JP2011232183A - Flame sensor, flame detector and combustion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃焼装置において火炎を検出するための火炎センサ、この火炎センサを備えた火炎検出装置、燃焼装置に関する。 The present invention relates to a flame sensor for detecting a flame in a combustion device, a flame detection device including the flame sensor, and a combustion device.
従来、ボイラ等、バーナを有する燃焼機器では、バーナが失火した状態で、重油、ガス等の燃料を供給して、未燃の燃料が放出されることがないようにするため、火炎の有無を確認するための火炎検出装置が一般的に設けられている。 Conventionally, in a combustion apparatus having a burner such as a boiler, in order to prevent unburned fuel from being released by supplying fuel such as heavy oil and gas while the burner is misfired, A flame detection device for confirmation is generally provided.
かかる火炎検出装置は、バーナの火炎（燃焼炎）が発する光を光センサにより検出することが一般的であり、かかる光センサを用いた火炎検出に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参考。）。 Such a flame detection apparatus generally detects light emitted from a burner flame (combustion flame) with an optical sensor, and a technique relating to flame detection using such an optical sensor is disclosed (for example, Patent Document 1). reference.).
ところで、光センサを火炎センサとして用いる場合に、光センサが火炎が発する光以外の光を検出すると、火炎がないにも関わらず火炎検出信号が出力されて、火炎検出装置としての機能を充分に果たさなくなる場合がある。
また、光センサが所定の温度以上に加熱されると、火炎がないにも関わらず、暗電流による火炎検出信号が出力されて、火炎検出装置としての機能を充分に果たさなくなる場合がある。
By the way, when the optical sensor is used as a flame sensor, if the optical sensor detects light other than the light emitted by the flame, a flame detection signal is output even though there is no flame, and the function as a flame detection device is sufficiently achieved. It may not be fulfilled.
Further, when the optical sensor is heated to a predetermined temperature or higher, a flame detection signal based on a dark current is output even though there is no flame, and the function as a flame detection device may not be performed sufficiently.
そこで、低コストで、品質、性能が安定していることから、火炎の発する光を検出するために、ＣｄＳセンサが広く用いられていたが、近年、ＣｄＳセンサがＣｄ（カドミウム）を含んでいることから、ＣｄＳセンサの使用を中止して、フォトＩＣ等、半導体素子から構成された光センサに切り換えようという社会的要請がある。 Therefore, CdS sensors have been widely used to detect light emitted by flames because of their low cost and stable quality and performance, but in recent years CdS sensors contain Cd (cadmium). For this reason, there is a social request to stop using the CdS sensor and switch to an optical sensor composed of a semiconductor element such as a photo IC.
一方、バーナの燃焼炎の特徴が紫外領域にあることから、この紫外領域の光を電子管で検出する場合があるが、電子管は破損し易いため、電子管を光センサに切り換えたいという技術的要請があり、バーナの火炎が発する光の可視領域及び赤外領域をフィルタでカットすることにより、紫外領域の光を検出することが試みられている。 On the other hand, since the burner flame is characterized by the ultraviolet region, light in this ultraviolet region may be detected by an electron tube. However, since the electron tube is easily damaged, there is a technical request to switch the electron tube to a photosensor. There is an attempt to detect light in the ultraviolet region by cutting the visible region and infrared region of light emitted by the burner flame with a filter.
しかしながら、ＣｄＳセンサを、上記半導体素子から構成された光センサに切り換える場合、光センサの感度が、ＣｄＳセンサに比較して低く、出力電流が小さいため、性能、信頼性等について、ＣｄＳセンサとの互換性を確保することが必要である。 However, when the CdS sensor is switched to the optical sensor composed of the semiconductor element, the sensitivity of the optical sensor is lower than that of the CdS sensor and the output current is small. It is necessary to ensure compatibility.
また、電子管を、上記半導体素子から構成された光センサに切り換える場合、フィルタで減衰した紫外領域の光を、もともと出力電流の光センサで検出するために、検出した信号を電気的に増幅する必要があり、ノイズや周囲温度の影響を受けて、安定した性能、信頼性を確保することが容易ではない。 In addition, when switching the electron tube to a photosensor composed of the above semiconductor elements, it is necessary to electrically amplify the detected signal in order to detect the light in the ultraviolet region attenuated by the filter with the photosensor of the output current. Therefore, it is not easy to ensure stable performance and reliability under the influence of noise and ambient temperature.
半導体素子から構成された光センサを用いて、火炎センサとしての性能、信頼性を確保するために、光センサへの電力供給や、レンズにより集光性能を向上して、感度を高めることも考えられるが、前者は電源装置等が必要であり、後者は視野角を広くするために非球面レンズ等を用いることが必要となり、コストが増加するという問題がある。
そこで、フォトＩＣ等、半導体素子から構成された光センサにより火炎が発する光を、安定して検出することへの強い技術的要請がある。
In order to secure the performance and reliability as a flame sensor using an optical sensor composed of semiconductor elements, it is also considered to improve the light collection performance by supplying power to the optical sensor and condensing with a lens. However, the former requires a power supply device and the like, and the latter requires the use of an aspherical lens or the like in order to widen the viewing angle, which increases the cost.
Therefore, there is a strong technical demand for stably detecting light emitted from a flame by an optical sensor composed of a semiconductor element such as a photo IC.
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、バーナの燃焼炎が発する光を、フォトＩＣ等、半導体素子等の光センサを用いた火炎検出装置により検出するために、
１）火炎が発する光の検出性能の向上
２）火炎が発する光の検出する際の信頼性の向上
３）火炎の発する光を検出する際の光センサの加熱の抑制
のうち、少なくともいずれかひとつを解決することが可能な火炎センサ、火炎検出装置、及び燃焼装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, in order to detect the light emitted by the burner flame by a flame detection device using a photo sensor such as a photo IC or a semiconductor element,
1) Improvement of detection performance of light emitted by flame 2) Improvement of reliability when detecting light emitted by flame 3) At least one of suppression of heating of optical sensor when detecting light emitted by flame It is an object of the present invention to provide a flame sensor, a flame detection device, and a combustion device that can solve the above.
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、バーナが発する火炎を検出する火炎センサであって、前記火炎が発する光を検出する光センサと、前記光センサの検出部側に配置され前記火炎が発する光を集光するレンズと、前記レンズの光軸方向において、前記レンズと前記光センサの間に配置され、前記レンズを通過した光を前記光センサ側に反射するように構成された反射部と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The invention according to
請求項６に記載の発明は、火炎検出装置であって、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の火炎センサを備えることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is a flame detection device, comprising the flame sensor according to any one of the first to fifth aspects.
請求項７に記載の発明は、燃焼装置であって、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の火炎検出装置を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is a combustion apparatus, comprising the flame detection apparatus according to any one of
この発明に係る火炎センサ、火炎検出装置、燃焼装置によれば、レンズと反射部とにより、火炎が発する光を光センサに効率的に集光させることにより、光センサの感度を向上することができる。その結果、光センサの火炎検出性能、信頼性を向上することができる。 According to the flame sensor, the flame detection device, and the combustion device according to the present invention, it is possible to improve the sensitivity of the optical sensor by efficiently condensing the light emitted by the flame on the optical sensor by the lens and the reflection unit. it can. As a result, the flame detection performance and reliability of the optical sensor can be improved.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の火炎センサであって、前記レンズと前記センサとを一体的に保持する筐体を備え、前記筐体の一方側端部には、前記レンズを支持するレンズ支持部が形成され、かつ前記筐体の他方側端部には、前記光センサを前記レンズと所定間隔をあけて前記光軸上に支持するセンサ支持部が形成され、前記反射部は、前記レンズ支持部と前記光センサ支持部間の前記光軸に対称な位置に形成されていることを特徴とする。
Invention of
この発明に係る火炎センサによれば、一方側端部に形成されたレンズ支持部と他方側端部に形成されたセンサ支持部とが一体的に構成された筐体を備えているので、光センサを光軸上に安定して保持するとともに、入射された光を光センサに、効率的に集光することができる。
また、反射部が、レンズ支持部と光センサ支持部間の光軸に対称な位置に形成されているので、火炎の光が、光軸を交差するどの方向から入射しても、光が効率的に光センサに到達して、火炎を効率的に検出できる。
According to the flame sensor according to the present invention, since the lens support part formed at the one side end part and the sensor support part formed at the other side end part are provided integrally, the light sensor While stably holding the sensor on the optical axis, the incident light can be efficiently condensed on the optical sensor.
In addition, since the reflection part is formed at a position symmetrical to the optical axis between the lens support part and the optical sensor support part, the light is efficient regardless of the direction in which the flame light enters the optical axis. Therefore, the flame can be efficiently detected by reaching the optical sensor.
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の火炎センサであって、前記光センサを前記センサ支持部に保持させる光センサ保持部材と、前記レンズを前記レンズ支持部に保持させるレンズ保持部材と、を備えることを特徴とする。
Invention of Claim 3 is a flame sensor of
この発明に係る火炎センサによれば、光センサ保持部材を備えているので、光センサをセンサ支持部に確実に保持させるとともに、レンズ保持部材を備えているので、レンズをレンズ支持部に確実に保持させることができる。
その結果、光センサを、レンズの光軸上に所定の間隔をあけて保持することが可能となり、火炎の光を効率的に検出して、火炎センサの信頼性を向上することができる。
According to the flame sensor of the present invention, since the optical sensor holding member is provided, the optical sensor is securely held by the sensor support portion and the lens holding member is provided, so that the lens is securely attached to the lens support portion. Can be retained.
As a result, the optical sensor can be held at a predetermined interval on the optical axis of the lens, and the flame light can be efficiently detected to improve the reliability of the flame sensor.
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の火炎センサであって、前記反射部は、赤外線の反射率が、可視光の反射率よりも小さく構成されていることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the flame sensor according to any one of the first to third aspects, wherein the reflective portion is configured such that an infrared reflectance is smaller than a visible light reflectance. It is characterized by being.
この発明に係る火炎センサによれば、反射部における赤外線の反射率が、可視光の反射率よりも小さく構成されているので、光センサに到達する赤外線量が低減され、その結果、赤外線による光センサの加熱が抑制される。
なお、例えば、火炎の検出に赤外線が寄与しない場合には、すべての赤外線が反射部を透過することが好適である。
According to the flame sensor of the present invention, since the reflectance of the infrared ray at the reflecting portion is configured to be smaller than the reflectance of visible light, the amount of infrared rays reaching the photosensor is reduced, and as a result, the light from the infrared ray is reduced. Heating of the sensor is suppressed.
For example, when infrared rays do not contribute to flame detection, it is preferable that all infrared rays pass through the reflecting portion.
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の火炎センサであって、前記反射部は、赤外線及び可視光の反射率が、紫外線の反射率よりも小さく構成されていることを特徴とする。
Invention of
この発明に係る火炎センサによれば、反射部における赤外線及び可視光の反射率が、紫外線の反射率よりも小さく構成されているので、紫外領域の光を、効率的に光センサに到達させることができる。 According to the flame sensor of the present invention, since the reflectance of infrared light and visible light in the reflecting portion is configured to be smaller than the reflectance of ultraviolet light, the light in the ultraviolet region can efficiently reach the optical sensor. Can do.
この発明に係る火炎センサ、火炎検出装置、燃焼装置によれば、光センサにより火炎が発する光を検出する際の性能が向上し、火炎検出装置、燃焼装置の性能、信頼性を向上することができる。 According to the flame sensor, the flame detection device, and the combustion device according to the present invention, the performance when detecting the light emitted by the flame by the optical sensor is improved, and the performance and reliability of the flame detection device and the combustion device can be improved. it can.
以下、図１から図７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の実施形態に係るボイラ（燃焼装置）の概略構成を示す図であり、符号１はボイラを、符号４０は火炎検出装置を、符号４２は火炎センサを示している。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a boiler (combustion device) according to the first embodiment.
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の火炎センサ４２が配置され、バーナ１２の火炎が発する光Ｆを、火炎センサ４２により検出するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
ボイラ１は、例えば、三位置制御ボイラとされており、バーナ１２は、燃料ガスを、高燃焼、低燃焼、燃焼停止の３つの段階的な燃焼量で、燃焼させることができるようになっている。
The
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、この燃料ガスがバーナ１２に供給されるようになっている。
The
送風ファン２１は、例えば、インバータにより回転数が制御可能とされており、バーナ制御部３０から、バーナ１２の燃焼量に応じて送られる回転制御信号により、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、バーナ制御部３０から送られる供給量制御信号により調整するようになっている。
For example, the rotation speed of the
The
バーナ制御部３０は、送風ファン２１の回転数及び燃料供給バルブ２２を、例えば、ボイラ本体１０内に設けられた圧力センサ（図示せず）が検出する蒸気圧力により制御して、バーナ１２の燃焼量を調整するようになっている。
The
電源部３４は、バーナ制御部３０の電源制御部３２により、火炎センサ４２を介して制御部６０への電力供給を制御されており、制御部６０が電源制御部３２にバーナ停止信号を出力することにより、電源部３４を停止するようになっている。この実施の形態において、制御部６０と、バーナ制御部３０とは、例えば、制御盤１４内に配置されている。
The
火炎検出装置４０は、火炎センサ４２と、制御部６０とを備え、制御部６０は、火炎センサ４２が検出した火炎検出信号に基づきバーナ１２が火炎を発していない場合、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。
なお、バーナ制御部３０に燃焼停止信号を出力する際の火炎検出信号、温度検出信号に係る閾値は、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。
The
Note that the threshold value relating to the flame detection signal and the temperature detection signal when the combustion stop signal is output to the
火炎センサ４２は、図２に示すような概略構成とされ、火炎が発する光を検出する光センサ４３と、火炎が発する光Ｆを集光するためのレンズ４４と、センサ支持筐体（筐体）４５と、温度センサ４９と、第１収納筒５１と、第２収納筒５５と、端部支持体５８とを備え、例えば、第１収納筒５１、第２収納筒５５、端子支持体５８は、例えば、耐熱温度が１２０℃の難燃性プラスチックにより形成されている。
The
光センサ４３は、例えば、外形円筒状に形成されたフォトＩＣ等、半導体素子から構成され、受光することより光検出信号を出力するようになっており、光センサ４３の端子４３Ａ、４３Ｂは、外部端子５０Ａ、５０Ｂに接続され、端子４３Ａと外部端子５０Ａの間には温度センサ４９が設けられている。なお、光センサ４３は、光検出信号を出力するのに代えて、検出する光の強さに応じて抵抗値が変化するものであってもよい。
The
レンズ４４は、例えば、一方側が球面の一部とされ、他方側が平面状に形成され、外周が円形とされたプラスチック製の凸レンズとされている。
The
センサ支持筐体４５は、例えば、図２、図３に示すような構成とされ、プラスチックにより一体的に形成された筐体とされ、一方側の端部にレンズ４４を支持するレンズ支持部４５Ａが形成され、他方側の端部に光センサ４３を取り付けるためのセンサ支持部４５Ｂが形成されており、光軸方向における光センサ４３とレンズ４４の間には、反射部４６が形成されている。
The
レンズ支持部４５Ａは、レンズ４４の外径と略同径とされ、内周縁にレンズ支持面が形成された凹部とされ、この凹部にレンズ４４を圧入して取付けられるようになっている。
The
センサ支持部４５Ｂは、センサ支持筐体４５の他方側の端部に光センサ４３の外径と略同径に形成され、例えば、光センサ４３の外形を保持するための光軸に沿う複数の凸条が形成された凹部からなり、この凹部に光センサ４３を圧入して取付けるようになっている。
The
レンズ支持部４５Ａに取り付けられたレンズ４４は、光センサ４３の検出部４３Ｃと所定間隔が保持されるとともに、レンズ４４の光軸が検出部４３Ｃの中央部を通過するようになっている。
The
反射部４６は、一方側から他方側に向かって縮径されて、取り付けられるレンズ４４の光軸に対称とされ、頂部に光センサ４３が受光するための開口部が形成されたな略円錐形状の一部からなり、内周面にはバーナ１２が発した火炎の光を反射するためのミラーが形成されている。
反射部４６を構成するミラーは、例えば、白色３価クロムメッキが施されている。なお、アルミニウム等、他の材料を蒸着、又はスパッタリングにミラーを形成してもよい。
The reflecting
For example, the mirror constituting the reflecting
温度センサ４９は、この実施形態において、例えば、ＣＡ等の熱電対により構成されており、電源部３４に光センサ４３と直列に接続されており、光センサ４３の近傍の温度に応じた温度検出信号を制御部６０に出力するようになっている。なお、温度センサ４９は、例えば、第１収納筒５１の内周面に接触するように配置されていて、外部の温度上昇を、光センサ４３よりわずかに早く検出して、光センサ４３の温度上昇よる破損を抑制するようになっていることが好適である。
In this embodiment, the
第１収納筒５１は、センサ支持筐体４５、温度センサ４９及び外部端子５０Ａ、５０Ｂを収納する筒体であり、センサ支持筐体４５を収納した状態におけるレンズ４４の光軸を含む断面で分割可能とされており、第１収納筒５１を分割した状態で、センサ支持筐体４５、温度センサ４９及び端子支持体５８に取り付けた外部端子５０Ａ、５０Ｂが収納されるようになっている。
The
また、第１収納筒５１は、例えば、図２に示すような、センサ支持筐体４５を内部の所定位置に保持する多段筒状体とされており、第１収納筒５１の環状支持部５１Ａによりレンズ支持部４５Ａの他方側受部４５Ｃを支持し、取付ボス５１Ｂに形成された環状支持部５１Ｃによりセンサ支持部４５Ｂの一方側受部４５Ｄを支持するようになっている。なお、環状支持部５１Ａ及び環状支持部５１Ｃの内径は、センサ支持筐体４５の支持する部位の外径に応じて形成されている。
The
第２収納筒５５は、例えば、図１に示すような多段筒状体とされ、第１収納筒５１を光軸方向から挿入して、第１収納筒５１を収納するように構成されており、第１収納筒５１は、第２収納筒５５に収納されることにより、第１収納筒５１を一体に組み立てるとともに、第２収納筒５５のレンズ押部（レンズ保持部材）５５Ａが、レンズ４４を第１収納筒５１に固定するようになっている。また、第２収納筒５５の他端側は、端子支持体５８により、封止、支持されるようになっている。なお、光センサ４３は、センサ支持部（センサ支持部材）５１Ｄによって、センサ支持筐体４５に押圧されている。
The
次に、図５、図６を参照して、火炎センサ４２の作用について説明する。
火炎の発する光Ｆが、レンズ４４に光軸と平行（入射角ゼロ）に入射される場合は、レンズ４４を通過した光Ｆは、レンズ４４での減衰分を除いて光センサ４３に到達する。
しかしながら、図５に示すように、反射部４６がない状況で入射角がゼロでない（図５は、入射角４°の例を示す）場合には、レンズ４４を通過した光Ｆのうち、センサ４３には、検出部４３Ｃに直接到達する光Ｆ０のみが検出されるため、光センサ４３は充分な検出能を確保することが困難である。
一方、図６に示すように、火炎センサ４２によれば、検出部４３Ｃに直接到達する光Ｆ０に加えて、反射部４６で反射された光Ｆ１も光センサ４３に到達する。その結果、光センサ４３の検出能が向上する。
Next, the operation of the
When the light F emitted from the flame is incident on the
However, as shown in FIG. 5, when the incident angle is not zero in the situation where there is no reflecting portion 46 (FIG. 5 shows an example of an incident angle of 4 °), among the light F that has passed through the
On the other hand, as shown in FIG. 6, according to the
次に、図７を参照して、火炎センサ４２の検出能力の設定について説明する。
図７は、例えば、光センサ４３を用いた火炎センサ４２と、ＣｄＳセンサを用いた火炎センサの検出能力を示す図である。
図７において、横軸は光センサ４３、ＣｄＳセンサに対する光Ｆの入射角を、縦軸は、サンプルとして用いたＣｄＳセンサの母集団において火炎検出信号出力の最低値（ＭＩＮ）を１．０とした場合の比率を示している。
また、符号ＡＶＥは、ＣｄＳセンサの母集団における火炎検出信号出力の平均値を、符号Ｐは、光センサ４３の火炎検出信号出力の一例を示している。なお、図７は、φ３０ｍｍ筒の例である。
Next, setting of the detection capability of the
FIG. 7 is a diagram illustrating the detection capability of a
In FIG. 7, the horizontal axis represents the incident angle of the light F with respect to the
Symbol AVE represents an average value of the flame detection signal output in the population of the CdS sensors, and symbol P represents an example of the flame detection signal output of the
既存設備の火炎センサをｄＳセンサから光センサ４３に切り換える場合、図７に示すように、例えば、光センサ４３の出力をＣｄＳセンサの火炎検出信号出力の最低（ＭＩＮ）以下に設定することが好適であり、このように設定することで、外部光等に起因する誤検出を抑制することができる。
When the flame sensor of the existing equipment is switched from the dS sensor to the
ここで、図２、図８における火炎センサ４２は、
レンズ；直径φ１２ｍｍ、焦点距離２０．１８ｍｍ、屈折率１．０、
センサ支持筐体４５（図３参照）のレンズ４４の開口径φＡ＝φ９ｍｍ、センサ検出部４３Ｃの径φＢ＝φ２．６ｍｍ、レンズ４４とセンサ検出部４３Ｃの間隔Ｌ＝１２．１ｍｍに設定した。
なお、これら各寸法は、任意に設定することができる。
Here, the
Lens: Diameter φ12 mm, focal length 20.18 mm, refractive index 1.0,
The aperture diameter φA = φ9 mm of the
Each of these dimensions can be set arbitrarily.
次に、図１を参照して、火炎検出装置４０の作用について説明する。
１）光センサ４３は、バーナ１２の火炎が発している間、光Ｆを検出して火炎検出信号を出力する。
２）制御部６０は、火炎検出信号に基づいて火炎が存在すると判断し、火炎検出信号が出力されない場合には、バーナ１２が失火していると判断する。
３）制御部６０は、火炎が存在すると判断する場合には、バーナ制御部３０への燃焼停止制御信号を出力しない。その結果、バーナ制御部３０は、バーナ１２に燃料ガスを供給して燃焼が維持される。この場合、制御部６０が燃焼維持信号を出力する構成としてもよい。
４）制御部６０は、バーナ１２が失火していると判断した場合には、バーナ制御部３０に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する。その結果、バーナ１２は燃焼を停止する。
５）ボイラ１が、長時間連続運転されボイラ本体１０が加熱されると、ボイラ本体１０の上部に配置されたバーナ１２に近接した領域は早く昇温し、これにともなって光センサ４３及び温度センサ４９の温度が上昇する。
６）温度センサ４９が検出する温度が、制御部６０に予め設定された所定温度以上になると、制御部６０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て、バーナ１２の燃焼を停止する。
Next, the operation of the
1) The
2) The control unit 60 determines that there is a flame based on the flame detection signal, and determines that the
3) The control unit 60 does not output a combustion stop control signal to the
4) When the control unit 60 determines that the
5) When the
6) When the temperature detected by the
火炎センサ４２によれば、火炎が発する光Ｆを、レンズ４４と反射部４６により光センサ４３に集光させるので、光センサ４３の感度を向上することができる。その結果、光センサ４３の火炎の検出性能、信頼性を向上することができる。
According to the
また、火炎センサ４２によれば、一体に形成されたセンサ支持筐体４５によりレンズ４４と光センサ４３とを保持するので、レンズ４４と光センサ４３の相対的位置が正確に保持されて、火炎の光Ｆを光センサ４３に効率的に集光することができる。
Further, according to the
また、センサ支持筐体４５がレンズ４４と光センサ４３とを一体的に保持するように構成されているので、センサ支持筐体４５を、難燃性プラスチック等により構成することが可能となり、火炎センサ４２の製造コストを削減することができる。また、振動等を受けても、それぞれの位置がずれることが抑制される。
Further, since the
また、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、温度センサ４９が、光センサ４３近傍の温度上昇したのを検出して、その結果、バーナ制御部３０に燃焼停止信号が出力されるので、光センサ４３が温度上昇に起因する暗電流に基づく火炎検出信号を出力するのが抑制され、火炎の誤検出を防止することができる。
Further, according to the
次に、図８を参照し、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、反射部４６に代えて、赤外線の反射率が可視光の反射率よりも小さいミラーを備えた反射部４６Ａを備え、センサ支持部４５Ｂの一方側受部４５Ｄを支持する環状支持部５１Ｃが取付ボス５１Ｂとは別に形成されるとともに、第１収納筒５１に、センサ支持筐体４５の他方側端部及び光センサ４３の端子側端部を支持するためのセンサ支持部（センサ支持部材）５１Ｅが形成されている点である。
その他は、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。なお、反射部４６Ａに形成されるミラーは、赤外線を透過させることにより、赤外線の反射率を小さくするようになっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The second embodiment differs from the first embodiment in that instead of the
Since others are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment are given and description thereof is omitted. In addition, the mirror formed in the
かかる構成により、レンズ４４を通過した光Ｆのうち、可視光はミラーにおいて反射された光Ｆ１として光センサ４３に到達し、赤外線の多くは、透過光Ｆ２として反射部４６Ａを透過して、光センサ４３には、可視光及び紫外線を中心とする光が到達する。
With this configuration, out of the light F that has passed through the
その結果、光センサ４３が、可視光又は紫外線を検出する構成とされている場合、光センサ４３のＳ／Ｎ比を向上することができる。
また、フィルタを用いないので、可視光の減衰を防止して火炎センサ４２の検出能を向上することができる。
また、赤外線による光センサ４３の温度上昇が抑制されて、光センサ４３の感度低下が抑制される。
As a result, when the
Further, since no filter is used, the attenuation of visible light can be prevented and the detection ability of the
Moreover, the temperature rise of the
なお、反射部４６Ａが、赤外線及び可視光の反射率が紫外線の反射率よりも小さいミラーを備え、赤外線及び可視光を透過光Ｆ２とすることにより、主に紫外領域の光を反射して光センサ４３に到達させる構成としてもよい。
かかる構成によれば、光センサ４３に紫外線を中心とする光を効率的に到達させることが可能となり、光センサ４３が紫外線を検出する構成とされる場合、光センサ４３のＳ／Ｎ比を向上することができる。したがって、火炎センサを、電子管から光センサに切り換える場合に好適である。
The
According to such a configuration, it becomes possible to efficiently reach the
次に、図９を参照し、本発明の第３の実施形態について説明する。
図９は、第３の実施形態に係る反射部４６Ｂにおいて反射された光Ｆ１の光路軌跡を示す図である。
第３の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、円錐形状の一部を用いた反射部４６に代えて、例えば、光軸を含む断面が放物線状に形成された内壁部を有する反射部４６Ｂを備えている点である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating an optical path trajectory of the light F1 reflected by the
The third embodiment differs from the first embodiment in that, for example, an inner wall portion in which a cross section including the optical axis is formed in a parabolic shape is used instead of the reflecting
第３の実施形態に係る火炎センサによれば、反射部４６Ｂで反射された光Ｆ１が、円錐形状に形成された反射部４６よりも効率的に光センサ４３に集光されるので、火炎センサ４２の性能を向上することができる。
According to the flame sensor according to the third embodiment, the light F1 reflected by the reflecting
なお、この発明は、第１から３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、その他の半導体素子から構成された光センサを適用してもよい。
The present invention is not limited to the first to third embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
For example, in the first and second embodiments, the case where the
また、火炎センサ４２、火炎検出装置４０、ボイラ１の構成については、周知の技術に基づいて、任意に設定することが可能である。
例えば、火炎センサ４２が、温度センサ４９、第１収納筒５１、第２収納筒５５、端部支持体５８のいずれかに関して、上記実施形態と異なる構成とされてもよいし、一部を備えない構成とされてもよい。
Moreover, about the structure of the
For example, the
また、センサ支持筐体４５のレンズ支持部４５Ａ、センサ支持部４５Ｂが、上記実施形態と異なる構成とされてもよいし、センサ支持筐体４５が、レンズ支持部４５Ａ、センサ支持部４５Ｂのいずれか又は双方を備えるかは、任意に設定することができる。
また、火炎センサ４２が、センサ支持部５１Ｄ、５１Ｅ、レンズ支持部５５Ａを備えるかどうかは、任意に設定することができる。
In addition, the
Further, whether or not the
また、上記実施の形態においては、温度検出手段が、熱電対からなる温度センサ４９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し、温度センサ４９に代えて、例えば、温度ヒューズを用い、温度ヒューズが所定の温度で溶断されることにより、光センサ４３が火炎検出信号を出力しなくなる構成としてもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the temperature detecting means is the
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、給湯機器、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。
Moreover, although the case where the combustion apparatus which applies the
例えば、上記実施の形態においては、火炎検出装置４０の出力を、光センサがＣｄＳセンサの最低出力と対応するように設定される場合について説明したが、ＣｄＳセンサ以外の光センサを対象として出力を設定してもよいし、平均出力等、ＣｄＳセンサの最低出力以上の出力が可能な構成を用いてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the output of the
燃焼装置において火炎が発する光を効率的に検出することにより、燃焼装置の安全性及び信頼性を確保することができるので、産業上利用可能である。 Since the safety and reliability of the combustion apparatus can be ensured by efficiently detecting the light emitted by the flame in the combustion apparatus, it is industrially applicable.
Ｌ 間隔（所定間隔）
１ ボイラ（燃焼装置）
４０ 火炎検出装置
４２ 火炎センサ
４３ 光センサ
４４ レンズ
４５ センサ支持筐体（筐体）
４５Ａ レンズ支持部
４５Ｂ センサ支持部
４６、４６Ａ、４６Ｂ 反射部
５１Ｄ、５１Ｅ センサ支持部（センサ支持部材）
５５Ａ レンズ押部（レンズ保持部材）
L interval (predetermined interval)
1 Boiler (combustion device)
40
45A
55A Lens Pusher (Lens Holding Member)
Claims (7)
前記火炎が発する光を検出する光センサと、
前記光センサの検出部側に配置され前記火炎が発する光を集光するレンズと、
前記レンズの光軸方向において、前記レンズと前記光センサの間に配置され、前記レンズを通過した光を前記光センサ側に反射するように構成された反射部と、を備えることを特徴とする火炎センサ。 A flame sensor for detecting a flame emitted by a burner,
An optical sensor for detecting light emitted by the flame;
A lens that is arranged on the detection unit side of the optical sensor and collects light emitted from the flame;
And a reflecting portion disposed between the lens and the photosensor in the optical axis direction of the lens and configured to reflect the light that has passed through the lens to the photosensor side. Flame sensor.
前記レンズと前記センサとを一体的に保持する筐体を備え、
前記筐体の一方側端部には、前記レンズを支持するレンズ支持部が形成され、かつ前記筐体の他方側端部には、前記光センサを前記レンズと所定間隔をあけて前記光軸上に支持するセンサ支持部が形成され、
前記反射部は、前記レンズ支持部と前記光センサ支持部間の前記光軸に対称な位置に形成されていることを特徴とする火炎センサ。 The flame sensor according to claim 1,
A housing that integrally holds the lens and the sensor;
A lens support portion for supporting the lens is formed at one end of the casing, and the optical sensor is spaced from the lens at a predetermined interval at the other end of the casing. A sensor support part is formed on the upper part;
The flame sensor according to claim 1, wherein the reflection part is formed at a position symmetrical to the optical axis between the lens support part and the optical sensor support part.
前記光センサを前記センサ支持部に保持させる光センサ保持部材と、
前記レンズを前記レンズと支持部に保持させるレンズ保持部材と、を備えることを特徴とする火炎センサ。 The flame sensor according to claim 2,
An optical sensor holding member for holding the optical sensor on the sensor support;
A flame sensor comprising: the lens and a lens holding member that holds the lens on a support portion.
前記反射部は、
赤外線の反射率が、可視光の反射率よりも小さく構成されていることを特徴とする火炎センサ。 The flame sensor according to any one of claims 1 to 3,
The reflective portion is
A flame sensor characterized in that the reflectance of infrared rays is smaller than the reflectance of visible light.
前記反射部は、
赤外線及び可視光の反射率が、紫外線の反射率よりも小さく構成されていることを特徴とする火炎センサ。 The flame sensor according to any one of claims 1 to 3,
The reflective portion is
A flame sensor characterized in that the reflectance of infrared rays and visible light is smaller than the reflectance of ultraviolet rays.
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