JP2005016839A

JP2005016839A - 火炎検出装置

Info

Publication number: JP2005016839A
Application number: JP2003182769A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suko; 敏行須古
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】火炉内部に設けられた複数のバーナのうち特定のバーナの火炎を精度良く検出することができる火炎検出装置を提供する。
【解決手段】火炎検出装置１は、火炉２内部に設けられた複数のバーナのうち特定のバーナであるガスバーナ３の近傍にその一端部６Ａを配置し、他端部６Ｂを火炉２外部に配置した筒部材６と、筒部材６の内部に配置される集光レンズ１３とを備え、集光レンズ１３は筒部材３の他端部６Ｂ近傍に配置されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火炉の火炎を検出する火炎検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１つのボイラでＬＮＧやＬＰＧ等のガスと重油や軽油等の油といった複数の燃料を焚くようにした、いわゆるガス・油混焼ボイラがある。このようなボイラには、バーナの燃焼状態を検出する火炎検出装置が設けられている（下記特許文献１、２参照）。
【０００３】
図４は、従来の火炎検出装置を示す図である。図４において、火炎検出装置１００は、火炉１０１内部に設けられたガスバーナ１２０の近傍にその先端部１０３Ａを配置し、後端部１０３Ｂを火炉１０１外部に配置した筒部材１０３と、筒部材１０３の先端部１０３Ａに配置された集光レンズ１０４と、筒部材１０３内部に配置され、集光レンズ１０４で検出された火炎光を筒部材１０３の後端部１０３Ｂに接続された光ファイバケーブル１０６に導く耐熱光ファイバ１０５とを備えている。なお、火炉１０１内部には、ガスバーナ１２０の他に不図示の油バーナが配置されている。集光レンズ１０４で検出された火炎光に基づく光信号は、耐熱光ファイバ１０５及び光ファイバケーブル１０６を介して演算部１０７に伝送される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３４０３３３号公報
【特許文献２】
特開２００２−９８３３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術には以下に述べる問題が存在する。
火炎検出装置１００は、ガスバーナ１２０の火炎を検出することで火炉内の燃焼状態、特にガスバーナ１２０の火炎の有無を検出するが、火炎光を集光する集光レンズ１０４が先端部１０３Ａ側、すなわち火炎に近い位置に配置されていると、ガスバーナ１２０の火炎光の他に、輝度の高い油バーナの火炎光も外乱として検出してしまう。そのため、ガスバーナ１２０の火炎の有無を精度良く検出できないという問題があった。また、集光レンズ１０４で検出された火炎光に基づく光信号は筒部材１０３内部に配置された耐熱光ファイバ１０５を介して伝送される構成であるが、この耐熱光ファイバ１０５は比較的高価な部材であるため、火炎検出装置１００全体のコストアップを招いていた。また、集光レンズ１０４や耐熱光ファイバ１０５をメンテナンスしたり交換する場合において、筒部材１０３全体を火炉１０１から引き抜く必要が生じ、その場合、筒部材１０３を引き抜くことができるように広い空間（メンテナンススペース）が必要となる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、火炉内部に設けられた複数のバーナのうち特定のバーナの火炎を精度良く検出することができ、しかもコストを低減することができ、狭いメンテナンススペースでもメンテナンス可能な火炎検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の火炎検出装置は、火炉内部に設けられた複数のバーナのうち特定のバーナの近傍にその一端部を配置し、他端部を前記火炉外部に配置した筒部材と、前記筒部材の内部に配置される光学系とを備え、前記光学系を構成する光学素子のうち、最も前記先端部側に配置される特定の光学素子を、少なくとも前記筒部材の長手方向中央部より前記他端部側に配置したことを特徴とする。
本発明によれば、筒部材に配置された光学系を構成する光学素子のうち、筒部材の最も一端部側に配置される特定の光学素子を、筒部材の長手方向中央部より他端部側に配置することで、筒部材の一端部側から入射する火炎光のうち、この筒部材の一端部の近傍に配置された特定のバーナの火炎光は筒部材を通って特定の光学素子に良好に達し、一方、外乱となる特定のバーナ以外のバーナの火炎光は筒部材に遮断されて（けられて）特定の光学素子に達しない。したがって、特定のバーナの火炎を精度良く検出できる。また、検出する火炎光は筒部材を通過して特定の光学素子に達するため、従来のように耐熱光ファイバを設ける必要が無くなるので、コストを低減することができる。
【０００８】
本発明の火炎検出装置において、前記特定の光学素子を前記筒部材の他端部近傍に配置したことを特徴とする。これにより、外乱となる特定のバーナ以外のバーナの火炎光が光学素子に達するのを更に確実に防止できる。また、特定の光学素子が高温の火炉内部に配置されない構成であるので、光学素子の熱による劣化を防止できる。
【０００９】
本発明の火炎検出装置において、前記特定の光学素子は集光レンズであることを特徴とする。これにより、検出した特定のバーナの火炎光を集光して、例えば光ファイバケーブルに良好に伝送できる。
【００１０】
本発明の火炎検出装置において、前記筒部材内部の前記他端部側から前記一端部側にガスを流すガス供給装置を備えることを特徴とする。本発明によれば、筒部材内部の他端部側から一端部側に、すなわち火炉外部側から火炉内部側にガスを流すことによって、筒部材内部に火炉内部の高温ガスや不純物質（スス等）が侵入したり、光学素子が高温ガスや不純物質に曝されるのを防止することができる。したがって、光学素子や筒部材の劣化を抑えることができる。
【００１１】
本発明の火炎検出装置において、前記筒部材の前記他端部に対して接続及び分離可能に設けられた保持部材を備え、前記光学素子は、前記保持部材に保持されていることを特徴とする。本発明によれば、例えば光学素子をメンテナンスしたり交換したい場合、保持部材を筒部材の他端部から分離すればよいので、狭いメンテナンススペースでもメンテナンス等を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の火炎検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の火炎検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、火炎検出装置１は、その先端部（一端部）６Ａを火炉２内部に配置し、後端部（他端部）６Ｂを火炉２外部に配置した筒部材６と、筒部材６の内部に配置された光学系を構成する集光レンズ（光学素子）１３とを備えている。ここで、火炉２はボイラ装置の一部を構成しており、この火炉２の内部には複数のバーナが設けられている。本実施形態において、火炉２には特定のバーナであるガスバーナ３と、このガスバーナ３に対向配置された油バーナ４とが設けられている。そして、ガスバーナ３の近傍に、火炎検出装置１を構成する筒部材６の先端部６Ａが配置されている。
【００１３】
ガスバーナ３は、外筒部３ａと、外筒部３ａ内部に配置された内筒部３ｂとを有しており、保持部３ｃに保持されている。内筒部３ｂの先端部は火炉２内部に配置され、後端部から供給された燃焼用ガスが火炉２内部に送出される。また、外筒部３ａと内筒部３ｂとの間には空気が流通可能となっているとともに外筒部３ａの先端部は火炉２内部に配置されており、外筒部３ａの後端部から供給された空気が火炉２内部に送出されるようになっている。そして、ガスバーナ３により火炉２内部に供給された燃焼用ガス（及び空気）が点火されることにより、ガスバーナ３は火炎（ガス火炎）を生成する。一方、ガスバーナ３と対向配置されている油バーナ４から噴射された油が点火されることにより、油バーナ４は火炎（油火炎）を生成する。
【００１４】
図２は火炎検出装置１の拡大図である。図２において、集光レンズ１３は筒部材６の後端部６Ｂ近傍に配置されている。具体的には、集光レンズ１３は、筒部材６の後端部６Ｂに接続されている保持部材５に保持されている。この保持部材５は、筒部材６の他端部６Ｂに対して接続及び分離可能に設けられている。
【００１５】
ここで、筒部材６の先端部６Ａを含む先端領域Ａは、例えばステンレス鋼により構成され、後端部６Ｂを含む後端領域Ｂは、例えば炭素鋼により構成されている。
【００１６】
筒部材６の後端部６Ｂ近傍のうち、集光レンズ１３より先端部６Ａ側には、この筒部材６内部にガスを供給するガス供給口８Ａが設けられており、ガス供給口８Ａにはガス供給部８Ｂが接続されている。本実施形態において、ガス供給部８Ｂは空気を供給する。ここで、ガス供給口８Ａは先端部６Ａ側に向かってガスを吹き出すように斜めに形成されており、ガス供給部８Ｂからガスが供給されることにより、筒部材６内部の後端部６Ｂ側から先端部６Ａ側にガスが流れる。すなわち、ガス供給部８Ｂ及びこれに接続するガス供給口８Ａにより、筒部材６内部の後端部６Ｂ側から先端部６Ａ側にガスを流すガス供給装置８が構成されている。
【００１７】
筒部材６は、移動機構３０を介して火炉２に取り付けられている。移動機構３０は筒部材６を火炉２に対して移動可能に支持するものであり、筒部材６の長手方向（火炉２に対する挿入方向）、上下方向、及び横方向に移動可能である。更に、移動機構３０により、筒部材６はその設置角度も調整可能である。
【００１８】
集光レンズ１３の後端部６Ｂ側には、光ファイバケーブル７の入射端が配置されている。一方、光ファイバケーブル７の射出端は演算部９に接続されている。火炉２内に生成された火炎に基づく光（光信号）は、筒部材６の先端部６Ａから入射した後、筒部材６を後端部６Ｂ側に向かって伝送され、集光レンズ１３で集光される。集光レンズ１３で集光された光（光信号）は、光ファイバケーブル７の入射端から入射し、この光ファイバケーブル７を伝送した後、射出端より演算部９に出力される。また、演算部９及びガス供給部８Ｂには、火炎検出装置１の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴが接続されている。
【００１９】
図３は、演算部９の一例を示す図である。図３に示すように、演算部９は、光ファイバケーブル７を介して伝送された火炎光に基づく光信号をダイクロイックミラー１４により可視光と赤外光とに分波する分波器１５と、分波器１５で分波された可視光を電気信号に変換する光電センサ１６と、光電センサ１６で変換された電気信号を増幅し可視明るさ成分として処理部１０へ出力するログアンプ１７と、光電センサ１６で変換された電気信号を増幅する可変ゲイン交流アンプ１８と、可変ゲイン交流アンプ１８で増幅された電気信号の可視高周波成分のみを通過させ処理部１０へ出力するバンドパスフィルタ１９と、分波器１５で分波された赤外光を電気信号に変換する光電センサ２０と、光電センサ２０で変換された電気信号を増幅し赤外明るさ成分として処理部１０へ出力するログアンプ２１と、光電センサ２０で変換された電気信号を増幅する可変ゲイン交流アンプ２２と、可変ゲイン交流アンプ２２で増幅された電気信号の赤外高周波成分のみを通過させ処理部１０へ出力するバンドパスフィルタ２３とを備えている。
【００２０】
次に、上述した火炎検出装置１の動作について説明する。
ガスバーナ３で生成された火炎に基づく光は、筒部材６の先端部６Ａより筒部材６内部に入射し、筒部材６の後端部６Ｂ近傍に設けられた集光レンズ１３に達する。このとき、油バーナ４で生成された火炎に基づく光は、筒部材６で遮断されるので（けられるので）、集光レンズ１３まで達しない。集光レンズ１３で集光された光（光信号）は、光ファイバケーブル７を介して演算部９に伝送され、分波器１５のダイクロイックミラー１４により可視光と赤外光とに分波され、分波器１５で分波された可視光は、光電センサ１６で電気信号に変換され、光電センサ１６で変換された電気信号は、ログアンプ１７で増幅され可視明るさ成分として処理部１０へ出力され、且つ光電センサ１６で変換された電気信号は、可変ゲイン交流アンプ１８で増幅され、可変ゲイン交流アンプ１８で増幅された電気信号の可視高周波成分のみがバンドパスフィルタ１９を通過して処理部１０へ出力される一方、分波器１５で分波された赤外光は、光電センサ２０で電気信号に変換され、光電センサ２０で変換された電気信号は、ログアンプ２１で増幅され赤外明るさ成分として処理部１０へ出力され、且つ光電センサ２０で変換された電気信号は、可変ゲイン交流アンプ２２で増幅され、可変ゲイン交流アンプ２２で増幅された電気信号の赤外高周波成分のみがバンドパスフィルタ２３を通過して処理部１０へ出力され、処理部１０において、前記可視明るさ、可視高周波、赤外明るさ、赤外高周波に基づきガスバーナ３の火炎の有無が判別される。
【００２１】
以上説明したように、集光レンズ１３を筒部材６の他端部６Ｂ近傍、具体的には他端部６Ｂに接続された保持部材５に設けたので、筒部材６の先端部６Ａ側から入射する火炎光のうち、この筒部材６の先端部６Ａの近傍に配置されたガスバーナ３の火炎光は筒部材６を通って集光レンズ１３に良好に達し、一方、外乱となる油バーナ４の火炎光は筒部材６で遮断されて集光レンズ１３に達しない。したがって、外乱光である油バーナ４の火炎光の干渉を防いで、ガスバーナ３の火炎を精度良く検出できる。つまり、輝度の高い油バーナ４の火炎の干渉信号に、ガスバーナ３の火炎信号が埋まってしまうことが避けられ、ガスバーナ３を点火或いは消火した場合には、それに対応した信号の変化が、特に可視高周波並びに赤外高周波において見られるようになり、ガス火炎の有無を判別することが可能となる。そして、輝度の高い油バーナ４の火炎の干渉信号に、ガスバーナ３の火炎信号が埋まってしまうことを回避できるので、ガスバーナ３の点火或いは消火時におけるガス火炎の有無を確実に判別することができる。
【００２２】
また、検出する火炎光は筒部材６を通過して集光レンズ１３に達するため、従来のように耐熱光ファイバを設ける必要が無くなるため、コストを低減することができる。また、集光レンズ１３を筒部材６の後端部６Ｂ側に設けたので、集光レンズ１３は火炉２内部の高温ガスや不純物質（スス）に曝されず、劣化を防止できる。
【００２３】
ガス供給装置８を使って、筒部材６内部の後端部６Ｂ側から先端部６Ａ側に向かってガスを流すようにしたので、集光レンズ１３が火炉２内部の高温ガスや不純物質（スス）に曝されるのを更に確実に防止できる。また、筒部材６内部に不純物質が溜まるのを防止することもできるので、ガスバーナ３の火炎光は筒部材６内部を良好に通過できる。
【００２４】
集光レンズ１３を保持する保持部材５を筒部材６に対して接続及び分離可能に設けたので、集光レンズ１３などをメンテナンスしたり交換したい場合、保持部材５を筒部材６の他端部６Ｂから分離することで、狭いメンテナンススペースでもメンテナンス等を円滑に行うことができる。
【００２５】
なお本実施形態の火炎検出装置１は光学素子（レンズ）１３を１つ有する構成であるが、複数の光学素子（レンズ）を有してもよい。その場合、複数の光学素子のうち最も火炉２内部側（先端部６Ａ側）に配置される光学素子を、筒部材３の長手方向中央部より火炉２外部側（後端部６Ｂ側）に配置することにより、外乱となる油バーナ４の火炎光が光学素子に達するのを抑えることができ、また光学素子が火炉２内部の高温ガスや不純物質に曝されるのを防止できる。
【００２６】
なお本実施形態では、集光レンズ１３は筒部材６に対して接続及び分離可能な保持部材５に保持されている構成であるが、筒部材６の後端部６Ｂで保持する構成であってもよい。この場合、集光レンズ１３を筒部材６の後端部６Ｂ側から容易に取り出すことができる。
【００２７】
なお、移動機構３０を使って筒部材６の位置を調整することで、外乱となる油バーナ４の火炎光が集光レンズ１３に入射するのを更に抑えることができる。また、筒部材６に伸縮機構を設けておき、油バーナ４の燃焼状態に応じて筒部材６を伸縮することで、外乱となる油バーナ４の火炎光が集光レンズ１３に入射するのを抑えることもできる。
【００２８】
なお、筒部材６の内壁面に表面処理を施してもよい。表面処理としては、光の乱反射を防止する反射防止膜を設けることが挙げられる。これにより、ガスバーナ３の火炎光情報をより精度良く検出することができる。反射防止膜としては、さび止め塗料を塗布したり、耐熱性を有するつや消し黒色の薄膜を貼り付けたり、或いは筒部材６の内壁面を意図的に錆つかせたりすることで形成することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、特定の光学素子に対する、特定のバーナ以外のバーナの火炎光の伝達を抑えつつ、特定のバーナの火炎光の伝達を良好に行うことができるので、特定のバーナの火炎を精度良く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の火炎検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】演算部の一例を示す図である。
【図４】従来の火炎検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１…火炎検出装置、２…火炉、３…ガスバーナ（特定のバーナ）、４…油バーナ、５…保持部材、６…筒部材、６Ａ…先端部（一端部）、６Ｂ…後端部（他端部）、８…ガス供給装置、１３…集光レンズ（光学素子、光学系）

Claims

火炉内部に設けられた複数のバーナのうち特定のバーナの近傍にその一端部を配置し、他端部を前記火炉外部に配置した筒部材と、
前記筒部材の内部に配置される光学系とを備え、
前記光学系を構成する光学素子のうち、最も前記先端部側に配置される特定の光学素子を、少なくとも前記筒部材の長手方向中央部より前記他端部側に配置したことを特徴とする火炎検出装置。
前記特定の光学素子を前記筒部材の他端部近傍に配置したことを特徴とする請求項１記載の火炎検出装置。
前記特定の光学素子は集光レンズであることを特徴とする請求項１又は２記載の火炎検出装置。
前記筒部材内部の前記他端部側から前記一端部側にガスを流すガス供給装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の火炎検出装置。
前記筒部材の前記他端部に対して接続及び分離可能に設けられた保持部材を備え、
前記光学素子は、前記保持部材に保持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の火炎検出装置。