JP2019168209A - 燃焼監視装置及び燃焼制御システム - Google Patents
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Description
前記バーナへの燃料の供給及び前記供給の停止を行う制御弁又は前記制御弁の動作を制御するバーナ制御装置から、前記供給の状態を示すオン信号及び前記供給の停止の状態を示すオフ信号を受信可能なオン・オフ受信部と、
前記バーナによる燃焼後の排ガスの酸素濃度を検出する酸素センサから、前記酸素濃度のデータを受信可能なデータ受信部と、
前記オン・オフ受信部が前記オン信号を受信しているときに、前記酸素濃度のデータに基づき、前記バーナの空気過剰率が目標範囲内にあるか否かの判定を可能にする一方、前記オン・オフ受信部が前記オフ信号を受信しているときには、前記判定を不能にする燃焼判定部と、を備える燃焼監視装置にある。
前記バーナへの前記燃料の供給及び前記供給の停止を行う制御弁と、
前記バーナによる燃焼後の排ガスの酸素濃度を検出する酸素センサと、
前記制御弁の動作を制御するバーナ制御装置と、
前記バーナの燃焼状態を監視する燃焼監視装置と、を備え、
前記燃焼監視装置は、
前記制御弁又は前記バーナ制御装置から、前記供給の状態を示すオン信号及び前記供給の停止の状態を示すオフ信号を受信可能なオン・オフ受信部と、
前記酸素センサから、前記酸素濃度のデータを受信可能なデータ受信部と、
前記オン・オフ受信部が、前記オン信号を受信しているときに、前記酸素濃度のデータに基づき、前記バーナの空気過剰率が目標範囲内にあるか否かの判定を可能にする一方、前記オン・オフ受信部が、前記オフ信号を受信しているときには、前記判定を不能にする燃焼判定部と、を有する、燃焼制御システムにある。
<実施形態1>
本形態の燃焼監視装置5は、図1及び図2に示すように、加熱炉2内の雰囲気ガスG1を加熱するバーナ3の燃焼状態を監視するものである。燃焼監視装置5は、オン・オフ受信部51、データ受信部52及び燃焼判定部53を備える。オン・オフ受信部51は、バーナ3への燃料Fの供給及び燃料Fの供給の停止を行う制御弁31又は制御弁31の動作を制御するバーナ制御装置6から、燃料Fの供給状態を示すオン信号D1及び燃料Fの供給停止の状態を示すオフ信号D2を受信可能な制御部位である。
(加熱炉2)
図1に示すように、燃焼監視装置5及び燃焼制御システム1が適用される加熱炉2は、加熱炉2内の雰囲気ガスG1の温度を目標温度に制御して、種々の熱処理等を行うために用いられる。加熱炉2には、バーナ3が配置される配置穴21と、燃焼後の排ガスG2が排気される排気筒22とが設けられている。排気経路23は、排気筒22内に形成されている。排気経路23は、排ガスG2が通過する経路であれば、排気筒22以外のものに形成されていてもよい。また、図示は省略するが、排気筒22には、排ガスG2の排熱を回収するための熱交換器が設けられている。熱交換器においては、排ガスG2の排熱によってバーナ3に使用される燃焼用空気Aを加熱することができる。
図1に示すように、バーナ3は、燃料Fと燃焼用空気Aとを混合させて燃焼し、燃焼による火炎を形成するものである。燃料Fは、都市ガス等のガス燃料とすることができる。バーナ3には、燃料Fが供給される燃料供給管33と、燃焼用空気Aが供給される空気供給管34とが接続されている。燃料供給管33には、電気制御可能な電磁弁等の制御弁31が配置されている。空気供給管34には、燃焼用空気Aをバーナ3へ送り込むための給気ブロア32が配置されている。給気ブロア32の流量は、バーナ3における目標とする空気過剰率に応じて適宜調整される。
図示は省略するが、酸素センサ41は、活性温度において酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の両表面に設けられた、酸素に対する触媒活性を有する一対の電極とを有するものである。酸素センサ41は、酸素濃度の変化に応じた出力が得られるよう構成されている。酸素センサ41には、固体電解質体及び一対の電極の温度が活性温度になるよう加熱するヒータが配置されている。
図1及び図2に示すように、バーナ制御装置6は、炉内用温度センサ42によって測定される雰囲気ガスG1の温度が目標温度になるようバーナ3の制御弁31のオン・オフ制御を行うよう構成されている。バーナ制御装置6は、コンピュータ等によって構成される。バーナ制御装置6は、雰囲気ガスG1の温度が目標温度よりも低い場合には、制御弁31によって燃料供給管33を開けて、バーナ3の燃焼動作を行うよう構成されている。一方、バーナ制御装置6は、雰囲気ガスG1の温度が目標温度よりも高い場合には、制御弁31によって燃料供給管33を閉じて、バーナ3の燃焼動作を停止させるよう構成されている。バーナ制御装置6において、雰囲気ガスG1を加熱する目標温度は適宜変更される。バーナ制御装置6においては、種々の温度制御パターンに応じた目標温度の経時的変化の設定が、制御プログラムとして構築される。
図1及び図2に示すように、燃焼監視装置5は、バーナ3における燃焼運転が正常に行われているかを監視するために用いられる。燃焼監視装置5は、コンピュータ、リレー回路等によって構成される。燃焼監視装置5は、オン・オフ受信部51及びデータ受信部52によって、制御弁31のオン信号D1及びオフ信号D2、並びに酸素濃度のデータD3を受信し、燃焼判定部53によって、バーナ3に燃焼異常が生じていないかを判定する。
次に、本形態の燃焼監視装置5及び燃焼制御システム1によってバーナ3の燃焼監視を行う方法について、図5及び図6のフローチャートを参照して説明する。
まず、図5に示すように、メインルーチンにおいて、バーナ制御装置6、制御弁31、炉内用温度センサ42、排気用温度センサ43、給気ブロア32等の電源が入れられる(ステップS1)。そして、バーナ制御装置6の指令を受けて制御弁31が燃料供給管33を開け、制御弁31からバーナ3へ燃料Fが供給される(ステップS2)。これにより、バーナ3において、燃料供給管33から供給される燃料Fと、空気供給管34から供給される燃焼用空気Aとが燃焼される。また、バーナ制御装置6は、炉内用温度センサ42によって測定される雰囲気ガスG1の温度が、バーナ制御装置6に設定された目標温度になるよう、バーナ3の燃焼状態を制御する。
図7においては、本形態の燃焼監視装置5及び燃焼制御システム1によってバーナ3の燃焼監視を行った一例を、タイムチャートによって示す。
同図に示すように、経過時間帯t1においては、制御弁31の開動作を受けてバーナ3の燃焼が開始され、所定の時間が経過するまでは排気経路23内の排ガスG2の温度が低く、酸素センサ41の使用可能温度よりも低い。次いで、経過時間帯t2においては、排ガスG2の温度が酸素センサ41の使用可能温度以上になり、酸素センサ41の電源が入れられる。このとき、酸素センサ41の出力値が目標範囲(正常範囲)R内へ収束していく。同図においては、酸素濃度のデータD3及び空気過剰率のことを出力値として表す。
本形態の燃焼監視装置5においては、燃焼判定部53によって、制御弁31又はバーナ制御装置6からのオン信号D1及びオフ信号D2を受信可能なオン・オフ受信部51と、酸素センサ41からの酸素濃度のデータD3を受信可能なデータ受信部52とを利用して、バーナ3の燃焼状態を監視する。オン・オフ受信部51がオフ信号D2を受信しているときには、制御弁31からバーナ3へ燃料Fが供給されておらず、バーナ3において燃焼が行われていない。そのため、このときには、バーナ3の燃焼状態の良否を判定することができず、燃焼判定部53によって、バーナ3の空気過剰率が目標範囲R内にあるか否かの判定が行われない。
本形態は、図8に示すように、バーナ3にラジアントチューブバーナを用い、ラジアントチューブバーナからの熱放射によって加熱炉2内を加熱する構成に、燃焼監視装置5及び燃焼制御システム1を採用した場合を示す。
ラジアントチューブバーナにおいては、ラジアントチューブ35内において燃料Fと燃焼用空気Aとによる燃焼が行われ、この燃焼後の排ガスG2がラジアントチューブ35内を通って外部に排気される。また、ラジアントチューブバーナにおいては、排ガスG2が有する排熱を、燃焼用空気Aを加熱するために利用することが行われている。
本形態においては、酸素センサ41に排気用温度センサ43を配置する場合の個々の具体例を示す。
排気用温度センサ43は、熱電対、サーミスタ、白金抵抗体等を用いて構成することができる。排気用温度センサ43は、図9に示すように、排ガスG2が接触する、酸素センサ41の外周部の温度を測定するように配置することができる。酸素センサ41は、排気筒22の外周に設けられたソケット部221の取付穴222に取り付けることができる。排気用温度センサ43は、排気筒22又はソケット部221に設けられた貫通穴223に挿通して取り付けることができる。
2 加熱炉
23 排気経路
3 バーナ
31 制御弁
41 酸素センサ
5 燃焼監視装置
51 オン・オフ受信部
52 データ受信部
53 燃焼判定部
54 時間管理部
55 表示・警報部
6 バーナ制御装置
Claims (8)
- バーナの燃焼状態を監視する燃焼監視装置であって、
前記バーナへの燃料の供給及び前記供給の停止を行う制御弁又は前記制御弁の動作を制御するバーナ制御装置から、前記供給の状態を示すオン信号及び前記供給の停止の状態を示すオフ信号を受信可能なオン・オフ受信部と、
前記バーナによる燃焼後の排ガスの酸素濃度を検出する酸素センサから、前記酸素濃度のデータを受信可能なデータ受信部と、
前記オン・オフ受信部が前記オン信号を受信しているときに、前記酸素濃度のデータに基づき、前記バーナの空気過剰率が目標範囲内にあるか否かの判定を可能にする一方、前記オン・オフ受信部が前記オフ信号を受信しているときには、前記判定を不能にする燃焼判定部と、を備える燃焼監視装置。 - 前記バーナは、加熱炉内を加熱するよう構成されており、
前記酸素センサは、前記加熱炉の排気経路内を流れる排ガスの酸素濃度を検出するよう構成されている、請求項1に記載の燃焼監視装置。 - 前記バーナは、ラジアントチューブ内において燃焼が行われた後の排ガスが、前記ラジアントチューブ外に排気されるラジアントチューブバーナであり、
前記酸素センサは、前記ラジアントチューブの排気経路内を流れる排ガスの酸素濃度を検出するよう構成されている、請求項1に記載の燃焼監視装置。 - 前記燃焼判定部が前記バーナの空気過剰率が目標範囲内にないと判定した場合に、前記空気過剰率が前記目標範囲よりも高いこと、又は前記空気過剰率が前記目標範囲よりも低いことを表示又は警報可能な表示・警報部を更に備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃焼監視装置。
- 前記オン・オフ受信部が前記オン信号を受信した後、前記バーナにおいて燃焼が行われた後の排ガスが前記酸素センサに到達するまでの待ち時間を経過するまで、前記燃焼判定部による前記判定を停止させ、前記待ち時間を経過した後、前記燃焼判定部による前記判定を開始させる時間管理部を更に備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃焼監視装置。
- 前記酸素センサの周辺には、温度センサが配置されており、
前記温度センサによって測定される温度が、前記排ガス中の水分の凝縮が生じる凝縮温度を超える場合には、前記酸素センサの起動を可能にする一方、前記温度センサによって測定される温度が、前記凝縮温度以下の場合には、前記酸素センサの起動を可能にする起動判定部を更に備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃焼監視装置。 - 前記燃焼判定部は、前記酸素センサが起動した後、前記酸素センサの固体電解質体及び一対の電極が活性温度になるまでの間においては、前記判定を不能にするよう構成されている、請求項6に記載の燃焼監視装置。
- 燃料を燃焼させるバーナと、
前記バーナへの前記燃料の供給及び前記供給の停止を行う制御弁と、
前記バーナによる燃焼後の排ガスの酸素濃度を検出する酸素センサと、
前記制御弁の動作を制御するバーナ制御装置と、
前記バーナの燃焼状態を監視する燃焼監視装置と、を備え、
前記燃焼監視装置は、
前記制御弁又は前記バーナ制御装置から、前記供給の状態を示すオン信号及び前記供給の停止の状態を示すオフ信号を受信可能なオン・オフ受信部と、
前記酸素センサから、前記酸素濃度のデータを受信可能なデータ受信部と、
前記オン・オフ受信部が、前記オン信号を受信しているときに、前記酸素濃度のデータに基づき、前記バーナの空気過剰率が目標範囲内にあるか否かの判定を可能にする一方、前記オン・オフ受信部が、前記オフ信号を受信しているときには、前記判定を不能にする燃焼判定部と、を有する、燃焼制御システム。
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