JP2009121713A - 火炎検出装置及び燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサを有する火炎検出装置が、ボイラ等の燃焼装置においてバーナの燃焼による熱によって加熱される場合に充分な信頼性を確保することが可能な火炎検出装置及びかかる火炎検出装置を用いた燃焼装置を提供すること。
【解決手段】バーナ制御部３０により制御されるバーナ１２の火炎が発する光を検出する光センサと、この光センサの検出信号に基づいて制御信号を出力する制御部５０と、前記光センサの近傍に配置された温度検出手段とを備えた火炎検出装置４０であって、前記制御部５０は、前記温度検出手段が所定の温度に到達した場合に、前記バーナ１２の燃焼停止信号を前記バーナ制御部３０に出力するように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、バーナの火炎を検出する光センサを備えた火炎検出装置と、この火炎検出装置を用いた燃焼装置に関する。

従来、ボイラ等、バーナを用いた燃焼機器には、バーナが失火した状態で重油、ガス等の燃料が未燃のまま放出されるのを防止するために、バーナの火炎の有無を検出し、火炎の有無に基づいてバーナ制御部に制御信号を出力する火炎検出装置が、一般的に設けられている。

かかる火炎検出装置のひとつとして、バーナの火炎が発する光を検出可能な光センサを設け、この光センサが検出した信号により火炎を検出してバーナの燃焼状態を判断する火炎検出装置に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参考。）。

ところで、バーナの燃焼により発生する熱によって光センサが加熱されると、光センサに暗電流が流れて火炎がないにも関わらず火炎検出信号が出力され、火炎検出装置が所望の機能を果たさなくなる場合がある。
光センサに流れる暗電流に関しては、暗電流を光センサの温度に対応して補正し、光センサが温度の影響を受けないようにするための技術が開示されている（例えば、特許文献２参考。）。

しかしながら、近年、性能、小型化や環境問題を起因としてフォトＩＣ等、半導体素子から構成された光センサが一般的となるなか、これら光センサは充分な耐熱性の確保が困難であるため、たとえ光センサにおいて発生する上記暗電流を補正したとしても、バーナ燃焼する際の熱によって光センサが高温になると、光センサとしての充分な信頼性の確保は必ずしも容易とはいえず、バーナが燃焼する際の熱に起因して発生する光センサの信頼性低下を抑制可能な技術が要請されている。

また、燃焼装置がボイラの場合、蒸気が良好な乾き度が維持されるように、例えば、水管の給水温度、バーナ燃焼量、蒸気圧力等に基づいて水管内の水位が複数の水位検出用電極棒によって制御され、低水位を検出するための水位検出用電極棒による検出ができなくなるまで水位が低下した場合には給水ポンプを駆動して水管内の水位を上昇させるとともに、水管へのスケールの付着、水管の過熱を温度センサで検出し、過熱の虞がある場合にはバーナの燃焼を停止することによりボイラがダメージを受けるのを抑制するフェールセーフに係るインターロックが設けられている。
しかし、かかるインターロックに支障が発生した場合には、水管の空焚きを完全に防止することができず、かかるバーナの燃焼によりボイラ等の燃焼装置が過熱するのをより確実に防止して燃焼装置が過熱によってダメージを受けるのを抑制したいという技術的要請がある。
特開２００２−３０３４２０号公報 特開昭６３−１５７０２０号公報

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、光センサを有する火炎検出装置が、ボイラ等の燃焼装置においてバーナの燃焼による熱によって加熱される場合に充分な信頼性を確保することが可能な火炎検出装置及びかかる火炎検出装置を用いた燃焼装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、バーナ制御部により制御されるバーナの火炎が発する光を検出する光センサと、この光センサの検出信号に基づいて制御信号を出力する制御部と、前記光センサの近傍に配置された温度検出手段と、を備えた火炎検出装置であって、前記温度検出手段が所定の温度に到達した場合に、前記バーナ制御部に前記バーナの燃焼停止信号を出力するように構成されていることを特徴とする。

この発明に係る火炎検出装置によれば、光センサの近傍に配置された温度検出手段が、バーナが燃焼する熱によって所定温度以上に加熱されると、制御部がバーナ制御部に燃焼停止信号を出力するようになっているので、光センサが所定温度以上に加熱されるのが抑制される。
その結果、光センサが温度上昇することに起因する暗電流の発生が抑制されるとともに、温度検出手段が温度上昇により破損するのが抑制され、火炎検出装置の信頼性を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、燃焼装置であって、請求項１に記載の火炎検出装置を備えることを特徴とする。

この発明に係る燃焼装置によれば、光センサが温度上昇することによる暗電流の発生と光センサの熱破損が抑制可能な火炎検出装置を備えているので、燃焼装置の過熱に対する信頼性を向上することができる。
その結果、バーナ失火と燃焼装置の過熱を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃焼装置であって、前記バーナ制御部を備え、前記バーナ制御部は、前記温度検出手段が所定の温度に到達した場合に、前記火炎検出装置への電力供給を停止する電源制御部を備えていることを特徴とする。

この発明に係る燃焼装置によれば、温度検出手段により検出する温度が所定の温度に到達した場合に火炎検出装置への電力供給が停止される。その結果、火炎検出信号が出力されなくなるので確実にバーナの燃焼を停止することができる。

この発明に係る火炎検出装置によれば、光センサが所定温度以上に加熱されるのが抑制され、その結果、光センサが温度上昇することに起因する暗電流の発生が抑制されるとともに、光センサが温度上昇により破損するのが抑制され、火炎検出装置の信頼性を向上することができる。
また、この発明に係る燃焼装置によれば、燃焼装置の過熱に対する信頼性を向上して、バーナ失火と燃焼装置の過熱を抑制することができる。

以下、図１から図３を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る火炎検出装置をボイラ（燃焼器）に適用した場合の概略図であり、符号１はボイラを、符号４０は火炎検出装置を示している。

ボイラ１は、図１に示すように、ボイラ本体１０と、燃料供給部２０と、バーナ制御部３０と、火炎検出装置４０とを備えており、ボイラ本体１０のウインドボックス１１が形成され、ウインドボックス１１にはバーナ１２及び火炎検出装置４０の検出部４２が配置され、バーナ１２の火炎が発する光Ｌを検出部４２により監視可能とされている。

また、ボイラ１は、蒸気が良好な乾き度に維持されるように、例えば、水管に供給する水の給水温度、電気伝導度、バーナ燃焼量、蒸気圧力等に基づいて水位制御されるとともに、水管に設けられた図示しない温度センサによって、水管へのスケールの付着、水管の温度を検出し、過熱の虞がある場合にはバーナの燃焼を停止してボイラ１がダメージを受けるのを抑制するフェールセーフに係るインターロックが設けられている。
バーナ１２は、例えば、燃料ガスを燃焼させて、高燃焼、低燃焼、燃焼停止の３つの燃焼量を段階的に得ることが可能な３位置制御バーナ１２とされている。

燃料供給部２０は、送風ファン２１と、燃料供給バルブ２２とを備え、送風ファン２１から送風された燃焼用空気と燃料供給バルブ２２から供給された生ガスとがダクト内で混合されて燃料ガスが生成されるようになっており、この燃料ガスはバーナ１２に供給されるようになっている。

送風ファン２１は、回転が、例えばインバータにより制御されており、バーナ１２の燃焼量に応じてバーナ制御部３０から送られる回転制御信号により回転数が制御可能とされ、その結果、燃焼用空気の送風量が調整されるようになっている。
燃料供給バルブ２２は、燃料供給源（図示せず）から供給される生ガスの供給量を調整するものであり、バーナ制御部３０から送られる供給量制御信号により切換わり生ガス供給量が調整されるようになっている。

バーナ制御部３０は、例えば、ボイラ本体１０内に設けられた図示しない圧力センサによって検出される蒸気圧力に対応して送風ファン２１の回転数及び燃料供給バルブ２２を切換えて生ガスの供給量を調整し、その結果、バーナ１２の燃焼量が調整されるようになっている。
また、バーナ制御部３０は電源制御部３２を備え、電源制御部３２は、火炎検出装置４０に電力を供給する（電圧を印加することも含む）電源部３４を制御するようになっており、火炎検出装置４０の制御部５０から送られたバーナ停止信号基づいて電源部３４を停止することができるように構成されている。

火炎検出装置４０は、検出部４２と、制御部５０とを備え、検出部４２は、図２に示すように、光センサ４３と、温度センサ（温度検出手段センサ）４４と、円筒形状に形成された収納筒４５とから構成され、光センサ４３及び温度センサ４４は収納筒４５内に収納されている。なお、この実施の形態において、制御部５０と、バーナ制御部３０とは、ともに制御盤内のメイン制御部（基板上）に配置されている。

光センサ４３は、例えば、フォトＩＣにより構成され、電源部３４を電源としてバーナ１２の火炎の光Ｌが入射されている場合に火炎検出信号を出力するようになっている。なお、火炎が発する光Ｌは、紫外線、可視光、赤外線のいずれを用いる構成としてもよい。

温度センサ４４は、この実施形態においては、例えば、ＣＡ等の熱電対により構成されており、光センサ４３と直列に電源部３４に接続されている。
光センサ４３及び温度センサ４４は、電源部３４により電圧が印加されることにより、火炎の光Ｌに基づく火炎検出信号及び温度に基づく温度検出信号を、電源部３４を経由して制御部５０に出力するようになっている。

収納筒４５は、円筒形状に形成された筒状体からなり、光センサ４３及び温度センサ４４を収納可能とされている。
光センサ４３は、収納筒４５の一端側（火炎側）に開口する開口部に受光部４３Ａを向けて配置され、例えば、受光部４３Ａの周囲を低熱伝導率材料により囲繞して形成された保持部材４５Ａを介して収納筒４５内周面に支持され、光センサ４３に外部からの熱が伝導し難い構成とされている。

温度センサ４４は、収納筒４５の内周面に接触して配置されていて、収納筒４５外部の温度が上昇した場合に、光センサ４３よりわずかに早く温度が上昇して光センサ４３が温度上昇より破損するのを抑制可能とされている。

制御部５０は、検出部４２が検出した火炎検出信号及び温度検出信号が入力され、火炎検出信号に基づいてバーナ１２に火炎がない場合、又は温度検出信号に基づいて光センサ４３近傍が所定の温度以上になった場合に、バーナ制御部３０に燃焼停止信号を出力するようになっている。

また、制御部５０には、バーナ制御部３０に燃焼停止信号を出力する所定温度を、例えば、設定スイッチ（図示せず）により設定可能とされている。
このように、光センサ４３近傍の温度が所定の温度に到達することにより制御部５０からバーナ制御部３０に燃焼停止信号が出力されるため、光センサ４３の暗電流の影響が抑制されるとともに光センサ４３の過熱による破損が抑制される。

次に、作用について説明する。
１）光センサ４３がバーナ１２の火炎が発する光Ｌを検出している間は火炎検出信号が出力されて制御部５０においてバーナ１２が燃焼していると判断され、バーナ１２の火炎が発する光Ｌが検出されない場合には、制御部５０においてバーナ１２が失火した状態であると判断される。
２）バーナ１２が失火することなく燃焼している場合には、制御部５０はバーナ制御部３０に対して燃焼停止制御信号を出力せずバーナ制御部３０はバーナ１２に燃料ガスを供給しバーナ１２の燃焼が維持される。この場合、制御部５０が燃焼維持信号を出力する構成としてもよい。
３）バーナ１２が失火していると判断された場合には、制御部５０からバーナ制御部３０に燃焼停止信号が出力され、バーナ１２への燃料ガスの供給が停止される。
４）ボイラ１が長時間連続運転され、水管及びボイラ本体１０が過熱状態になると、ウインドボックス１１のようにボイラ本体１０の上部に配置されバーナ１２に近接した領域の温度は早く上昇し、これにともなって光センサ４３及び温度センサ４４の温度が上昇する。
５）温度センサ４４が検出する温度が、例えば、制御部５０に予め設定された所定温度以上になると、制御部５０はバーナ制御部３０に対して燃焼停止信号を出力し、バーナ１２への燃料ガスの供給を停止し、バーナ１２の燃焼が停止される。

この実施形態に係る火炎検出装置４０によれば、バーナ１２の燃焼によってボイラ１の温度が上昇した場合に、光センサ４３の温度が所定温度まで上昇すると、バーナ制御部３０に燃焼停止信号を出力するように構成されているので、光センサ４３の温度上昇に起因する暗電流の発生が抑制され、暗電流に起因する火炎の誤検出を抑制することができる。

また、光センサ４３の温度が所定の温度に到達した場合に、電源制御部３２が電源部３４を停止して光センサ４３への電力供給を遮断するので、火炎検出装置４０が確実に停止されて光センサ４３からの火炎検出信号が出力されなくなるのでバーナ１２の燃焼を確実に停止することができる。

次に、図４を参照し、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態が、第１の実施形態に係るボイラ１と異なるのは、光センサ４３と温度センサ４４とが直列接続されるのではなく、制御部５０に並列に接続されて火炎検出信号と、温度検出信号とがそれぞれ個別に入力される点と、電源部３４が光センサ３４及び温度センサ４４ではなく制御部５０に電力を供給している点であり、他の部分については第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

かかる構成により、温度センサ４４の温度が所定温度に到達した場合、検出部４２の過熱に基づくバーナ停止信号が制御部５０からバーナ制御部３０に出力され、このバーナ停止信号に基づいて電源制御部３２が電源部３４から制御部５０への電力供給を停止するようになっている。

なお、この発明は、第１、第２の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、第１、第２の実施形態の形態においては、光センサ４３がフォトＩＣにより構成される場合について説明したが、その他の光センサ４３を適用することも可能である。

また、第１、第２の実施形態においては、温度検出手段が、熱電対からなる温度センサ４４である場合について説明したが、温度検出手段として熱電対に代えて、例えば、サーミスタ、白金測温抵抗体等の温度センサを用いてもよい。

また、温度センサ４４に代えて、例えば、温度ヒューズを温度検出手段とし、光センサ４３と温度ヒューズを電源部３４に直列に接続し、温度ヒューズが所定の温度に到達して溶断されることにより光センサ４３と電源部３４との電気的接続が遮断され、光センサ４３が火炎検出信号を出力しなくなった場合に電源制御部３２が電源部３４から火炎検出装置４０への電力供給を停止する構成としてもよい。なお、温度ヒューズとは、加熱された際の温度に対応して溶解し、構成する回路を遮断とする素子等をいう。

また、第１実施形態においては火炎検出装置４０の検出部４２に電力を供給し、第２の実施形態においては制御部５０に電力を供給する場合について説明したが、電源制御部３２により制御される電源部３４が電力を供給する対象は構成に応じて自在に選択することができる。

また、第１、第２の実施形態においては、バーナ１２、燃料供給部２０が、燃料ガスを燃料とする場合について説明したが、燃料ガスに代えて重油を燃料とする構成としてもよいことはいうまでもない。
また、火炎検出装置４０を適用する燃焼装置がボイラ１である場合について説明したが、火炎検出装置４０を熱処理炉、溶解炉等、バーナを用いる他の燃焼装置に適用してもよい。

本発明の第１の実施形態に係るボイラの概略を示す図である。 第１の実施形態に係る検出部を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る火炎検出装置、電源部、バーナ制御部の概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係る火炎検出装置、電源部、バーナ制御部の概略構成を示す図である。

符号の説明

１２ バーナ
２０ 燃料供給部
３０ バーナ制御部
３２ 電源制御部
４０ 火炎検出装置
４３ 光センサ
４４ 温度センサ（温度検出手段）
５０ 制御器

Claims (3)

1. バーナ制御部により制御されるバーナの火炎が発する光を検出する光センサと、
   この光センサの検出信号に基づいて制御信号を出力する制御部と、
   前記光センサの近傍に配置された温度検出手段と、
   を備えた火炎検出装置であって、
   前記制御部は、
   前記温度検出手段が所定の温度に到達した場合に、前記バーナ制御部に前記バーナの燃焼停止信号を出力するように構成されていることを特徴とする火炎検出装置。
2. 請求項１に記載の火炎検出装置を備えることを特徴とする燃焼装置。
3. 請求項２に記載の燃焼装置であって、
   前記バーナ制御部を備え、
   前記バーナ制御部は、
   前記温度検出手段が所定の温度に到達した場合に、前記火炎検出装置への電力供給を停止する電源制御部を備えていることを特徴とする燃焼装置。

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