JP2014001900A - 火炎検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゼロ出力の設定を適切にし、同ボイラの他バーナの炎の影響を排除して、誤検知をなくした火炎検知装置を提供する。
【解決手段】火炎検知装置は、センサ１１と、筒１２と、蓋１５と、開閉機構部とを備える。センサ１１は、火炎が発する光を検知し火炎の有無を通知する。筒１２は、センサ１１を内蔵し当該センサ１１の検知対象となる火炎を噴出するバーナ５の火口に向かう開口を有する。蓋１５は、開口の近傍に設けられ、開口に密着して開口を塞ぐ閉塞位置と開口から離間する開放位置との間を移動可能である。開閉機構部は、センサの出力調節に際して蓋１５を閉塞位置と開放位置との間で移動する。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、火炎検知装置に関する。

火力発電所や自家発電所内に設置されているボイラ設備では、事故防止のために、火炎の有無や状態を管理することが重要である。ボイラでは、バーナへの点火が失敗したり（不着火）、バーナの火が消えたり（滅火）することがある。こうした場合、速やかに燃料の供給を停止しなければならない。不着火や滅火を検知できずに燃料の供給を継続してしまうと、ボイラ内の燃料が過剰となってしまい、爆発を引き起こしたりボイラが割れたりする。こうした事故の損害は極めて大きく、事故防止のために、従来、火炎の有無や状態を検知する火炎検知装置が用いられている。

火炎検知装置は、バーナの火炎が発する紫外線や赤外線を検知することにより火炎の有無や状態を検知するものであって、不着火や滅火、不安定な燃焼を発見するためのものである。

特公昭６２−４１３２９号公報 特開２０１１−９５０８３号公報 特開２００４−６９１８６号公報

ボイラは、火炎検知装置が出力する信号に基づいて、バーナの燃料の供給および停止を制御するので、火炎検知装置に誤検知があると、ボイラの機能を十分に果たせない。誤検知の原因としては、ゼロ出力の設定の不適や、同ボイラの他のバーナの炎の影響がある。

ゼロ出力の設定は、火炎検知装置の紫外線や赤外線を取り入れる口を覆って紫外線や赤外線を検知しないようにしたときの出力レベルを調節して行う。しかし、従来の火炎検知装置は、耐久性等を考慮した構造の都合上、覆いが不完全で隙間から紫外線や赤外線が入り込み、完全な光ゼロ状態にできていなかったり、また、覆いを着脱する構造が複雑で丈夫でなく故障によって覆いの着脱ができなくなったりすることがあり、ゼロ出力の設定を適切に行うことが困難である。

また、ボイラには複数のバーナが設けられているため、検知すべきバーナが滅火しているにも関わらず近隣のバーナの火炎を検知してしまう等の不都合があるが、こういった不都合を適切に防止する策は未だ見当たらない。

実施形態の火炎検知装置は、センサと、筒と、蓋と、開閉機構部とを備える。センサは、火炎が発する光を検知し火炎の有無を通知する。筒は、センサを内蔵し当該センサの検知対象となる火炎を噴出するバーナの火口に向かう開口を有する。蓋は、開口の近傍に設けられ、開口に密着して開口を塞ぐ閉塞位置と開口から離間する開放位置との間を移動可能である。開閉機構部は、センサの出力調節に際して蓋を閉塞位置と開放位置との間で移動する。

図１は、第１の実施形態の火炎検知装置が設置されるボイラおよび当該ボイラを用いた火力発電設備の模式図である。 図２は、第１の実施形態の火炎検知装置の構造を示す断面図であって、遮蔽板が閉塞位置にある状態のものである。 図３は、第１の実施形態の火炎検知装置の構造を示す断面図であって、遮蔽板が開放位置にある状態のものである。 図４は、第１の実施形態の開閉機構部の構造を示す一部断面図である。 図５は、第１の実施形態における開放位置に位置する遮蔽板の開度の違いによるセンサの視野の違いを説明する模式図である。 図６は、第２の実施形態におけるセンサの視野の変え方を概略的に説明する模式図である。

（第１の実施形態）
以下、添付図面を参照して、火炎検知装置の実施形態を説明する。また、本実施形態では、火力発電所等で使用されるボイラに設置されて用いられる場合を例に説明する。図１は、本実施形態の火炎検知装置が設置されるボイラおよび当該ボイラを用いた火力発電設備の模式図である。火力発電設備は、ボイラ１と、タービン２と、発電機３とを備え、ボイラ１で発生させた蒸気の力によってタービン２を回転させ、タービン２の回転が伝達された発電機３が発電する。

ボイラ１は、水管４と、バーナ５と、火炎検知装置６と、保護管７とを備えている。
水管４は、ボイラ１内を蛇行し、一端は図示しない給水設備に、他端はタービン２に連絡されている。バーナ５は、ボイラ１に複数設けられ、水管４内の水を加熱するものである。火炎検知装置６は、バーナ５の火炎を検知するものである。保護管７は、ボイラ１の外壁１ａを貫通して設けられており、火炎検知装置６の外周を覆って火炎から保護するものである。

図２および図３は、火炎検知装置６の構造を示す断面図である。火炎検知装置６は、センサ１１と、筒としてのキャップ１２と、ガラス板１３と、フード１４と、蓋としての遮蔽板１５と、開閉機構部１６と、発動部としてのエアコンプレッサ（不図示）を備えている。ここで、図２は、遮蔽板１５が閉塞位置（後述）にある状態、図３は、遮蔽板１５が開放位置（後述）にある状態のものである。
センサ１１は、バーナ５の火炎が発する紫外線を検知し、火炎の有無を通知する信号を出力するものである。

キャップ１２は、センサ１１を内蔵するものであって、筒部１２１と、フランジ部１２２とを有する。筒部１２１は、センサ１１の外周を覆うものである。フランジ部１２２は、筒部１２１に固定されており、バーナ５の火炎が発する紫外線を取り入れる開口１２ａ（図３参照）を有している。

ガラス板１３は、センサ１１を保護するものであって、センサ１１と開口１２ａとの間に位置し、外周をフランジ部１２２の内周面に固定されている。
フード１４は、火炎検知装置６の先端部の最外殻であって、キャップ１２や開閉機構部１６を覆うとともに、筒部１２１に固定されている。

遮蔽板１５は、図２に示す閉塞位置と図３に示す開放位置とに移動可能に構成されており、閉塞位置ではキャップ１２の開口１２ａに密着して開口１２ａを塞ぎ、開放位置では開口１２ａから離間して開口１２ａを開放する。また、遮蔽板１５は、開放位置では、センサ１１の視野を所定の範囲（α）に制限する。
開閉機構部１６は、遮蔽板１５を、開放位置と閉塞位置との間で移動させる。

図４は、開閉機構部１６の構造を示す一部断面図である。開閉機構部１６は、まず図２に示すように、ブラケット２１と、レバー２２と、切替シャフト２３と、開時係合コマ２４と、閉時係合コマ２５とを備えている。また、開閉機構部１６は、図４に示すように、エアシリンダ２６と、エアチューブ２７と、開時スライドストッパ２８と、閉時スライドストッパ２９とを備えている。

ブラケット２１は、フード１４に固定された板状の部材であって、レバー２２を回動自在に支持するものである。レバー２２は、中央部をブラケット２１に回動自在に支持され、一端に遮蔽板１５が取り付けられている。他端は、開時係合コマ２４および閉時係合コマ２５に係合する係合端２２ａである。

切替シャフト２３は、金属製の細い軸であり、先端近傍に開時係合コマ２４が固定され、切替シャフト２３の先端から離れる方に開時係合コマ２４から所定間隔をあけた位置に閉時係合コマ２５が固定されている。
レバー２２の係合端２２ａは、開時係合コマ２４と閉時係合コマ２５との間に位置して、切替シャフト２３のスライドに伴って移動する開時係合コマ２４または閉時係合コマ２５に係合する。これにより、切替シャフト２３のスライドに伴ってレバー２２が回動する。

エアシリンダ２６は、周知の構造のものであって、エアチューブ２７によってエアコンプレッサに接続されており、エアコンプレッサを稼動させて得られる圧縮空気の圧力を動力として切替シャフト２３をスライドさせるものである。
ここで、エアシリンダ２６は、エアコンプレッサが稼動していない動力断の状態では、切替シャフト２３を最も引き込む状態になる。このとき、レバー２２の係合端２２ａは、開時係合コマ２４に係合し、レバー２２が図２および図３における時計回り方向の回動力を得て、遮蔽板１５が開放位置に位置する。

エアシリンダ２６と開時スライドストッパ２８と閉時スライドストッパ２９とは、フード１４に対して位置固定的な部材１４ａに固定されている。また、切替シャフト２３は、エアシリンダ２６に近い位置に、係合突部２３ａを備えている。開時スライドストッパ２８と閉時スライドストッパ２９とは、係合突部２３ａを挟むように配置される。

開時スライドストッパ２８は、エアシリンダ２６が切替シャフト２３を引き込んだときに係合突部２３ａが係合するものであって、遮蔽板１５の開放位置を決定するものである。閉時スライドストッパ２９は、エアシリンダ２６が切替シャフト２３を押し出したときに係合突部２３ａが係合するものであって、遮蔽板１５の閉塞位置を決定する。

なお、開時係合コマ２４と、閉時係合コマ２５と、開時スライドストッパ２８と、閉時スライドストッパ２９とは、現場で位置の調整が可能であるように、ネジ等によって固定されている。そして、開時スライドストッパ２８の位置の調整によって、開放位置に位置する遮蔽板１５の開度が決定されて、センサ１１の視野が決定される。

このような構成において、本実施形態の火炎検知装置６は、バーナ５の火炎が発してキャップ１２の開口１２ａから入射した紫外線をセンサ１１が検知して、火炎の有無を通知する信号を出力する。

センサ１１のゼロ出力の設定を行う際には、エアコンプレッサを稼動させてエアシリンダ２６で切替シャフト２３を押し出してレバー２２を図２および図３における反時計回り方向に回動させて遮蔽板１５を閉塞位置に位置させて、遮蔽板１５によってキャップ１２の開口１２ａを塞ぐ。このとき、遮蔽板１５がキャップ１２の開口１２ａに密着し、センサ１１に光が入射しない光ゼロ状態となる。

図５は、開放位置に位置する遮蔽板１５の開度の違いによるセンサ１１の視野の違いを説明する模式図である。例えば、センサ１１の検知対象であるバーナ５に隣接するバーナ５´の火炎が発する光が、視野がαで示す範囲のときにセンサ１１に入射するのであれば、視野をバーナ５´の光が入射しないβに狭めるよう、開時係合コマ２４および開時スライドストッパ２８の位置を調整する。これにより、バーナ５´の火炎によるセンサ１１の誤検知を防止する。

このように、本実施形態によれば、ゼロ出力調節にあたって、遮蔽板１５をキャップ１２の開口１２ａに密着させて光ゼロ状態にして、センサ１１から出力を得ることができるので、容易に、適切なゼロ出力の設定を行うことができる。

また、本実施形態によれば、エアコンプレッサが稼動していない動力断の状態で遮蔽板１５が開放位置に位置するので、ゼロ出力の設定を行わないボイラ１の通常稼動時には、エアコンプレッサの状態に関わらず、火炎を検知することができる。

さらに、本実施形態によれば、センサ１１の視野を調整可能な構造であるので、同ボイラ１内の他バーナ５´の影響による誤検知を少なくすることができる。
さらに、センサ１１の視野の調整は、開時スライドストッパ２８の位置を変更するという容易な方法によって行えるので、作業現場での困難を大きく緩和することができる。

また、本実施形態によれば、切替シャフト２３をスライドさせて遮蔽板１５を開閉させるというシンプルな構造とし、また、遮蔽板１５を開口１２ａに密着させて光を入れないというシンプルな構造としたので、部材の変形による不具合が発生しにくくなり、不具合の発生原因を少なくできる。
そして、上記シンプルな構造により、部材の重さを軽くでき、これにより、切替シャフト２３をスライドさせるためのエアコンプレッサの圧力も少なくできる。

（第２の実施形態）
次に、センサ１１の視野を調整するための他の実施形態を説明する。図６は、本実施形態におけるセンサ１１の視野の変え方を概略的に説明する模式図である。本実施形態では、キャップ１２のフランジ部１２２（図３参照）を、開口１２ａ（図３参照）の径が異なるものに替えることによって、図６に示すように、センサ１１の視野を調整する。

本実施形態によれば、センサ１１の視野を全周にわたって調整できるので、第１の実施形態に比してさらに、検知対象でないバーナ５´の影響を排除しやすくなる。
なお、本実施形態では、必ずしも遮蔽板１５をセンサ１１の視野の制限に用いずともよいし、必要に応じて遮蔽板１５によるセンサ１１の視野の制限を併用してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

６ 火炎検知装置、１１ センサ、１２ キャップ（筒）、１５ 遮蔽板（蓋）、１６ 開閉機構部

Claims (6)

1. 火炎が発する光を検知し火炎の有無を通知するセンサと、
   前記センサを内蔵し当該センサの検知対象となる火炎を噴出するバーナの火口に向かう開口を有する筒と、
   前記開口の近傍に設けられ、前記開口に密着して前記開口を塞ぐ閉塞位置と前記開口から離間する開放位置との間を移動可能である蓋と、
   前記センサの出力調節に際して前記蓋を前記閉塞位置と前記開放位置との間で移動する開閉機構部と、
   を備える火炎検知装置。
2. 前記蓋を移動するための動力を起こす発動部を備え、
   前記開閉機構部は、前記発動部を稼動させることにより前記蓋を前記閉塞位置に位置させ、前記発動部の稼動を停止させているときには前記蓋を前記開放位置に位置させる
   請求項１に記載の火炎検知装置。
3. 前記開閉機構部は、前記蓋が前記センサの視野を所定の範囲に制限して前記センサの検知対象でない火炎が発する光を遮る位置を前記開放位置として定める
   請求項１または２に記載の火炎検知装置。
4. 前記筒の前記開口は、前記センサの視野を所定の範囲に制限して前記センサの検知対象でない火炎が発する光を遮る大きさの径を有する
   請求項１または２に記載の火炎検知装置。
5. 前記蓋は、前記開口の近傍に回動自在に取り付けられ、
   前記開閉機構部は、
   前記筒に当該筒の長手方向にスライド自在に支持された軸と、
   前記発動部が起こす動力により前記軸にスライドする力を与えるシリンダと、
   前記軸のスライドを所定範囲に規制するストッパと、
   前記蓋に固定的に設けられたレバーと、
   前記軸のスライドに従って前記レバーに係合して前記蓋を回動させる係合部と、
   を備える請求項２〜４のいずれか１つに記載の火炎検知装置。
6. 前記開閉機構部は、前記ストッパの位置によって、前記センサの検知対象でない火炎が発する光を前記蓋が遮る位置を前記開放位置として定める
   請求項５に記載の火炎検知装置。

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