発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

メインバーナ１１の着火時は、着火に伴うＲＴ内圧の圧力変動を抑えるため、既に述べたようにＴＤＲを２０％〜４０％程度に絞って着火するが、燃料ガスの流量が少なく、ＲＴ１３内で燃料ガスと燃焼用エアとの混合具合に、ばらつきが生じやすくなり、ＲＴバーナ１５の燃焼が不安定となりやすい。よって、着火時の燃焼を安定化させるため、ｍ値を２〜３程度とし、燃焼用エアを多めにしたエアリッチな燃焼条件としている。 しかし、メインバーナ１１の着火時の炉温は低く、ＲＴバーナ１５の燃焼容量、及び、燃料ガス配管２６、燃焼用エア配管２７、燃焼排ガス配管の配管レイアウトとの関係によっては、複数の要素が共鳴し、メインバーナ１１の着火時に発生するＲＴ内圧の圧力変動が局所的に大きくなり、メインバーナ１１及び安全装置であるパイロットバーナ１２の火炎を吹き消す現象（以下、失火と記載）につながることがある。 上述の複数の要素とは、メインバーナ燃焼筒１１ａを燃焼用エア又は燃料ガスが通過する際の渦周波数、配管系（燃料ガス配管２６、燃焼用エア配管２７及び燃焼排ガス配管２８）の気柱共鳴周波数、ＲＴ１３とＲＴ１３内レキュペレータ１４との狭流路で構成される空間でのヘルムホルツ共鳴周波数、及び、ＲＴ１３内気柱共鳴周波数のことである。 渦周波数は着火モード条件（ＴＤＲとｍ値の組み合わせ）とメインバーナ燃焼筒ノズル径とによって決定され、配管系の気柱共鳴周波数は配管条件（燃焼用エア配管、燃料ガス配管及び燃料排ガス配管それぞれの配管径と配管長）によって決定され、ヘルムホルツ共鳴周波数はＲＴ径とＲＴ長とによって決定され、ＲＴ内気柱共鳴周波数はＲＴ長と燃料ガス温度と燃焼用エア温度とによって決定される。 図１４は、メインバーナが失火する場合のＲＴ内圧変動トレンドを表すグラフであり、縦軸がＲＴ内圧、横軸が時間を表している。時刻ｔ₁は燃料ガス配管内をパージするためにＮ₂ガスの供給を開始する時刻、時刻ｔ₂は燃料ガス遮断弁を開状態とする時刻、時刻ｔ₃は図１３と同様メインバーナ着火時刻、時刻ｔ₄において、ＲＴ内圧が燃料ガス供給圧、及び燃焼用エア供給圧を上回り、メインバーナ及びパイロットバーナが失火する時刻をそれぞれ表している。 図１４のグラフに示すように、ＲＴ内圧は時刻ｔ₁〜ｔ₂においては安定しているが、時刻ｔ₂において燃料ガス遮断弁を開状態とすることでメインバーナ１１が点火を開始し、時刻ｔ₃においてメインバーナ１１がほぼ着火を完了した時点で、共鳴によりＲＴ内圧の圧力変動が大きくなり、燃料ガス及び燃焼用エアの供給圧を超え、時刻ｔ₄においてメインバーナ１１及びパイロットバーナ１２が失火することがある。なお、図１４のグラフは、時刻ｔ₂〜ｔ₃は２５ｓｅｃ程度、時刻ｔ₃〜ｔ₄は５５ｓｅｃ程度の場合を想定している。 １つの燃焼制御ゾーン内で何本かのパイロットバーナ１２の失火検出機能（図示略）が失火と判断すると、安全のため、同ゾーン内メインバーナ１１への燃料ガス供給を一括遮断する。さらに、そのゾーン数が複数に至ると、安全のため、一旦、焼鈍炉全体のＲＴバーナ１５を全て消火し、失火原因究明のため、再立ち上げを行うこととなり、生産性の悪化をきたすこととなる。 図１５は、従来の燃料ガス流量調節弁操作による燃料ガスの流量調節例を表すグラフである。縦軸はｍ値、横軸は時間を表しており、時刻ｔ₂は図１４同様燃料ガス遮断弁を開状態とする時刻、時刻ｔ₅は図１３同様燃料ガス流量調節弁の弁開度自動制御開始時刻を表しており、当該グラフ中の斜線で示した共鳴領域Ｂは、ＴＤＲとｍ値との関係でＲＴバーナ１５が失火する可能性がある共鳴領域を表している。また、当該グラフにおいて、一点鎖線の曲線で示したパターン１と破線で示したパターン２との２パターンは、失火に至った調節例を示している。 なお、共鳴領域Ｂとは、メインバーナ燃焼筒１１ａを燃焼用エア又は燃料ガスが通過する際の渦周波数が配管系（燃料ガス配管２６、燃焼用エア配管２７及び燃焼排ガス配管２８）の気柱共鳴周波数、ＲＴ１３とレキュペレータ１４との狭流路で構成される空間でのヘルムホルツ共鳴周波数、又はＲＴ１３内気柱共鳴周波数のいずれかと一致するｍ値を含む領域のことである。 上述でも説明したが、燃料ガス流量調節弁の弁開度自動制御で、ｍ値が２〜３となるように制御を行う。しかしながら、当該制御の間に、例えば図１５のグラフに示すように、パターン１では、時刻ｔ₅〜ｔ₇においてｍ値が共鳴領域Ｂに入り、ＲＴバーナ１５が失火する可能性がある。また、パターン２では、時刻ｔ₇〜ｔ₈においてｍ値が共鳴領域Ｂに入り、ＲＴバーナ１５が失火する可能性がある。 なお、共鳴領域Ｂは、ＴＤＲとｍ値と組み合せによって変化する。図１６は、共鳴領域Ｂとｍ値とＴＤＲとの関係を示すグラフであり、当該図の縦軸はｍ値、横軸はＴＤＲを示している。また、当該グラフ中の破線領域は、通常のＲＴバーナ１５着火時の推奨運転範囲を示しており、このＲＴバーナ１５着火時の推奨運転領域内に、狭い範囲ではあるが、共鳴領域Ｂが存在することを示している。 特許文献１には、バーナ及び燃焼容器の製造段階で、各周波数の共鳴発生条件を回避した設計とすることで、共鳴領域を回避する技術が開示されている。しかしながら、当該技術では、既存のバーナ及び燃焼容器に適用することができない。 そこで本発明では、連続焼鈍炉のＲＴバーナにおいて、バーナの設計によらず、バーナ着火時の推奨運転範囲内で共鳴領域に入ることなく、安定したメインバーナ着火を行うことができるＲＴバーナ制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

第１，２の発明に係るＲＴバーナ制御装置によれば、着火モード条件が共鳴領域を失火発生時間未満で通過する条件でない場合に、当該着火モード条件の変更を行うので、連続焼鈍炉のＲＴバーナにおいて、安定したメインバーナ着火を行うことができる。 第３の発明に係るＲＴバーナ制御装置によれば、さらに、ＲＴバーナ内圧が、ＲＴバーナ内のパイロットバーナの燃料ガス供給圧、パイロットバーナの燃焼用エア供給圧、及びメインバーナの燃料ガス供給圧の中で最も低い供給圧よりも低くはない場合に、着火モード条件を変更するので、より安定したメインバーナ着火を行うことができる。 第４の発明に係るＲＴバーナ制御装置によれば、さらに、着火モード条件を変更する際、燃焼排ガス温度と燃焼用エア温度とｍ値と燃焼負荷比ＴＤＲとの相関関係と、実際に計測した燃焼排ガス温度と燃焼用エア温度とに基づいて、共鳴領域でない着火モード条件に変更するので、より安定したメインバーナ着火を行うことができる。 第５の発明に係るＲＴバーナ制御装置によれば、さらに、失火発生時間とは、各配管の気柱共鳴周波数、ＲＴ内気柱共鳴周波数及びヘルムホルツ共鳴周波数の中で、渦周波数と一致する周波数の１／２周期の時間であり、変更完了後の着火モード条件は、実際のｍ値が共鳴領域を通過する時間が、渦周波数と一致する周波数の１／２周期の時間未満となるようにするので、より安定したメインバーナ着火を行うことができる。