JP2013515960A - 火炎検出装置 - Google Patents

Abstract

火炎信号受信機（１）、火炎信号通路（１１）および火炎信号送信機構を備える火炎検出装置であって、火炎信号通路（１１）が、炉シェル（１２）を通過して炉の内側に入り、炉の外側の通路部分（１１ａ）および炉の内側の通路部分（１１ｂ）を含み、耐圧光学機構（１０）が、炉の外側の通路部分（１１ａ）の最端部に配置され、前記耐圧光学機構（１０）が、密封式にかつ透過的に火炎信号受信機を火炎信号通路から隔て、炉の内側の通路部分（１１ｂ）には、冷却機構（１９）が設けられることを特徴とする、火炎検出装置を対象とする。そのような火炎検出装置は、炉シェル上に配置され、高温高圧下において炉上で火炎検出を実施することができるだけでなく、所望に応じて作動の種々の段階のために取り付けられた適正な火炎信号受信機の選択肢も有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、火炎検出の分野を対象とし、詳細には爆発性ガス雰囲気下の高温高圧の炉室に関する火炎検出を実施するための火炎検出装置を対象とする。

現在の一般的な火炎検出手段は、火炎スキャナまたは工業用カメラを含む。火炎スキャナは高感度および自動性という利点を有するが、火炎検出の複雑性により、「記録の失敗、間違った記録、およびピーキング」などのいくつかの問題もまた存在する。したがって、工業用カメラを火炎検出器と組み合わせることによる火炎検出が、種々の状態で使用され得る。現在の火炎スキャナは、主に、赤外線火炎スキャナおよび紫外線火炎スキャナを含む。赤外線火炎スキャナは通常、石炭火炎の検出に適用され、一方で紫外線火炎スキャナは通常、ガス火炎および油火炎の検出に適用される。

ほとんどの炉バーナは、最近では多段階の点火を採用しており、作動の種々の段階で、燃焼物質が変更される。たとえば、ある炉バーナは通常の作動では燃料ガスまたは燃料オイルに点火し、次に圧力を上昇させ、次いで石炭を導入する。異なる燃料を燃焼させることによって発生した火炎の放射スペクトルの特性は異なるため、単一の赤外線または紫外線の火炎スキャナは、バーナの種々の作動段階に関する火炎検出の要求事項を満たすことができない。通常、この問題に対する解決策は、赤外線および紫外線の火炎スキャナを同時に取り付けることである。しかし、これは、複数の火炎検出器ならびにその関連する線および導管を収容するための非常に大きい空間を必要とし、そのような大きい空間を設けることはこれらの小型の炉にとってかなり難しいことである。

加えて、現在使用されている火炎スキャナおよび工業用カメラは、温度および圧力について比較的厳しい作動環境を必要とする。これらは通常、作動温度は７０℃以下であり、作動圧力は大気圧または微小負圧であることを必要とし、そうでない場合、上記の作動環境を外れた際に火炎スキャナの故障またはこれに対する損傷が起こる。しかし、現在の火炎スキャナは、炉室の内側のガス環境に直面することが求められている。温度が１０００℃以上に到達し、炉圧力が数ＭＰａの大きさに到達し得るこれらの高い炉温度および圧力の炉の場合、現在の火炎スキャナは、そのような高温高圧下で作動要求事項を満たすことはできない。

火炎検出プローブが、中国特許公報の中国特許第１０１３９８１８３Ａ号明細書に開示されており、この火炎検出プローブは、光電管、防爆用接点カセット、光電管保護スリーブ用のカバーと光電管保護スリーブの間に位置する石英ガラスシート、および光電管および石英ガラスシートを冷却するための冷却通気通路を備える。そのような火炎検出器プローブは、炉室の内側に装着される。光電管は石英ガラスシートによって炉の内側の高温環境から隔てられ、冷却通気通路が光電管を冷却するために設けられているが、石英ガラスシートは、炉の内側の環境と直接接触しており、それにより、石英ガラスシート、したがって光電管は、高温によって損傷を受けやすくなる。さらに、そのような火炎検出器プローブが取り換えられる際、炉を作動停止させる必要がある。

本発明の第一の目的は、従来技術における欠点を克服し、高温高圧の炉に関する火炎検出を実施することができ、比較的長い耐用年数を有する火炎検出装置を提供することである。

上記目的のため、本発明は、火炎信号受信機、火炎信号通路、および火炎信号送信機構を備える火炎検出装置であって、火炎信号通路が、炉シェルを貫通して炉の内側へと通っており、炉の外側の通路部分および炉の内側の通路部分を含み、耐圧光学機構が、炉の外側の通路部分の最端部に配置され、前記耐圧光学機構は、密封式かつ透過的に火炎信号受信機を火炎信号通路から隔てる、火炎検出装置を提供する。

好ましくは、炉の内側の通路部分は冷却機構を備え、この冷却機構は、炉の内側の通路部分が高温によって損傷を受けることを防止する役割を果たすだけでなく、炉の内側からの高温ガスの温度をそれが火炎信号通路の炉の外側の通路部分内に到達する前に低下させることもでき、それにより、耐圧光学機構と接触するガスは、炉の内側より低い温度を有し、その結果、耐圧光学機構の耐用年数を延ばす。本発明では、冷却機構は、冷却剤入口および冷却剤出口が設けられた多層ジャケットまたはコイル管の構造を有するように構成される。冷却機構は任意の適切な構造でよく、冷却剤は水、ガス、または任意の他の適切な流体を含むことができることを認識されたい。

本発明の１つの態様によれば、炉の内側の通路部分からのガスの温度をさらに低下させ、その結果耐圧光学機構が高温ガスと露出接触することを防止し、したがって光学機構の表面の温度を比較的低く保ち、また表面をガスによる腐食から防止するために、不活性ガスなどの保護ガスを炉の外側の通路部分内に導入すべく、前記炉の外側の通路部分の一方側に保護ガス入口が設けられることが好ましい。

火炎検出装置の安全性を改善し、火炎信号検出器の修理および取り換えを容易にするために、弁機構が、耐圧光学機構と炉の外側の通路部分の間に配置され、この弁機構は、開いたとき、火炎信号通路および耐圧光学機構と共に、光が通過することができる光通路を形成するように構成され得る。弁機構は、本発明ではボール弁であることが好ましいが、開いたときに火炎信号が通ることを可能にする任意の適切な弁機構が採用されてよいことが当業者には認識される。本発明の好ましい態様によれば、弁機構は、空気式ボール弁および空気式ボール弁に連結された手動作動式ボール弁を含む。さらに、そのような弁機構は、それが開いたときに光が通過することができ、迅速に開閉可能であることを保証しなければならない。さらに、弁機構は、閉じたときに、高温高圧下の炉室が密閉されることも保証しなければならない。前記弁機構はまた、関連する温度および圧力に耐えなければならない。

さらに、火炎検出装置の安全性を改善するために、密封式に耐圧光学機構と連結する耐圧保護筺体が、火炎信号受信機の外側に配置されることが好ましい。偶発的に耐圧光学機構に損傷が生じた場合、耐圧保護筺体は、さらなる処置のための時間を稼ぐために、炉室から突出した高温ガスを筺体から逃がさないようにする。本明細書では、耐圧保護筺体は、当業者に良く知られているような任意の適切な保護機構でよいことを理解されたい。

本発明の一態様によれば、火炎信号受信機は、継手（ジョイント）によって耐圧光学機構と取り外し可能に連結し、この火炎信号送信機構は、火炎信号受信機に連結され電気コネクタから延びる信号線を備え、また電気コネクタは、耐圧保護筺体上に配置され、高温高圧に耐えることが好ましい。耐圧保護筺体と密封式に連結する防炎筺体が、電気コネクタの外側に配置され、それにより、火炎検出装置を爆発性ガス雰囲気において作動させることができる。前記防炎筺体は、電気構成要素を外部の爆発性ガス雰囲気から隔離することができ、それにより、火炎検出装置を化学プラントなどの引火性の爆発性ガス環境において安全に使用することができる。電気コネクタおよび防炎筺体のいずれも当技術分野でよく知られた構成要素であることが、当業者には認識される。

この態様では、電気コネクタは、雄型コネクタ部材および雌型コネクタ部材を有するプラグイン構造として構成され得る。火炎信号受信機から延びる信号線は、耐圧保護筺体の内側の雌型部材に取り付けられる。雄型コネクタ部材は一方の端部が雌型部材に挿入され、他方の端部にはケーブルが連結される。ケーブルは電気信号を制御システムに送信する。防炎筺体は、電気コネクタを外部の爆発性雰囲気から隔離し、それにより、電気コネクタによって発生した電気スパークが、外部の潜在的な爆発性ガスに引火することが防止される。耐圧保護筺体と防炎筺体の組み合わせはまた、火炎信号受信機によって発生した電気スパークが外部環境内で引火性の爆発性ガスに引火することを防止するために、火炎信号受信機を外部の爆発性ガス雰囲気から隔離することができることから更に好ましい。

本発明の一態様では、耐圧光学機構は、装着フランジ、圧縮フランジ、ならびに装着フランジと圧縮フランジの間に配置された透過部材および密閉部材を含み、それにより、耐圧光学機構が、火炎信号受信機を火炎信号通路から密封式にかつ透過的に隔てることができる。この実施形態では、透過部材は、たとえば石英レンズである。しかし、熱および圧力に対して一定レベルの抵抗性を有する任意の種類の透過材料を使用できることを理解されたい。

加えて、本発明において火炎信号受信機は、次の群、すなわち赤外線／紫外線二重センサ火炎スキャナ、赤外線火炎スキャナ、紫外線火炎スキャナ、または工業用カメラの１つから選択され得る。そのような火炎検出装置は、炉内の高温高圧の環境の外側に配置されるので、火炎信号受信機を、炉を作動停止させることなく容易に取り外すことができる。したがって、種々の燃焼物質の燃焼火炎、たとえば石炭火炎、ガス火炎、油火炎などのさまざまな検出要求事項を満たすことができる赤外線／紫外線二重センサ火炎スキャナなどの種々の火炎の信号受信機が、炉内の特有の火炎に応じて選択され得る。多段階点火を使用するバーナに関しては、１つのそのような火炎検出装置が検出タスクを果たすことができ、それにより、火炎検出装置を配置するための空間およびコストを低減することができる。

本発明による火炎検出装置は、爆発性ガス雰囲気下の高温高圧の炉室において火炎検出を実施することができる。そのような火炎検出器は、炉の外側に装着されるため、個々の状態に応じて適切な種類の火炎検出器または工業用カメラを選択および取り付けることも可能にし、その結果、さまざまな火炎検出要求事項を満たすことができる。さらに、そのような火炎検出装置の火炎信号受信機は、高温高圧のガスと直接接触せず、それによってその耐用年数および適合性が大きく向上する。

同じ参照番号が同じ構成要素を示す添付の図に関連付けて、本発明を以下の説明において詳細に説明する。

本発明による火炎検出装置の一実施形態の断面図である。 本発明による火炎検出装置の別の実施形態の断面図である。

１ 火炎信号受信機
２ 継手
３ 透過部材用圧縮フランジ
４ 透過部材
５ パッキン
６ ガスケット
７ スペーサ
８ 装着フランジ
９ 弁機構
９ａ 空気式ボール弁
９ｂ 手動作動式ボール弁
１０ 耐圧光学機構
１１ 火炎信号通路
１１ａ 炉の外側の通路部分
１１ｂ 炉の内側の通路部分
１２ 炉シェル
１４ 耐圧保護筺体
１５ 電気コネクタ
１６ 防炎筺体
１７ ケーブル
１７ａ 信号線
１８ 保護ガス入口
１９ 冷却機構
１９ａ 冷却剤入口
１９ｂ 冷却剤出口

図１は、火炎信号受信機１、耐圧光学機構１０、および火炎信号通路１１を備える、本発明による火炎検出装置の一実施形態を示している。耐圧光学機構１０は、透過部材４、装着フランジ８および圧縮フランジ３を含む。透過部材４は、装着フランジ８の装着穴内に置かれ、このときスペーサ７はその上側および下側に配置されている。透過部材４を取り囲むガスケット６がまた、装着穴内に配置され、パッキン５（すなわち耐熱性の密閉部材）で埋められる。この実施形態では、圧縮フランジ３および装着フランジ８は、たとえばボルトなどで互いに連結され、それにより、圧縮フランジ３を締め付けてパッキン５を押し込むことによって耐圧光学機構１０が密閉される。

この実施形態では、火炎信号受信機１は継手２上に装着され、さらに継手２は圧縮フランジ３上に装着され、最後に装着フランジ８は、アダプタフランジを介して弁機構９に取り付けられる。本明細書では、弁機構９は、好ましくは、耐圧光学機構１０に取り付けられた空気式ボール弁９ａと、炉シェル１２上に配置された火炎信号通路１１の炉の外側の通路部分１１ａに取り付けられた手動作動式ボール弁９ｂとを含む。火炎信号通路１１の炉の内側の通路部分１１ｂは、炉シェル１２の炉壁の内側に配置される。弁機構９は、本実施形態ではボール弁であるが、弁機構が、一方ではそれが開いたときに火炎信号を通過させることを可能にし、他方ではこれが、必要であれば迅速に開閉可能であり、また関連する作動温度および作動圧力に耐えることができると同時に、前記弁機構が閉じたときに高温高圧の炉室が隔離されることを確実にする限り、他のタイプの弁機構を採用することができることが当業者には理解されるはずである。

炉の内側の通路部分１１ｂは、冷却剤入口１９ａおよび冷却剤出口１９ｂを有する冷却機構１９をさらに備えることが有利である。本発明では、冷却機構１９は、多層ジャケットもしくはコイル管の構造または任意の他の適切な構造を有するように構成され得る。この実施形態では、冷却機構１９内の冷却剤は水である。しかし、所望の冷却効果をもたらし得る空気などの任意の適切な冷却剤も使用できることが当業者には認識され得る。本明細書における火炎信号通路の炉の内側の通路部分１１ｂおよび冷却機構は、高温および腐食に耐性を有する材料から作製可能である。炉の内側の通路部分を冷却するためのそのような冷却機構は、炉の内側の通路部分が高温によって損傷を受けることを防止するだけでなく、炉内側の高温ガスの温度を、そのガスが火炎信号通路の炉の外側の通路部分に達する前に低下させ、それにより、ガスは、炉の内側より低い温度で耐圧光学機構と接触するようになる。その結果、耐圧光学機構の耐用年数が延ばされる。

好ましくは、この実施形態では、保護ガス入口１８が炉の外側の通路部分１１ａの外側に配置され、この入口から不活性ガスなどの保護ガスが、炉の内側の通路部分からの高温ガスを更に冷却し、したがって透過部材４が高温ガスと直接接触することを防止するために、前記炉の外側の通路部分１１ａ内に供給され、それにより、耐圧光学機構１０は、比較的低い温度を保ち、ガスによって引き起こされる腐食も防止される。高温ガスを隔離する効果を達成するために、保護ガスは連続的に供給されなければならない。保護ガスを供給する際、保護ガスの流量および圧力は、保護ガスの一部分が炉内に達することが可能にされるように制御されなければならない。この場合、ガスの組成および流量は、一方では保護の要求事項を満たさなければならないが、他方では炉内のガスの正常反応および組成に何ら明確な影響を与えてはならない。たとえば、保護ガスは、調製される生成物に応じて二酸化炭素または窒素でよい。この実施形態では、透過部材４は、ガスによって腐食しにくい石英ガラスから作製される。保護ガスの主な機能は、炉室からの高温ガスを遮ることである。しかし、他の透過部材が使用される場合、保護ガスはまた、有利には、これらを腐食から保護することもできる。

火炎検出装置の安全性を改善するために、透過部材４を固定するための装着フランジ８に密封式に連結された耐圧保護筺体１４が、火炎信号受信機１の外側に配置される。透過部材４が偶発的に壊れた場合、耐圧保護筺体１４は、炉室から突出する高温ガスを保持し、さらなる処置をとるための時間を稼ぐために高温ガスが筺体から外に逃げることを防ぐ。耐圧保護筺体は、任意の他の適切な保護機構でよいことが当業者には理解されるはずである。

この実施形態では、火炎信号受信機１からの信号線１７ａは、電気コネクタ１５を介して耐圧保護筺体１４の外へと導かれる。ここでは、電気コネクタ１５は、雄型部材および雌型部材を有するプラグイン構造として構成されている。火炎信号受信機１からの信号線１７ａは、耐圧保護筺体１４の内側の雌型部材に取り付けられ、雄型コネクタ部材は一方の端部が雌型部材内に挿入され、他方の端部では、ケーブル１７が、電気信号を制御システムに送信するために外に導かれている。爆発性ガス雰囲気における火炎検出装置の作動のために、防炎筺体１６が、外側に配置され、電気コネクタ１５を封入している。防炎筺体は、たとえば溶接などによって耐圧保護筺体１４の外壁に固定して取り付けられ、ケーブル１７は、防炎筺体１６の頂部から延びている。さらに、耐圧保護筺体１４および防炎筺体１６の組み合わせはまた、火炎信号受信機１を外部の爆発性ガス雰囲気から隔離することもでき、その結果火炎信号受信機１によって潜在的に発生する電気スパークが外部の環境において引火性の爆発性ガスに引火することを防止する。

加えて、本発明における火炎検出装置は炉の外側に配置されるため、これは、火炎信号受信機１の取り外しおよび取り換えを容易にする。この実施形態では、火炎信号受信機１は、赤外線／紫外線二重センサ火炎スキャナであり、その結果、石炭火炎、ガス火炎、油火炎などの種々の燃焼物質に関する検出要求事項を満たす。多段階点火の方法を採用するバーナに関しては、１つのそのような火炎検出装置が検出タスクを果たすことができ、それによって火炎検出装置を収容するための空間が小さくなり、したがってコストが削減されることになる。しかし、特定の用途によっては、以下の群、すなわち赤外線／紫外線二重センサ火炎スキャナ、赤外線火炎スキャナ、紫外線火炎スキャナまたは工業用カメラから１つの任意のものを選択することが可能である。

本発明の火炎検出装置の作動を次で詳細に説明する。ボイラまたは気化装置の作動中、火炎検出を実施する必要がある場合、作業者は、空気式ボール弁９ａおよび手動作動式ボール弁９ｂを続けて開き、冷却機構１９の作動を開始する。ここでは、冷却水が、冷却剤入口１９ａを通って供給され、冷却剤出口１９ｂから流出して火炎信号通路１１の炉の内側の通路部分１１ｂに対して冷却保護をもたらす。その間、保護ガス入口１８を通る不活性ガスが、耐圧光学機構１０、特に透過部材４の保護をもたらすために導入される。火炎信号通路１１の炉の内側の通路部分１１ｂによって受信された炉室内の火炎放射信号は、炉の内側の火炎通路部分１１ｂ、炉の外側の火炎通路部分１１ａ、手動作動式ボール弁９ｂおよび空気式ボール弁９ａならびに透過部材４を続けて通過し、火炎信号受信機１によって受信される。火炎信号受信機１によって処理された後、受信された火炎放射信号は、信号線１７ａおよび電気コネクタ１５によって耐圧保護筺体１４の外に、次いで、防炎筺体１６を通って延びるケーブル１７を介して後処理システムまたは安全システムへと送信される。ボイラが安定的に作動しているときまたは停止するときは、手動作動式ボール弁９ｂおよび空気式ボール弁９ａは、順次閉じられる。

図２は、火炎検出装置の別の実施形態を示しており、その主な構造は、電気コネクタ１５および防炎筺体１６が耐圧保護筺体１４の側部に配置されていること以外は、前述の実施形態のものと同じである。

上記で述べた火炎検出装置では、高温高圧のガスの漏出を引き起こす、透過部材４に対する偶発的な損傷が存在する場合、耐圧保護筺体１４および電気コネクタ１５から形成された密閉システムが、炉室からの高温高圧のガスを耐圧保護筺体１４内に制限する。この瞬間、緊急処置を講ずるために空気式ボール弁９ａを緊急的に閉じる必要がある。さらに、上記２つの組合わされた弁により、火炎検出が終了したとき、または他の重大な状況が起こったときにこれらの弁を迅速に閉じることができ、その結果装置全体の安全性を改善することが可能になる。加えて、耐熱耐圧の電気コネクタおよび防炎筺体を使用することにより、電気構成要素が外部の爆発性ガス雰囲気から隔離され、それによって火炎検出装置を化学プラントなどの引火性の爆発性ガス環境において使用することができる。

本発明を、実施形態によって全般的に述べ、詳細に説明してきた。本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されないことが当業者には理解されるはずである。特許請求の範囲またはその任意の等価物によって規定される、本発明の趣旨および範囲内で加えられる変更形態および改変形態はさまざま存在する。

Claims (10)

1. 火炎信号受信機（１）、火炎信号通路（１１）および火炎信号送信機構を備える火炎検出装置であって、前記火炎信号通路（１１）が、炉シェル（１２）を貫通して前記炉の内側へと通っており、炉の外側の通路部分（１１ａ）および炉の内側の通路部分（１１ｂ）を含み、耐圧光学機構（１０）が、前記炉の外側の通路部分（１１ａ）の最端部に配置され、前記耐圧光学機構（１０）が、密封式にかつ透過的に前記火炎信号受信機（１）を前記火炎信号通路（１１）から隔て、前記炉の内側の通路部分（１１ｂ）には、冷却機構（１９）が設けられることを特徴とする、火炎検出装置。
2. 前記炉の外側の通路部分（１１ａ）には、その一方側に保護ガス入口（１８）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の火炎検出装置。
3. 前記装置が、前記耐圧光学機構（１０）と前記炉の外側の通路部分（１１ａ）との間に配置された弁機構（９）をさらに備え、前記弁機構（９）が、開いたとき、前記火炎信号通路（１１）および前記耐圧光学機構（１０）と共に、光通路を形成するように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の火炎検出装置。
4. 前記弁機構（９）が、空気式ボール弁（９ａ）および前記空気式ボール弁に連結された手動作動式ボール弁（９ｂ）からなるボール弁機構であることを特徴とする、請求項３に記載の火炎検出装置。
5. 前記装置が、前記火炎信号受信機（１）を封入して配置され、かつ前記耐圧光学機構（１０）に密封式に連結された耐圧保護筺体（１４）をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の火炎検出装置。
6. 前記火炎信号受信機（１）が、継手（２）を介して前記耐圧光学機構（１０）に取り外し可能に取り付けられ、前記火炎信号送信機構が、前記火炎信号受信機（１）に連結された信号線（１７ａ）を含み、前記信号線が、前記耐圧保護筺体（１４）に配置された電気コネクタ（１５）から外に導かれることを特徴とする、請求項５に記載の火炎検出装置。
7. 前記装置が、前記電気コネクタ（１５）を封入して配置され、前記耐圧保護筺体（１４）に密封式に連結された防炎筺体（１６）を有することを特徴とする、請求項６に記載の火炎検出装置。
8. 前記耐圧光学機構（１０）が、装着フランジ（８）、圧縮フランジ（３）、前記フランジ間に配置された透過部材（４）および密閉部材（５）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の火炎検出装置。
9. 前記火炎信号受信機（１）が、次の群、すなわち赤外線／紫外線二重センサ火炎スキャナ、赤外線火炎スキャナ、紫外線火炎スキャナ、または工業用カメラの１つの任意のものから選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の火炎検出装置。
10. 前記冷却機構（１９）が、多層ジャケットまたはコイル管の構造を有するように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の火炎検出装置。

Images