JP2011214893A

JP2011214893A - 火炎センサ

Info

Publication number: JP2011214893A
Application number: JP2010081128A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Sugino; 芳英杉野; Keisuke Sumiyoshi; 啓介住吉; Nanako Yanada; 菜々子簗田; Yuichi Nakajima; 裕一中島
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27
Also published as: EP2378257A1; US20110240871A1; US8445857B2; CN102221404A

Abstract

【課題】容易に感度を向上させることができる火炎センサを提供する。
【解決手段】火炎センサ１は、集光部材４を備える。これにより、光源から放出された紫外線が集光部材４の内面４１で反射されて電極対２２の電極２２ａ上に集光されるので、感度を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば大型ボイラや加熱炉等の燃焼装置における火炎の有無を検出する火炎センサに関するものである。

従来より、ボイラ等の燃焼装置において、炉内部に火炎が正常に発生しているか否かを検出するために、火炎センサが用いられている。この火炎センサは、燃焼の際に火炎から出力される紫外線を検出することにより、火炎の有無を検出している。

このような火炎センサにおいて、感度を向上させるためには、入射する紫外線の光量や密度を増やすことが必要である。単純に火炎センサの径を大きくすれば入射する紫外線は増えるが、そのような大型の火炎センサを燃焼装置に設けると、炉の形状や容量が変化しすぎてしまい燃焼反応等に影響を及ぼす恐れがある。そこで、従来では、図５に示すように、光源（火炎）と火炎センサ１０１との間に、紫外線を透過するレンズ１０２を設け、このレンズ１０２に入射する紫外線を集光することにより、火炎センサ１０１に入射する紫外線の光量や密度の向上を図っていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開平０７−１１３６８５号公報

しかしながら、紫外線を透過させるレンズの材料（石英ガラス等）は高価であるため、量産化や低コスト化が困難であった。

そこで、本発明は、比較的低コストで製造でき、かつ容易に感度を向上させることができる火炎センサを提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る火炎センサは、管内に紫外線を受けて放電を生起する一対の放電電極を封入した放電管と、一端が放電管側、他端が光源側に向かって開口する反射面を有し、少なくとも一部が放電電極よりも光源側に設けられ、光源から到達した紫外線を当該反射面で反射して放電電極に集光する集光部材とを備えたことを特徴とするものである。

上記火炎センサにおいて、集光部材は、一端が放電管側、他端が光源側に開口し、光源に向かって開口が広くなる放物面および円錐面の一方からなる反射面を有するようにしてもよい。

本発明によれば、集光部材を備えることにより、この集光部材に到達した紫外線が放電電極に集光するので、容易に感度を向上させることができる。

図１は、本発明に係る火炎センサの構成を模式的に示す図である。図２は、フレーム電圧の測定結果を示す図である。図３は、図２における放物面鏡を示す断面図である。図４は、図２におけるテーパ面鏡を示す断面図である。図５は、従来の火炎センサの構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る火炎センサ１は、円柱状の筒体からなる放電管２と、この放電管２に接続された制御部３と、少なくとも一部が放電管２よりも光源側に設けられた集光部材４とを備えている。

放電管２は、全体として円筒状の形状を有する外囲器２１と、この外囲器２１内部に配設される電極対２２と、一端が電極対２２に接続され他端が外囲器２１外部に導出されたリード２３とから構成される。

外囲器２１は、両端が開口した筒体からなる筒部２１ａと、筒部２１ａの一方の開口を塞ぐ紫外線透過ガラス（石英ガラス）からなる蓋部２１ｂと、筒部２１ａの他方の開口を塞ぐ基部２１ｃとから構成される。このような外囲器２１内部は、封止されている。

電極対２２は、蓋部２１ｂと対向配置された円板からなる電極２２ａと、基部２１ｃの側において電極２２ａと対向配置された円板からなる電極２２ｂとから構成される。ここで、電極２２ａと電極２２ｂとは、所定間隔離間し、かつ、互いに平行になるように配設されている。このような電極対２２は、紫外線を受けることにより放電を生起する。なお、電極２２ａは、その中心が外囲器２１の軸線上に位置するように外囲器２１内部に配設することが望ましい。

リード２３は、一端が電極２２ａに接続された第１のリード２３ａと、一端が電極２２ｂに接続された第２のリード２３ｂとを備えている。第１のリード２３ａと第２のリード２３ｂの他端は、最終的に制御部３に接続されている。

制御部３は、放電管２の動作を制御するとともに、電極対２２により生起された放電から火炎を検出する電気回路から構成される。

集光部材４は、一端が放電管２側、他端が光源側に開口し、光源側に向かって開口が広くなる曲面または円錐面からなる内面４１を備えた部材から構成される。ここで、内面４１は、少なくとも一部が電極２２ａよりも光源側に位置するように配設され、光源に近づくにつれて電極２２ａの中心を通る電極２２ａの平面に対する垂線から離間するように形成されている。また、内面４１の傾きは、その垂線上に光源が位置する際に、その光源から放出された光を電極２２ａの中心に向かって反射するように形成されている。さらに、内面４１は、紫外線を反射しやすいよう鏡面状態とされているのが望ましい。このような集光部材４は、少なくとも内面４１がアルミニウムやクロムといった金属など紫外線を反射する材料から構成されるのであれば、プラスチック成型部材に金属をメッキまたは蒸着させたり、金属を絞り出し加工や切削加工したりするなど、各種方法により製造することができる。

なお、図１においては、一例として、集光部材４は内面４１が放物面状となり、全体としては略円錐台の形状を有するものであり、集光部材４の外囲器２１側の開口が外囲器２１の外周面に嵌合することにより外囲器２１に取り付けられる場合を示しているが、内面４１の少なくとも一部が電極２２ａよりも光源側に位置するのであれば、集光部材４の形状や外囲器２１への取り付け方法はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。

このような火炎センサ１において、光源から放電管２の軸線近傍に沿って火炎センサ１に向かって放出された紫外線は、直接蓋部２１ｂを透過して電極２２ａに到達する。一方、光源から放電管２の軸線から若干離間して火炎センサ１に向かって放出された紫外線は、集光部材４に到達する。この集光部材４の内面４１は、上述したように入射した光を電極２２ａの中心に向かって反射するように形成されている。したがって、集光部材４に到達した紫外線は、内面４１によって反射され、電極２２ａの中心に集光されることとなる。紫外線が電極２２ａに到達すると、電極対２２により放電が生起され、これがリード２３を介して制御部３に入力される。放電に基づく電力が入力されると、制御部３は、その電力に基づいて火炎の状態を判断する。

このように、本実施の形態によれば、集光部材４を設けることにより、光源から火炎センサ１に向かって放出された光が集光部材４により電極２２ａ上に集光されるので、紫外線透過ガラスを用いずに電極２２ａに入射する紫外線の光量や密度が増加するので、結果として、火炎センサとしての感度が向上することとなる。

このような集光部材４を備えた火炎センサ１による測定結果を図２に示す。なお、以下に示す測定結果は、光源として標準アルコール火炎、制御部３として、放電管２の制御用に株式会社山武製マルチバーナコントローラＦＲＳ１００Ｃ１００（ＡＣ１００Ｖ，５０Ｈｚ）、放電管２として株式会社山武製小型ウルトラビジョン（Ｃ７０３５）を用い、デジタルマルチメータによってフレーム電圧を測定したものである。このような測定を、図３に示す放物面からなる内面４１’を有する集光部材４’（図２において「放物鏡面」で示す。）、図４に示す円錐面からなる内面４１”を有する集光部材４”（図２において「テーパ鏡面」で示す。）、および、集光部材４を用いない場合（図２において「通常品」で示す。）のそれぞれについて行った。ここで、図３，図４に記載されている数値の単位はｍｍである。

なお、図２における「放物鏡面（２回目）」は、図２において「放物鏡面」と同じ集光部材４を用いて行った２回目の測定結果である。また、図３において、点Ａを原点としたとき、内面４１’は、ｙ＝０．３２３ｘ²で描かれる放物面に形成されており、焦点は（０，０．０７７３）となっている。

図２に示すように、「放物鏡面」および「テーパ鏡面」の何れかからなる集光部材４を設けることにより、集光部材４を用いない場合（「通常品」）よりも、フレーム電圧の両方において値が大きくなることがわかる。この結果からも、「放物鏡面」または「テーパ鏡面」からなる集光部材４を設けることにより、火炎センサ１の感度を向上できることがわかる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、集光部材４を設けることにより、光源から放出された紫外線が電極対２２の電極２２ａ上に集光されるので、火炎センサとしても感度を向上させることができる。

また、集光部材４は、プラスチック成型部材に金属をメッキまたは蒸着させたり、金属を絞り出し加工や切削加工したものから構成することができるので、紫外線透過レンズを用いて紫外線を電極対２２の電極２２ａ上に集光した場合よりも安価に製造することができる。したがって、量産化や低コスト化を実現することができる。

本発明は、火炎センサなど、紫外線を検出する装置に適用することができる。

１…火炎センサ、２…放電管、３…制御部、４…集光部材、２１…外囲器、２１ａ…筒部、２１ｂ…蓋部、２１ｃ…基部、２２…電極対、２２ａ…電極、２２ｂ…電極、２３…リード、２３ａ…第１のリード、２３ｂ…第２のリード、４１…内面。

Claims

管内に紫外線を受けて放電を生起する一対の放電電極を封入した放電管と、
一端が前記放電管側、他端が前記光源側に向かって開口する反射面を有し、少なくとも一部が前記放電電極よりも光源側に設けられ、前記光源から到達した紫外線を前記反射面で反射して前記放電電極に集光する集光部材と
を備えたことを特徴とする火炎センサ。
前記反射面は、前記光源に向かって開口が広くなる放物面または円錐面からなる
ことを特徴とする請求項１記載の火炎センサ。