JP2010190755A - センサ劣化診断装置およびセンサ劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉内に設置された光ファイバの劣化を熟練度に頼らずに診断し、炉内監視装置におけるメンテナンス上の経済的なコスト削減を図る。
【解決手段】 燃焼炉(40)内で燃焼する火炎の光(41)を導光する光ファイバ(11)を保持するセンサ部(12)と、光ファイバ(11)で導光された火炎の光(41)を伝送すべく燃焼炉(40)外へ延伸した伝送用光ファイバ(14)を伝播した前記火炎の光(41)の状態を監視するプロセス演算装置(15)と、を備えた炉内監視装置(10)において、診断用光を入射する診断用光源(21)と、センサ部(12)に診断用光を入射する伝送用光ファイバ(14)とを備える。診断用光源(21)と伝送用光ファイバ(14)の後端面との間にハーフミラー(23)を配置し、そのハーフミラー(23)で反射した診断用光(22)を撮像し、光ファイバ(11)の透過率を診断するための診断画像(34)を表示する画像診断装置(30)を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、燃焼炉における炉内の燃焼を監視するために設けられたセンサの劣化診断装置およびその方法に関する。

火力発電所などのボイラや廃棄物処理の焼却炉などの燃焼炉において、バーナーの点火または消火、炉内の燃焼状況などを監視する必要がある。そのために、炉内の火炎を検出する光ファイバスコープを用いた炉内監視装置が使用されている。上記の炉内監視装置には、多くの画像情報を取得するための光センサが設けられている。例えば、１００万ｋＷの火力発電所のボイラには、９０個以上の光センサが設置されている。

従来の炉内監視装置５０としては、図３（Ａ）に示されているように、燃焼炉６０内で燃焼する火炎の光、例えば赤外線６１を検出する光センサとして、光ファイバ５１を設けたセンサ部５２がロッド部５３の先端に取り付けられている。そのロッド部５３の中間までが燃焼炉６０の中に挿入される。

センサ部５２の本体には、例えば直径約１ｍｍの光ファイバ５１を、上下方向に三本並べられて固定されている。それぞれの光ファイバ５１の先端端面から、火炎の赤外線６１を導き入れる。
各光ファイバ５１の先端面から導かれた赤外線６１は、ロッド部５３の後方側に延伸された伝送用光ファイバ５４を経てプロセス演算装置５５に伝播される。そのプロセス演算装置５５には、ＰＨＤ（フォトディテクタ）、アンプ、演算回路等が内蔵されている。
光（赤外線６１）は、ＰＨＤにより電流（抵抗値）に変更され、アンプで増幅されてから演算回路に入力する。そして、炉内に火炎があるかどうか、完全燃焼しているかどうか等が判断（診断）される。判断の結果として、炉内の燃焼状態をコントロールする必要があれば、燃焼炉６０への空気流入量を増やして炎を強めたり、運転を停止したりする。

なお、上下方向に並んだ三本の光ファイバ５１のうち、一番上に位置する光ファイバ５１ａが水平方向を向き、その下に位置する光ファイバ５１ｂは、約１５°の角度で斜め下方向に傾けてあり、一番下の光ファイバ５１ｃは水平方向から約３０°の角度で斜め下方向に傾けてある。これは、ひとつの炉内監視装置５０にて炉内上下方向の広い範囲を検知できるようにしたものである。

従来の炉内監視装置５０としては、特許文献１に示されているものが該当する。その他に、特許文献２、特許文献３などがあげられる。

特開昭６１−１３９７２６号公報 特開平５−２８８４８０号公報 特開平１１−１４２２３８号公報

さて、図３（Ｂ）に示されているように、燃焼炉６０の内部に晒されている光ファイバ５１の先端面には、何らかの化学反応によって不純物が少しずつ蒸着してしまう。この不純物蒸着のため、センサの感度が時間経過に伴って低下することが経験的に知られている（この現象を以下、光ファイバの「経年劣化」と記す）。経年劣化が生じると光ファイバ５１における光の透過率が低下するため、定期的に透過率の点検をする必要がある。燃焼が弱いために赤外線の入光量が少ないのか、経年劣化によって赤外線の入光量が少ないのかは、プロセス演算装置５５などを用いても判断できないからである。

そこで経年劣化を生じているか否かの判断は、炉内監視装置５０の保守員が、ボイラの炉壁からロッド部５３を抜き出し、そのロッド部５３の先端に取り付けられたセンサ部５２の光ファイバ５１の先端面を目視点検している。この目視点検は、その光ファイバ５１が使用可能か否かを、熟練した判断によって決定している。炉内監視装置５０に採用されている光ファイバ５１の直径は、約１ｍｍという細さであるので、その先端面を見て判断するには熟練が求められるのである。

さて、現在の経年劣化の判断方法では、保守員の技能によるところが大きく、劣化状況についての判断にばらつきがある、と考えられる。したがって、その劣化判断の精度は、必ずしも高くない可能性がある。 すなわち、劣化判断の精度が良くないために、実際には使えるのに廃棄している可能性がある。この場合は、センサ部５２に用いられる光ファイバ５１は高価なものであるので、経済的に大きな損失が生じる。一方、光ファイバ５１が十分経年劣化しているのに使用可能と判断され、継続使用された場合は、ボイラを運転しようとしても安全装置が働き、運転できないため、この場合も経済的な損失が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、熟練度に頼らずに、また、ロッド部５３をボイラの炉壁から抜き出すことなく、容易に光ファイバの劣化状況の判断（診断）を行い、しかも診断の精度を上げることによってセンサ部の光ファイバの交換の時期を適切にすることで、炉内監視装置におけるメンテナンス上・発電上の経済的なコスト削減を図ることを目的とする。

（第一の発明）
本願における第一の発明は、燃焼炉(40)の内部空間からの光(41)を燃焼炉(40)の外部に取り出すために前記燃焼炉(40)に装着するロッド部(13)と、 そのロッド部(13)に装着されるセンサ部(12)と、 そのセンサ部(12)に保持されて燃焼炉(40)内からの光(41)を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバ(11)と、 その光ファイバ(11)にて導かれた光(41)を入力するプロセス演算装置(15)と、を備えた炉内監視装置(10)において、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するセンサ劣化診断装置(20)に係る。
すなわち、 診断用光(22)を入射する診断用光源(21)と、前記ロッド部(13)を介してセンサ部(12)に前記診断用光(22)を入射する伝送用光ファイバ(14)とを備え、 前記診断用光源(21)は、前記プロセス演算装置(15)から取り外した前記伝送用光ファイバ(14)の後端面に設け、 その診断用光源(21)と前記伝送用光ファイバ(14)の後端面との間にハーフミラー(23)を配置し、 そのハーフミラー(23)は、光ファイバの先端面で反射して戻ってきた診断用光を反射し、前記ハーフミラー(23)で反射した診断用光を撮像可能とする。そして、前記ハーフミラー(23)で反射した診断用光(22)を撮像して前記光ファイバ(11)の透過率を診断するための診断画像(34)を表示する画像診断装置(30)を設ける。

（作用）
ハーフミラー(23)は、診断用光源(21)の診断用光(22)を透過し、かつその透過した診断用光(22)が前記伝送用光ファイバ(14)を伝播して前記センサ部(12)の光ファイバ(11)の先端面に付いた蒸着物(42)の鏡面で跳ね返り戻ることで、その伝送用光ファイバ(14)の後端面から出射する診断用光(22)を反射する。
診断用光源(21)の診断用光(22)がハーフミラー(23)を透過して前記伝送用光ファイバ(14)の後端面に入射し、その伝送用光ファイバ(14)内を伝播する。光ファイバ(11)の先端面に蒸着物(42)が付いていないときは、伝送用光ファイバ(14)内を伝播した診断用光(22)は光ファイバ(11)の先端面を通過するために戻って来ない。一方、蒸着物(42)が付いているときは、その蒸着物(42)の鏡面で跳ね返って戻ってきて伝送用光ファイバ(14)の後端面から出射する。その診断用光(22)はハーフミラー(23)で反射してその方向を変えてから画像診断装置(30)により撮像され、診断画像(34)として表示される。
その診断画像(34)はセンサ部(12)の光ファイバ(11)の透過率を反映しているので客観的であり、劣化診断に熟練していなくても容易にかつ精度良く診断することができる。しかも、センサ部(12)並びにロッド部(13)を燃焼炉(40)から抜き出すことなく、そのままの状態で光ファイバ(11)の透過率を診断できる。

（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記伝送用光ファイバ(14)の後端面と前記ハーフミラー(23)との間には、前記燃焼炉(40)が運転中に前記伝送用光ファイバ(14)の後端面から出射される赤外線(41)をカットするフィルタ(24)を配置するとともに、前記診断用光源(21)の診断用光(22)が赤外線(41)と異なる波長の光線とするセンサ劣化診断装置(20)である。

（作用）
このフィルタ(24)は、燃焼炉(40)が運転中に使用されるものである。赤外線(41)と異なる波長の診断用光(22)を伝送用光ファイバ(14)の後端面に入射すると、その診断用光(22)がセンサ部(12)の光ファイバ(11)の先端面に付いた蒸着物(42)の鏡面で跳ね返って（反射して）再び戻ってくる。このとき、燃焼炉(40)が運転中であるので、センサ部(12)の光ファイバ(11)から導光された火炎の赤外線(41)も伝送用光ファイバ(14)内を伝播してくるが、フィルタ(24)ではその赤外線(41)をカットし、診断用光(22)を通過させるので、燃焼炉(40)が運転中でも光ファイバ(11)の劣化状態を診断することができる。

（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断装置(30)は、診断画像(34)の輝度を数値化する演算装置(36)と、その演算装置(36)で演算した輝度の測定値を、予め設定した光ファイバ(11)の使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバ(11)の透過率を判断する比較判断装置(37)を備えたセンサ劣化診断装置(20)である。

（作用）
単に、人が診断画像(34)を見て診断するのではなく、診断画像(34)の輝度を数値化して自動的に診断することができる。つまり、輝度の測定値（演算値）が「しきい値」を超える時に光ファイバ(11)が使用不可能であると自動的に診断することができる。

（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断装置(30)は、診断画像(34)の輝度が「しきい値」に対して何％の差があるかを演算するとともに、この演算値が「しきい値」に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置(15)にフィードバックする機能を備えたセンサ劣化診断装置(20)である。

（作用）
「しきい値」を客観的に決められるため、不必要に「しきい値」を下げるなどの対策を取ることなく、ほぼ「しきい値」に到達するまで使用することができる。また、光ファイバ(11)の劣化情報を通常運転の炉内監視装置(10)にフィードバックできるので、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、光ファイバ(11)の交換時期を適切にすることができ、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。

（第二の発明）
本願における第二の発明は、燃焼炉(40)の内部空間からの光(41)を燃焼炉(40)の外部に取り出すために前記燃焼炉(40)に装着するロッド部(13)と、 そのロッド部(13)に装着されるセンサ部(12)と、 そのセンサ部(12)に保持されて燃焼炉(40)内からの光(41)を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバ(11)と、 その光ファイバ(11)にて導かれた光(41)を入力するプロセス演算装置(15)と、診断用光(22)を入射する診断用光源(21)と、 前記ロッド部(13)を介してセンサ部(12)に前記診断用光(22)を入射する伝送用光ファイバ(14)と、前記診断用光源(21)と前記伝送用光ファイバ(14)の後端面との間に配置したハーフミラー(23)と、を備えるとともに、そのハーフミラー(23)は、光ファイバの先端面で反射して戻ってきた診断用光を反射し、前記ハーフミラー(23)で反射した診断用光を撮像可能とした炉内監視装置(10)を用い、前記プロセス演算装置(15)から前記伝送用光ファイバ(14)を取り外して前記光ファイバ(11)の透過率を診断するセンサ診断方法に係る。
そのセンサ診断方法は、 前記伝送用光ファイバ(14)の後端面に診断用光(22)を入射する診断用光入射手順と、 その入射した診断用光(22)が前記伝送用光ファイバ(14)を伝播し、前記センサ部(12)の光ファイバ(11)の先端面に存在する蒸着物(42)による鏡面で跳ね返り戻る診断用光(22)を伝送用光ファイバ(14)の後端面から出射せしめる診断用光出射手順と、 その出射した診断用光(22)を撮像して診断画像(34)に基づいて前記光ファイバ(11)の透過率を診断する画像診断手順と、を含む。

診断用光入射手順においては、診断用光をハーフミラーに透過せしめて前記伝送用光ファイバの後端面に入射する。また、診断用光出射手順は、伝送用光ファイバの後端面から出射した診断用光を前記ハーフミラーで反射してその方向を変えることとしてもよい。

（第二の発明のバリエーション１）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、前記燃焼炉(40)が運転中は、前記伝送用光ファイバ(14)の後端面から出射される赤外線(41)をフィルタ(24)でカットすると共に、前記診断用光(22)には前記赤外線(41)と異なる波長の光線を用いることとする。

（第二の発明のバリエーション２）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、前記燃焼炉(40)が停止中は、前記診断用光(22)には近赤外線(41)を用いることとする。

（第二の発明のバリエーション３）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断手順は、診断用光(22)を撮像した診断画像(34)の輝度を、予め設定した光ファイバ(11)の使用不可能となる輝度の「しきい値」と比較して光ファイバ(11)の透過率を判断する手順を含むこととする。

（第二の発明のバリエーション４）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断手順は、診断画像(34)の輝度が「しきい値」に対して何％の差があるかを演算し、この演算値が「しきい値」に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置(15)にフィードバックする手順を含むこととする。

請求項１から請求項４に記載の発明によれば、センサ部並びにロッド部を燃焼炉から抜き出すことなく、熟練度に頼らずにセンサ劣化診断が可能なセンサ劣化診断装置を提供することができた。
請求項５から請求項９に記載の発明によれば、センサ部並びにロッド部を燃焼炉から抜き出すことなく、熟練度に頼らずにセンサ劣化診断が可能なセンサ診断方法を提供することができた。

（Ａ）は、本発明の実施形態の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断装置を示す概略的な説明図で、（Ｂ）は光ファイバが劣化していないときの診断画像の平面図で、（Ｃ）は光ファイバが劣化しているときの診断画像の平面図である。 （Ａ）は、図１（Ａ）の矢視ＩＩ−ＩＩ線の平面図で、（Ｂ）はセンサ部の斜視図である。 従来の炉内監視装置を示す概略的な説明図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１に基づいて説明する。この実施の形態に係る炉内監視装置１０は、燃焼炉４０内で燃焼する火炎の光の中の例えば赤外線４１を検出するセンサとして１本以上の光ファイバ１１を保持するセンサ部１２がロッド部１３の先端に取り付けられている。そのロッド部１３の中間までが燃焼炉４０の中に挿入されて燃焼炉４０に装着される。

上記のセンサ部１２の本体には、図２（Ａ），（Ｂ）に示されているように、例えば３本の直径１ｍｍの光ファイバ１１が上下方向に並べられて保持されており、それぞれの光ファイバ１１の先端が露出しており、その先端面から火炎の赤外線４１を導光させる。
上記の３本のうちの一番上の光ファイバ１１は例えば水平方向に延びており、中間の光ファイバ１１は水平方向から約１５°の角度で斜め下方向に傾けており、一番下の光ファイバ１１は例えば水平方向から約３０°の角度で斜め下方向に傾けている。このような配置は、炉内の火炎を上下方向で広範囲に検出することが目的である。なお、センサ部１２の本体の直径は１５ｍｍで、センサ部１２の長さは７０ｍｍで、ロッド部１３の長さは５ｍ（メートル）である。

上記のセンサ部１２の光ファイバ１１で導光した火炎の赤外線４１を伝播する３本の伝送用光ファイバ１４がロッド部１３の後部側から燃焼炉４０の外へ延伸され、プロセス演算装置１５に接続されている。そのプロセス演算装置１５には図示しないＰＨＤ（フォトディテクタ）、アンプ、演算回路等が内蔵されている。各伝送用光ファイバ１４を伝播した光（赤外線４１）はＰＨＤにより電流（抵抗値）に変えられ、アンプで増幅されてから演算回路により火炎の光の状態を監視する。例えば、炉内に火炎があるかどうか、完全燃焼しているかどうかなどが判断（診断）できる。
その診断結果に基づいて、燃焼炉４０の運転を停止したり、炎を強めたりすることで、炉内の燃焼状態をコントロールすることができる。

本実施形態のセンサ劣化診断装置２０では、上記の炉内監視装置１０におけるセンサ部１２の光ファイバ１１の透過率を診断するために、前記プロセス演算装置１５から取り外した前記伝送用光ファイバ１４の後端面に診断用光２２を入射するための診断用光源２１が設けられている。
診断用光２２並びに診断用光源２１としては、例えばレーザ光を発振するレーザ装置や、青色、赤色、白色等の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）などが挙げられるが、特に限定されない。なお、レーザ光は直進性に優れるので望ましい。

また、本実施形態では、上記の診断用光２２が、診断用光源２１と前記伝送用光ファイバ１４の後端面との間に配置したハーフミラー２３を透過して前記伝送用光ファイバ１４の後端面に入射する構成である。そのハーフミラー２３は、前記診断用光源２１の診断用光２２を透過し、かつ伝送用光ファイバ１４の後端面から出射する診断用光２２を反射してその方向を変える。
すなわち、ハーフミラー２３を透過して前記伝送用光ファイバ１４の後端面に入射した診断用光２２は、その伝送用光ファイバ１４内を伝播し、前記センサ部１２の光ファイバ１１の先端面に付着した蒸着物４２の鏡面で跳ね返って（反射して）再び伝送用光ファイバ１４内を戻ってきて、伝送用光ファイバ１４の後端面から出射する。この出射した診断用光２２はハーフミラー２３で反射され、その方向が変更される。

ハーフミラー２３の反射面側（図１において下方側）には、ハーフミラー２３で反射された診断用光２２を撮像し、前記光ファイバ１１の透過率を診断するための診断画像３４を表示する画像診断装置３０が配置されている。

その画像診断装置３０としては、上記の診断用光２２を撮像する撮像手段としての例えばカメラ３１（ＶＴＲ）が設けられている。そのカメラ３１（ＶＴＲ）は、マクロレンズやテレセントリックレンズなどを用いればよい。そのレンズ３２により拡大した診断画像３４を得ることができる。例えば、複数枚の診断画像３４を重ね合わせＳ／Ｎを上げた診断画像３４を得ることができる。さらには、その診断画像３４に基づいて光ファイバ１１の透過率を診断するために診断画像３４を表示するモニタ３８が備えられている。
上記のレンズ３２としては、例えば拡大率が０．７５倍のマクロレンズを使用し、カメラ３１（ＶＴＲ）としては撮像素子が１／２インチ〜１／３インチの大きさであり、その中に幾百ピクセルが入っている。

上記の診断画像３４について説明する。光ファイバ１１が劣化しているとき、つまりセンサ部１２の光ファイバ１１の先端面に蒸着物４２が付いているときは、伝送用光ファイバ１４内を伝播した診断用光２２は前記蒸着物４２の鏡面で跳ね返って（反射して）再び戻ってくるので、カメラ３１の診断画像３４は、図１（Ｂ）のように明るくなる。一方、光ファイバ１１が劣化していないとき、つまり光ファイバ１１の先端面に蒸着物４２が付いていないときは、伝送用光ファイバ１４内を伝播した診断用光２２は光ファイバ１１の先端面を通過するために戻ってくる診断用光２２が無いので、カメラ３１の診断画像３４は、図１（Ｃ）のように暗くなる。

上記の光ファイバ１１の先端面の蒸着物４２の付き状態に応じて上記の診断画像３４の輝度が変化してくるので、その診断画像３４の輝度により蒸着物４２の付き状態を診断することができる。
その結果、上記のように拡大された診断画像３４に基づいてセンサ部１２の光ファイバ１１の透過率を熟練者でなくても容易にかつ精度良く診断することができる。しかも、センサ部１２並びにロッド部１３を燃焼炉４０から抜き出すことなく、そのままの状態で光ファイバ１１の透過率を診断することができる。

上記の画像診断装置３０には、カメラ３１で撮像した診断画像３４を輝度などの処理データに変換する画像処理装置３３が備えられている。さらに、その処理データにより光ファイバ１１の劣化状態を診断するための機能を備えた制御装置３５が設けられている。したがって、カメラ３１で撮像した診断用光２２の診断画像３４は、画像処理装置３３により輝度の処理データに変換され、その処理データが制御装置３５で分析、比較されることにより光ファイバ１１の劣化状態が自動的に診断される。

以下、更に詳しく説明する。前述したように上記の診断画像３４の輝度は光ファイバ１１の先端面の蒸着物４２の付き状態に応じて変化してくるので、その診断画像３４の輝度により蒸着物４２の付き状態を診断することができる。そこで、制御装置３５には演算装置３６が備えられており、その演算装置３６により輝度の処理データの数値化が行われる。

センサ部１２の光ファイバ１１の使用可能の可否の診断基準としては、蒸着物４２が全く付いていない状態の透過率を１００％とし、診断画像３４の輝度に対応する光ファイバ１１の透過率を予め測定し、この測定値に基づいて光ファイバ１１が使用不可能となる透過率に対応する診断画像３４の輝度を「しきい値」として予め設定しておく。

制御装置３５には比較判断装置３７が備えられており、その比較判断装置３７では、上記のように測定した診断画像３４の輝度が上記の「しきい値」を超える時は光ファイバ１１が使用不可であると判断（診断）する。この診断により、該当する光ファイバ１１を新たに交換する。
これにより、いわゆる保守員の判断に頼ることなく、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。さらに、単に、人が診断画像を見て診断するのではなく、診断画像の輝度を数値化して自動的に診断することができる。

上記の「しきい値」に使用期限の余裕を持たせる（「しきい値」のレベルを下げる）ことによって、例えば測定した診断画像３４の輝度が「しきい値」を超えたとしても使用できない状態ではなく、その時点で使用可能な状態の程度や範囲を判断することもできる。
また、上記の画像診断装置３０では、演算装置３６により、診断画像３４の輝度が「しきい値」に対して何％の差があるかを演算し、この演算値が「しきい値」に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、プロセス演算装置１５にフィードバックする機能を持たせることができる。

上記のことから、「しきい値」を不必要に下げるなどの対策を取ることなく、ほぼ「しきい値」に到達するまで使用することができる。また、光ファイバ１１の劣化情報を通常運転の炉内監視装置にフィードバックできるので、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、光ファイバ１１の交換時期を適切にすることができ、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。

上記の伝送用光ファイバ１４の後端面とハーフミラー２３との間には、燃焼炉４０が運転中に前記伝送用光ファイバ１４の後端面から出射される赤外線４１をカットするフィルタ２４を配置することができる。この場合は、診断用光源２１の診断用光２２は赤外線４１と異なる波長の光線を用いる必要がある。その光線としては、例えば緑や青の特定の波長（例えば４８０〜５６０ｎｍ）の診断用光２２を用いることができる。

これにより、燃焼炉４０が運転中に、赤外線４１と異なる波長の診断用光２２を伝送用光ファイバ１４の後端面に入射すると、その診断用光２２が伝送用光ファイバ１４内を伝播して前記センサ部１２の光ファイバ１１の先端面に付いた蒸着物４２の鏡面で跳ね返って（反射して）再び戻ってくる。このとき、燃焼炉４０が運転中であるので、センサ部１２の光ファイバ１１から導光された火炎の赤外線４１も伝送用光ファイバ１４内を伝播してくるので、その赤外線４１と上記の診断用光２２が伝送用光ファイバ１４の後端面から出射する。しかし、その赤外線４１はフィルタ２４によりカットされ、診断用光２２だけがフィルタ２４を通過してハーフミラー２３で反射して画像診断装置３０で検出される。したがって、燃焼炉４０が運転中であっても、センサ部１２の光ファイバ１１の劣化状態を診断することができる。

なお、燃焼炉４０が停止中のときは、上記のフィルタ２４は不要であり、診断用光２２としては波長が長い近赤外線を用いるなら、近赤外線は伝送用光ファイバ１４並びにセンサ部１２の光ファイバ１１内で散乱しにくいので、高精度のセンサ診断を行うことができる。

本発明は、火力発電所などのボイラ、廃棄物処理の焼却炉、鉄鋼や非鉄金属に関わる溶鉱炉、コークス炉、アルミ反射炉、ガラス溶解炉や各種焼成炉などのように、いわゆる燃焼火炎を発生する燃焼炉に用いられる炉内監視装置に利用することができる。

１０ 炉内監視装置 １１ 光ファイバ
１２ センサ部 １３ ロッド部
１４ 伝送用光ファイバ １５ プロセス演算装置
２０ センサ劣化診断装置 ２１ 診断用光源
２２ 診断用光 ２３ ハーフミラー
２４ フィルタ
３０ 画像診断装置 ３１ カメラ（撮像手段）
３２ レンズ ３３ 画像処理装置
３４ 診断画像 ３５ 制御装置
３６ 演算装置 ３７ 比較判断装置
３８ モニタ
４０ 燃焼炉 ４１ 赤外線（火炎の光）
４２ 蒸着物

Claims (9)

1. 燃焼炉の内部空間からの光を燃焼炉の外部に取り出すために前記燃焼炉に装着するロッド部と、 そのロッド部に装着されるセンサ部と、 そのセンサ部に保持されて燃焼炉内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバと、 その光ファイバにて導かれた光を入力するプロセス演算装置と、を備えた炉内監視装置において、前記光ファイバの透過率を診断するセンサ劣化診断装置であって、
   診断用光を入射する診断用光源と、前記ロッド部を介してセンサ部に前記診断用光を入射する伝送用光ファイバとを備え、
   前記診断用光源は、前記プロセス演算装置から取り外した前記伝送用光ファイバの後端面に設け、 その診断用光源と前記伝送用光ファイバの後端面との間にハーフミラーを配置し、
   そのハーフミラーは、光ファイバの先端面で反射して戻ってきた診断用光を反射し、
   前記ハーフミラーで反射した診断用光を撮像して前記光ファイバの透過率を診断するための診断画像を表示する画像診断装置を設けたセンサ劣化診断装置。
2. 前記伝送用光ファイバの後端面と前記ハーフミラーとの間には、前記燃焼炉が運転中に前記伝送用光ファイバの後端面から出射される赤外線をカットするフィルタを配置するとともに、前記診断用光源の診断用光が赤外線と異なる波長の光線とする請求項１記載のセンサ劣化診断装置。
3. 前記画像診断装置は、診断画像の輝度を数値化する演算装置と、その演算装置で演算した輝度の測定値を、予め設定した光ファイバの使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバの透過率を判断する比較判断装置を備えた請求項１または請求項２のいずれかに記載の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断装置。
4. 前記画像診断装置は、診断画像の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを演算し、この演算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置にフィードバックする機能を備えた請求項３記載の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断装置。
5. 燃焼炉の内部空間からの光を燃焼炉の外部に取り出すために前記燃焼炉に装着するロッド部と、 そのロッド部に装着されるセンサ部と、 そのセンサ部に保持されて燃焼炉内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバと、 その光ファイバにて導かれた光を入力するプロセス演算装置と、 診断用光を入射する診断用光源と、 前記ロッド部を介してセンサ部に前記診断用光を入射する伝送用光ファイバと、 前記診断用光源と前記伝送用光ファイバの後端面との間に配置したハーフミラーと、を備えるとともに、そのハーフミラーは、光ファイバの先端面で反射して戻ってきた診断用光を反射し、前記ハーフミラーで反射した診断用光を撮像可能とした炉内監視装置を用い、前記プロセス演算装置から前記伝送用光ファイバを取り外して前記光ファイバの透過率を診断するセンサ診断方法であって、
   前記伝送用光ファイバの後端面に診断用光を入射する診断用光入射手順と、
   その入射した診断用光が前記伝送用光ファイバを伝播し、前記センサ部の光ファイバの先端面に存在する蒸着物による鏡面で跳ね返り戻る診断用光を伝送用光ファイバの後端面から出射せしめる診断用光出射手順と、
   その出射した診断用光を撮像して診断画像に基づいて前記光ファイバの透過率を診断する画像診断手順と、を含むセンサ診断方法。
6. 前記燃焼炉が運転中は、前記伝送用光ファイバの後端面から出射される赤外線をフィルタでカットすると共に、前記診断用光には前記赤外線と異なる波長の光線を用いることとした請求項５に記載のセンサ診断方法。
7. 前記燃焼炉が停止中は、前記診断用光には近赤外線を用いることとした請求項５に記載のセンサ診断方法。
8. 前記画像診断手順は、診断用光を撮像した診断画像の輝度を、予め設定した光ファイバの使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバの透過率を判断する手順を含むこととした請求項５から請求項７のいずれかに記載のセンサ診断方法。
9. 前記画像診断手順は、診断画像の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを演算し、この演算値がしきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置にフィードバックする手順を含むこととした請求項８に記載のセンサ診断方法。

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