JP2007255859A5 - - Google Patents

Description

火炎検出装置および火炎検出方法

この発明は、火炎を検出する火炎検出装置に関するもので、とくに燃焼装置におけるバーナからの火炎を検出する火炎検出装置に関するものである。

ボイラなどの燃焼装置には、バーナからの火炎を監視するために火炎検出装置が設けられている。このような火炎検出装置として、火炎検出センサからの信号に基づいて前記火炎検出装置の異常を検出するものが知られている。

たとえば、特許文献１に記載される火炎検出装置は、火炎検出センサとして紫外線光電管を用い、一定時間当たりの放電パルスの個数を計測し、それが正常範囲内であれば、火炎検出装置は正常であると判定し、正常範囲内になければ、火炎検出装置の異常と判定している。

特開平１０−２６７２７３号公報

特許文献１に記載される発明は、一定時間内における前記火炎検出センサから出力される放電パルスの個数を計測し、この個数により前記火炎検出装置の異常の有無を判定している。しかしながら、実際の火炎検出装置においては、一定時間における放電パルスの個数だけでは異常の検出ができないことがある。具体的には、前記火炎検出装置を構成する駆動回路などの各機器に異常が発生し、異常なパルス信号を生成しても、一定時間内の放電パルスの個数が前記正常な個数の範囲内に収まっていれば、異常を検出することができないことがある。とくに、紫外線光電管を用いた特許文献１に記載の発明では、火炎が存
在しないときもバックグランドノイズにより放電パルスが発生し、一定時間内における放電パルスの正常な範囲の下限はゼロまで拡大されるので、放電パルスの個数が所定の個数より多いか、少ないかによってのみ異常の有無の判定をすることになり、さらに検出精度が落ちる。

この発明は、このような従来技術の問題点を解決することを目的とする。具体的には、火炎検出装置の異常の有無の検出をより確実に行うことができるようにすることを目的とする。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加するパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの発生形態によって異常の有無を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出手段は、前記パルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第一検出手段と、前記パルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第二検出手段とを備えることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第一検出手段は、前記火炎検出センサからの一定時間当たりの前記パルスの個数を計測し、異常の有無を検出し、前記第二検出手段は、前記パルスの幅に基づいて異常の有無を検出することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記第一検出手段は、ソフトウェアまたはハードウェアのいずれかにより構成し、前記第二検出手段は、ハードウェアまたはソフトウェアのいずれかにより構成することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、一つの火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加するパルス変換工程と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第一異常検出工程と、前記パルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第二異常検出工程と、前記第一異常検出工程および前記第二異常検出工程の少なくともいずれか一方の異常検出工程において、前記火炎検出装置の異常を検出したとき、異常信号を出力する異常判定工程とからなることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加し、前記火炎検出センサの出力信号をパルスへ変換させるパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの一定時間内における個数、幅、振幅などの発生形態のうち、二つ以上の種類の異なる発生形態の検出によって異常の有無を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、火炎がないときは電流を流さないが、火炎があるときは電流を流すよう構成された紫外線光電管からなる一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加して前記電流に同期させ、前記火炎検出センサの出力信号をパルスへ変換させるパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの一定時間内における個数、幅、振幅などの発生形態のうち、二つ以上の種類の異なる発生形態の検出によって異常の有無を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載の発明において、前記複数の検出手段は、前記火炎検出センサからの一定時間当たりの前記パルスの個数を計測し、異常の有無を検出する第一検出手段と、前記パルスの幅に基づいて異常の有無を検出する第二検出手段とを備えることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記第一検出手段および前記第二検出手段からの信号を受けて、少なくともいずれか一方の前記検出手段が異常を検出したとき、前記火炎検出装置に異常があると判定する判定部を備えることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の発明において、前記複数の検出手段は、ソフトウェアによる検出とハードウェアによる検出を組み合わせることを特徴としている。

本発明によれば、火炎検出装置の異常の有無の検出をより確実に行うことができる。

（実施の形態）
この発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパルスを印加するパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの発生形態によって、火炎検出装置の異常の有無を検出する検出手段とを備えている。

この実施の形態は、とくにボイラなどの燃焼装置に適用され、前記パルス変換装置，他の前記検出手段，その他機器からなる前記火炎検出装置の異常を検出するために用いられる。

つぎに、この実施の形態の構成要素について説明する。前記火炎検出センサは、紫外線光電管，ＣｄＳ（硫化カドニウム）光導電セル，ＣｄＳｅ（セレン化カドニウム）光導電セル，ＰｂＳ光導電セル（レッドサルファイドセル），フレームロッド，フォトＩＣ，フォトダイオード，太陽電池などを用いて構成されるセンサを例示することができる。これら火炎検出素子のいずれを火炎検出センサとして用いるかは、放射スペクトルの相違による火炎の性質，火炎を生じさせる燃料の種類（ガス，油など），用途などにより適宜、選択される。

前記パルス変換装置は、前記火炎検出センサの出力信号をパルスへ変換させるものであり、前記火炎検出センサの電源としてパルスを印加させることもできる。前記火炎検センサは、前記各火炎検出素子の種類の相違によって、電流値，抵抗値などの異なる物理的変化が生じるが、前記パルス変換装置によってパルスを出力する。これにより、信頼性の高い検出を可能にすることができる。前記パルス変換装置を前記火炎検出センサの電源として用いると、前記検出手段へ送る信号は、火炎が有るときは、前記パルス変換装置が生成するパルスの周波数と同じ周波数であり、火炎がないときは、パルスを発生させない構成となる。このとき、火炎の強弱を検出させるために、火炎の強弱に応じて、前記火炎検出センサから出力されるパルスの幅や振幅を変えるように構成することもできる。また、前記火炎検出センサの火炎の入射レベルのしきい値を調整し、火炎の強弱により前記火炎検出センサから出力されるパルスの個数を増減させることもできる。つまり、前記パルス変換装置から印加されるパルスは一定の周波数であるが、しきい値の調整により入射される火炎の大小に応じたパルスの個数を出力するように構成することもできる。

さらに、外乱による影響を受けないように、フィルター機能を設け、これを通過した信号をパルス信号化することも好ましい。

前記パルスの発生形態とは、一定時間内における前記パルスの個数，前記パルスの幅，前記パルスの振幅などを含む概念である。

前記検出手段は、二つ以上の種類の異なる発生形態の検出を行い、前記火炎検出装置に異常があるかどうか判定するように構成されている。これによれば、前記火炎検出センサから出力されるパルスについて、視点の異なる複数の検出を行うので、より正確に前記火炎検出装置の異常の有無を検出することができる。このように、前記パルスの各発生形態のうち、二つ以上の種類の検出を行うことによって、同じ種類の発生形態の検出を行う単なる多重化とは異なり、より正確に異常の有無の検出を行うことができる。たとえば、パルスの個数を検出して異常の有無を検出する検出手段を多重化した場合は、前記火炎検出センサは一つなので、前記パルス変換装置へ共通の信号が入力されるので、バックアップ的な意義と、パルスの個数の計測を行う他の検出手段の誤作動による誤った検出を抑制できるにすぎない。しかしながら、前記パルスの各発生形態のうち、二つ以上の種類の検出を行えば、一つのパルス発生形態では、異常とされないパルスであっても、別の視点から検出することになるので、異常の有無の検出精度を高めることができる。ここで、パルスの幅またはパルスの振幅を用いると、一定時間内のパルスの個数を計測するときに比べ、より早期に異常の有無を検出することができる。

また、前記検出手段は、前記パルスの異常の有無をソフトウェアで検出することと、ハードウェアで検出することを組み合わせることが好ましい。これは、検出の精度を高めるためである。すなわち、同じ環境下において、前記検出手段のすべてをハードウェアで検出を行うと、同じ誤作動原因（たとえば、湿度，温度，粉塵，静電気など）によって、前記検出手段のすべてが誤作動を起こす可能性が高いからである。これは、前記検出手段のすべてを同じ環境下において、ソフトウェアで検出を行うときも同様のことが言える。さらに、一般的にハードウェアによる検出の方が予期しない暴走などが発生するソフトウェアによる検出よりも誤作動を起こしにくい点と、ソフトウェアによる検出の方が簡単に細かな制御を実現できる点とを考慮すると、ソフトウェアによる検出と、ハードウェアによる検出を組み合わせることが好ましい。すなわち，検出精度を高めつつ、誤作動の発生を抑制することができる。

以下、この発明を実施した火炎検出装置１の第一実施例を図１および図２に基づいて詳細に説明する。図１は、前記火炎検出装置１の概略構成を示し、図２は、前記火炎検出装置１による異常判定を示す説明図である。

図１に示すように、前記火炎検出装置１は、紫外線光電管１６（図３参照）からなる火炎検出センサ２と、この火炎検出センサ２へ一定の周波数のパルスを印加するパルス変換装置３と、前記パルスに基づいて異常の有無を検出する検出部４などから構成されている。

前記検出部４は、前記火炎検出センサ２からの一定時間当たりの前記パルスの個数を計測し、異常の有無の検出を行う第一検出手段５と、前記パルスの幅に基づいて異常の有無を検出する第二検出手段６と、これら前記第一検出手段５および前記第二検出手段６からの信号を受けて、いずれかの前記検出手段５，６が異常を検出したとき、前記火炎検出装置１に異常があると判定する判定部７から構成されている。ここで、前記第一検出手段５は、ソフトウェアで構成され、前記第二検出手段６はハードウェアで構成されている。こ
れにより、前記第一検出手段５および前記第二検出手段６が同時に誤作動するのを抑制することができる。

前記パルス変換装置３は、一定の周波数（２０Ｈｚ／ｓ）にて前記火炎検出センサ２へ電源として前記パルスを印加している。前記火炎検出センサ２は、火炎がないときは電流を流さないが、火炎があるときは電流を流し、この電流と前記パルス変換装置３から印加されるパルスとが同期するように構成されている。したがって、前記火炎検出センサ２の出力は、前記パルス変換装置３が前記火炎検出センサ２へ印加する電源の一定の周波数（２０Ｈｚ／ｓ）以下の周波数のパルスとなる。

前記第一検出手段５は、１秒間に計測するパルスの個数が正常範囲内かどうかにより異常の有無を検出する。前記火炎検出センサ２へ印加される電源の周波数は２０Ｈｚ／ｓなので、前記火炎検出センサ２が火炎を検出しているときは、１秒間に２０個のパルスが前記第一検出手段５へ送られ、火炎を検出していないときは、ゼロ個のパルスが前記第一検出手段５へ送られる。この実施例１では、前記火炎検出センサ２のバックグランドノイズと、それ以外の誤差を考慮して、１秒間に２０＋５個以下のとき，すなわち１秒間に２５個以下のパルスが計測されたとき、正常であると検出するように構成されている。ここで、異常が発生している箇所としては、前記火炎検出センサ２，前記パルス変換装置３，前記火炎検出センサ２と前記パルス変換装置３とを接続するパルス変換接続ライン９，前記火炎検出センサ２と前記検出部４とを接続する検出部接続ライン８などが考えられる。

前記第二検出手段６は、前記火炎検出センサ２から出力されるパルスの幅に基づいて異常の有無を検出する。パルスのディユーティー比は、５０％としている。前記火炎検出センサ２からの出力周波数が２０Ｈｚ／ｓなので、一つの前記パルスの幅は、２５ｍｓｅｃである。前記第二検出手段６は、誤差を考慮して２５±５ｍｓｅｃの範囲内のときは、正常であることを検出し、２５±５ｍｓｅｃの範囲を超えるときは、異常であることを検出する。ここで、異常が発生している箇所としては、前記火炎検出センサ２，前記パルス変換装置３，前記パルス変換接続ライン９，前記検出部接続ライン８などが考えられる。また、前記火炎検出センサ２が火炎を検出していないときは、前記第二検出手段６は作動しないように構成されている。

前記両検出手段５，６は、異常が発生していることを検出すると、Ｌ信号（０Ｖ）を出力し、異常が発生していないことを検出すると、Ｈ信号（５Ｖ）を前記判定部７へそれぞれ出力する構成となっている。

前記判定部７は、前記両検出手段５，６から信号を受け、少なくともいずれか一方の検出手段５，６において異常を検出したとき、異常があると判定する。すなわち、前記判定部７は、図２に示すように、前記両検出手段５，６が正常であると判定しない限り、異常であると判定する。

前記判定部７は、前記両検出手段５，６からの出力を入力とするＡＮＤゲート（図示省略）を備えている。また、前記判定部７には、燃料弁遮断用リレー（図示省略）が備えられており、前記ＡＮＤゲートからの出力がＨ信号である間は、前記燃料弁遮断用リレーへリレー電流が流れ、前記ＡＮＤゲートからの出力がＬ信号である間は、前記燃料弁遮断用リレーへリレー駆動電流が流れないように構成されている。

この第一実施例によれば、前記火炎検出センサ２から出力されるパルスの個数および幅に基づいて異常の有無を検出するので、視点の異なる検出を行うことができ、前記火炎検出装置１の異常の有無の検出をより確実に行うことができる。また、前記第一検出手段５は、ソフトウェアで構成され、前記第二検出手段６はハードウェアで構成されているので
、前記火炎検出装置１の異常の有無の検出精度を高めることができる。さらに、前記第二検出手段６は最短で２５＋５ｍｓｅｃ以内に異常の有無を検出することができるので、前記火炎検出装置１は、前記パルスの個数のみに基づくもの（この実施例１と同じ条件であれば、パルスの個数に基づく異常の有無の検出では、１秒かかる。）よりも早期に異常の有無を検出することができる。

つぎに、この第一実施例の変形例について述べる。この第一実施例では、前記火炎検出センサ２から出力されるパルスの個数と幅を検出対象としているが、三つ目の検出手段として、前記パルスの振幅を検出対象とすることもできる。これにより、さらに別の視点から異常の有無の検出を行うので、検出精度を高くすることができる。

また、この第一実施例では、前記第一検出手段５は、ソフトウェアで構成され、前記第二検出手段６は、ハードウェアで構成されているが、前記両検出手段５，６の両者をソフトウェアで構成することや、前記両者をハードウェアで構成することもできる。このように構成しても、前記パルスの異なる発生形態により異常の有無の検出を行うので、検出精度が高くすることができる。

つぎに、この発明の第二実施例を図３および図４に基づいて説明する。図３は、第一実施例の前記火炎検出装置１をボイラ１０に適用した説明図であり、図４は、前記火炎検出装置１の動作を説明するフロー図である。図３において、第一実施例の前記火炎検出装置１と同一構成部材には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、前記ボイラ１０は、円筒型の缶体１１と、この缶体１１の上部に設けられたウィンドボックス１２と、このウィンドボックス１２内へ燃焼用の空気を送る送風機１３などから構成されている。

前記ウィンドボックス１２の中には、前記缶体１１内へ向けられたバーナ１４と、このバーナ１４のほぼ中心軸上に燃料ノズル１５とが設けられている。また、前記燃料ノズル１５への燃料供給ライン上には、燃料調整弁１７が設けられている。前記ウィンドボックス１２の上部には、前記火炎検出センサ２の構成要素である紫外線光電管１６が挿入されており、前記火炎検出装置１と接続されている。

前記判定部７は、その内部の前記燃料弁遮断用リレーへリレー駆動電流が流れている間は、前記燃料調整弁１７と電気的に接続されるが、前記燃料弁遮断用リレーへリレー電流が流れなくなると、前記燃料調整弁１７と電気的に接続されないように構成されている。そして、前記燃料調整弁１７は、前記判定部７と電気的に接続されている間（オン状態時）は、燃料が前記燃料ノズル１５へ供給されるが、前記判定部７と電気的に接続されていない間（オフ状態時）は、燃料が前記燃料ノズル１５へ供給されないように構成されている。

以上のような構成において、図４に示すフローをもとに動作の説明をする。まず、前記バーナ１４から火炎が発生していないときは、前記火炎検出センサ２は、火炎を検出していないので、前記両検出手段５，６へパルスは送られない。つぎに、着火のための通常の動作が行われると、前記火炎検出センサ２は前記紫外線光電管１６を介して火炎を検出する。これにより、前記パルス変換装置３によって、火炎あり信号がパルス化される（ステップＳ１）。

ステップＳ２において、前記パルスはそれぞれ前記両検出手段５，６へ送られ、それぞれ前記パルスの個数および幅に基づいて、異常の有無が検出される。前記両検出手段５，
６の少なくともいずれか一方が異常であると判定すると、ステップＳ３へ移行し、前記燃料弁遮断用リレーへリレー電流の供給を停止する。これにより、前記燃料調整弁１７はオフ状態となり、前記燃料ノズル１５への燃料の供給を停止する。そして、ステップＳ４へ移行し、警報を出す。

一方、前記両検出手段５，６が正常であると判定すると、前記燃料調整弁１７はオン状態であり、前記燃料ノズル１５へ燃料が供給され、ステップＳ５へ移行し、異常の検出が終了していれば終了し、そうでなければ、ステップＳ２へ移行して、前記のステップを繰り返す。

この第二実施例によれば、前記第一実施例による効果を奏することに加え、前記火炎検出装置１からの出力によって前記燃料調整弁１７のオンオフを制御しているので、フェールセーフな燃焼安全装置とすることができる。

第一実施例の火炎検出装置を示す説明図。 第一実施例の火炎検出装置による異常判定を示す説明図。 第一実施例の火炎検出装置をボイラに適用した説明図。 第一実施例の火炎検出装置の動作を説明するフロー図。

１ 火炎検出装置
２ 火炎検出センサ
３ パルス変換装置
５ 第一検出手段
６ 第二検出手段
７ 判定部

Claims (10)

1. 一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加するパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの発生形態によって異常の有無を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とする火炎検出装置。
2. 前記複数の検出手段は、前記パルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第一検出手段と、前記パルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第二検出手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の火炎検出装置。
3. 前記第一検出手段は、前記火炎検出センサからの一定時間当たりの前記パルスの個数を計測して異常の有無を検出し、前記第二検出手段は、前記パルスの幅に基づいて異常の有無を検出することを特徴とする請求項２に記載の火炎検出装置。
4. 前記第一検出手段は、ソフトウェアまたはハードウェアのいずれかにより構成し、前記第二検出手段は、ハードウェアまたはソフトウェアのいずれかにより構成することを特徴とする請求項３に記載の火炎検出装置。
5. 一つの火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加するパルス変換工程と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第一異常検出工程と、前記パルスの発生形態のいずれか一つに基づいて異常の有無を検出する第二異常検出工程と、前記第一異常検出工程および前記第二異常検出工程の少なくともいずれか一方の異常検出工程において、前記火炎検出装置の異常を検出したとき、異常信号を出力する異常判定工程とからなることを特徴とする火炎検出装置の異常検出方法。
6. 一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加し、前記火炎検出センサの出力信号をパルスへ変換させるパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの一定時間内における個数、幅、振幅などの発生形態のうち、二つ以上の種類の異なる発生形態の検出によって異常の有無を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とする火炎検出装置。
7. 火炎がないときは電流を流さないが、火炎があるときは電流を流すよう構成された紫外
   線光電管からなる一つの火炎検出センサと、この火炎検出センサへ一定の周波数のパスルを印加して前記電流に同期させ、前記火炎検出センサの出力信号をパルスへ変換させるパルス変換装置と、前記火炎検出センサから出力されるパルスの一定時間内における個数、幅、振幅などの発生形態のうち、二つ以上の種類の異なる発生形態の検出によって異常の有無を検出する複数の検出手段とを備えることを特徴とする火炎検出装置。
8. 前記複数の検出手段は、前記火炎検出センサからの一定時間当たりの前記パルスの個数を計測し、異常の有無を検出する第一検出手段と、前記パルスの幅に基づいて異常の有無を検出する第二検出手段とを備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の火炎検出装置。
9. 前記第一検出手段および前記第二検出手段からの信号を受けて、少なくともいずれか一方の前記検出手段が異常を検出したとき、前記火炎検出装置に異常があると判定する判定部を備えることを特徴とする請求項８に記載の火炎検出装置。
10. 前記複数の検出手段は、ソフトウェアによる検出とハードウェアによる検出を組み合わせることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の火炎検出装置。