 演算手段，
Ｘ 炉，

Claims (4)

1. 対となって交互燃焼する蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）に各々直結する引出管（２ａ，２ｂ）を備え、
   両蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）の引出管（２ａ，２ｂ）に繋がるに繋がる給気ブリッジ（３）及び排ガスブリッジ（４）を備え、
   給気ブリッジ（３）及び排ガスブリッジ（４）の中間部に繋がる給気本管（５）及び排ガス本管（６）を備え、
   給気ブリッジ（３）及び排ガスブリッジ（４）における給気管連結部（３Ｊ）又は排ガス管連結部（４Ｊ）の両側に各側で交互に開閉する遮断弁（７）を備える給気排ガス回路に用いる流量測定方法であって、
   各蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）の引出管（２ａ，２ｂ）を流通する気体の温度を検出する温度検出器（１０）を設置し、
   各蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）の引出管（２ａ，２ｂ）に、オリフィス（８）、及びオリフィス前後の気圧差を検出する差圧検出器（９）を設置し、
   引出管（２ａ，２ｂ）におけるオリフィス（８）の前後に給気時及び排ガス時において旋回流の発生を抑制し得る長さの直管部（２Ｓａ，２Ｓｂ）を設け、
   差圧検出器（９）から得た差圧情報と温度検出器（１０）から得た温度情報を、引出管（２ａ，２ｂ）の差圧・温度−流量特性に当て嵌め、燃焼空気及び排ガスの流量を導出する蓄熱式バーナの流量測定方法。
2. 前記直管部（２Ｓａ，２Ｓｂ）の長さは、オリフィスの前後各々について、各引出管（２ａ，２ｂ）の口径（Ｄ）の約１０倍である前記請求項１に記載の蓄熱式バーナの流量測定方法。
3. 対となって交互燃焼する蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）に各々直結する引出管（２ａ，２ｂ）を備え、
   両蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）の引出管（２ａ，２ｂ）に繋がる給気ブリッジ（３）及び排ガスブリッジ（４）を備え、
   給気ブリッジ（３）及び排ガスブリッジ（４）の中間部に繋がる給気本管（５）及び排ガス本管（６）を備え、
   給気ブリッジ（３）及び排ガスブリッジ（４）における給気管連結部（３Ｊ）又は排ガス管連結部（４Ｊ）の両側に各側で交互に開閉する遮断弁（７）を備え、
   各蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）の引出管（２ａ，２ｂ）を流通する気体の温度を検出する温度検出器（１０）を備え、
   各蓄熱式バーナ（１ａ，１ｂ）の引出管（２ａ，２ｂ）に、オリフィス（８）、及びオリフィス前後の気圧差を検出する差圧検出器（９）を備え、
   引出管（２ａ，２ｂ）におけるオリフィス（８）の前後に給気時及び排ガス時において旋回流の発生を抑制し得る長さの直管部（２Ｓａ，２Ｓｂ）を備え、
   差圧検出器（９）から得た差圧情報と温度検出器（１０）から得た温度情報を、引出管（２ａ，２ｂ）の差圧・温度−流量特性に当て嵌め、燃焼空気及び排ガスの流量を導出する演算手段を備えた蓄熱式バーナの流量測定回路。
4. 前記直管部（２Ｓａ，２Ｓｂ）の長さは、オリフィス（８）の前後各々について、各引出管（２ａ，２ｂ）の口径（Ｄ）の約１０倍である前記請求項３に記載の蓄熱式バーナの流量測定回路。

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